Metabolismo: ATP, Via das Pentoses Fosfato e Glicogénio

Cálculo de ATP e Efeitos da Termogenina

Qual a quantidade total de ATP obtida por molécula de glicose em condições aeróbicas?

O valor final de ATP obtido por molécula de glicose em condições aeróbicas é de 30 ou 32 ATP. Este valor é calculado detalhadamente considerando a glicólise, o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa.

Características de um rato mutante que expressa continuamente termogenina

A termogenina é produzida em grandes quantidades pelas mitocôndrias da gordura castanha do tecido adiposo. A sua função é desacoplar a cadeia transportadora de eletrões da síntese de ATP, direcionando a energia para a produção de calor (termogénese). Portanto, um animal que expressasse continuamente termogenina apresentaria as seguintes características:

• Produção contínua de calor: O animal estaria constantemente a gerar calor.
• Metabolismo basal elevado: Para sustentar a produção contínua de calor, o animal teria de oxidar continuamente substratos energéticos.
• Baixa eficiência energética: A maior parte da energia da oxidação seria dissipada como calor, e não armazenada como ATP.

Via das Pentoses Fosfato (VPP)

Significado bioquímico do Km da Glicose-6-Fosfato Desidrogenase

A Glicose-6-Fosfato Desidrogenase (G6PD) tem um $K_m$ para $NAD^+$ cerca de 1000 vezes superior ao $K_m$ para $NADP^+$.

O $K_m$ (constante de Michaelis) indica a afinidade da enzima pelo seu substrato ou cofator. Esta observação significa que a G6PD tem uma afinidade muito maior pelo $NADP^+$ (como cofator) do que pelo $NAD^+$. Isto garante que a Via das Pentoses Fosfato seja primariamente direcionada para a produção de $NADPH$ em vez de $NADH$, mesmo que o $NAD^+$ esteja presente em maior concentração celular.

Função da parte não oxidativa da Via das Pentoses Fosfato

A parte não oxidativa da Via das Pentoses Fosfato serve para a produção de Ribose-5-Fosfato (R5P) através de enzimas como as transcetolases e transaldolases, quando as necessidades celulares de R5P (necessário para a síntese de nucleótidos e ácidos nucleicos) são elevadas.

Relação entre a atividade da VPP e as necessidades celulares

As características celulares que podem corresponder a diferentes atividades da Via das Pentoses Fosfato (VPP) são:

1. Parte oxidativa da VPP muito mais ativa do que a parte não oxidativa: Necessidades equilibradas de NADPH e Ribose-5-Fosfato.
2. Parte não oxidativa da VPP muito mais ativa no sentido direto e parte oxidativa igualmente ativa: Necessidades muito maiores de NADPH do que de Ribose-5-Fosfato.
3. Parte não oxidativa da VPP muito mais ativa no sentido inverso do que a parte oxidativa: Necessidades muito maiores de Ribose-5-Fosfato do que de NADPH.

Como uma elevada glicemia afeta a taxa da Via das Pentoses Fosfato?

Uma elevada glicemia (hiperglicemia) afeta a taxa da VPP de duas formas principais:

• Estímulo da Insulina: A hiperglicemia estimula a produção de insulina que, por sua vez, aumenta a quantidade das enzimas da Via das Pentoses Fosfato (indução enzimática).
• Consumo de NADPH: A hiperglicemia estimula a síntese de ácidos gordos (lipogénese), um processo que gasta grandes quantidades de NADPH. A diminuição dos níveis de NADPH (que é um inibidor da via) resulta na ativação da VPP.

Principal regulador da parte oxidativa da VPP

O principal regulador da parte oxidativa da Via das Pentoses Fosfato é a razão $NADP^+ / NADPH$. O $NADP^+$ é o substrato limitante e o $NADPH$ é um potente inibidor alostérico da Glicose-6-Fosfato Desidrogenase.

Implicações clínicas dos defeitos na VPP

Porque é que indivíduos com defeitos na VPP devem evitar comer favas?

A ingestão de favas (favismo) estimula o stress oxidativo (níveis elevados de espécies reativas de oxigénio, $O_2$). Indivíduos com defeitos na VPP (como a deficiência de G6PD) não conseguem produzir $NADPH$ suficiente para manter os níveis de glutationa reduzida, tornando-os muito sensíveis aos danos oxidativos. A ingestão de favas pode levar à hemólise.

Porque é que indivíduos com defeitos na VPP são menos suscetíveis à malária?

Pessoas com defeitos na Via das Pentoses Fosfato (especialmente deficiência de G6PD) apresentam uma maior resistência ao parasita da malária (Plasmodium falciparum). O parasita necessita de $NADPH$ para se proteger do stress oxidativo dentro dos eritrócitos. A deficiência de G6PD cria um ambiente oxidativo desfavorável à sobrevivência do parasita. A seleção natural tem favorecido os portadores deste defeito genético nas áreas onde a malária é mais prevalente.

Metabolismo do Glicogénio

Constituição e função do Glicogénio

O glicogénio é um hidrato de carbono complexo (polissacarídeo) composto por múltiplas unidades de glicose ligadas por ligações $α-1,4$ e $α-1,6$ (ramificações). Serve como a principal forma de armazenamento de glicose nos vertebrados.

Função do Glicogénio no Fígado e no Músculo

• Fígado: O glicogénio hepático serve como uma reserva de glicose para o organismo, sendo libertado na corrente sanguínea para manter a glicemia durante o jejum.
• Músculo: O glicogénio muscular serve como fonte de glicose (combustível metabólico) para o próprio músculo, sendo usado rapidamente durante o exercício intenso.

Etapas da Síntese do Glicogénio (Glicogénese)

A síntese do glicogénio ocorre em três passos principais:

1. Fosforilação da Glicose: Glicose é convertida em Glicose-6-Fosfato.
2. Conversão em Glicose-1-Fosfato: Glicose-6-Fosfato é convertida em Glicose-1-Fosfato.
3. Formação de UDP-Glicose: Glicose-1-Fosfato reage com UTP para formar UDP-Glicose, o dador ativado de glicose.

Regulação da Síntese do Glicogénio

A regulação da síntese do glicogénio é complexa e envolve a modulação da Glicogénio Sintase.

A regulação hormonal (como a induzida pela insulina ou glucagon/adrenalina) desencadeia uma sequência de reações de fosforilação/desfosforilação. Por exemplo, a ligação de uma hormona a um recetor membranar específico pode levar à ativação de cascatas que inativam a Glicogénio Sintase (inibindo a síntese) e ativam a Glicogénio Fosforilase (promovendo a degradação).

A hormona responsável pelo processo é diferente no fígado e no músculo, o que está relacionado com o papel distinto destes órgãos no metabolismo sistémico da glicose.