Metabolismo Energético e Equilíbrio Ácido-Base

Tampões Biológicos

O equilíbrio entre a entrada ou produção de íons hidrogênio e a livre remoção desses íons do organismo é fundamental. O organismo dispõe de mecanismos para manter a [H+] e, consequentemente, o pH sanguíneo dentro da normalidade, mantendo a homeostasia.

Principais tampões: fosfato, aminoácidos e bicarbonato.

Acidose Metabólica

• Acidose: pH < 7,35
• Metabólica: HCO3 < 23 mEq/L
• Causas: Cetoacidose diabética e acidose lática.

Alcalose Metabólica

• Alcalose: pH > 7,45
• Metabólica: HCO3 > 30 mEq/L
• Causas: Vômito (perda de íons de hidrogênio) e oferta excessiva de bicarbonato.
• Compensação: Hipoventilação.
• Diarreia grave: Perda de bicarbonato.
• Compensação: Hiperventilação.

Glicólise

O ponto de partida da respiração celular é a glicólise. A glicólise (quebra da molécula de glicose em dois ácidos pirúvicos/piruvatos) acontece no citossol, em várias etapas comandadas por diferentes enzimas:

1. Ativação: a molécula de glicose recebe um fosfato (ATP -> ADP) e vira glicose-6-fosfato;
2. Mudança conformacional: frutose-6-fosfato (fórmula idêntica à glicose);
3. Recebimento de novo fosfato: frutose-1,6-difosfato (ATP -> ADP);
4. Fragmentação: formação de dois compostos de três carbonos (gliceraldeído-3-fosfato);
5. Oxidação dos gliceraldeídos: perdem átomos de hidrogênio energizados para moléculas de NAD, que sofrem redução (NAD -> NADH2). Esta reação libera energia para que um fosfato seja incorporado (ligações energéticas), obtendo-se duas moléculas de 1,3-difosfoglicerato;
6. Formação de ATP: os fosfatos recém-incorporados são liberados para formação de dois ATPs (ADP + Pi -> ATP);
7. Desidratação: pela perda de uma molécula de água, forma-se o ácido fosfoglicérico (fosfoenolpiruvato), tornando o fosfato altamente energético;
8. Formação de ATP: os fosfatos são transferidos para duas moléculas de ADP. Formação de ATP e piruvato (ácido pirúvico).

Produtos resultantes da glicólise: 2 ácidos pirúvicos, 2 ADPs, 4 ATPs e 2 NADH2.

O Papel do DNP

O DNP (2,4-Dinitrofenol) permite que os prótons façam o percurso a favor de seu gradiente e voltem para a matriz mitocondrial sem passar pela ATP sintase. Assim, ele reduz a produção de ATP. A energia é dissipada como calor, aumentando a temperatura corporal. O DNP foi retirado do mercado por provocar morte por hipertermia, cataratas e perda de visão.

Transporte de Elétrons e Destinos da Glicose

A glicose é fosforilada ao entrar na célula para seguir a via necessária:

• Via glicolítica: se a célula precisar de energia;
• Via das pentoses: se precisar de NADPH ou pentoses;
• Glicogênese: se houver energia suficiente (armazenamento no músculo ou fígado);
• Neoglicogênese: se houver energia, mas baixa glicose (desvio do piruvato);
• Síntese de triglicerídeos: se houver excesso de energia e glicose (armazenamento como lipídios).

Glicogênese

A glicogênese é a síntese de glicogênio. O músculo não devolve a glicose para o sangue, mas o fígado sim. A glicose-6-fosfato torna-se glicose-1-fosfato via fosfoglicomutase. A enzima UDP-glicose-pirofosforilase transforma glicose-1-fosfato em UDP-glicose (forma ativada). A proteína glicogenina inicia a união das glicoses. A glicogênio sintase promove ligações α1:4, enquanto a glicosil transferase cria ramificações α1:6 para compactação e velocidade metabólica.

• Glucagon (Hiperglicemiante): ativa glicogenólise, neoglicogênese, lipólise e proteólise.
• Insulina (Hipoglicemiante): ativa glicogênese, via glicolítica, lipogênese e síntese proteica.

Metabolismo e Respiração Celular

A glicose é a fonte de energia através da respiração celular (aeróbica ou anaeróbica) ou fermentação. A respiração aeróbica fornece cerca de 3,75 kcal/g, resultando em CO2, H2O e ATP.

Se o complexo IV for bloqueado, a cadeia transportadora de elétrons para, o bombeamento de prótons cessa e o gradiente eletroquímico desaparece, impedindo a síntese de ATP.

Biossíntese e Estresse Oxidativo

• NADPH: destinado à biossíntese redutora (ácidos graxos e colesterol).
• Peróxido de Hidrogênio: espécie reativa de oxigênio que pode causar estresse oxidativo.
• Estresse Oxidativo: excesso de radicais livres que oxidam células saudáveis, levando a lesões, envelhecimento precoce, câncer e doenças cardiovasculares.

Fatores de risco: poluição, fumo, álcool, estresse, agrotóxicos e gordura saturada. Antioxidantes: Vitamina E, C, Selênio, Caroteno e Fitosteróis agem como protetores celulares.

Patologias Relacionadas

• Anemia Hemolítica: incapacidade de destoxificar agentes oxidantes por falta de NADPH.
• Intolerância Hereditária à Frutose (IHF): deficiência de aldolase B, causando acúmulo de frutose-1-fosfato e falência hepática.
• Galactosemia: problemas no metabolismo da galactose (proveniente da lactose).

Ciclo de Krebs e Bioenergética

O Acetil-CoA é o ponto de convergência do metabolismo. O Complexo Piruvato Desidrogenase converte piruvato em Acetil-CoA utilizando vitaminas do complexo B (B1, B2, B3 e B5).

Saldo Energético (Oxidação da Glicose)

• Glicólise: 2 ATP + 2 NADH
• Piruvato → Acetil-CoA: 2 NADH
• Ciclo de Krebs: 2 ATP + 6 NADH + 2 FADH2
• Cadeia Transportadora: 34 ATP
• Total: 38 ATP

Inibidores e Desacopladores

• Inibidores: Rotenona, Amital, Antimicina A, Cianeto e Monóxido de Carbono.
• Desacopladores: Dissipam o gradiente de prótons, diminuindo o ATP e aumentando a velocidade da cadeia respiratória e o catabolismo de gorduras (usados para emagrecimento, porém perigosos).

Perguntas e Respostas Rápidas

Qual a função da frutose 1,6-bifosfato? Ela ativa a piruvato quinase na última reação da glicólise (correção: o termo correto é 1,6-bifosfato e não 2,6-bifosfato neste contexto de ativação direta).

Por que a inibição da piruvato desidrogenase gera lactato? O acúmulo de piruvato é desviado para a via anaeróbica, produzindo lactato.

Onde ocorre a cadeia de transporte de elétrons? Na membrana interna da mitocôndria.

O que é a Tiamina (B1)? Essencial para o metabolismo de carboidratos e funcionamento do coração e nervos. Fontes: cereais integrais, carne de porco e legumes.

O que é Acidose Láctica? Acidificação do sangue pelo acúmulo de ácido láctico, uma forma de acidose metabólica.