Chama-se METABOLISMO ao conjunto de reações químicas que ocorrem nas células, e que lhe permitem manter-se viva, crescer e dividir-se. Classicamente, divide-se o metabolismo em:

1.Catabolismo-obtenção de energia e poder redutor a partir dos nutrientes;

2. Anabolismo-produção de novos componentes celulares, em processos que geralmente utilizam a energia e o poder redutor obtidos pelo catabolismo de nutrientes.

Existe uma grande variedade de vias metabólicas. Em humanos, as vias metabólicas mais importantes são: Glicólise- oxidação da glucose a fim de obter ATP; Ciclo de Krebs- oxidação do acetil-CoA a fim de obter energia; Fosforilação Oxidativa- eliminação dos elétrons libertados na oxidação da glucose e do acetil-CoA.

Grande parte da energia libertada neste processo pode ser armazenada na célula sob a forma de ATP; Via das pentoses-fosfato- síntese de pentoses e obtenção de poder redutor para reações anabólicas; Ciclo da ureia- eliminação de NH4+ sob formas menos tóxicas; ß- oxidação dos ácidos graxos- transformação de ácidos graxos em acetil-CoA, para posterior utilização pelo ciclo de Krebs e Gluconeogénese- síntese de glucose a partir de moléculas mais pequenas, para posterior utilização pelo cérebro.

As diversas vias metabólicas relacionam-se entre si de forma complexa, de forma a permitir uma regulação adequada. Este relacionamento envolve a regulação enzimática de cada uma das vias, o perfil metabólico característico de cada órgão e controlo hormonal.

Regulação das vias metabólicas

1.Regulação da glicólise: O fluxo metabólico através da glicólise é regulado em três pontos: Hexoquinase: é inibida pelo próprio produto, glucose-6-P; Fosfofrutoquinase: inibida por ATP e por citrato (que sinaliza a abundância de intermediários do ciclo de Krebs). É também inibido por H+, o que é importante em situações de anaerobiose (a fermentação produz ácido láctico, que faz baixar o pH). Provavelmente este mecanismo impede que nestas situações a célula esgote toda a sua reserva de ATP na reação da fosfofrutoquinase, o que impediria a ativação da glucose pela hexoquinase. É estimulada pelo substrato (frutose-6-fosfato), AMP e ADP (que sinalizam falta de energia disponível), etc. e Piruvato quinase: inibida por ATP e por acetil-CoA.

2. Regulação da gluconeogénese-O fluxo é regulado nas reações características da gluconeogénese. Assim a piruvato carboxilase é ativada por acetil-CoA, que sinaliza a abundância de intermediários do ciclo de Krebs, e a diminuição da necessidade de glucose.

3.Regulação do ciclo de Krebs- O ciclo de Krebs é controlado fundamentalmente pela disponibilidade de substratos, inibição pelos produtos e por outros intermediários do ciclo. a.Piruvato desidrogenase: é inibida pelos próprios produtos, acetil-CoA e NADH. b.Citrato sintase: é inibida pelo próprio produto, citrato. Também inibida por NADH e succinil-CoA (sinalizam a abundância de intermediários do ciclo de Krebs). c.Isocitrato desidrogenase e a-cetoglutarato desidrogenase: tal como a citrato síntese, são inibidas por NADH e succinil-CoA. A isocitrato desidrogenase também é inibida por ATP, e estimulada por ADP.Todas as desidrogenases mencionadas são estimuladas pelo cálcio.

.4.Regulação do ciclo da ureia: A atividade da carbamoil-fosfato sintetase é estimulada por N-acetilglutamato, que assinala a abundância de azoto no organismo.

5.Regulação do metabolismo do glicogênio: O fígado possui uma hexoquinase com pouca afinidade para a glucose e que não é inibida por glucose-6-P.

Portanto, a glucose só é fosforilada no fígado quando existe no sangue em concentrações muito elevadas (ex: depois das refeições). Assim, quando a concentração de glucose no sangue é baixa o fígado não compete com os outros tecidos, e quando os níveis de glucose são elevados o excesso de glucose é convertido pelo fígado em glicogênio. 6.Regulação do metabolismo dos ácidos graxos: A entrada dos acil-CoA na mitocôndria é um fator crucial na regulação. O melanil-CoA, que se encontra presente no citoplasma em grande quantidade em situações de abundância de combustíveis metabólicos, inibe a carnitina aciltransferase impedindo que os acil-CoA entrem na mitocôndria para serem degradados. Além disso a 3-hidroxiacil-CoA desidrogenase é inibida por NADH e a enzima tiolase é inibida por acetil-CoA, o que diminui a degradação de ácidos graxos quando a célula tem energia em abundância. 7.Regulação da via das pentoses-fosfato: O fluxo metabólico na via das pentoses-fosfato é determinado pela velocidade da reação da glucose-6-fosfato-desidrogenase, que é controlada pela disponibilidade de NADP+.

Perfis metabólicos dos órgãos mais importantes

a.Cérebro: Utiliza normalmente apenas glucose como fonte de energia. Armazena muito pouco glicogênio, pelo que necessita de um fornecimento constante de glucose. Em jejuns prolongados, adapta-se à utilização de corpos cetônicos. É sempre incapaz de utilizar ácidos graxos; b. Fígado: Uma das suas principais funções é manter o nível de glucose no sangue, através da gluconeogénese e da síntese e degradação do glicogênio. Realiza a síntese de corpos cetônicos em situações de abundância de acetil-CoA. Responsável pela síntese da ureia; c.Tecido adiposo: Sintetiza ácidos graxos e armazena-os sob a forma de triacilgliceróis. Por ação do glucagon, hidroliza triacilgliceróis em glicerol e ácidos graxos, que liberta para a corrente sanguínea em lipoproteínas; d. Músculo:Utiliza glucose, ácidos gordos, corpos cetônicos e aminoácidos como fonte de energia. Possui uma reserva de creatina fosfatada, um composto capaz de fosforilar ADP em ATP e assim produzir energia sem gasto de glucose. A quantidade de creatina presente no músculo é suficiente para cerca de 3-4 s de atividade. Após este período, realiza a glicólise, primeiro em condições anaeróbicas (por ser bastante mais rápida do que o ciclo de Krebs) e posteriormente (quando o aumento da acidez do meio diminui a atividade da fosfofrutoquinase e o ritmo da glicólise) em condições aeróbicas; e. Rim: Pode realizar a gluconeogénese e libertar glucose para a corrente sanguínea. Responsável pela excreção de eletrólitos, ureia, etc. A síntese de ureia, que ocorre no fígado, usa HCO3-, o que contribui para a descida do pH sanguíneo. Situações de acidose metabólica poderão, portanto ser agravadas pela ação do ciclo da ureia. Nestas circunstâncias, o azoto (nitrogênio) é eliminado pela ação conjunta do fígado e do rim: o excesso de azoto é primeiro incorporado em glutamina pela glutamina sintase. A glutaminase renal cliva então a glutamina em glutamato e NH3, que excreta imediatamente. Este processo permite a excreção de azoto sem eliminar o união bicarbonato.

Controle hormonal

É efetuado principalmente por duas hormonas sintetizadas pelo pâncreas: a insulina e o glucagon. A insulina é libertada pelo pâncreas quando a concentração de glucose no sangue é elevada, i.e., sinaliza a abundância de glucose. A insulina estimula a entrada de glucose no músculo, a síntese de glicogénio e a síntese de triacilglicerídeos pelo tecido adiposo. Inibe a degradação do glicogênio e a gluconeogénese. O glucagon é produzido pelo pâncreas quando os níveis de glucose no sangue baixam muito, e tem efeitos contrários aos da insulina. No fígado, o glucagon vai estimular a degradação do glicogênio e a absorção de aminoácidos gluconeogênicos. Vai também inibir a síntese do glicogênio e promover a libertação de ácidos graxos (a nível do tecido adiposo).

Fonte: Koogan. 2007. 3) ALBERT, L. LEHNINGER, DAVID, L. NELSON, MICHAEL M. COX. Princípios de Bioquímica. Editora: Sarvier, 4ª edição, 2007. Complementar