Rotas metabólicas: tipos e rotas principais - Ciência - 2023

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UMA Via metabólica É um conjunto de reações químicas, catalisadas por enzimas. Nesse processo, uma molécula X é transformada em uma molécula Y, por meio de metabólitos intermediários. As vias metabólicas ocorrem no ambiente celular.

Fora da célula, essas reações demorariam muito e algumas podem não ocorrer. Portanto, cada etapa requer a presença de proteínas catalisadoras chamadas enzimas. O papel dessas moléculas é acelerar a velocidade de cada reação dentro da via em várias ordens de magnitude.

Fisiologicamente, as vias metabólicas estão conectadas umas às outras. Ou seja, eles não estão isolados dentro da célula. Muitas das vias mais importantes compartilham metabólitos em comum.

Conseqüentemente, o conjunto de todas as reações químicas que ocorrem nas células é denominado metabolismo. Cada célula é caracterizada por exibir um desempenho metabólico específico, que é definido pelo conteúdo de enzimas no seu interior, que por sua vez é determinado geneticamente.

Características gerais das vias metabólicas

Dentro do ambiente celular, ocorre um grande número de reações químicas. O conjunto dessas reações é o metabolismo, e a principal função desse processo é manter a homeostase do corpo em condições normais e também em condições de estresse.

Portanto, deve haver um equilíbrio dos fluxos desses metabólitos. Entre as principais características das vias metabólicas, temos as seguintes:

As reações são catalisadas por enzimas

Os protagonistas das vias metabólicas são as enzimas. Eles são responsáveis por integrar e analisar informações sobre o estado metabólico e são capazes de modular sua atividade com base nas necessidades celulares do momento.

O metabolismo é regulado por hormônios

O metabolismo é dirigido por uma série de hormônios, que são capazes de coordenar reações metabólicas, considerando as necessidades e o desempenho do organismo.

Compartimentalização

Existe uma compartimentação das vias metabólicas. Ou seja, cada via ocorre em um compartimento subcelular específico, denominado citoplasma, mitocôndria, entre outros. Outras rotas podem ocorrer em vários compartimentos simultaneamente.

A compartimentação das vias auxilia na regulação das vias anabólica e catabólica (ver abaixo).

Coordenação do fluxo metabólico

A coordenação do metabolismo é alcançada através da estabilidade da atividade das enzimas envolvidas. Deve-se notar que as vias anabólicas e suas contrapartes catabólicas não são totalmente independentes. Em contraste, eles são coordenados.

Existem locais enzimáticos importantes nas vias metabólicas. Com a taxa de conversão dessas enzimas, todo o fluxo da via é regulado.

Tipos de vias metabólicas

Em bioquímica, três tipos principais de vias metabólicas são distinguidos. Esta divisão é realizada segundo critérios bioenergéticos: vias catabólica, anabólica e anfibólica.

Rotas catabólicas

As vias catabólicas abrangem reações de degradação oxidativa. São realizadas com o objetivo de obter energia e poder redutor, que será utilizado posteriormente pela célula em outras reações.

A maioria das moléculas orgânicas não é sintetizada pelo corpo. Em contraste, devemos consumi-lo por meio da comida. Nas reações catabólicas, essas moléculas são degradadas nos monômeros que as compõem, que podem ser utilizados pelas células.

Rotas anabólicas

As vias anabólicas compreendem as reações químicas de síntese, pegando moléculas pequenas e simples e transformando-as em elementos maiores e mais complexos.

Para que essas reações ocorram, a energia precisa estar disponível. De onde vem essa energia? De vias catabólicas, principalmente na forma de ATP.

Desta forma, os metabólitos produzidos pelas vias catabólicas (que são globalmente chamados de "pool de metabólitos") podem ser usados nas vias anabólicas para sintetizar moléculas mais complexas de que o corpo necessita no momento.

Entre esse pool de metabólitos, existem três moléculas-chave no processo: piruvato, acetil coenzima A e glicerol. Esses metabólitos são responsáveis por conectar o metabolismo de diferentes biomoléculas, como lipídios, carboidratos, entre outros.

Rotas anfíbias

Uma via de anfibólio funciona como via anabólica ou catabólica. Ou seja, é uma rota mista.

A rota mais conhecida dos anfibólios é o ciclo de Krebs. Essa rota tem papel fundamental na degradação de carboidratos, lipídios e aminoácidos. No entanto, também participa da produção dos precursores das rotas sintéticas.

Por exemplo, os metabólitos do ciclo de Krebs são os precursores de metade dos aminoácidos usados para construir proteínas.

Principais vias metabólicas

Em todas as células que fazem parte dos seres vivos, uma série de vias metabólicas são realizadas. Alguns deles são compartilhados pela maioria dos organismos.

Essas vias metabólicas incluem a síntese, degradação e conversão de metabólitos essenciais à vida. Todo esse processo é conhecido como metabolismo intermediário.

As células precisam permanentemente de compostos orgânicos e inorgânicos, além de energia química, que é obtida principalmente da molécula de ATP.

O ATP (trifosfato de adenosina) é a forma mais importante de armazenamento de energia em todas as células. E os ganhos e investimentos de energia das vias metabólicas são frequentemente expressos em termos de moléculas de ATP.

As vias mais importantes que estão presentes na grande maioria dos organismos vivos serão discutidas a seguir.

Glicólise ou glicólise

A glicólise é uma rota que envolve a degradação da glicose em duas moléculas de ácido pirúvico, obtendo como ganho líquido duas moléculas de ATP. Está presente em praticamente todos os organismos vivos e é considerada uma forma rápida de obtenção de energia.

Em geral, costuma ser dividido em duas etapas. O primeiro envolve a passagem da molécula de glicose em dois gliceraldeído, revertendo duas moléculas de ATP. Na segunda fase, compostos de alta energia são gerados, e 4 moléculas de ATP e 2 moléculas de piruvato são obtidas como produtos finais.

A rota pode continuar de duas maneiras diferentes. Se houver oxigênio, as moléculas terminarão sua oxidação na cadeia respiratória. Ou, na ausência disso, ocorre a fermentação.

Gliconeogênese

A gliconeogênese é uma via de síntese de glicose, partindo de aminoácidos (com exceção da leucina e lisina), lactato, glicerol ou qualquer um dos intermediários do ciclo de Krebs.

A glicose é um substrato essencial para certos tecidos, como cérebro, glóbulos vermelhos e músculos. O suprimento de glicose pode ser obtido através dos estoques de glicogênio.

No entanto, quando estes se esgotam, o corpo deve iniciar a síntese de glicose para atender às demandas dos tecidos - principalmente do tecido nervoso.

Essa via ocorre principalmente no fígado. É vital, pois, em situações de jejum, o corpo pode continuar a obter glicose.

A ativação ou não da via está ligada à alimentação do organismo. Animais que consomem dietas ricas em carboidratos têm taxas gliconeogênicas baixas, enquanto dietas com baixa glicose requerem atividade gliconeogênica significativa.

Ciclo de glioxilato

Este ciclo é exclusivo para plantas e certos tipos de bactérias. Esta via atinge a transformação de unidades de acetil de dois carbonos em unidades de quatro carbonos - conhecidas como succinato. Este último composto pode produzir energia e também pode ser utilizado para a síntese de glicose.

Em humanos, por exemplo, seria impossível subsistir apenas com acetato. Em nosso metabolismo, a acetil coenzima A não pode ser convertida em piruvato, que é um precursor da via gliconeogênica, porque a reação da enzima piruvato desidrogenase é irreversível.

A lógica bioquímica do ciclo é semelhante à do ciclo do ácido cítrico, com exceção dos dois estágios de descarboxilação. Ocorre em organelas muito específicas de plantas chamadas glioxissomos e é particularmente importante nas sementes de algumas plantas, como os girassóis.

ciclo de Krebs

É uma das vias consideradas centrais no metabolismo dos seres orgânicos, pois unifica o metabolismo das moléculas mais importantes, incluindo proteínas, gorduras e carboidratos.

É um componente da respiração celular e visa liberar a energia armazenada na molécula de acetil coenzima A - principal precursor do ciclo de Krebs. É composto de dez etapas enzimáticas e, como mencionamos, o ciclo atua nas vias anabólica e catabólica.

Em organismos eucarióticos, o ciclo ocorre na matriz da mitocôndria. Em procariotos - que não possuem compartimentos subcelulares verdadeiros - o ciclo ocorre na região citoplasmática.

Cadeia de transporte de elétrons

A cadeia de transporte de elétrons é composta por uma série de transportadores ancorados em uma membrana. A rede tem como objetivo gerar energia na forma de ATP.

As cadeias são capazes de criar um gradiente eletroquímico graças ao fluxo de elétrons, processo crucial para a síntese de energia.

Síntese de ácidos graxos

Os ácidos graxos são moléculas que desempenham papéis muito importantes nas células, eles são encontrados principalmente como componentes estruturais de todas as membranas biológicas. Por isso, a síntese de ácidos graxos é essencial.

Todo o processo de síntese ocorre no citosol da célula. A molécula central do processo é chamada de malonil coenzima A. Ela é responsável por fornecer os átomos que formarão o esqueleto de carbono do ácido graxo em formação.

Oxidação beta de ácidos graxos

A oxidação beta é um processo de degradação dos ácidos graxos. Isso é realizado por meio de quatro etapas: oxidação FAD, hidratação, oxidação NAD + e tiólise. Anteriormente, o ácido graxo precisa ser ativado pela integração da coenzima A.

O produto das reações mencionadas são unidades formadas por um par de carbonos na forma de acetil coenzima A. Esta molécula pode entrar no ciclo de Krebs.

A eficiência energética dessa via depende do comprimento da cadeia de ácidos graxos. Para o ácido palmítico, por exemplo, que tem 16 carbonos, o rendimento líquido é de 106 moléculas de ATP.

Essa via ocorre nas mitocôndrias de eucariotos. Há também outra rota alternativa em um compartimento chamado peroxissomo.

Como a maioria dos ácidos graxos está localizada no citosol celular, eles devem ser transportados para o compartimento onde serão oxidados. O transporte depende do cartinitano e permite que essas moléculas entrem na mitocôndria.

Metabolismo de nucleotídeos

A síntese de nucleotídeos é um evento chave no metabolismo celular, pois são os precursores das moléculas que fazem parte do material genético, DNA e RNA, e de importantes moléculas energéticas, como ATP e GTP.

Os precursores da síntese de nucleotídeos incluem diferentes aminoácidos, ribose 5 fosfato, dióxido de carbono e NH₃. As vias de recuperação são responsáveis pela reciclagem de bases livres e nucleosídeos liberados da quebra de ácidos nucléicos.

A formação do anel purínico ocorre a partir da ribose 5-fosfato, torna-se um núcleo purínico e, finalmente, obtém-se o nucleotídeo.

O anel de pirimidina é sintetizado como ácido orótico. Seguido pela ligação ao fosfato de ribose 5, ele é transformado em nucleotídeos de pirimidina.

Fermentação

As fermentações são processos metabólicos independentes do oxigênio. São do tipo catabólico e o produto final do processo é um metabólito que ainda possui potencial de oxidação. Existem diferentes tipos de fermentações, mas a fermentação láctica ocorre em nosso corpo.

A fermentação láctica ocorre no citoplasma da célula. Consiste na degradação parcial da glicose para obtenção de energia metabólica. Como uma substância residual, o ácido láctico é produzido.

Após uma intensa sessão de exercícios anaeróbios, o músculo não está com as concentrações adequadas de oxigênio e ocorre a fermentação láctica.

Algumas células do corpo são forçadas a fermentar, pois não têm mitocôndrias, como é o caso dos glóbulos vermelhos.

Na indústria, os processos de fermentação são utilizados com grande frequência, para produzir uma série de produtos para consumo humano, como pães, bebidas alcoólicas, iogurtes, entre outros.

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