Ciclo da pentose fosfato: características e funções - Médico - 2023

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Cada uma de nossas células são indústrias em miniatura. E é que, como em qualquer indústria, as células utilizam produtos iniciais que, por meio de diferentes reações químicas (muitas vezes muito complexas), se convertem em substâncias químicas que podem ser utilizadas para dar energia ou para promover o crescimento de nossos órgãos e tecidos.

Nesse sentido, é no interior de nossas células que acontecem todos os processos bioquímicos com o objetivo de manter um equilíbrio correto entre a energia obtida e a que é consumida. Isso é conseguido quebrando moléculas para liberar energia na "explosão", mas também usando essa energia para manter um fluxo correto de matéria no corpo e ter "combustível" para nos manter ativos em um nível fisiológico e anatômico.

Todas essas reações químicas que buscam promover o equilíbrio entre energia e matéria constituem o que se conhece como metabolismo. Muitas vias metabólicas diferentes ocorrem em nossas células e cada uma delas, apesar de ter algumas peculiaridades, está relacionada às outras.

No artigo de hoje, vamos nos concentrar no ciclo da pentose fosfato, uma via metabólica com o duplo objetivo de, por um lado, produzir moléculas de NADPH, que possuem diversas utilidades na célula que veremos adiante, e, por outro lado, transformar a glicose em outros açúcares (principalmente pentoses) que são necessários para a síntese do nosso material genético.

O que é uma via metabólica?

Antes de olhar especificamente para o que é o ciclo da pentose fosfato, devemos primeiro entender bem os princípios do metabolismo e como eles funcionam, em geral, todas as vias metabólicas. E é que o metabolismo celular é uma das áreas mais complexas da biologia, por isso vamos tentar sintetizá-lo ao máximo.

Em linhas gerais, via metabólica é qualquer reação bioquímica (processo de natureza química que ocorre no interior de uma célula) em que, por meio da ação de moléculas que orientam o processo e conhecidas como enzimas, é produzida a conversão das moléculas iniciais em moléculas finais. produtos, o que requer uma entrada de energia ou a libera.

Nesse sentido, uma via metabólica é uma reação química que ocorre no interior de uma célula na qual uma molécula A se torna uma molécula B graças à ação de enzimas que catalisam (aceleram) o processo. Se essa molécula B for mais simples do que A, esse processo de "quebra" liberará energia, fornecendo combustível para a célula. Se, ao contrário, B for mais complexo estruturalmente que A, para sintetizá-lo, esse combustível terá que ser consumido, ou seja, será gasta energia.

A diversidade e complexidade das vias metabólicas em nossas células é enorme. E tem que ser assim, porque o metabolismo celular, ou seja, as reações bioquímicas que ocorrem dentro das células que constituem nossos órgãos e tecidos, são a única forma da natureza de manter o fluxo de energia e energia em equilíbrio. dentro de seres vivos.

Mas, apesar dessa variedade e complexidade, todas as vias metabólicas compartilham alguns aspectos em comum, que são basicamente o papel desempenhado pelos cinco protagonistas a seguir: célula, metabólito, enzima, energia e matéria. Vamos examiná-los um por um.

A célula é a primeira protagonista basicamente porque é ela que abriga a via metabólica em questão. O interior da célula possui todas as propriedades necessárias para permitir que as reações bioquímicas ocorram de forma controlada, compartimentada, na velocidade correta e sem influência do ambiente externo.

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Dependendo da rota em questão, o fará nas células de um determinado tecido ou órgão (ou em todas as células do corpo) e em um ou outro lugar, ou seja, no citoplasma, o núcleo, o mitocôndrias, etc.

Seja como for, o importante é que o ambiente intracelular seja ideal para a conversão de algumas moléculas em outras. Mas, no campo do metabolismo celular, essas moléculas são chamadas de metabólitos. Nesse sentido, metabólitos são cada uma das moléculas ou substâncias químicas geradas durante a via metabólica. Há momentos em que existe apenas um metabólito A (inicial) e um metabólito B (final), embora o mais comum seja a existência de muitos metabólitos intermediários.

Cada vez que você precisa converter um metabólito em outro, moléculas vitais têm que atuar no metabolismo: enzimas. Essas enzimas, então, são moléculas intracelulares que atuam como catalisadores para reações de conversão de metabólitos bioquímicos.

As enzimas não são metabólitos, mas moléculas que agem sobre elas para transformá-las no próximo metabólito da via. Dessa forma, as enzimas não apenas garantem que a reação bioquímica aconteça na ordem correta, mas também a uma velocidade adequada. Tentar fazer o percurso acontecer "por mágica" sem a presença de enzimas seria como tentar acender um foguete sem fogo.

Agora que entendemos a relação entre metabólitos e enzimas, passamos aos dois últimos conceitos: energia e matéria. E temos que analisá-los juntos, porque o metabolismo celular é uma espécie de "dança" entre os dois.

Energia é a força que alimenta as células, ou seja, sua "gasolina"; enquanto a matéria é a substância orgânica de que essa mesma célula necessita para formar suas estruturas e, portanto, que compõe nossos órgãos e tecidos.

Dizemos que eles estão intimamente relacionados porque para obter energia, temos que degradar a matéria orgânica, que vem da comida que comemos; Mas para sintetizar matéria orgânica para dividir células e reparar órgãos e tecidos, a energia também deve ser usada.

As vias metabólicas podem ser focadas na obtenção de energia ou matéria (ou ambos). Quando o objetivo é obter energia por meio da degradação de um metabólito complexo A em um metabólito B mais simples, a via metabólica é chamada de catabólica. A seguir veremos um dos mais importantes: o ciclo das pentoses fosfato, embora tenha a peculiaridade, como veremos, de que o objetivo principal da degradação não é a obtenção de energia.

Quando o objetivo é sintetizar matéria orgânica mais complexa por meio do consumo de energia para passar de um metabólito A simples para um metabólito B mais complexo, a via metabólica é chamada de anabólica.

E depois existem vias metabólicas mais complexas que integram muitas outras vias diferentes, uma vez que os produtos (metabólitos) que são gerados nela servem como precursores para outras vias, sejam anabólicas ou catabólicas.

Qual é a finalidade do ciclo da pentose fosfato?

O ciclo da pentose fosfato é uma via catabólica chave no metabolismo celular. E é que constitui uma reação bioquímica essencial para integrar o metabolismo da glicose (um açúcar que é o esteio da maioria das rotas) com muitas outras rotas, sejam elas voltadas para a obtenção de energia ou a síntese de matéria orgânica.

Agora veremos exatamente o que queremos dizer com isso, mas o importante a ter em mente é que, embora varie de acordo com o órgão em questão e suas necessidades, uma porcentagem significativa da glicose que consumimos é desviada para essa rota.

Mas por que dizemos que o ciclo das pentoses fosfato é tão importante? Muito simples". O ciclo da pentose fosfato é uma via essencial dentro do metabolismo para seu duplo propósito. Por um lado, permite a síntese de NADPH, molécula que confere poder redutor celular (agora veremos o que significa); por outro lado, permite a conversão de glicose em outros açúcares, especialmente ribose 5-fosfato, vital para a síntese de nucleotídeos e ácido nucleico. Vejamos cada um dos dois propósitos.

1. Síntese de NADPH

Dissemos que o ciclo da pentose fosfato é uma das principais vias metabólicas para a obtenção do NADPH, mas o que é exatamente? O NADPH é uma coenzima armazenada nas células e que dá às células o que é conhecido como poder redutor. Em animais, cerca de 60% do NADPH necessário vem dessa via metabólica.

Este NADPH produzido durante o ciclo da pentose fosfato é então usado em muitas vias metabólicas, tanto anabólicas quanto anabólicas. As funções mais importantes dessa coenzima são permitir a biossíntese de ácidos graxos e proteger a célula do estresse oxidativo. Na verdade, o NADPH é o antioxidante mais importante do nosso corpo.

Essa oxidação se dá pela liberação durante o metabolismo dos radicais livres do oxigênio, que danificam enormemente as células. Nesse sentido, o NADPH atua como redutor (daí se diz que dá poder redutor), o que significa que impede a liberação desses radicais de oxigênio (a oxidação vem do oxigênio). Portanto, as células com maiores concentrações de oxigênio, como os glóbulos vermelhos, precisam de um ciclo de pentose fosfato particularmente ativo, uma vez que precisam de mais NADPH do que o normal.

Nestes glóbulos vermelhos, até 10% da glicose entra nesta via metabólicaenquanto em outros onde não são geradas tantas espécies reativas de oxigênio (como células musculares ou neurônios), a glicose se destina a outras vias, pois é mais importante obter energia por meio dela do que reduzi-la.

2. Síntese de ribose 5-fosfato

A outra finalidade do ciclo da pentose fosfato, além de obter NADPH, é a síntese de ribose 5-fosfato, molécula que representa o metabólito final dessa via metabólica e que é essencial para a síntese de nucleotídeos e ácidos nucléicos.

Ou seja, o ciclo da pentose fosfato também tem o objetivo de degradar a glicose (portanto, é uma rota catabólica) não apenas para obter poder redutor, mas para obter açúcares cinco carbonos mais simples (especialmente a pentose) que podem ser usados diretamente ou como precursores ou metabólitos intermediários de outras vias metabólicas, incluindo glicólise, ou seja, a quebra da glicose para a produção de energia.

A ribose 5-fosfato obtida é o açúcar mais importante nos nucleotídeos (unidades que compõem a dupla fita do DNA), portanto o ciclo da pentose fosfato é essencial para a síntese de ácidos nucléicos e, portanto, permite a divisão e replicação de nossos material genético.

O ciclo das pentoses fosfato é a principal “fábrica” dos ingredientes do nosso DNA, o que, junto com o fato de impedir a oxidação das células e oferecer metabólitos precursores para muitas outras rotas, o torna uma das bases do nosso metabolismo.

Uma visão geral do ciclo da pentose fosfato

Como qualquer via metabólica, muitos metabólitos e enzimas diferentes entram em ação e, além disso, este em particular está relacionado com muitas outras rotas diferentes, por isso tem um alto nível de complexidade. Como o objetivo deste artigo não é dar uma aula de bioquímica, veremos um resumo muito simples de como é esse percurso e quais são seus pontos-chave.

Tudo começa com uma molécula de glicose. Essa glicose geralmente entra em uma via catabólica conhecida como glicólise, que depende de sua decomposição para obter energia, mas também pode entrar neste ciclo de pentose fosfato. A partir daqui, você entra na via metabólica, que é dividida em duas partes: a fase oxidativa e a fase não oxidativa.

A primeira das fases é a oxidativa e é na qual todo o NADPH da rota é gerado. Nesta fase, a glicose é primeiro convertida em glicose 6-fosfato, que, por meio da enzima mais importante do ciclo (glicose-6-fosfato desidrogenase), é convertida em outro metabólito intermediário. O importante é que como "efeito colateral" da conversão, o NADPH seja liberado.

Por meio de outras enzimas, chega-se à ribulose-5-fosfato, que marca o fim da fase oxidativa. Neste momento, todo o NADPH foi obtido. Mas caso a célula precise de açúcares para sintetizar ácidos nucléicos, ela entra na fase não oxidativa.

A fase não oxidativa do ciclo da pentose fosfato consiste na conversão desta ribulose-5-fosfato em ribose 5-fosfato, um açúcar que é um elemento-chave na síntese dos nucleotídeos, as unidades que compõem o DNA.

Además, a partir de esta ribosa 5-fosfato y siguiendo con la fase no oxidativa del ciclo, se pueden sintetizar muchos azúcares distintos que actúan como metabolitos iniciales (precursores) o intermediarios de otras rutas, ya sean anabólicas o catabólicas, siendo las pentosas los mais importantes.