A Anabolismo e Catabolismo

Introdução

Depois de estudadas as bases de funcionamento do metabolismo bioquímico, veremos como funcionam os processos de anabolismo e catabolismo. Respectivamente, a síntese e armazenamento, e a quebra e consumo de reservas de energia. Somente depois de entendido o processo metabólico é que este deve ser estudado, pois ambos são intimamente ligados.

Visão Geral

Os processos de anabolismo e catabolismo ocorrem concomitantemente aos processos metabólicos estudados. Eles são principalmente fundamentados em pequenos desvios das rotas metabólicas já determinadas, levando os compostos a reações em ciclos diferentes. Que reações ocorrerão são determinadas pelas necessidades do organismo ou, mais especificamente, pela relação entre necessidade energética e disponibilidade de matéria. O organismo orquestra o anabolismo e o catabolismo, inicialmente, por ação de dois hormônios fundamentais: insulina e glucagon, respectivamente. São esses dois quem determinam quais as reações que os substratos enfrentarão pelo corpo.

Glicogênese

O glicogênio é a principal reserva energética do corpo. Sua produção e consumo são regidos pela necessidade do organismo através da insulina e do glucagon. Para entendermos adequadamente como o glicogênio é degradado para o consumo, precisamos antes entender como ele é sintetizado.

Na presença de insulina, ou seja, em situação de hiperglicemia pós-prandial, o corpo entende que há abundância de glicose e que é hora de construir reservas de energia; afinal, essa situação de hiperglicemia só pode se manter por um curto intervalo de tempo. A insulina se liga aos receptores da membrana plasmática, ativando uma cadeia de resposta que se inicia com a síntese de RNAm e culmina com o complexo de Golgi produzindo uma proteína denominada GLUT4. Esta adere à membrana plasmática, e é a ela que a glicose circulante se une para adentrar a célula. Uma vez lá, a glicose é imediatamente fosforilada pela hexoquinase em glicose 6-P, iniciando a via glicolítica ou participando da via das pentoses. A ação da insulina também afeta as reações a seguir.

Como vimos no passado, a via glicolítica se inicia pela fosforilação da glicose e subsequente isomeração em frutose 6-P. Nesse ponto, a presença de insulina ativa a enzima bifuncional. Esta é uma enzima alostérica que realiza duas ações inversas: no caso em questão, ela age como uma quinase e fosforila a frutose 6-P, formando frutose 2-6 bifosfato. Essa molécula é o ativador alostérico da fosfofrutoquinase (PFK). Em sua presença, a PFK fosforila a frutose 6-P em frutose 1,6-BP e a via glicolítica prossegue, levando aos muitos processos que já estudamos, e alguns que ainda estamos por ver. A insulina também é ativador alostérico da piruvato quinase, última enzima da via glicolítica, que converte o fosfoenolpiruvato (PEP) em piruvato.

A alta atividade da via glicolítica e subsequente ciclo de Krebs, ambos produtores de NADH e posterior ATP, propicia uma situação de alta carga energética. Essa vai inibindo as atividades, começando pela interrupção do ciclo de Krebs. Ele é interrompido no nível do citrato, que acumula. O que acontece com o citrato acumulado nós veremos mais tarde; por hora, veremos que ele inibe a via glicolítica no nível da glicose 6-P, acumulando-a. O acumulo da glicose 6-P é o início da glicogênese.

A glicose 6-P em abundância é convertida em glicose 1-P por uma enzima isomerase. Esta vai interagir com o Trifosfato de Uridina (UTP), uma molécula semelhante ao ATP, mas baseada na uracila em lugar da adenina. Dos três fosfatos da UTP, dois se desprendem em um pirofosfato. O fosfato alfa vai então se ligar ao fosfato da glicose 1-P, formando um composto de dois fosfatos denominado UDP-Glicose.

A UDP-Glicose é carregada até uma cadeia de glicogênio pré-existente. Uma enzima lá presente, alostericamente ativada pela insulina, chamada glicogênio sintase, anexa a glicose ao glicogênio. Ela cliva a ligação entre a glicose e a UDP. A UDP então sai para ser restaurada ou degradada, e a glicose é anexada ao glicogênio ligando seu carbono 1 ao carbono 4 da molécula na ponta da cadeia por um oxigênio.

Esse processo de expansão da cadeia do glicogênio acontece até certo ponto; uma cadeia de glicogênio longa demais seria atacada pelo sistema imunológico. O que acontece então, quando a cadeia atinge determinado comprimento, é que uma enzima ramificadora captura uma parte da cadeia e cria uma ramificação da molécula. Esta ramificação passa agora a crescer como a anterior estava fazendo.

Glicogenólise

O glicogênio estocado pode ser quebrado e gradualmente devolvido à forma de glicose. Nos músculos, isso é feito para acessar energia em caso de necessidade. No fígado, ocorre para que esse glicogênio seja lançado na corrente sanguínea a fim de se manter a normoglicemia durante o jejum.

O glucagon, liberado pelo pâncreas em situação de jejum, é captado por receptores na membrana plasmática que deflagram uma cadeia de reações que ativam a adenilato ciclase. Esta enzima desfosforila o ATP, eliminando um pirofosfato no processo e transformando o ATP em Monofosfato de Adenosina em configuração cíclica (AMPc). Isto ocorre porque o AMPc é ativador da proteína quinase (PKA). Como o nome evidencia, a PKA se utiliza da fosforilação para ativar enzimas do catabolismo.

A PKA é composta de quatro estruturas, sendo duas catalíticas e duas repressoras. A AMPc se anexa aos sítios de ligação das estruturas repressoras, desconectando-as das catalíticas. Essas estruturas catalíticas então ficam livres para realizar as atividades de catalisação metabólica.

O AMPc é posto em forma de cadeia linear novamente pela fosfodiesterase, tornando-se AMP. Esse processo pode ser inibido pela cafeína, já que a presença de AMP é um sinalizador de cansaço no cérebro, e a manutenção do nível de AMPc estimula o catabolismo. Esse AMP é então recuperado à condição de ATP ou degradado completamente.

No fígado, a PKA ativa a glicogênio fosforilase. Esta enzima remove uma glicose de uma das extremidades do glicogênio por fosforólise, ou seja, quebra por adição de fosfato. A agora glicose 1-P é redesenhada em glicose 6-P e, por ação da glicose 6-fosfatase, é desfosforilada em glicose e posteriormente lançada na corrente sanguínea. Nos demais tecidos, a glicose 6-P é enviada à via glicolítica.

A energia usada pelo fígado é proveniente da beta-oxidação de ácidos graxos provenientes do tecido adiposo, e não do ciclo de Krebs. Isso porque, em situação de jejum, o oxalacetato necessário para o ciclo está comprometido