Vias metabólicas dos carboidratos
No metabolismo de carboidratos, destacam-se várias vias essenciais que o estudante de medicina deve dominar ao nível de substratos, enzimas e regulação: glicólise aeróbica (via de Embden-Meyerhof, oxidação dicotômica da glicose), glicólise anaeróbica, síntese e degradação de glicogênio, gliconeogênese e a via das pentoses-fosfato (via das hexoses-monofosfato). Todas elas estão interconectadas por metabólitos comuns e mecanismos regulatórios, permitindo que o organismo alterne de forma flexível entre o armazenamento e o consumo de energia.
Os nomes de um mesmo processo variam entre os diferentes livros didáticos: via de Embden-Meyerhof, oxidação dicotômica e glicólise aeróbica são sinônimos; via das pentoses-fosfato e via das hexoses-monofosfato também se referem ao mesmo processo.
Glicólise: variantes aeróbica e anaeróbica
A glicólise é a quebra de uma molécula de glicose (C6) em duas moléculas de piruvato (C3). O processo ocorre no citoplasma e compreende 10 reações divididas em duas etapas:
- Etapa preparatória — são gastas 2 moléculas de ATP; formam-se duas fosfotrioses: a di-hidroxiacetona-fosfato (DHAP) e o gliceraldeído-3-fosfato (GAP). Elas são isômeras e interconvertem-se facilmente.
- Etapa de síntese de ATP — o gliceraldeído-3-fosfato (×2) é convertido em piruvato com a formação de ATP e NADH.
Na glicólise aeróbica, o piruvato entra na mitocôndria, onde, por meio da descarboxilação oxidativa e do ciclo de Krebs, forma-se acetil-CoA; as coenzimas reduzidas NADH e FADH₂ transferem elétrons para a cadeia transportadora de elétrons (CTE), garantindo um rendimento líquido de cerca de 38 ATP.
Na glicólise anaeróbica, há escassez de oxigênio ou ausência de mitocôndrias. O NADH não pode ser oxidado na CTE, portanto, ele transfere hidrogênios para o piruvato: forma-se lactato sob a ação da lactato desidrogenase. A glicólise anaeróbica é característica das hemácias e do cristalino (ausência de mitocôndrias), do miocárdio em isquemia (infarto), de tumores de crescimento rápido e de músculos esqueléticos em atividade intensa.
Gliconeogênese e metabolismo do glicogênio
A gliconeogênese é a síntese de glicose a partir de substâncias de natureza não glicídica: lactato, glicerol, aminoácidos. Sua principal função é manter os níveis sanguíneos de glicose (normal de 3,3–5,5 mmol/L) durante o jejum. A glicólise e a gliconeogênese são processos recíprocos; elas diferem nas enzimas regulatórias que catalisam reações irreversíveis (3 enzimas na glicólise, 4 na gliconeogênese). As reações reversíveis são comuns a ambas as vias.
O glicogênio é o carboidrato de reserva dos animais, armazenado no fígado e nos músculos. A glicogênio sintase é responsável pela sua síntese (ativa após a alimentação), e a glicogênio fosforilase, pela sua degradação (ativa durante o jejum).
Via das pentoses-fosfato
A via das pentoses-fosfato é uma via alternativa de oxidação da glicose, que ocorre ativamente no fígado, tecido adiposo, córtex adrenal, hemácias, glândula mamária lactante e testículos. Compreende as etapas oxidativa e não oxidativa.
Na etapa oxidativa, a glicose-6-fosfato, sob a ação da glicose-6-fosfato desidrogenase (enzima regulatória chave) e da 6-fosfogluconato desidrogenase, é convertida em ribulose-5-fosfato com a formação de duas moléculas de NADPH e liberação de CO₂.
Significado biológico dos produtos:
- Ribose-5-fosfato — substrato para a síntese de nucleotídeos.
- NADPH — doador de hidrogênio em reações anabólicas: síntese de colesterol, ácidos biliares, ácidos graxos, hormônios esteroides; proteção celular contra espécies reativas de oxigênio através do sistema da glutationa.
Na etapa não oxidativa participam epimerases, isomerases, a transcetolase (coenzima TPP, um derivado da vitamina B₁) e a transaldolase; ocorre o rearranjo dos esqueletos de carbono com retorno às hexoses.
Relação entre o metabolismo de carboidratos e lipídios
A conexão entre os dois metabolismos efetua-se ao nível de metabólitos comuns:
- A di-hidroxiacetona-fosfato é um intermediário de ligação fundamental. A partir dela, forma-se por redução o glicerol-3-fosfato (enzima glicerol-3-fosfato desidrogenase, coenzima NADH), que constitui a base para a síntese de triacilgliceróis (gorduras).
- A acetil-CoA, gerada na descarboxilação oxidativa do piruvato, é o substrato inicial para a síntese de ácidos graxos.
- O NADPH proveniente da via das pentoses-fosfato é necessário como agente redutor nas reações de síntese de ácidos graxos e colesterol.
- O ATP oriundo da glicólise fornece energia para os processos biossintéticos.
Síntese de triacilglicerol no adipócito: o glicerol-3-fosfato é acilado sequencialmente (com a adição de resíduos de ácidos graxos, os acilas), formando ácido fosfatídico; em seguida, a fosfatase cliva o grupo fosfato, e o terceiro resíduo acil é adicionado ao grupamento OH livre.
Regulação hormonal: períodos absortivo e pós-absortivo
No período absortivo (pós-prandial), com a elevação da glicemia, ocorre a liberação de insulina. Seus efeitos incluem:
- Inserção do transportador GLUT-4 na membrana de adipócitos e miócitos — captação de glicose por tecidos sensíveis à insulina.
- Ativação de enzimas da glicólise (hexoquinase, fosfofrutoquinase, piruvato quinase).
- Ativação da glicogênio sintase — síntese de glicogênio.
- Indução da glicose-6-fosfato desidrogenase — intensificação da via das pentoses-fosfato e produção de NADPH.
- Ativação de enzimas responsáveis pela síntese de ácidos graxos e triacilgliceróis.
No período pós-absortivo (jejum), predominam os hormônios contrasinsulínicos — glucagon, adrenalina, cortisol. Eles ativam a glicogênio fosforilase (degradação do glicogênio), a gliconeogênese e a lipólise, garantindo a manutenção da glicemia e a mobilização de substratos energéticos.
Pontos-chave
- Glicólise — 10 reações no citoplasma; a glicose (C6) é quebrada em 2 moléculas de piruvato (C3).
- A glicólise anaeróbica culmina na formação de lactato com a participação da lactato desidrogenase; é característica de eritrócitos, cristalino, miocárdio isquêmico e tumores.
- A di-hidroxiacetona-fosfato é o principal elo de ligação entre o metabolismo de carboidratos e lipídios: a partir dela forma-se o glicerol-3-fosfato para a síntese de triacilgliceróis.
- A acetil-CoA derivada da glicólise é o substrato para a síntese de ácidos graxos; o NADPH da via das pentoses-fosfato atua como doador de hidrogênio para essa síntese.
- A glicose-6-fosfato desidrogenase é a enzima regulatória chave da via das pentoses-fosfato; seus produtos são o NADPH e a ribose-5-fosfato.
- A gliconeogênese utiliza os mesmos substratos que a glicólise, mas 4 enzimas regulatórias exclusivas catalisam as reações irreversíveis no sentido inverso.
- A insulina ativa vias sintéticas (glicogênio, gorduras, proteínas) e a utilização de glicose; o glucagon e a adrenalina promovem a mobilização de reservas energéticas.
- A glicemia normal é de 3,3–5,5 mmol/L; sua manutenção é assegurada pelo equilíbrio entre glicogenólise, gliconeogênese e ingestão alimentar de glicose.