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15.4: O Metabolismo do Glicogênio em Animais - Biologia

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15.4: O Metabolismo do Glicogênio em Animais

A quebra do glicogênio ocorre por meio de três reações enzimáticas, glicogênio fosforilase, enzima de desramificação do glicogênio e fosfoglucomutase. As três etapas são as seguintes -

Ação da glicogênio fosforilase

A glicogênio fosforilase remove o resíduo de glicose como alfa-D glicose 1-fosfato da extremidade não redutora, com a quebra da ligação alfa 1-4 glicosídica por ataque de fosfato inorgânico, esse processo se repete até atingir quatro glicose do ponto de ramificação. A decomposição posterior ocorre após a ação da enzima de desramificação.

Ação da enzima de desramificação do glicogênio

A enzima desramificadora catalisa duas reações sucessivas para a transferência do ramo.

Atividade transferase da enzima de desramificação - Nesta reação, a enzima de desramificação transfere oligossacarídeos do ramo para o linear.

Atividade da alfa 1-6 glicosidase da enzima de desramificação - Nesta etapa de desramificação da enzima de desramificação da ligação do alfa 1-6 glicosídeo que libera uma glicose.

Ação da enzima Fosfoglucomutase

Ele converte glicose 1-fosfato librada em glicose 6-fosfato, que pode entrar glicolise.

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Glicogênio e seu metabolismo: alguns novos desenvolvimentos e velhos temas

O glicogênio é um polímero ramificado de glicose que atua como reserva de energia em momentos de suficiência nutricional para utilização em momentos de necessidade. Seu metabolismo tem sido objeto de extensas investigações e muito se sabe sobre sua regulação por hormônios como a insulina, glucagon e adrenalina (epinefrina). Tem havido um debate sobre a importância relativa do alostérico em comparação com o controle covalente da enzima biossintética chave, glicogênio sintase, bem como a importância relativa da entrada da glicose nas células em comparação com a regulação da glicogênio sintase na determinação do acúmulo de glicogênio. Novos desenvolvimentos significativos no metabolismo do glicogênio eucariótico ao longo da última década incluem: (i) estruturas tridimensionais das enzimas biossintéticas glicogenina e glicogênio sintase, com implicações associadas para mecanismo e controle (ii) análises de vários camundongos geneticamente modificados com glicogênio alterado metabolismo que lança luz sobre o mecanismo de controle (iii) maior apreciação dos aspectos espaciais do metabolismo do glicogênio, incluindo mais foco na degradação lisossomal do glicogênio e (iv) fosforilação do glicogênio e avanços no estudo da doença de Lafora, que está surgindo como uma doença de armazenamento de glicogênio.

Figuras

Figura 1. Estrutura do glicogênio

Figura 1. Estrutura do glicogênio

( UMA ) Polimerização α Ligações -1,4-glicosídicas e uma ramificação α…

Figura 2. Partículas de glicogênio

Figura 2. Partículas de glicogênio

São mostradas as proteínas associadas ao glicogênio bem estabelecidas: as enzimas metabólicas (malva) glicogenina ...

Figura 3. Visão geral do metabolismo do glicogênio

Figura 3. Visão geral do metabolismo do glicogênio

Glc Fora , glicose extracelular Glc no , intracelular ...

Figura 4. Estrutura da glicogenina de mamífero

Figura 4. Estrutura da glicogenina de mamífero

( UMA ) Representação em fitas do dímero de glicogenina.…

Figura 5. Características regulatórias da glicogênio sintase

Figura 5. Características regulatórias da glicogênio sintase

É mostrada uma comparação da arquitetura geral ...

Figura 6. Diagrama de fitas de glicogênio eucariótico ...

Figura 6. Diagrama de fitas da glicogênio sintase eucariótica

O diagrama destaca as inserções de sequência e ...

Figura 7. Ativação de glicose 6-fosfato

Figura 7. Ativação de glicose 6-fosfato

Os sítios ativos da glicogênio sintase são obstruídos no ...

Figura 8. Interações na interface regulatória ...

Figura 8. Interações na interface regulatória em diferentes estados conformacionais da glicogênio sintase de levedura

Figura 9. Ligação do maltodextrano ao glicogênio fosfoforilase ...

Figura 9. Ligação do maltodextrano na glicogênio fosfoforilase e glicogênio sintases

Figura 10. Local ativo de glicogênio de levedura ...

Figura 10. Local ativo de glicogênio sintase de levedura

Esses resíduos em Gys2p são responsáveis ​​por reconhecer ...

Figura 11. Possível mecanismo para fosforilação de glicogênio

Figura 11. Possível mecanismo para fosforilação de glicogênio

A reação usual da glicogênio sintase é mostrada em ...

Figura 12. Controle da síntese de glicogênio em ...

Figura 12. Controle da síntese de glicogênio no músculo

A insulina e o exercício aumentam a captação de glicose ...

Figura 13. Degradação do glicogênio

Figura 13. Degradação do glicogênio

O glicogênio é convertido em glicose (Glc) por duas vias: (a) ...

Figura 14. Interações relatadas entre laforin, malin ...

Figura 14. Interações relatadas entre laforina, malina e proteínas que metabolizam o glicogênio


Metabolismo de carboidratos: 10 ciclos (com diagrama)

Este artigo lança luz sobre as dez principais vias / ciclos do metabolismo de carboidratos. As dez vias / ciclos do metabolismo de carboidratos são:

(1) Glicólise (2) Conversão de piruvato em acetil COA (3) Ciclo de ácido cítrico (4) Gluconeogênese (5) Metabolismo de glicogênio (6) Glicogênese (7) Glicogenólise (8) Shunt de hexose monofosfato (9) Ciclo de glioxilato e (10) ) Fotossíntese.

Os carboidratos são a principal fonte de energia das células vivas. O monossacarídeo glicose é a molécula central no metabolismo dos carboidratos, uma vez que todas as principais vias do metabolismo dos carboidratos estão conectadas a ela (Fig. 67.3).

A glicose é utilizada como fonte de energia, é sintetizada a partir de precursores não carboidratos e armazenada como glicogênio para liberar glicose quando necessário. Os outros monossacarídeos importantes no metabolismo dos carboidratos são a frutose, a galactose e a manose.

O nível de glicose no sangue em jejum em humanos normais é 60-100 mg / dl (4,5-5,5 mmol / l) e é mantido com muita eficiência neste nível.

Os contornos das principais vias / ciclos do metabolismo de carboidratos são descritos:

Ciclo # 1. Glicólise:

A glicólise é derivada das palavras gregas (glicose - doce ou açúcar lise - dissolução). É um caminho universal nas células vivas. A glicólise é definida como a sequência de reações que convertem a glicose (ou glicogênio) em piruvato ou lactato, com a produção de ATP (Fig. 67.4).

Características salientes:

1. A glicólise (também conhecida como via Embden-Meyerhof) ocorre em todas as células do corpo. As enzimas dessa via estão presentes na fração citossômica da célula.

2. A glicólise ocorre na ausência de oxigênio (anaeróbica) ou na presença de oxigênio (aeróbia). O lactato é o produto final sob condição anaeróbia. Na condição aeróbia, o piruvato é formado, que é então oxidado a CO2 e H2O.

3. A glicólise é uma via principal para a síntese de ATP em tecidos sem mitocôndria, e. eritrócitos, córnea, lente etc.

4. A glicólise é muito essencial para o cérebro, que depende da glicose para obter energia. A glicose no cérebro deve sofrer glicólise antes de ser oxidada a CO2 e H2O.

5. A glicólise (anaeróbica) pode ser resumida pela reação líquida

Glicose + 2ADP + 2Pi → 2 Lactato + 2ATP

6. A reversão da glicólise junto com os arranjos alternativos feitos nas etapas irreversíveis resultará na síntese de glicose (gliconeogênese).

Ciclo # 2. Conversão de piruvato em acetil COA:

O piruvato é convertido em acetil CoA por descarboxilação oxidativa. Esta é uma reação irreversível, catalisada por um complexo multienzimático, conhecido como complexo piruvato desidrogenase (PDH), que é encontrado apenas na mitocôndria. Altas concentrações de PDH são encontradas no músculo cardíaco e nos rins. A enzima PDH requer cinco cofatores (coenzimas), a saber - TPP, lipoamida, FAD, coenzima A e NAD + (a lipoamida contém ácido lipóico ligado ao grupo ɛ-amino da lisina).

A reação geral do PDH é:

Ciclo # 3. Ciclo do ácido cítrico:

O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs ou ciclo do ácido tricarboxílico - TCA) é a via metabólica mais importante para o fornecimento de energia ao corpo. Cerca de 65-70% do ATP é sintetizado no ciclo de Krebs. O ciclo do ácido cítrico envolve essencialmente a oxidação de acetil CoA em CO2 e H2O.

O ciclo do ácido cítrico é a via oxidativa final comum para carboidratos, gorduras e aminoácidos. Este ciclo não apenas fornece energia, mas também fornece muitos intermediários necessários para a síntese de aminoácidos, glicose, heme etc. O ciclo de Krebs é a via central mais importante que conecta quase todas as vias metabólicas individuais (direta ou indiretamente). As enzimas do ciclo do TCA estão localizadas na matriz mitocondrial, nas proximidades da cadeia de transporte de elétrons.

O ciclo de Krebs envolve basicamente a combinação de um acetil CoA de dois carbonos com um oxaloacetato de quatro carbonos para produzir um ácido tricarboxílico de seis carbonos, o citrato. Nas reações que se seguem, os dois carbonos são oxidados a CO e o oxaloacetato é regenerado e reciclado. O oxaloacetato é considerado como tendo um papel catalítico no ciclo do ácido cítrico. As reações do ciclo de Krebs estão representadas na Fig. 67.5.

Ciclo # 4. Gliconeogênese:

A síntese de glicose ou glicogênio a partir de compostos não carboidratos é conhecida como gliconeogênese. Os principais substratos / precursores da gliconeogênese são lactato, piruvato, aminoácidos glicogênicos, propionato e glicerol.

Localização da gliconeogênese:

A gliconeogênese ocorre principalmente no citosol, embora alguns precursores sejam produzidos na mitocôndria. A gliconeogênese ocorre principalmente no fígado e, até certo ponto, na matriz renal (cerca de um décimo da capacidade do fígado).

Reações de gliconeogênese:

A gliconeogênese se assemelha muito à via reversa da glicólise, embora não seja a reversão completa da glicólise. Essencialmente, 3 (em cada 10) reações da glicólise são irreversíveis. As sete reações são comuns tanto para a glicólise quanto para a gliconeogênese. As três etapas irreversíveis da glicólise são catalisadas pelas enzimas, a saber, hexoquinase, fosfofrutocinase e piruvato quinase.

Ciclo # 5. Metabolismo do glicogênio:

O glicogênio é a forma de armazenamento de glicose nos animais, assim como o amido nas plantas. É armazenado principalmente no fígado (6-8%) e nos músculos (1-2%). Devido à maior massa muscular, a quantidade de glicogênio no músculo (250 g) é cerca de três vezes maior do que no fígado (75 g).

Funções do glicogênio:

A principal função do glicogênio hepático é manter os níveis de glicose no sangue, principalmente entre as refeições. Os estoques de glicogênio hepático aumentam em um estado bem alimentado, que se esgotam durante o jejum. O glicogênio muscular serve como reserva de combustível para o suprimento de ATP durante a contração muscular.

Ciclo # 6. Glicogênese:

A síntese de glicogênio a partir da glicose é a glicogênese. A glicogênese ocorre no citosol e requer ATP e UTP, além da glicose.

Ciclo # 7. Glicogenólise:

A degradação do glicogênio armazenado no fígado e nos músculos constitui a glicogenólise. As vias de síntese e degradação do glicogênio não são reversíveis. Um conjunto independente de enzimas presentes no citosol realiza a glicogenólise. O glicogênio é degradado pela quebra das ligações α-1, 4- e α-1, 6-glicosídicas.

Ciclo # 8. Shunt de hexose monofosfato:

A via da hexose monofosfato ou shunt HMP também é chamada via da pentose fosfato ou via do fosfogluconato. Esta é uma via alternativa para a glicólise e o ciclo do TCA para a oxidação da glicose. No entanto, o shunt de HMP é de natureza mais anabólica, uma vez que está relacionado com a biossíntese de NADPH e pentose & # 8217s.

Localização do caminho:

As enzimas do shunt HMP estão localizadas no citosol. Os tecidos, como fígado, tecido adiposo, glândula adrenal, eritrócitos, testículos e glândula mamária em lactação, são altamente ativos no shunt de HMP. A maioria desses tecidos está envolvida na biossíntese de ácidos graxos e esteróides que dependem do suprimento de NADPH.

Reações do shunt HMP:

A sequência de reações de shunt de HMP é ilustrada na Fig. 67.6.

Significado do shunt HMP:

O shunt HMP é único na geração de dois produtos importantes - pentose & # 8217s e NADPH - necessários para as reações biossintéticas e outras funções.

A. Importância das pentoses & # 8217s:

No shunt HMP, as hexoses são convertidas em pentose & # 8217s, sendo a ribose 5-fosfato a mais importante. Esta pentose ou seus derivados são úteis para a síntese de ácidos nucléicos (RNA e DNA) e muitos nucleotídeos como ATP, NAD +, FAD e CoA.

B. Importância do NADPH:

1. O NADPH é necessário para a biossíntese redutiva de ácidos graxos e esteróides, portanto, o shunt de HMP é mais ativo nos tecidos relacionados com a lipogênese, e. tecido adiposo, fígado etc.

2. O NADPH é usado na síntese de certos aminoácidos envolvendo a enzima glutamato desidrogenase.

3. Há uma produção contínua de H2O2 nas células vivas que podem danificar quimicamente lipídios insaturados, proteínas e DNA. No entanto, isso é evitado em grande parte por meio de reações antioxidantes envolvendo o NADPH. Redução de H mediada por glutationa2O2 é dado abaixo

Glutationa (reduzida, GSH) desintoxica H2O2, a peroxidase catalisa essa reação. O NADPH é responsável pela regeneração da glutationa reduzida a partir da oxidada.

Ciclo # 9. Ciclo de glioxilato:

Os animais, incluindo o homem, não podem realizar a síntese líquida de carboidratos a partir da gordura. No entanto, as plantas e muitos microrganismos são equipados com a maquinaria metabólica - ou seja, o ciclo do glioxilato - para converter gordura em carboidratos. Essa via é muito significativa nas sementes em germinação, onde o triacilglicerol (gordura) armazenado é convertido em açúcares para atender às necessidades de energia.

O ciclo de glioxilato é considerado uma variante anabólica do ciclo do ácido cítrico e está representado na Fig. 67.7.

Ciclo # 10. Fotossíntese:

A síntese de carboidratos na fotossíntese de plantas verdes. É agora reconhecido que a fotossíntese envolve principalmente o processo de transdução de energia em que a energia da luz é convertida em energia química (na forma de compostos de carbono oxidáveis).

É fato comprovado que toda a energia consumida pelos sistemas biológicos provém da energia solar que fica presa na fotossíntese. A equação básica da fotossíntese é fornecida abaixo.

Na equação acima, (CH2O) representa carboidrato. A fotossíntese nas plantas verdes ocorre nos cloroplastos, uma organela especializada. O mecanismo de fotossíntese é complexo, envolvendo vários estágios e participação de várias macromoléculas e macromoléculas.

O papel dos fotossistemas:

A etapa inicial da fotossíntese é a assimilação do dióxido de carbono, que é referida como absorção da luz pelas moléculas de clorofila nos cloroplastos. Isso resulta na produção de energia de excitação, que é transferida de uma molécula de clorofila para outra, até ser capturada por um centro de reação. A transferência ativada pela luz de um elétron para um aceptor (fotossistemas) ocorre no centro de reação.

A fotossíntese requer principalmente as interações de dois fotossistemas distintos (I e II). O fotossistema I gera um redutor forte que resulta na formação de NADPH. O fotossistema II produz um oxidante forte que forma O2 de H2O. Além disso, a geração de ATP ocorre à medida que os elétrons fluem do fotossistema II para o fotossistema I (Fig. 67.8). Assim, a luz é responsável pelo fluxo de elétrons de H2O para NADPH com geração concomitante de ATP.

O ciclo de Calvin:

A fase escura da fotossíntese é conhecida como ciclo de Calvin. Neste ciclo, o ATP e o NADPH produzidos na reação de luz (descrito acima) são utilizados para converter CO2 a hexoses e outros compostos orgânicos (Fig. 67.9). O ciclo de Calvin começa com uma reação de CO2 e ribulose 1, 5-bisfosfato para formar duas moléculas de 3-fosfoglicerato. Este 3-fosfoglicerato pode ser convertido em frutose 6-fosfato, glicose 6-fosfato e outros compostos de carbono.


SOBRE O SIGNIFICADO FUNCIONAL DO GLICOGÊNIO DE CÉLULAS β PANCREÁTICAS *

RESUMO

Descobriu-se que o glicogênio é um constituinte normal das células β pancreáticas de mamíferos. Esses estoques de glicogênio não constituem depósitos metabolicamente inertes, mas são prontamente mobilizados durante a isquemia. Houve uma estreita relação entre o conteúdo de glicogênio e os níveis de glicose aos quais as células β foram expostas. As ilhotas de camundongos obesos-hiperglicêmicos continham, por exemplo, 10 mmoles de resíduos de glucosil (= 1,6 g de glicogênio) por quilograma de peso seco, que é cerca de 3 vezes mais do que encontrado nos irmãos magros. Um baixo nível de glicose era incompatível com o estabelecimento de reservas substanciais de glicogênio. Isso pode representar um mecanismo relevante para proteção contra hipoglicemia profunda, tornando as células β menos sensíveis a vários estimuladores da liberação de insulina.

O derivado dibutiril do 3,5-AMP cíclico, bem como compostos (glucagon e teofilina) conhecidos por aumentar a quantidade deste nucleotídeo nas ilhotas pancreáticas, reduziram os níveis de glicogênio quando testados em um em vitro sistema com ilhotas microdissectadas. Por outro lado, a epinefrina, que inibe a síntese do 3,5-AMP cíclico pela estimulação dos locais dos receptores α-adrenérgicos, aumentou o nível de glicogênio das ilhotas. Houve redução do teor de glicogênio quando as ilhotas microdissectadas foram expostas à glibenclamida, um potente composto hipoglicêmico de sulfonilureia. A mobilização de glicogênio por sulfonilureia pode ser explicada em termos de um "potencial de fosfato" modificado levando a quantidades aumentadas de AMP e fosfato inorgânico em detrimento de ATP.


Exemplos de doenças de armazenamento de glicogênio

Existem duas categorias principais de doenças de armazenamento de glicogênio: as que resultam da homeostase do glicogênio defeituoso no fígado e as que resultam da homeostase do glicogênio defeituoso no músculo. As doenças resultantes do armazenamento defeituoso de glicogênio no fígado geralmente causam hepatomegalia (fígado aumentado), hipoglicemia e cirrose (cicatrizes no fígado). Doenças resultantes de armazenamento defeituoso de glicogênio muscular geralmente causam miopatias e comprometimento metabólico. Exemplos de doenças de armazenamento de glicogênio incluem a doença de Pompe, a doença de McArdle e a doença de Andersen.

Doença de Pompe

A doença de Pompe é causada por mutações no GAA gene, que codifica α-glucosidase do ácido lisossomal, também conhecido como maltase ácida, e afeta o músculo esquelético e cardíaco. A maltase ácida está envolvida na degradação do glicogênio e as mutações causadoras de doenças resultam no acúmulo prejudicial de glicogênio na célula. Existem três tipos de doença de Pompe: a forma adulta, a forma juvenil e a forma infantil, que são progressivamente mais graves. A forma infantil leva à morte por volta de um a dois anos de idade se não for tratada.

Doença de McArdle

A doença de McArdle é causada por mutações no PYGM gene, que codifica a miofosforilase, a isoforma do glicogênio fosforilase presente no músculo. Os sintomas são frequentemente observados em crianças, mas a doença pode não ser diagnosticada até a idade adulta. Os sintomas incluem dor muscular e fadiga, e a doença pode ser fatal se não for tratada adequadamente.

Doença de Andersen

A doença de Andersen é causada por uma mutação no GBE1 gene, que codifica a enzima de ramificação do glicogênio e afeta os músculos e o fígado. Os sintomas geralmente são observados com alguns meses de idade e incluem crescimento atrofiado, aumento do fígado e cirrose. As complicações da doença podem ser fatais.

1. Qual descreve melhor a função do glicogênio?
UMA. Fornece suporte estrutural para células musculares
B. Um fator de transcrição que regula a diferenciação celular
C. Armazena glicose em plantas
D. Protege os níveis de glicose no sangue e serve como uma fonte de energia prontamente mobilizada

2. Qual é o principal hormônio que estimula a degradação do glicogênio?
UMA. Glucagon
B. Tireoide
C. Insulina
D. Estrogênio

3. Quais são os possíveis destinos da glicose-1-fosfato produzida pela glicogenólise?
UMA. Conversão em glicose-6-fosfato seguida pela entrada na via glicolítica
B. Conversão em glicose-6-fosfato seguida pela entrada na via da pentose fosfato
C. Conversão em glicose seguida de liberação na corrente sanguínea
D. Tudo acima


Resumo da Seção

A quebra e a síntese de carboidratos, proteínas e lipídios se conectam com as vias do catabolismo da glicose. Os carboidratos que também podem contribuir para o catabolismo da glicose incluem galactose, frutose e glicogênio. Eles se conectam com a glicólise. Os aminoácidos das proteínas se conectam com o catabolismo da glicose por meio do piruvato, acetil CoA e componentes do ciclo do ácido cítrico. A síntese do colesterol começa com acetil CoA, e os componentes dos triglicerídeos são captados pela acetil CoA e entram no ciclo do ácido cítrico.

Exercícios

  1. O colesterol sintetizado pelas células usa qual componente da via glicolítica como ponto de partida?
    1. glicose
    2. acetil CoA
    3. piruvato
    4. dióxido de carbono
    1. a quebra de açúcares
    2. a montagem de açúcares
    3. a quebra de ácidos graxos
    4. a remoção de grupos amino de aminoácidos
    1. B
    2. C
    3. Eles são muito econômicos. Os substratos, intermediários e produtos se movem entre as vias e o fazem em resposta a loops de inibição de feedback perfeitamente ajustados que mantêm o metabolismo geral em equilíbrio. Os intermediários em uma via podem ocorrer em outra e podem se mover de uma via para outra com fluidez, em resposta às necessidades da célula.

    Metabolismo de glicogênio

    O metabolismo do glicogênio inclui glicogênese e glicogenólise.

    Glicogênese

    É a síntese intracelular de glicogênio a partir da glicose. O local principal é o citosol das células hepáticas e musculares. No fígado, forma 8-10% de seu peso úmido e, no músculo, constitui 1-2% de seu peso úmido. A maioria das outras células pode armazenar quantidades mínimas. A síntese de glicogênio a partir de UDPG requer a presença de duas enzimas: glicogênio sintase e enzima ramificada.

    Glicogênio sintase

    Esta é a enzima chave para a síntese de glicogênio. Ele catalisa a transferência de unidades de glicose de UDP-G para o primer de glicogênio (uma cadeia já existente de moléculas de glicose) para que C1 de glicose ativada de UDP-G está ligada a C4 da unidade terminal de glicose no primer de glicogênio (glicogênio em crescimento) por ligações α 1, 4 glucosídicas. Este processo pode ser repetido e produz um alongamento dos ramos até um mínimo de 11 resíduos de glicose. Este é o glicogênio imaturo.

    Enzima de ramificação: [amylo (1,4 → 1, 6) transglucosidase]

    Ele transfere partes da cadeia alongada (comprimento mínimo de 6 resíduos de glicose) de uma ramificação para ser ligada à cadeia mais próxima por ligações glicosídicas α 1, 6 formando um novo ponto de ramificação. Os novos ramos são alongados pela glicogênio sintase e o processo é repetido.

    Importância do glicogênio

    • O glicogênio hepático funciona como uma reserva de glicose para a manutenção da concentração de glicose no sangue, especialmente entre as refeições. Após 12-18 horas de jejum, o glicogênio hepático está esgotado.
    • O glicogênio muscular está presente para servir como uma reserva de combustível para a geração de ATP dentro do próprio músculo apenas durante a concentração. O glicogênio muscular é esgotado após exercícios prolongados.

    Metabolismo de glicogênio

    Regulação da glicogênese

    Modificação covalente por hormônios: a glicogênio sintase é a enzima chave da glicogênese. Está presente em 2 formas:

    1. Forma desfosforilada ativa (forma a). Efeito da insulina.
    2. Forma fosforilada inativa (forma b). Efeito do glucagon no fígado e efeito da epinefrina no fígado e músculos. (revisar esses efeitos na glicólise).

    Regulação alostérica da glicogênese:

    • G-6-P ativa a glicogênio sintase. O acúmulo de G-6-P significa que a célula não precisa de mais oxidação e produção de ATP.
    • Glicogênio: inibe a glicogênio sintase.

    Glicogenólise

    É uma quebra intracelular do glicogênio para formar G-1-P, que é convertido em G-6-P. Seu local principal é o citosol do fígado e dos músculos. É catalisado pela glicogênio fosforilase e duas outras enzimas.

    Glicogênio fosforilase

    A etapa catalisada pela fosforilase é o limitante da taxa na glicogenólise. A glicogênio fosforilase ativa na presença de fosfatos inorgânicos atua nas ligações α 1, 4-glucosídicas das extremidades (ramos terminais) das moléculas de glicogênio, (entre C1 do resíduo terminal e C4 do adjacente) levando à formação de moléculas sucessivas de G-1-P, removendo uma unidade de glicose por vez. A ação da enzima pára quando há quatro resíduos de glicose em cada lado de um 16 ramo.

    Outra enzima

    α 1,4α 1, 4 glucano transferase. Ele transfere uma unidade de trissacarídeo de uma ramificação para a outra, expondo o ponto de ramificação α 1, 6.

    Enzima de desramificação: Amylo 1,6-glucosidase:

    Catalisa a remoção do último resíduo de glicose no ponto de ramificação pela adição de H2O produzindo glicose livre, deixando uma cadeia para posterior fosforólise pela enzima fosforilase. O G-1-P formado pela clivagem fosforolítica do glicogênio é convertido em G-6-P pela fosfoglucomutase.

    No fígado e nos rins, G-6-P é convertido em glicose livre + Pi pela G-6-fosfatase. Portanto, o fígado pode liberar glicose no sangue para manter um nível relativamente constante de glicose no sangue. Nos músculos, o G-6-P é retido e não pode ser diferente fora das células devido à ausência de G-6-fosfatase, portanto, os músculos podem utilizá-lo para produzir ATP para si.

    A clivagem fosforolítica do glicogênio é mais vantajosa do que a clivagem hidrolítica porque:

    1. As unidades liberadas da glicogenólise pela fosforilase são o G-6-P, que entrará na glicólise no músculo sem a necessidade de ser fosforilado às custas do ATP.
    2. O G-6-P dentro das células musculares pode se difundir para fora das células, enquanto a glicose pode.

    Regulação da glicogenólise

    Modificação covalente por hormônios: norepinefrina e epinefrina (no fígado e músculos) ou glucagon no fígado apenas ativam a glicogênio fosforilase, enquanto a insulina a inibe.

    Regulação alostérica

    1. G-6-P e ATP inibem a glicogênio fosforilase porque seus níveis elevados indicam que a célula não precisa de mais energia e não há necessidade de quebrar o glicogênio.
    2. AMP estimula a glicogênio fosforilase nos músculos.
    3. O cálcio indiretamente ativa a fosforilase no músculo e no fígado.
    Doenças de armazenamento de glicogênio
    • A doença de Von Gierke & # 8217s é devida a uma deficiência de glicose 6-fosfatase.
    • A síndrome de Mc Ardle é causada por uma deficiência de fosforilase muscular.
    Os erros inatos metabólicos incluem principalmente:
    1. Fructosuria essencial é devido a uma deficiência hereditária da enzima frutocinase. É uma condição assintomática.
    2. A intolerância hereditária à frutose é devida à deficiência hereditária da enzima hepática aldolase B. É caracterizada por ataques de hipoglicemia que podem levar à morte.

    Metabolismo da galactose

    A principal fonte alimentar de galactose é a lactose obtida do leite e de seus derivados. A digestão da lactose ocorre pela enzima lactase (β-galactosidase) da membrana celular da mucosa intestinal. Alguma galactose também pode ser obtida pela degradação lisossomal de CHO complexos, como glicoproteínas e glicolipídeos, que são componentes importantes da membrana, bem como da renovação das próprias células do corpo. Como a frutose, a entrada de galactose nas células não é dependente da insulina.

    Galactosemia é uma doença hereditária devido à deficiência da galactose 1-fosfato uridil transferase (mais comumente) também devido a defeitos hereditários na galactoquinase, ou 4-epimerase, e caracterizada por retardo mental, diarreia e catarata.


    Necessidade de nutrientes do corpo e # x27s: fonte dietética

    Mina W. Lamb, Margarette L. Harden, em The Meaning of Human Nutrition, 1973

    Carboidratos

    O que são carboidratos?

    Os carboidratos são o combustível preferido para uso pelo corpo e representam o maior componente único da maioria das dietas além da água. Os carboidratos foram um dos primeiros nutrientes a serem identificados quimicamente - a proporção de hidrogênio para oxigênio é de 2: 1, a mesma proporção encontrada na água - daí o termo carboidrato.

    No processo de metabolismo, o carbono é oxidado em dióxido de carbono e hidrogênio em água, liberando energia característica deste tipo de molécula:

    Fig. 5.3. Esquema de produção de energia.

    A unidade estrutural mais simples de carboidrato é o monossacarídeo. A maioria dos monossacarídeos nos alimentos são hexoses, uma vez que são compostos de uma unidade de seis carbonos à qual os átomos de hidrogênio e oxigênio estão ligados como grupos de hidrogênio (H +) e hidroxila (OH -). Os três monossacarídeos nos alimentos liberados por processos digestivos e de importância na nutrição são glicose, frutose e galactose, que contêm o mesmo número e tipos de átomos - seis átomos de carbono, doze átomos de hidrogênio e seis átomos de oxigênio, como mostrado na Fig. 5.4 . Estes são arranjados espacialmente em torno da cadeia de átomos de carbono ou sua configuração cíclica. Esses diferentes arranjos de átomos são responsáveis ​​pela variação no poder adoçante, solubilidade e outras propriedades dos diferentes monossacarídeos.

    Fig. 5.4. Dois métodos para ilustrar a estrutura da glicose.

    Duas moléculas de monossacarídeos são combinadas para formar um dissacarídeo com a liberação de uma molécula de água. Assim, as unidades de glicose são unidas para produzir uma molécula maior, neste caso, o açúcar duplo maltose. Este processo é denominado síntese de desidratação. O processo inverso, pelo qual a maltose é decomposta pela adição química de água entre duas unidades, é chamado de hidrólise. Esses processos, síntese de desidratação e hidrólise, ocorrem na construção e degradação de todas as macromoléculas principais de carboidratos (moléculas grandes construídas pela repetição de unidades menores) na célula viva.

    Glicose, frutose e galactose são três monossacarídeos que são liberados dos alimentos durante os processos digestivos e absorvidos pela veia porta para serem transportados ao fígado. Do fígado, apenas a glicose é liberada para circulação no sangue. A glicose, às vezes chamada de dextrose ou açúcar da uva, é prontamente usada pela maioria dos organismos como fonte de energia. Os dissacarídeos comumente encontrados nos alimentos são sacarose, lactose e maltose. O mais conhecido no uso doméstico é a sacarose, conhecida como açúcar de cana ou beterraba.

    O terceiro grupo de carboidratos, os polissacarídeos - amidos, dextrinas, glicogênio e celuloses, são moléculas complexas de centenas de unidades do monossacarídeo glicose. As moléculas de celulose e amido podem ser degradadas gradativamente para produzir amidos mais simples, depois em dissacarídeo maltose e, finalmente, em glicose. Este processo é usado para produzir xarope de milho e açúcar de milho (glicose) a partir do amido de milho. O xarope de milho, que é uma mistura de dextrinas, maltose e glicose, e glicose são cerca da metade tão doces quanto a sacarose. O amido é a principal reserva de armazenamento de energia para a maioria das plantas e uma das fontes de energia mais importantes para o homem. O fígado e os músculos humanos armazenam quantidades limitadas de carboidratos na forma de glicogênio, às vezes chamado de amido animal. Em uma pessoa adulta bem alimentada, o conteúdo de glicogênio do fígado pode ser 100–200 g ou apenas menos de ½ lb em um fígado de 3-4 lb. O conteúdo de glicogênio do fígado bovino ou de porco constitui cerca de 2–6% de seu peso bruto. Essa quantidade de glicogênio é significativa no planejamento de dietas com controle de carboidratos. Nos músculos, a concentração de glicogênio é transitória e desprezível em quantidade e rapidamente utilizada no metabolismo energético.

    Fig. 5.5. O fígado libera apenas glicose para o sangue.

    A celulose é o carboidrato mais abundante da natureza. Essas moléculas de carboidratos complexos, polissacarídeos, não têm tamanho fixo e podem conter até 10.000 unidades de glicose. A celulose pode ser usada por animais ruminantes cujos estômagos múltiplos contêm certos organismos unicelulares que habitam o rúmen e degradam as moléculas complexas formando não apenas carboidratos utilizáveis, mas também altas concentrações de proteínas (30-70% dos resíduos de peso seco).

    O uso da celulose como alimento utilizável para as pessoas foi desenvolvido pela organização científica Hitler & # x27s antes da Segunda Guerra Mundial. He used soft wood pulp as sources of cellulose to be degradated by strong acids into maltose- and glucose-rich syrups termed “ersatz zucher.” Other cellulose wastes were used to grow torula-type yeasts which produced in a few days, tons of high protein residues of high biological value. Hungry people ate these products, but today no evidence exists of their continued use as food for people who are in less desperate situations and have more abundant food supplies.

    Activities for Student Learning

    You will want to read a chapter on carbohydrates in some selected book (or ones listed in Section 1) to identify the functions performed by carbohydrate in the body.

    Can you enumerate the factors which affect the digestion and absorption of carbohydrates?

    You may plot a bar graph showing the percentage of carbohydrate for the following foods: whole grain bread, molasses, cornflakes, cooked beans, oranges, ground beef, and table sugar.

    When you need to plan a reducing diet, which carbohydrate foods should you include and which should you omit? What is the rationale for such decisions?

    You need to calculate the carbohydrate content of several “made” desserts and note ingredients which are the chief contributors of sugars and starches.

    You will want to survey local food processors and compute the composition of some standard commercial formulas for foods such as pastries, ice creams, etc. and identify their sugar, starch, and fat contents.

    Did you remember to fill in the following?

    Lipids and Fats

    The broad classification of lipids embraces all substances extractable from biological materials with the usual fat solvents (ether, acetone, chloroform, alcohol, etc.) and includes the fat soluble vitamins, fats, and compounds of metabolic importance such as phospholipids, glycolipids, cholesterol, and others.

    What are fats? All fats are insoluble in water other physical and chemical properties vary with the types, proportions, and arrangement of fatty acids in the molecule. The fat macromolecules, like those of carbohydrates, are composed of carbon, hydrogen, and oxygen, yet fats contain over twice the energy value of carbohydrates (nine calories per gram for fats and four calories per gram for carbohydrates). The difference in energy value lies in the proportion of oxidizable elements in the molecule. Fats contain a much higher ratio of carbon and hydrogen in the molecule than of oxygen i.e., less intramolecular oxidation than in carbohydrates. A molecule of fat contains three fatty acids and glycerol, which is a type of alcohol. These are joined together as an ester, a particular type of chemical combination of bonds between certain types of atoms. Because of this structural composition, fats are called triglycerides with structures formed as follows:

    Fig. 5.6 . A lipid releases fatty acids and embraces many substances.

    When a fat molecule is formed, the hydrogen atom of glycerol combines with the hydroxyl radical of the fatty acid to link the glycerol to each of the three fatty acids. Water (HOH) is formed as a by-product. Thus a triglyceride and three molecules of metabolic water are produced. The fatty acids which form a triglyceride may be three molecules of the same fatty acid, of different fatty acids or of any combination. Furthermore, the position on the glycerol occupied by each fatty acid makes a difference. When only one or two molecules of fatty acids are added, the product is a mono- or diglyceride such compounds are used as emulsifying agents in food processing.

    Fatty acids classified according to the number of carbons in the straight chain linkage would have these dimensions:

    Fats composed of shorter chain fatty acids have lower melting points (liquid at room temperatures of 70–72°F) conversely, those with longer chain acids have higher melting points. The properties of fats are dependent both on the length of the chain and on the “degree of saturation” of fatty acids. A carbon atom may have four other atoms bonded to it in a saturated fatty acid, the bonds are saturated or filled to capacity with hydrogen. Note the formula given for stearic acid as compared to oleic and linoleic acids. When the bonds of the carbon atoms are not connected to other elements, two bonds connect two carbon atoms which is referred to as a double bond (note the formula for oleic acid) thus the fatty acid is said to be unsaturated. If only one double bond is present, the fatty acid is called monounsaturated whereas the presence of two or more double bonds is termed polyunsaturated (note the formula for linoleic acid).

    Fats that are solid at room temperature are composed of saturated fatty acids, which is characteristic of most fats of animal origin those liquid at room temperature have a higher percentage of unsaturated fatty acids. For example, large amounts of saturated stearic acid are found in suet, the more unsaturated oleic acid occurs in olive oil, and the polyunsaturated linoleic acid occurs in oils from corn, cottonseed, and soybean.

    All seed oils are liquid at room temperature and contain a high proportion of unsaturated and polyunsaturated fatty acids. Fats from each species of animals and plants are distinctive usually fat from herbivora has more saturated fatty acids than that from sea animals, and fat from four-legged animals is more saturated than that from two-legged ones (poultry), such as beef versus chicken. Oils extracted from seeds are the highest in polyunsaturated fatty acids of all natural fats, whereas oils from fruits may contain up to 90% of the monounsaturated fatty acid, oleic acid (found in olive and coconut oils). The unsaturated fatty acids usually are C18 e C20 ácidos.

    Double bonds in fatty acids represent centers of chemical activity when oxidation occurs at the double bond, the change in the fat is identified as rancidity. The ease with which oils become rancid has been a detriment to their use in food. In the 1920s a process was developed that added hydrogen at the double bond and changed an oil into a fat which was solid at room temperature. In fact, the “hardness” of the fat at a given temperature can be controlled by the degree to which the polyunsaturated fatty acids have been changed to monounsaturated and finally to saturated fatty acids. Por exemplo:

    Medium chain triglycerides (MCT) have recently become prominent in research and are being provided by a manufacturing company as a special source of fat. These triglycerides contain octanoic and decanoic acids, C8 e C10 fatty acids, respectively. These triglycerides are digested and absorbed differently from triglycerides composed of long chain fatty acids which comprise about 98% of most dietary fats. Medium chain triglycerides require less enzymes and bile acids for digestion than conventional food fat. They are transported directly by the portal circulation, while regular food fat requires the more complex intestinal micellar formation and chylomicron transport system of the lymph. The usual result is markedly increased availability of fat calories. The MCT may be useful in nutritional management of persons with impaired digestion or malabsorption of fats such as occurs in steatorrhea, neonatal hepatitis, or cirrhosis. The unique MCT oil is a trademark licensed from Dow Chemical Company and is on the market for use in special dietary products prescribed by doctors and sold in pharmacies.

    Even though the body uses fat mainly as fuel, it is essential for health and is indispensable in the diet. However, any attempt to utilize appreciable quantities of fat without concomitant degradation of an adequate amount of carbohydrate can lead to ketosis, hypercholesterolemia, hyperlipemia, or fatty liver.

    Fig. 5.7 . The body uses fat mainly as fuel.

    The current concern about the role of dietary fats in cardiovascular disasters, has directed attention to the ratio of polyunsaturated to saturated fatty acids and to the ratio of short chain to medium to long chain fatty acids. Early research indicated that vegetable oils were effective in reducing serum cholesterol. A standard recommendation found in many diet manuals states specific polyunsaturated/saturated (P/S) ratio of 2:1.

    Activities for Student Learning

    You need to read about lipids and fats in a suitable reference.

    You should determine the physical characteristics (odor, texture, color, taste) of stearic, linoleic, and oleic fatty acids also of margarine, lard, shortening, olive oil, cod liver oil, corn oil, chicken fat, lamb fat, etc. You need to compare the texture to the amount of saturated fatty acids present.

    Prepare a graph showing the percentage of total fat in descending order for the following: lard, butter, margarine, bacon, potato chips, cottonseed oil, avocado, chocolate bar, plain cake, white enriched bread, ground hamburger meat, and mayonnaise.

    Could you plan a diet with the polyunsaturated/saturated (P/S) ratio recommended for healthful living?

    Protein as a Source of Energy

    What Is the Role of Protein as a Source of Energy?

    Proteins are relatively large molecules composed of amino acids linked together through the amine group (–NH2) of one molecule and the carboxyl (-COOH) group of another.

    Any alpha amino acid where R represents any number of different radicals. Alpha refers to the first carbon following the carboxyl group (–COOH).

    The –NH2 – group of any amino acid can combine with the –COOH + group of another, forming a spiral shaped linkage of hundreds of amino acids to synthesize a single protein molecule. This buildup of the specified sequence of amino acid molecules attached by peptide linkage to form a protein molecule is termed protein synthesis. This synthesis occurs in a stepwise progress of two amino acids combining to form a dipeptide:

    After dipeptide formation another amino acid can be added to form a tripeptide and so on until polypeptides and eventually protein molecules have been synthesized. These are reversible reactions and can proceed for synthesis of a protein molecule or for degradation of the protein as occurs during digestion.

    Some 20 amino acids have been identified in natural protein molecules ranging from glycine, the smallest and simplest amino acid, to complex ones such as tryptophan. These amino acids are released from protein molecules by the process of hydrolysis catalyzed by digestive enzymes. Thus dietary proteins furnish amino acids which can be used not only as building material for body tissue, enzymes, and hormones but also can be used as a source of energy. If the total energy intake is too low, additional amino acids must be deaminated and the carbon-hydrogen skeleton can be oxidized to yield energy. In this way protein is used to meet the first demand of the body which is the requirement for energy. If the energy intake is adequate but protein intake is higher than required, the extra amino acids can be used to supply energy or to form fat to be stored in adipose tissue.

    The oxidation of amino acids for energy requires that the amino acid first loses its amino group, leaving the carbon-hydrogen skeleton for oxidation or for fat synthesis. The amino group is removed by processes described as transamination or deamination. Transamination involves the production of other nitrogenous compounds such as those amino acids that can be synthesized in the body. Deamination removes the amino group which is then synthesized into urea which constitutes the main nitrogenous product excreted in the urine.

    Activities for Student Learning

    Please design or diagram the destiny of the protein content of a diet that is deficient in meeting the energy expenditure of a child.

    Explain the role of protein as a source of energy in high protein reducing diets.

    Plan a typical high protein and low calorie regimen for weight reduction, e.g., 100–150 g of protein in a 1200 calorie diet compute the grams of protein, carbohydrate, and fat of the foods to be used as well as the cost of the food in the food groups to prepare this diet.


    Glycogen storage diseases

    Genetic defects have been described for several enzymes of glycogen metabolism. The clinical syndromes associated with these defects are referred to as glycogen storage diseases. While these conditions are not particularly common, they do shed some light on the physiological significance of glycogen metabolism. Some conditions are clinically severe and are the focus of ongoing therapeutic research. A few examples are briefly discussed below.

    Glucose-6-phosphatase deficiency (von Gierke disease)

    • glucose-6-phosphate formed in gluconeogenesis or glycogen degradation cannot be converted to free glucose
    • glucose cannot be exported from liver and kidney cells
    • glycogen builds up in liver and kidneys (organ enlargement and functional impairment)
    • severe hypoglycemia
    • lactic acidosis
    • hyperlipidemia
    • hyperuricemia

    Gluconeogenesis and glycogen degradation in liver and kidneys produce glucose-6-phosphate, which must then be dephosphorylated to glucose in order to be exported into the bloodstream (see slide 8.5.1 ). An enzyme defect for glucose-6-phosphatase prevents glucose release, which causes abnormally low blood glucose levels (hypoglycemia). Some of the surplus glucose-6-phosphate is funnelled into glycogen synthesis, whereas the remainder is converted to pyruvate in glycolysis and either emerges as lactate or, downstream of pyruvate dehydrogenase, is turned into triacylglycerol and cholesterol the excess lactate and lipids account for the clinically observed lactic acidosis and hyperlipidemia, respectively.

    The causation of hyperuricemia—excess blood levels of uric acid, see section 16.5 —is less obvious. During episodes of hypoglycemia, the liver will be intensely stimulated by glucagon and epinephrine and make a forceful but futile attempt to mobilize its stored glycogen. The large amount of glucose-6-phosphate produced in this attempt, which cannot be converted to glucose, ties up and depletes cellular phosphate. This impedes the regeneration of ATP and raises the level of AMP, some of which then enters degradation to uric acid [41] . 50

    The clinical severity of this disease may vary, presumably due to different levels of residual enzyme activity. Some cases may be managed with a diet of frequent, starch-rich meals, which helps to avoid hypoglycemia. In more severe cases, liver transplantation may become necessary.

    Acid maltase deficiency (Pompe disease)

    A homozygous deficiency of acid maltase 51 disrupts lysosomal glycogen degradation and results in glycogen accumulation. Skeletal and heart muscle are more strongly affected than the liver. The tissue section of diseased muscle tissue shows “white holes,” which represent unstained aggregates of glycogen particles. Glycogen accumulation interferes with muscle cell function and contraction, and heart failure—a heavily impacted, severely distended heart is shown here in an X-ray image—leads to death.

    The condition, which is known as Pompe’s disease, can vary in severity complete lack of enzyme activity becomes manifest in infants, whereas mutations that reduce but do not completely inactivate the enzyme will cause milder disease with onset deferred to later childhood or adolescence. The disease can be treated with enzyme replacement therapy. The recombinant enzyme preparation is FDA-approved its price is astronomical. This therapeutic approach is more thoroughly discussed in section 20.3 .

    While the nature of the enzyme defect would lead one to expect involvement of the interior organs (liver and kidney) also, these don’t seem to be prominent in practice, although some degree of hepatomegaly (liver enlargement) is often observed. I have not yet found a clear explanation for the preferential affliction of muscle tissues.

    Muscle phosphorylase deficiency (McArdle’s disease)

    • Deficient glycogen breakdown inhibits rapid ATP replenishment
    • Patients experience rapid exhaustion and muscle pain during exertion
    • Liver phosphorylase and blood glucose homeostasis remain intact

    Since liver and muscle phosphorylase are distinct isozymes, defects usually affect one and spare the other. 52 In McArdle’s disease, the muscle isoform is selectively affected. An unexplained symptom in this disease is the so-called “second wind” phenomenon: during physical activity, patients initially fatigue rapidly, but then recover to a degree under continued exercise. This effect has been ascribed to the activation of protein and amino acid breakdown in muscle [43] .

    The lack of muscle phosphorylase should also inhibit the utilization of muscle glycogen toward blood glucose stabilization by way of the Cori cycle (see slide 8.5.3 ) one might therefore expect that McArdle’s disease might involve episodes of hypoglycemia. Interestingly, however, the literature does not contain reports of hypoglycemia in these patients.

    Lafora disease

    • deficiency for laforin, a glycogen phosphatase
    • accumulation of hyper-phosphorylated glycogen (Lafora bodies)
    • patients develop epilepsy, dementia

    Laforin is a phosphatase that is associated with glycogen particles and removes phosphate groups from glycogen itself [44] . The functional significance of glycogen phosphorylation and dephosphorylation is not clear and you will notice that it was not even mentioned above. However, genetic deficiencies of the phosphatase lead to the accumulation of Lafora bodies, which consist of phosphorylated, poorly branched glycogen molecules. The disease becomes manifest through a specific form of epilepsy (myoclonic seizures) and dementia and is fatal. The CNS symptoms—like the involvement of the kidneys in v. Gierke disease, see above—illustrate that tissues other than liver and muscle contain glycogen as well and may be damaged by its accumulation.


    Assista o vídeo: METABOLIZM - Rozkład glikogenu w kom. wątroby i kom. mięśnia - ZADANIA MATURALNE Z BIOLOGII (Dezembro 2022).