ENZIMAS

As enzimas são proteínas globulares quaternárias com alto poder catalítico atuando como catalisadores nas reações químicas ocorridas dentro do nosso organismo, de maneira que as reações as quais participam, não geram produtos colaterais, sendo mais eficientes no papel de catalisador em relação, por exemplo, aos ácidos.

O funcionamento das enzimas como catalisadoras está relacionada com a maneira com que elas interagem com seu substrato sendo altamente específica para cada um. Essa interação pode ser explicada pelo modelo “chave-fechadura” onde a molécula do substrato reage com uma região da enzima chamada sítio ativo, onde há presença de radicais que atraem a molécula do substrato para tal região. Com isso, forma-se um complexo “enzima-substrato” resultando em um produto final e a enzima livre.

Por serem proteínas, as enzimas, em suas reações sofrem influência de algumas variáveis importantes como temperatura, pH, tempo e a quantidade de substrato.À determinado aumento de temperatura, acaba ocorrendo uma mudança morfológica da molécula de enzima perdendo-se a afinidade e inativando o sítio ativo.Em determinado pH, o meio em que a enzima está, com o fornecimento de cargas ao sistema, há uma mudança conformacional tornando indisponível o sítio ativo.O tempo é uma variável em relação à determinado tipo de substrato no momento da ligação existente no complexo “enzima-substrato”.Com elevadas concentrações de substrato a velocidade da reação aumenta e em baixas concentrações a velocidade diminui.

As enzimas podem também sofrer um fenômeno chamado inibição onde elas são inibidas por agentes chamados inibidores. A inibição pode ocorrer de maneira competitiva ou não-competitiva. Na competitiva o inibidor bloqueia o sítio ativo e não-competitiva o inibidor se liga a outra região da molécula de enzima chamada sítio alostérico, ocorrendo nas duas, a inativação do sítio ativo impedindo a formação do complexo “enzima-substrato”. De maneira que a inibição pode ser reversível e irreversível, tendo como diferença que na irreversível a molécula de enzima se torna indisponível após ação do agente inibidor.

Existe também a retro inibição, que consiste num sistema enzimático onde o produto da primeira enzima torna-se o substrato de outra enzima na vizinhança e assim sucessivamente até que a primeira enzima é inibida pelo produto final da seqüência enzimática.

As enzimas são as unidades funcionais do metabolismo. Este processo funciona através de grupos enzimáticos trabalhando em cadeias ou seqüências para a execução de determinado processo metabólico. Como exemplo, podemos citar a retro inibição que regula o metabolismo.

METABOLISMO

O metabolismo pode ser entendido como reações químicas que ocorrem dentro do nosso organismo a partir de substratos definidos com utilização de enzimas na presença de água, através de mecanismos chamados vias metabólicas.

Ao falar de metabolismo é digno de nota que ele se divide em anabolismo e catabolismo, tendo esses dois processos como ponto de partidas os produtos finais da digestão sendo estes de interesse maior bioquimicamente falando em relação aos fenômenos ocorridos durante a digestão, de maneira que quando os produtos finais da digestão são utilizados para a construção de compostos maiores ocorrendo a liberação de energia, esse processo denomina-se anabolismo. Já no catabolismo, os produtos finais são quebrados em porções menores para obtenção de energia. Para exemplificar, quando se junta várias glicoses resultando em um glicogênio é um exemplo de anabolismo, já quando a glicose é quebrada para obter energia ocorre um catabolismo.

Como já mencionado, o mecanismo pelo qual ocorre o metabolismo é chamado de vias metabólicas, e estas podem ocorrer de duas formas: lineares e cíclicas. Nas lineares, podemos dizer que ela tem um começo e um final e com atuação de enzimas há produto inicial e final distintos. Já nas cíclicas o produto presente se liga a outra molécula formando um composto mais complexo de maneira que durante esse processo a molécula a qual o produto se ligou no início acaba sendo liberado de uma forma diferente, tendo como produto final a mesma molécula que “começou” o processo.

Dentro das vias metabólicas, as mais importantes são: Catabolismo da glicose, Ciclo de Krebs (e Fermentação), B-oxidação e Cadeia respiratória.

CATABOLISMO DA GLICOSE

A glicose através da insulina, uma proteína hormonal, é levada para dentro da corrente sanguínea devido à ativação da enzima permease, de maneira que ocorre o catabolismo da glicose dentro do citoplasma através de um mecanismo chamado via glicolítica onde a glicose será quebrada em porções menores para obtenção de energia, compreendendo duas fases, sendo que na primeira há perca de energia e na segunda ocorre um ganho de energia.

Na primeira fase acontecem as seguintes etapas: primeiramente a Glicose sofre a ação de uma enzima do tipo quinase denominada glicoquinase que com a utilização de uma molécula de ATP ocorre a sua respectiva quebra onde um dos fosfatos se liga à Glicose que por sua vez perde um hidrogênio que vai se ligar à molécula que acaba sendo liberada em forma de ADP(h); feito isto dá-se origem à Glicose-6-fosfato.

Devido à maior facilidade de colocar fosfato nas extremidades, a Glicose-6-fosfato sofre a ação da enzima fosofoglicoisomerase que a transforma em uma molécula de função química diferente, de aldeído para cetona, originando então a Frutose-6-fosfato, de maneira que esta sofre a mesma ação enzimática ocorrida na primeira reação do processo onde entra ATP e sai ADP(h) e a enzima responsável agora é fosfofrutoquinase que acaba originando a frutose-1,6-difosfato.

Como é preciso extremidades livres será necessária a quebra dessa última molécula e para isso a enzima aldolase é ativada e acaba gerando dois compostos de funções químicas diferentes, um aldeído e uma cetona, denominados Dihidroxicetona-P e Gliceraldeído-3-P que devido à ação da enzima isomerase podem se convertem uma em outra ou vice-versa, gerando então como produto final dessa primeira fase duas moléculas de Gliceraldeído-3-P que servirá de base para segunda fase da via glicolítica.

Até então já houve a perca de 2 ATPs, ou seja, houve uma perca energética.

ESQUEMA DA PRIMEIRA FASE.

A segunda fase da via glicolítica dá-se da seguinte forma: tomando como ponto de partida as duas moléculas de Gliceraldeído-3-P formadas na primeira fase, estas se ligam ao fosfato inorgânico (Pi) onde ambas perdem um átomo de hidrogênio devido à ação da enzima desidrogenase e sua coenzima NAD originando um ácido chamado 1,3-difosfatoglicerato ocorrendo a liberação de NAD(H + H), este ácido sofre a ação do ADP(h) e perde o fosfato do carbono um, trocando com um átomo de hidrogênio do ADP(h) que sai em forma de ATP através da enzima fosfogliceratoquinase, originando o 3-fosfatoglicerato.

Agora ocorre uma mudança onde o fosfato troca de posição com o hiforgênio do carbono dois através da enzima mutase originando o composto 2-fosfoglicerato, este com a ação da enzima enolase, libera-se água e vira fosfoenolpiruvato. O fosfoenolpiruvato sofre a ação da enzima piruvatoquinase ocorrendo mais uma vez a transformação de ADP(h) em ATP, de maneira que o hidrogênio do ADP(h) se liga à molécula ocorrendo assim a formação do grupo funcional cetona originando o piruvato.

O balanço energético do catabolismo da glicose tem como produtos finais: Duas moléculas de NAD, duas moléculas de ATP e Duas moléculas de Piruvato.

ESQUEMA DA SEGUNDA FASE.

FERMENTAÇÃO (do Piruvato)

O piruvato produzido na glicólise em condições anaeróbicas vai sofrer a fermentação e terá NADH+H+ em excesso, com isso ele receberá elétrons ocorrendo a produção de lactato ou etanol.

Para produção de lactato, a molécula do piruvato vai sofrer a ação da enzima desidrogenase láctica onde se entra NADH+H+ e sai NAD formando um grupo hidroxila no segundo carbono do piruvato, dando a origem ao lactato ou ácido láctico.

Para produção de etanol, primeiramente o piruvato perde carbono em forma de CO2 através da enzima descarboxilase originando o ACETALDEÍDO que com a ação da enzima desidrogenase alcoólica acaba originando o etanol, de maneira que entra NADH+H+ e sai NAD e há formação então da função álcool(etanol).

RESPIRAÇÃO

O piruvato em condições aeróbicas vai sofrer respiração tendo na sua disposição NAD oxidado em excesso.Este processo ocorre no ciotosol, de maneira que a molécula do piruvato, através da ação multienzimática do complexo piruvato desidrogenase, vai perder carbono na forma de CO2, vai ter a entrada de NAD que vai sair na forma de NADH+H+ e terá também a entrada da CoASH, originando o Acetil CoA. Com isso a molécula do piruvato foi transportada para dentro da mitocôndria devido à sua conversão em Acetil CoA em com isso dará início o Ciclo de Krebs.

CICLO DE KREBS

O ciclo de Krebs acontece dentro da mitocôndria tendo como ponto de partida o Acetil CoA produzido pelo piruvato.

O Acetil CoA, estando dentro da mitocôndria, primeiramente é adicionado ao composto que será o produto final do ciclo denominado oxalacetato, de maneira que vale lembrar que o ciclo de Krebs é um exemplo de retro inibição.O oxalacetato sofre uma ação enzimática onde a molécula de CoASH sairá e uma molécula de água

entrará, dando origem ao citrato ou ácido cítrico. Através da enzima aconitase, o citrato é desidratado, originando o cis-aconitato, e hidratado sofrendo uma isomerização originando o isocitrato.

Agora o isocitrato será descarboxilado(perderá CO2) e o NAD irá atuar saindo em forma de NADH+H+, dando origem ao cetoglutarato que sofrerá a mesma ação enzimática ocorrido com o piruvato na produção do Acetil CoA, onde ele sofrerá descaboxilação, atuará o NAD saindo na forma de NADH+H+ e haverá uma ligação com a CoASH, originando o succinil CoA que através de mais uma ação enzimática sairá CoASH e terá a ação do GDP adicionado a um fosfato inorgânico(Pi) saindo em forma de GTP, de maneira que para a formação do succinato que será o próximo composto originado será necessária a utilização de uma molécula de H2O que vem da reação de GDP em GTP onde depois um hidrogênio sai junto com a CoASH e a hidroxila restante se junta a molécula do succinato.

O succinato formado sofrerá a ação da coenzima FAD na forma oxidada, onde será retirada dois hidrogênios da molécula, saindo na forma de FADH2 originando o fumarato.Este através de uma ação enzimática será hidratado originando um composto denominado L-malato que é muito semelhante ao produto final- o oxalacetato.

Para finalizar o ciclo, o L-malato sofre atuação do NAD que retira dois hidrogênios de posições estratégicas e sai na forma de NADH+H+, dando origem ao oxalacetato, encerrando o ciclo de Krebs.

O objetivo do ciclo de Krebs é a produção de energia, de maneira que durante o ciclo são gerados: 3 NADH+H+(3 ATPs cada), 1 FADH2(2 ATPs) e 1 GTP(1 ATP), totalizando a geração de 12 ATPs por ciclo.

Levando-se em conta que uma glicose gera duas molécula de piruvato gerando dois ciclos de Krebs e até antes do ciclo gerou 14 ATPs (2 ATPs, 4 NAD+H+) e sendo que um ciclo gera 12 ATPs, portanto o balanço energético total é que uma glicose pode gerar 38 ATPs.

*OBS: A primeira fase do catabolismo da glicose pode gerar além de duas moléculas de gliceraldeído 3-P, duas moléculas de dihidroxicetona-P que sofrendo ação do NADH+H+ que sai no forma de NAD, origina o glicerol fosfato e este através de uma enzima sofre atuação de uma ADP que retira o fosfato e doa um hidrogênio originando o glicerol.

É digno de nota que além do açúcar e ácidos graxos, o glicerol também gera o Acetil CoA que vai dar origem ao ciclo de Krebs.

ESQUEMA DO CICLO DE KREBS.

CICLO DA OXIDAÇÃO

Este ciclo consiste na utilização de ácidos graxos para obtenção de energia, de maneira que primeiramente é necessária a sua disponibilidade, sendo o glucagon o responsável por isso, onde essa proteína quebra os triglicerídeos e disponibiliza ácidos graxos.Esse ciclo ocorre dentro da mitocôndria porém, antes é preciso levar o ácido graxo para dentro da célula.

Para a realização do transporte do ácido graxo para dentro da mitocôndria é necessária uma molécula transportadora; a responsável por isso é a L-carnitina que com a ação da enzima acil carnitina transferase é adicionada à molécula do ácido graxo com gasto de um ATP, originando um composto denominado acil carnitina e esta consegue entrar na mitocôndria dando origem ao ciclo.

Dentro da mitocôndria a molécula do ácido graxo se desliga da L-carnitina e com uma ação enzimática entra-se CoASH e libera-se uma molécula de água originando uma molécula denominada acil CoA que com uma ação enzimática sofre uma oxidação através da utilização do FAD.Após isso, a molécula é hidratada e um oxigênio é colocado em uma posição estratégica, depois é feita mais uma oxidação através de outra ação enzimática com a utilização do NAD.

Essa molécula originada é clivada(quebrada) devido à entrada de uma CoASH através de uma ação enzimática originando como produto final, o Acetil CoA e o Acil CoA.

O Acetil CoA dá origem à um ciclo de Krebs, já o Acil CoA retornará ao início do ciclo só que com dois carbonos à menos. Isso se dá mais vezes até todos os carbonos da molécula de ácidos graxos serem utilizados.

Vale ressaltar ainda que como uma molécula de ácido graxo contém números pares de carbonos então a quantidade de Aceti CoA produzido será a metade desse número de carbonos e o número de voltas do ciclo será um a menos que a quantidade de Acetil CoA gerada.

Pela grande cadeia que uma molécula de ácido graxo possui, podemos concluir que os lipídios são grandes fontes energéticas.

ESQUEMA DO CICLO DA -OXIDAÇÃO.

CADEIA RESPIRATÓRIA

A cadeia respiratória, ou cadeia de transporte de elétrons, ocorre dentro da mitocôndria, disponibilizando NAD e FAD na forma oxidada.Tem grande importância pois com sua ausência não é possível a ocorrência do ciclo de Krebs.

Dentro da mitocôndria o NADH+H+ sofre a ação da enzima desidrogenase que tira os hidrogênios e acaba saindo na forma de NAD, ocorre também nessa primeira etapa a liberação de 2 elétrons e 2H+ separados e uma transferência de elétrons para um composto denominado citocromo 1 gerando energia capaz de lançar um H+ na intermembrana da mitocôndria.

Este H+, estando num meio concentrado acaba retornando através de uma proteína globular chamada porina passando pelo meio dela causando uma instabilidade entre os radicais ali presente fazendo com que ela “gire” gerando energia suficiente para pegar um fosfato inorgânico(Pi) e se ligar á um ADP, culminando na formação de ATP.

Até então os elétrons do NAD são transferidos para o primeiro transportador de elétrons(citocromo 1), agora o FAD começará a atuar e seus elétrons serão transferidos para o segundo transportador que será o citocromo 2 ocorrendo a liberação de 2 elétrons gerando energia suficiente para ocorrer os mesmos processos anteriores que culminarão na síntese de mais um ATP.

E pela terceira vez haverá mais uma liberação de elétrons, onde a energia gerada será convertida na síntese de mais uma molécula de ATP, a terceira formada no processo.

De maneira que, para finalizar a cadeia os hidrogênios retirados das moléculas de NADH+H+ e FADH2 serão neutralizados através de seu respectivo transporte até o oxigênio formando água, isso se dá através da reação: (2H+) + ½ O2 -> H2O.

Na cadeia respiratória o NAD entrega os elétrons no primeiro passo, produzindo 3 ATPs (um em cada passo). O FAD só consegue entregar no 2º passo, produzindo 2 ATPs.

. ATP - adenosina trifosfato – uma molécula universal condutora de alta energia, fabricada em todas as células vivas como um modo de capturar e armazenar energia.

Consiste de base púrica adenina e do açúcar de cinco carbonos ribose, aos quais são adicionados, em arranjo linear, três moléculas de fosfato. ATP->ADP ( perca de energia);ADP->ATP(ganho de energia).

. NAD – É uma coenzima com a capacidade de retirar ou doar dois hidrogênios de maneira que pode gerar 3 ATPs.Apresenta a sua forma oxidada NAD e a sua forma reduzida NADH+H+ onde nesse caso ela pega dois elétrons e um próton de dois H.

. FAD – É uma coenzima com a mesma capacidade do NAD, porém por ter menos energia gera 2 ATPs apresentando a sua forma oxidada FAD e reduzida FADH2 porque ela pega dois elétrons e dois próton de dois H.

. GTP - molécula de "transporte de energia", na forma de potencial de transferência de grupos fosfato, assim como o ATP.No ciclo de krebs é utilizado para retirar água na reação de GDP+Pi ->GTP originando o succinato.

. 1° e 2° FASE DA VIA GLICOLÍTICA – Na primeira fase ocorre uma preparação da glicose havendo perca de energia tanto que são perdidos 2 moléculas de ATP e culmina na formação de gliceraldeído 3-P e dihidroxicetona-P, sendo que elas podem se converter entre si de modo que só o gliceraldeído 3-P é tomado como ponto de partida para a segunda fase.Na segunda fase ocorre a produção de energia(ganho) com a formação de 4 ATPs e culmina na formação de duas moléculas de piruvato.

.PIRUVATO – Em condições respiratória aeróbicas tem na sua disposição livre NAD oxidado , sendo induzido a produzir Acetil CoA gerando o ciclo de Krebs.Se não ocorrer respiração terá NADH+H+ em excesso e irá receber elétrons e produzirá lactato ou etanol.