Metabolismo Intermediário e sua Regulação.

Tema I. Metabolismo dos glúcidos.

Conferência # 1. Glúcidos: Papel nutricional. Digestão , absorção e

incorporação.

Dra. Loida Sanfiel Vasseur

Sumário• Valor nutricional quantitativo e qualitativo dos

glúcidos.• Principais glúcidos da dieta.• Digestão dos glúcidos da dieta.• Absorção intestinal dos monossacáridos.• Fosforilação inicial dos monossacáridos.• Destinos metabólicos da glicose-6- fosfato.• Bibliografia: Bioquímica Médica Tomo. III. Cáp. 42

e T IV Cap. Nutrição

Objectivos

• Explicar as necessidades nutricionais quantitativas e qualitativas dos glúcidos, tendo em conta as funções gerais e específicas destes compostos, assim como as características dos processos implicados em sua assimilação.

Conceitos nutricionais importantes• Dieta: Conjunto de produtos (com fines

nutricionais) que ingressam ao organismo por via oral.

• Alimentos: Produtos de origem animal ou vegetal que conformam a dieta. Podem ser substituídos unos por outros.

• Nutrientes: Substancias presentes nos alimentos que no podem ser substituídos uns por outros (devido a que cada um tem seu próprio papel no organismo).

Papel nutricional quantitativo e qualitativo dos glúcidos

• Valor quantitativo: são a maior fonte de energia y de carbono para o organismo (a dieta habitual contem entre 55 e 75 % de glúcidos). Considera-se que a pesar de seu carácter dispensável ao menos deve ingerir-se 5 g por cada 100 kcal na dieta para evitar a cetose (uma emergência clínica por desequilíbrio metabólico)

• Valor qualitativo: são os nutrientes com menor valor qualitativo (não importa o tipo, a maioria aportam os mesmos componentes) mais é preciso a ingestão diária de certa quantidade de glúcidos de estrutura complexa que aportam fibra dietética importante para o correcto funcionamento do intestino e vitamina C (que é um derivado glucídico) e se precisa para a síntese do colagénio, entre outras funções.

Principais glúcidos da dieta humana:

• Polissacáridos: Amido Glicogénio Celulose

• Dissacáridos: Sacarose Lactose

Digestão dos glúcidos da dieta• A digestão dos glúcidos da dieta ocorre em distintos

sítios do tracto digestivo. • Começa na boca pela acção da amilase salivar, a qual

actua sobre o amido e sobre o glicogénio. • Pelo curto tempo de contacto com seus substratos, a

acção da amilase salivar é muito limitada. • As degradações do amido e do glucogénio se

produzem maioritariamente no intestino magro (porção duodeno) pela acção da amilase pancreática.

• A especificidade de acção das 2 amilases é a mesma, quer dizer, as 2 cindem hidrolíticamente os enlaces a 1-4 glicosídicos, por isso seus substratos e produtos são os mesmos.

• Os enlaces glicosídicos a 1-6, presentes nos pontos de ramificações do amido e do glucogénio, não são susceptíveis à acção de amilases, e por isso, durante o processo digestivo, ficam segmentos de polissacáridos que não resultam digeridos por tais enzimas e os quais lhes conhece como dextrinas limites.

• Os produtos da degradação dos polissacáridos da dieta são, fundamentalmente:

maltose, maltotriose e dextrinas limites.

• A degradação ulterior da maltotriose, a maltose e as dextrinas limites se levará a cabo por outras enzimas presentes no bordo em escova (microvilos) da mucosa intestinal (duodeno, jejuno e parte do ileum).

• Estas oligossacaridases actuam na interfase entre o lúmen e a célula da mucosa; contêm uma porção hidrofóbica imersa dentro da membrana plasmática, mas a maior parte da enzima, incluindo seu sítio activo, encontra-se orientada para a luz intestinal.

As oligossacaridases mais importantes no ser humano são:

• I. A maltase, que apresenta acção hidrolítica sobre enlaces glicosídicos a 1-4, por isso ao actuar sobre a maltose rende como produto moléculas de glicose livre.

• II. O complexo sacarase-isomaltase: A acção conjunta das enzimas maltase e o complexo sacarase-isomaltase degrada completamente às dextrinas limites produzidas na digestão da amilopectina e o glucogénio até glicose livre.

• III. A lactase (dissacaridases com acção ß galactosidase), digere oligossacáridos de composição mista (heterogalactosidase).

• Seu substrato principal é a lactose, a qual converte em glicose e galactose.

• Qualquer defeito de uma destas dissacaridases provoca acumulação de seus substratos já que a absorção se produz sozinho quando estes foram degradados até seus monossacáridos constituintes.

• A acumulação dos dissacáridos no intestino provoca uma diarreia osmótica, além disso, devido à degradação de ditos açúcares pelas bactérias da flora intestinal se produzem compostos de 2 e 3 átomos de carbono, o que agrava a actividade osmótica e de uma vez se liberam grandes quantidades de CO2.

• A intolerância aos glúcidos se deve, geralmente ao deficit das dissacaridases intestinais. (Por como exemplo a deficiência de lactase).

• No ser humano não existem enzimas digestivas com acção ß glucosídica, por isso a celulose não pode ser degradada.

• Então, a Celulose, deve ser eliminada da dieta?• Não, este composto, constituinte maioritário da fibra vegetal

tem outras acções importantes no processo digestivo: -aumenta os movimentos peristálticos no intestino. -evita a constipação. -tem importância na prevenção das hemorróides e do câncer de cólon.

Absorção intestinal dos monossacáridos

• A glicose e a galactose são incorporadas através da membrana intestinal pelo mesmo transportador, e se estabelece uma competência entre elas por sua união a este.

• O mecanismo é de transporte passivo e activo associado com um simporte de sódio. O transportador possui sítios de união para o ião sódio e para o monossacárido.

• Este monossacárido deve cumprir certas características estruturais em relação com o número de átomos de carbono e com a disposição espacial dos OH para que resulte reconhecido pelo transportador.

• A glicose e a galactose cumprem tais condições, como pode apreciar-se de suas estruturas cíclicas.

Estruturas da glicose e galactose

• Quando a concentração de glicose ou galactose é elevada na luz intestinal -depois de uma comida, o sistema transporta a favor do gradiente.

• Quando esta concentração baixa, o sistema realiza o transporte em contra do gradiente por transporte activo. A força impulsora neste transporte activo é o acople com a ATPase dependente da Na+ e K+ da membrana basal da célula epitelial, a qual bombeia iões Na+ fora da célula, mantendo um gradiente de dito ião com maior concentração fora da célula.

• Desta maneira, quando o Na+ se move para dentro da célula, o que faz a favor do gradiente, transporta-se simultaneamente um dos monossacáridos -contra seu gradiente.

• O transportador de glicose-galactose é uma proteína integral da membrana que se liga e transporta 2 iões Na+ por cada molécula do açúcar.

Representação esquemática do transporte de glicose

• A frutose e a manose são absorvidas, aparentemente, por difusão facilitada, e as pentoses, por difusão simples.

• Uma vez dentro do epitélio, a glicose tem vários destinos, mas pelo general é transportada directamente para o sangue (superfície basal) por um mecanismo de transporte facilitado.

• Este mecanismo é muito eficiente, o que garante que a glicose não se acumule dentro da célula do epitélio intestinal.

• Como pode inferir-se da composição dos principais glúcidos da dieta, o produto maioritário da digestão destes é a glicose, e em menor proporção, a galactose, frutose e outros monossacáridos.

Distribuição pelo organismo

• Uma vez no sangue, os distintos monossacáridos alcançam os diferentes tecidos.

• A incorporação dos monossacáridos ao interior dos diversos tecidos se efectua por um mecanismo de transporte facilitado, que difere segundo o tecido.

• A incorporação intracelular da glicose depende da presença de transportadores específicos: as proteínas transmembranais GLUT1 a GLUT5 se encontram na maioria dos tecidos.

• A glicose penetra à célula por um mecanismo de difusão facilitada.

• Existem várias proteínas estrutural e funcionalmente relacionadas que actuam como transportadores de glicose.

• O GLUT1 existe em quase todas as células e tem uma Km aproximadamente igual à concentração normal de glicose em sangue.

• O GLUT2 só existe no hepatócito e as células beta das ilhotas do Langerhans do pâncreas (sua Km é muito mais elevada).

• O GLUT4 é própria do tecido muscular e do tecido adiposo e sua actividade depende da insulina.

• Todos eles são proteínas de membrana. • Sua estrutura se caracteriza porque possuem doze segmentos

transmembranais, muito parecidos com os canais de iões.

Estrutura dos transportadores de Glicose: GluT1-5

Fosforização inicial dos monossacáridos

• Ao incorporar-se dentro das células, a primeira reacção que experimentam os monossacáridos é sua conversão em um derivado fosforizado pela formação de um enlace éster fosfórico em um dos grupos OH do açúcar catalisado por enzimas chamadas fosfotransferases.

• O doador do grupo fosfato é um nucleótido (NTP), geralmente ATP.

• As fosfotransferases são as enzimas que catalisam a fosforização dos monossacáridos, e requerem iões Mg2+ ou outros catiões bivalentes.

• Existem várias fosfotransferases com especificidade distinta para o substrato e para o tipo de enlace que eles formam.

Importância da fosforização inicial dos monossacáridos

• Todos os monossacáridos uma vez que são transportados para o interior da célula experimentam uma reacção de fosforização.

• No caso da glicose essa reacção é catalisada pela glucoquinase no fígado e por outras hexoquinases no resto dos tecidos.

• Estas enzimas utilizam o ATP como doador do grupo fosfato e requerem de iões magnésio para seu funcionamento.

• O grupo fosfato acrescentado cumpre três funções importantes:

• a) Impede a saída da glicose da célula,

• b) Favorece a união das enzimas com os substratos intermediários,

• c) Ganha em potencial energético, (o grupo fosfato termina formando parte do ATP).

• À enzima principal que catalisa a fosforilação inicial da glicose é a hexoquinase.

• A hexoquinase é uma fosfotransferase que catalisa a reacção de fosforilação de várias hexoses: glicose, manose e frutose, principalmente, embora também pode fosforizar certas pentoses.

• Esta enzima forma o enlace éster fosfato em posição 6 do açúcar.

• A reacção requer ATP e também participam iões Mg2+:

Reacção de fosforização inicial dos Monossacáridos:

catalisada pelas Enzimas fosfotransferases

Exemplos: Hexoquinase e Glucoquinase

Hexoquinases I, II, III e IV. • São formas isoenzimáticas da mesma fosfotransferase: • No cérebro prepondera o tipo I.• No músculo esquelético, o tipo II. • No tecido adiposo são abundantes os tipos I e II. • No fígado, a forma isoenzimática principal é a IV, mais conhecido como

glucoquinase, embora neste tecido estão pressentes todas as formas. • A hexoquinase -com excepção da tipo IV- resulta inibida por altas

concentrações de seu produto, quer dizer, glicose-6-P tem baixa Km para a glicose .

• A glucoquinase é induzida pelo hormona insulina, que activa a transcrição do gene que a codifica e não resulta inibida por altas concentrações de glicose-6-P e sua Km para a glicose é muito elevada.

Propriedades cinéticas das hexoquinases

• As propriedades cinéticas destas enzimas influem em seu papel no controle da glicemia.

• Assim em condições de glicemia normal, a glicose pode penetrar e ser fosforizada em quase todos os tecidos, menos no fígado e as células beta do pâncreas.

• Só em estados de hiperglicemia o fígado capta e fosforiza a glicose que emprega na síntese do glicogénio e na glicólise.

• As células beta do pâncreas têm carácter endócrino e a entrada e metabolismo da glicose é o estímulo para a secreção de insulina.

• A insulina é um hormona que tem acções importantes sobre o metabolismo dos glúcidos.

• É importante assinalar que a glicose ou qualquer outro monossacárido, uma vez fosforizados, não podem sair da célula, já que não são reconhecidos por seu transportador; de maneira que a única forma que têm os monossacáridos de passar dos tecidos ao sangue é perdendo o grupo fosfato.

• No fígado, no rim e no intestino existe uma enzima que catalisa a reacção de separação hidrolítica do grupo fosfato (acção fosfatase) da glicose-6-P, a enzima glicose 6 fosfatase:

Reacção da enzima glicose 6 fosfatase

Só existe no fígado, no rim e

no intestino

• Devido à presença desta enzima, a glicose-6- P hepática pode converter-se em glicose livre e passar à corrente sanguínea, condição que não pode dar-se no músculo ou em outros tecidos que carecem de dita enzima.

• Os monossacáridos fosforizados são metabólicamente mais activos, possuem um potencial energético mais elevado e constituem os substratos obrigados para a maioria das enzimas das diferentes vias metabólicas nas que aqueles participam.

Destinos metabólicos da glicose-6-fosfato:

• Uma vez fosforizada a glicose, sucede substrato de variadas enzimas e pode incorporar-se a diferentes rotas metabólicas em dependência das condições da célula e do organismo.

• A glicose-6- P constitui um metabolito de encruzilhada pois tem diversos origens e destinos como pode apreciar-se no esquema:

Conclusões• Os principais glúcidos da dieta são os

polissacáridos amido e glicogénio e os dissacáridos sacarose e lactose.

• Se precisa do processo da digestão dos mesmos para serem incorporados as células e ao organismo que só absorvem os monossacáridos livres.

• Os mecanismos de absorção dos monossacáridos são a difusão facilitada e o transporte activo.

Conclusões

• A fosforização dos monossacáridos é a primeira transformação ao ingressar á célula e é imprescindível para sua incorporação ao metabolismo celular.

• A glicose -6- fosfato é um metabolito de encruzilhada e joga um papel central no metabolismo dos glúcidos.

Orientação ao estudo independente

• Dé leitura ao capítulo 42 do texto Bioquímica Médica Tomo III, realize os exercícios e apresente suas dúvidas ao professor.

• Represente as reacções estudadas e resuma a informação.

• Bom sucesso!!!!