Integração Metabólica:Introdução

Bioquímica para Enfermagem – Bloco IIIProf. Olavo AmaralOutubro de 2011

O que é integração metabólica?

O que é metabolismo?

Por que precisamos de reações químicas para

manter a vida?

Por que precisamos de reações químicas?

Energia Crescimento

Manutenção Reprodução

- Energia- Crescimento- Manutenção de estrutura- Reprodução- (...)

Todos estes processos requerem reações metabólicas!

Por que precisamos de reações químicas?

Lavoisier

- Energia- Crescimento- Manutenção de estrutura- Reprodução- (...)

Todos estes processos requerem reações metabólicas!

Mas...- Será que estes requerimentos são sempre iguais?

Por que precisamos de reações químicas?

Lavoisier

Como o ambiente varia?

Como o ambiente varia?

Como o ambiente varia?

Como o ambiente varia?

Como o ambiente varia?

Por que o metabolismotem de responder ao ambiente?

Homeostase

(do grego: ὅμοιος, homoios, "similar"; and ἵστημι, histēmi, "permanecer“)- Conceito proposto em 1932 por Walter Cannon, definido como a propriedade de um sistema de regular o seu meio interno de forma a manter uma condição constante, independente das variações do meio externo.

Ou seja, diversas condições internas tem deser mantidas constantes, mesmo que o meio apresente variações.

- Muitas coisas tem que ser mantidas constantes!

Homeostase

- Muitas coisas tem que ser mantidas constantes!

Variação de temperatura corporal é mínima

Homeostase

- Muitas coisas tem que ser mantidas constantes!

Homeostase

- Muitas coisas tem que ser mantidas constantes!

Níveis normais de glicose

Homeostase

Regulação metabólica- Para responder ao ambiente, metabolismo tem de ser regulado de acordo com ele.- Regulação constante do metabolismo é fundamental para a vida!

Como regular?

Como manter níveis constantes de glicose no sangue?

Regulação da ingestão- Receptores no hipotálamo regulam a sensação de fome, a partir de substâncias secretadas pelo corpo.

Leptina

- Receptores no hipotálamo regulam a sensação de fome, a partir de substâncias secretadas pelo corpo.

Leptina

Camundongonormal

Gene da leptina mutado

Regulação da ingestão

- No entanto, nem sempre temos o que precisamos à disposição, nem podemos comer tudo o que precisamos.

Regulação da ingestão

Regulação metabólica- Diversas substâncias tem de ser produzidas dentro do corpo, a partir de compostos ingeridos na dieta.

Lavoisier

Metabolismo- Em última análise, nada mais é do que uma maneira de transformar as substâncias obtidas do meio nas substâncias que o organismo necessita para a sobrevivência, conforme as necessidades do mesmo.

Metabolismo- Em última análise, nada mais é do que uma maneira de transformar as substâncias obtidas do meio nas substâncias que o organismo necessita para a sobrevivência, conforme as necessidades do mesmo.

No entanto, transformar uma coisa em outra nem sempre é simples!

O que é uma via metabólica?

O que é uma via metabólica?

A B C D E

Uma sequência de reações químicas que transforma um substrato em um produto final.

O que é uma via metabólica?

Uma sequência de reações químicas que transforma um substrato em um produto final.

Glicólise

A B C D E

Glicose Piruvato

O que é uma via metabólica?

Parece simples...

GlicóliseMas...

O que é uma via metabólica?

Parece simples...

GlicóliseO metabolismo não é uma linha reta!

Como regular o metabolismo?

Como regular o metabolismo?

Regulação metabólicaOcorre através da modulação do fluxo de substâncias através das diferentes vias metabólicas.

A B C D E

A B C D E

Ocorre através da modulação do fluxo de substâncias através das diferentes vias metabólicas.

A B C D E

A B C D E

F

Regulação metabólica

Como regular o fluxo de substâncias por uma via metabólica?

Regulação metabólica

A B C D E

Como regular o fluxo de substâncias por uma via metabólica?- Concentração de substratos e produtos- Velocidade de reação

A B C D E

A B C D E

Regulação metabólica

O que regula o fluxo de substâncias por vias metabólicas?- Concentração de substratos e produtos- Velocidade de reação

- Aporte- Transporte- Excreção

- Temperatura- pH- Enzimas

Regulação metabólica

O que regula o fluxo de substâncias por vias metabólicas?- Concentração de substratos e produtos- Velocidade de reação

- Aporte- Transporte- Excreção

- Temperatura- pH- Enzimas !!!

Regulação metabólica

Como regular uma enzima?

Regulação alostérica

Modificação covalente

- Fosforilação- Acetilação- Glicosilação- Ubiquitinação- Fucosilação- Sumoilação- etc.

Regulação da concentração

Diferentes níveis: - Transcrição - Processamento mRNA - Degradação mRNA - Tradução - Processamento proteína - Degradação proteína

O problema...- Metabolismo deve ser regulado de forma harmônica nos diferentes tecidos, ou seja, deve funcionar de maneira integrada.

O problema...- Metabolismo deve ser regulado de forma harmônica nos diferentes tecidos, ou seja, deve funcionar de maneira integrada.- Caso contrário...

Como fazer o metabolismo funcionar de maneira integrada?

Integração metabólica- Funcionar de maneira integrada significa responder de maneira integrada ao ambiente!

Requisitos:1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no ambiente.

Integração metabólica

Requisitos:1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no ambiente.

Glicose: Célula beta pancreática

Integração metabólica

Requisitos:1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no ambiente.

Perigo: sistemas sensoriais

Integração metabólica

Requisitos:2. Precisamos de algo para sinalizar a mensagem.

Integração metabólica

Integração metabólicaRequisitos:2. Precisamos de algo para sinalizar a mensagem.

Aonde queremos que ela chegue?

Sinalização intercelular- Autócrina: da célula para ela mesma- Justácrina: da célula para outras em contato direto- Parácrina: da célula para a vizinhança- Endócrina: da célula para a corrente sanguínea

Sinalização parácrina

Resposta inflamatória local

Sinalização endócrina

Glicose: Insulina circulante

Sinalização endócrina

Agindo em múltiplos órgãos, a insulina permite que o metabolismo ocorra de maneira coordenada

Requisitos :3. Precisamos que outras células possam receber a mensagem.

Integração metabólica

Requisitos :3. Precisamos que outras células possam receber a mensagem.

Receptor de insulina

Integração metabólica

Requisitos :3. Precisamos que outras células possam receber a mensagem.

Receptor ligado a proteína G (glucagon/adrenalina)

Integração metabólica

Requisitos :4. Precisamos passar a mensagem para dentro da célula.

Integração metabólica

Integração metabólicaRequisitos :4. Precisamos passar a mensagem para dentro da célula.

Transdução de sinal do glucagon/adrenalina

Transdução de sinal da insulina

Transdução de sinalSinalização intracelular distinta em diversos tecidos permite respostas diferentes a um mesmo sinal, possibilitando a regulação!

Integração metabólica

Conceito chave: nada acontece sozinho!

Integração metabólica

Conceito chave: nada acontece sozinho!

Se quisermos entender o que está acontecendo com o corpo, é melhor esquecer os detalhes e tentar enxergar o todo.

Estado alimentado

Estado alimentado

Estado alimentado

Estado alimentado

Estado de jejum

Estado de jejum

Estado de jejum

Corpo funciona “em bloco” no estado alimentado e no jejum!

Anabolismo e catabolismo

Estado pós-alimentarAnabolismo- Utilização de nutrientes provindos da dieta.- Transporte de nutrientes para armazenamento.- Síntese de macromoléculas para armazenamento de energia.

Estado de jejumCatabolismo- Utilização de reservas energéticas do corpo.- Transporte de nutrientes para órgãos que precisam deles.- Quebra de macromoléculas em compostos menores, que por sua vez são oxidados a CO2.

Uma ressalva...- Nada é tão bem definido quando mostram as figurinhas...- Vias metabólicas não ligam ou desligam: simplesmente ficam mais ou menos ativas!

Uma ressalva...- Vias metabólicas opostas estão sempre funcionando ao mesmo tempo, ainda que em velocidades diferentes.- Gera gasto energético, mas permite regulação rápida e precisa.

Moral da história- Regulação do metabolismo em resposta a estímulos é fundamental para a manutenção da homeostase e da vida do organismo.

Mas...O que acontece quando a regulação falha?

Disfunção metabólica- Diabetes melitus- Obesidade- Desnutrição- Câncer- Cirrose- Erros inatos- etc.- etc.- etc.

Disfunção metabólica- Diabetes melitus- Obesidade- Desnutrição- Câncer- Cirrose- Erros inatos do metabolismo- etc.- etc.- etc.

Diabetes melitus- Deficiência na sinalização por insulina.- Tipo I : de causa auto-imune, em jovens, cursa com destruição das células beta do pâncreas e perda da capacidade de produção de insulina.- Tipo II : de causa multifatorial, a partir da meia-idade, cursa com resistência progressiva à ação da insulina e múltiplas alterações metabólicas.

Diabetes melitus- Como o corpo vai responder à deficiência na sinalização pela insulina?

- Na falta de sinalização por insulina, o metabolismo tende a funcionar como se estivesse em jejum (mesmo não estando)!

Diabetes melitus

- Alterações não só na glicose sanguínea, mas no metabolismo como um todo!

Diabetes melitus

Diabetes melitusDisfunção multissistêmica- Sistema endócrino.- Sistema cardiovascular.- Sistema nervoso.- Sistema imunológico.- etc.- etc.

- Entender a doença ajuda a entender a função normal.- Entender a função normal é fundamental para entender a doença.

Diabetes melitus

Objetivos do bloco- Compreender...-... como a regulação do metabolismo propicia que o corpo funcione de maneira integrada.-... como acontece o metabolismo dos ácidos graxos no estado alimentado e no jejum.-... como acontece o metabolismo dos aminoácidos no estado alimentado e no jejum.-... como os níveis sanguíneos e intracelulares de glicose e outras substâncias são mantidos constantes.-... como ocorrem algumas consequências da desregulação da integração metabólica.

Depois do intervalo, algumas orientações...