Contribuição de glicose, aminoácidos e ácidos graxos na síntese de compostos biológicos | Exercícios Nutrição

GABARITO DA LISTA DE EXERCÍCIOS

QUESTÃO 1

Para respondermos as questões a e b devemos primeiro analisar a possibilidade de síntese

de um nutriente a partir de outro, como sugerido acima.

1. Glicose pode ser sintetizada a partir de proteínas?

Sim. Observando o mapa metabólico simplificado podemos notar que glicose pode ser

sintetizada a partir de piruvato, como indica a seta de dupla sentido entre glicose e

piruvato (piruvato ↔ glicose). Logo, aminoácidos como Ala (alanina), Cys (cisteína),

Gly (glicina) e Ser (serina), os quais podem originar piruvato, são capazes de contribuir

para a síntese de glicose. Adicionalmente, Asp (aspartato) também pode contribuir para

a síntese de glicose pois sua desaminação leva a síntese de oxaloacetato o qual pode ser

convertido num intermediário da síntese de glicose (fosfoenolpiruvato). O mesmo ocorre

com o glutamato que, após desaminado, origina α-cetoglutarato, intermediário do ciclo

de Krebs capaz de originar oxaloacetato.

***Importante: Aminoácidos que, quando desaminados, originam acetil-CoA não são

capazes de contribuir para a síntese de glicose já que os carbonos do acetil-CoA são

completamente oxidados pelo ciclo de Krebs e liberados como CO2. Assim, acetil-CoA

não contribui para a construção do esqueleto carbônico de proteínas.

2. Ácido graxo pode ser sintetizado a partir de proteína?

Sim. Como mostrado no mapa metabólico simplificado todo composto que originar

acetil-CoA é capaz de levar a síntese de ácidos graxos. Dessa maneira, aminoácidos como

Ile (isoleucina), Leu (leucina), Lys (lisina) e Phe (fenilalanina), os quais originam acetil-

CoA, podem contribuir para a síntese de ácidos graxos. Adicionalmente, Ala (alanina),

Cys (cisteína), Gly (glicina) e Ser (serina) também podem contribuir para a síntese de

ácidos graxos já que quando desaminados originam piruvato o qual pode ser convertido

a acetil-CoA.

3. Ácido graxo pode ser sintetizado a partir de glicose?

Sim. Os ácidos graxos são sintetizados a partir de moléculas de acetil-CoA. Como a

oxidação da glicose origina piruvato e piruvato pode ser convertido a acetil-CoA, através

da ação do complexo piruvato desidrogenase, glicose pode contribuir para a síntese de

ácidos graxos.

4. Proteína pode ser sintetizada a partir de glicose?

Não. Apesar da glicose poder originar alguns aminoácidos (Glicose → Piruvato → Ala,

Cys, Gly, Ser), não há via possível de obtenção de Ile, Leu, Lys, Phe e outros aminoácidos

a partir da glicose. Na ausência do conjunto completo de aminoácidos, a síntese de

proteínas é inviável.

5. Glicose pode ser sintetizada a partir de ácido graxo?

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GABARITO DA LISTA DE EXERCÍCIOS

QUESTÃO 1

Para respondermos as questões a e b devemos primeiro analisar a possibilidade de síntese de um nutriente a partir de outro, como sugerido acima.

1. Glicose pode ser sintetizada a partir de proteínas? Sim. Observando o mapa metabólico simplificado podemos notar que glicose pode ser sintetizada a partir de piruvato, como indica a seta de dupla sentido entre glicose e piruvato (piruvato ↔ glicose). Logo, aminoácidos como Ala (alanina), Cys (cisteína), Gly (glicina) e Ser (serina), os quais podem originar piruvato, são capazes de contribuir para a síntese de glicose. Adicionalmente, Asp (aspartato) também pode contribuir para a síntese de glicose pois sua desaminação leva a síntese de oxaloacetato o qual pode ser convertido num intermediário da síntese de glicose (fosfoenolpiruvato). O mesmo ocorre com o glutamato que, após desaminado, origina α-cetoglutarato, intermediário do ciclo de Krebs capaz de originar oxaloacetato. ***Importante: Aminoácidos que, quando desaminados, originam acetil-CoA não são capazes de contribuir para a síntese de glicose já que os carbonos do acetil-CoA são completamente oxidados pelo ciclo de Krebs e liberados como CO 2. Assim, acetil-CoA não contribui para a construção do esqueleto carbônico de proteínas. 2. Ácido graxo pode ser sintetizado a partir de proteína? Sim. Como mostrado no mapa metabólico simplificado todo composto que originar acetil-CoA é capaz de levar a síntese de ácidos graxos. Dessa maneira, aminoácidos como Ile (isoleucina), Leu (leucina), Lys (lisina) e Phe (fenilalanina), os quais originam acetil- CoA, podem contribuir para a síntese de ácidos graxos. Adicionalmente, Ala (alanina), Cys (cisteína), Gly (glicina) e Ser (serina) também podem contribuir para a síntese de ácidos graxos já que quando desaminados originam piruvato o qual pode ser convertido a acetil-CoA. 3. Ácido graxo pode ser sintetizado a partir de glicose? Sim. Os ácidos graxos são sintetizados a partir de moléculas de acetil-CoA. Como a oxidação da glicose origina piruvato e piruvato pode ser convertido a acetil-CoA, através da ação do complexo piruvato desidrogenase, glicose pode contribuir para a síntese de ácidos graxos. 4. Proteína pode ser sintetizada a partir de glicose? Não. Apesar da glicose poder originar alguns aminoácidos (Glicose → Piruvato → Ala, Cys, Gly, Ser), não há via possível de obtenção de Ile, Leu, Lys, Phe e outros aminoácidos a partir da glicose. Na ausência do conjunto completo de aminoácidos, a síntese de proteínas é inviável. 5. Glicose pode ser sintetizada a partir de ácido graxo?

Não. O produto da oxidação dos ácidos graxos é acetil-CoA, uma molécula com 2 átomos de carbonos que, como mencionado anteriormente, é totalmente oxidada a CO 2 pelo ciclo de Krebs e não pode contribuir com átomos de carbono para a síntese de glicose.

6. Proteína pode ser sintetizada a partir de ácido graxo. Não. A acetil-CoA gerada pela oxidação dos ácidos graxos não origina nenhum aminoácido e, portanto, não pode ser usada na síntese de proteínas. De acordo com as análises acima podemos então responder as questões a e b. a) Já que o organismo contem carboidratos, lipídios e proteínas, é obrigatória a ingestão dos três tipos de macronutrientes ou algum deles pode ser sintetizado a partir de outro? De acordo com as análises realizadas anteriormente chegamos as seguintes conclusões:

A glicose pode levar a síntese de ácidos graxos mas não seria possível sintetizar proteínas a partir de glicose.
A partir de ácidos graxos não seria possível sintetizar proteínas nem glicose.
A partir de proteínas é possível sintetizar tanto glicose quanto ácidos graxos. De acordo com essas análises é obrigatória a ingestão de proteínas na dieta de um organismo pois essa classe de nutrientes não pode ser sintetizada a partir carboidratos ou lipídios mas, ao mesmo tempo, pode originar essas outras classes de nutrientes. b) Supondo que indivíduos recebessem em sua dieta apenas carboidratos, ou lipídios ou proteínas (sem outras restrições dietéticas), quais deles sobreviveriam? Apenas os indivíduos alimentados apenas com proteínas sobreviveriam já que os outros nutrientes podem ser sintetizados a partir de proteínas.

F) Errado. Os compostos característicos de um organismo são sintetizados pelo próprio organismo através de moléculas precursoras obtidas através da dieta. QUESTÃO 4 Para responder a essa questão precisamos ter em mente que nosso organismo não sintetiza de uma só vez todas as moléculas de ATP requeridas para suprir nossa demanda energética de 24 horas. O que ocorre é justamente o contrário, o ATP é produzido sob demanda, ou seja, as moléculas de ATP são sintetizadas na quantidade exata necessária para suprir a demanda energética num determinado momento e, depois disso, são hidrolisadas regenerando moléculas de ADP ou AMP. Esses produtos da hidrólise do ATP podem, posteriormente, ser utilizados novamente para a síntese de novas moléculas de ATP sem que, para isso, haja necessidade da produção de novos esqueletos carbônicos. Enfim, o ATP é uma coenzima e, como tal, mantêm-se constantemente em processo de reciclagem entre a forma desfosforilada e fosforilada de tal forma que [forma desfosforilada] + [forma fosforilada] é mantida constante. QUESTÃO 5 De fato, a hidrólise da molécula de ATP libera energia livre na forma de calor a qual não pode ser, nessa forma, utilizada pelas células. Contudo, nos organismos vivos, a hidrólise do ATP é acoplada a transferência de grupos fosfato para outras moléculas biológicas, um evento de suma importância para a sobrevivência. De fato, a grande capacidade de doação de grupos fosfato, característica da molécula de ATP, é “aproveitada” pelas células graças como um mecanismo de fosforilação de biomoléculas. A introdução de um ou mais grupos fosfato altera a estrutura das biomoléculas e podem levar a diferentes efeitos como: ativação/inativação de enzimas, abertura e fechamento de canais de membrana, contração muscular, reconhecimento intermolecular, indução de degradação molecular, etc. Em especial, a capacidade de doação de grupos fosfato do ATP é extremamente importante para o metabolismo uma vez que pode contribuir para o aumento da reatividade química das biomoléculas. O aumento da reatividade química das biomoléculas pode promover a ocorrência de reações não espontâneas ou induzir a iniciação de processos catabólicos ou anabólicos. QUESTÃO 6 Nas reações catalisadas pelas enzimas hexoquinase e fosfofrutoquinase o Pi tem origem a partir da hidrólise de uma ligação rica em energia da molécula de ATP, ou seja, essas reações consomem ATP celular: Glicose + ATP → Glicose- 6 - fosfato + ADP + H+ (hexoquinases) Frutose- 6 - fosfato + ATP → Frutose 1,6-bisfosfato + ADP + H+ (fosfofrutoquinase 1)

Já a reação catalisada pela enzima gliceraldeído- 3 - fosfato desidrogenase utiliza Pi livre proveniente do citosol celular. Portanto, esta reação não utiliza a hidrólise do ATP como fonte de fosfato e, dessa maneira, não consome moléculas de ATP contribuindo para o aumento do rendimento energético das reações da via glicolítica. De fato, quando esses fosfatos são liberados da molécula aceptora, gliceraldeído 3-fosfato, há produção líquida de ATP pela via glicolítica já que a origem desse fosfato não envolveu gasto de energia: Gliceraldeído 3-fosfato + Pi + NAD+ ↔ 1,3-bisfosfoglicerato + NADH + H+ QUESTÃO 7 A fosforilação da glicose “ativa” essa molécula aumentando sua reatividade e, ao mesmo tempo, garante que essa molécula seja mantida dentro da célula já que na forma fosforilada a glicose não pode mais ser transportada por GLUT. QUESTÃO 8 Respostas itens a e b: Como o Km das hexoquinases I, II e III é bem menor que o intervalo de flutuação da glicose no sangue (5-8mM), estas enzimas apresentam alta afinidade por glicose e funcionam sempre em velocidade máxima sendo que a velocidade da reação que catalisam independe do valor da glicemia. O fato da velocidade da reação catalisada pelas hexoquinases I, II e III independer da concentração de glicose sanguínea assegura um suprimento constante de glicose para as células estritamente dependentes desse açúcar, como as do cérebro e hemácias. Embora promova as mesmas reações que as outras hexoquinases, a hexoquinase IV (glicoquinase) tem propriedades diferentes das outras hexoquinases. A concentração de glicose que estabelece metade da Vmax da reação catalisada pela glicoquinase é cerca de 5 mM, próxima da glicemia de jejum e 50x maior que o Km das outras hexoquinases. A

A adição do oxaloacetato ou malato (que por ação da malato desidrogenase origina oxaloacetato) estimula o ciclo de Krebs já que, como discutido em aula, a concentração de oxaloacetato dentro da célula permite regular a velocidade do ciclo de Krebs. No ciclo de Krebs o oxaloacetato tem um papel até certo ponto catalítico: como não é efetivamente consumido pelas reações do ciclo (já que é reposto pela última reação), teoricamente com apenas 1 molécula de oxaloacetato poder-se-ia oxidar uma quantidade qualquer de acetil- CoA. Conseqüentemente, quanto maior a [oxaloacetato] maior será a velocidade do ciclo de Krebs. A quantidade de O 2 consumida durante o experimento é várias vezes maior que a quantidade necessária para oxidar completamente o oxaloacetato e malato adicionados pois o malato ou oxaloacetato adicionados não são efetivamente consumidos durante as reações do ciclo de Krebs já que são regenerados na última parte do ciclo. Com isso, esses compostos podem participar continuamente das reações do ciclo de Krebs.

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