Integração dos metabolismos dos carbohidratos, gorduras e proteínas ao longo do dia e no jejum prolongado

Transcrição

1 Integração dos metabolismos dos carbohidratos, gorduras e proteínas ao longo do dia e no jejum prolongado Índice 1 Introdução Metabolismo no período pós-prandial A digestão e absorção dos hidratos de carbono A homeostasia da glicemia no período pós-prandial a O armazenamento de glicogénio e a degradação de glicose no período pós-prandial b A via da glicogénese direta no fígado e músculos c A via da glicogénese indireta e a síntese de glicogénio no fígado d O papel dos hepatócitos periportais e perivenosos no armazenamento de glicogénio hepático e Mecanismos de regulação da glicogénese pela glicose e pela insulina no fígado e nos músculos f Mecanismos envolvidos na estimulação da oxidação da glicose nos músculos no período pósprandial g Mecanismos envolvidos na estimulação da oxidação da glicose no fígado no período pósprandial g.1 Indução da síntese de enzimas g.2 A enzima bifuncional e a ação da frutose-2,6-bisfosfato na cínase 1 da frutose-6-fosfato A lipogénese de novo a - A regulação da lipogénese de novo A diminuição da oxidação dos ácidos gordos no período pós-prandial e a sua regulação a A diminuição da lipólise intracelular dos adipócitos no período pós-prandial b Fatores reguladores na diminuição da oxidação de ácidos gordos nos músculos c Fatores reguladores na diminuição da oxidação de ácidos gordos no fígado Metabolismo das proteínas e dos aminoácidos no período pós-prandial a A digestão das proteínas e a absorção dos produtos dessa digestão b A estimulação da síntese proteica no período pós-prandial c Uma parte dos aminoácidos é diretamente oxidada a CO d Uma parte dos aminoácidos é oxidada via conversão prévia em glicose: oxidação indireta e Alguns aminoácidos convertem-se noutros aminoácidos f Os aminoácidos ramificados são predominantemente captados nos músculos g A massa de aminoácidos oxidados é a que corresponde à ureia e amónio excretados Metabolismo dos lipídeos no período pós-prandial a A digestão e a absorção dos lipídeos e a formação dos quilomicra b O papel da lípase de lipoproteínas do tecido adiposo no armazenamento de gordura c A ação ativadora da insulina na hidrólise dos triacilgliceróis dos quilomicra e o aumento dos triacilgliceróis das VLDL no período pós-prandial d A ação ativadora da insulina na captação e esterificação dos ácidos gordos nos adipócitos e A formação dos quilomicra remanescentes e a captação hepática Metabolismo no período pós-absortivo Metabolismo glicídico no período pós-absortivo A ativação da degradação do glicogénio hepático no período pós-absortivo A gliconeogénese contribui para a produção endógena de glicose a A proteólise endógena no período pós-absortivo e o metabolismo dos aminoácidos libertados 24 Página 1 de 42

2 3.3.b Os ciclos do lactato e da alanina c A gliconeogénese e a sua regulação c.1 O papel da oxidação dos ácidos gordos na regulação da gliconeogénese c.2 O papel da insulina e da glicagina na síntese de enzimas próprias da gliconeogénese c.3 O papel da insulina e da glicagina na regulação da enzima bifuncional e papel desta enzima na regulação da gliconeogénese hepática c.4 - O glicerol como substrato da gliconeogénese e a regulação da sua libertação pela diminuição da insulina A seleção de nutrientes nos diferentes tecidos e órgãos no período pós-absortivo a No período pós-absortivo a oxidação dos ácidos gordos e, em muito menor grau, a de corpos cetónicos estão aumentadas b Mecanismos envolvidos na estimulação da oxidação dos ácidos gordos e da síntese hepática de corpos cetónicos no período pós-absortivo b.1 Fatores reguladores intracelulares que, no período pós-absortivo, estimulam a oxidação de ácidos gordos nos músculos b.2 Fatores reguladores intracelulares que, no período pós-absortivo, estimulam a oxidação de ácidos gordos no fígado b.3 Fatores que, no período pós-absortivo, estimulam a síntese de corpos cetónicos no fígado c Mecanismos envolvidos na diminuição da oxidação da glicose no período pós-absortivo c.1 Fatores que, no período pós-absortivo, contribuem para a diminuição da oxidação da glicose nos músculos c.2 Fatores que, no período pós-absortivo, contribuem para a diminuição da degradação e oxidação da glicose no fígado Metabolismo no jejum prolongado A produção da glicose que é oxidada no cérebro no jejum prolongado: a gliconeogénese de novo A degradação da gordura, a oxidação em β, a produção e oxidação de corpos cetónicos e a excreção renal de amónio no jejum prolongado O quociente respiratório no jejum prolongado Anexos Anexo 1. Os aminoácidos podem contribuir para a síntese hepática de ATP de maneiras muito diversas a Exemplificando com a oxidação da glutamina b Exemplificando com a oxidação da tirosina c Exemplificando com a oxidação dos aminoácidos ramificados Bibliografia Índice de Equações Página 2 de 42

3 1 Introdução Este texto tem por objetivo principal explicar as modificações que ocorrem no fluxo das diversas vias metabólicas ao longo de um dia normal. Na civilização onde os potenciais leitores deste texto vivem é habitual haver 3-4 refeições ao longo do dia e fazer um intervalo de horas entre o jantar e o pequeno-almoço em que a ingestão de nutrientes é mínima ou nula. Para simplificar a exposição dividimos o texto em três grandes capítulos. O Capítulo 2 trata das modificações metabólicas induzidas por uma refeição que contém hidratos de carbono, proteínas e gorduras, ou seja, o metabolismo no período pós-prandial. Entre o pequeno-almoço e o período que se segue ao jantar há 3-4 períodos pós-prandiais que, de facto, se fundem entre si e poderão ser vistos como um único período pós-prandial com eventuais flutuações condicionadas pelo intervalo de tempo entre as refeições, assim como pela composição e pela quantidade de nutrientes em cada refeição. Pensando num indivíduo que ingere ao longo do dia nutrientes cujo valor calórico é, por exemplo, de 2400 kcal, admitimos, neste texto, que um pouco mais de metade desse valor calórico é constituído por hidratos de carbono ( g; kcal), cerca de 30% por gorduras (70-90 g; kcal) e cerca de 15-20% por proteínas ( g; kcal). Os processos oxidativos dos nutrientes são exotérmicos: a Equação 1 e a Equação 2 descrevem, respetivamente, o somatório dos processos reativos sofridos pelo amido e pelo palmitato no organismo humano e o calor que lhes corresponde a cada caso. Equação 1 Equação 2 resíduo de glicose no amido (C 6 H 10 O 5 ) + 6 O 2 6 CO H 2 O kcal palmitato (C 16 H 32 O 2 ) + 23 O 2 16 CO H 2 O kcal No Capítulo 3 discute-se o metabolismo no período pós-absortivo, ou seja, o metabolismo no período que antecede o pequeno-almoço depois de horas de jejum. Este é um jejum de curta duração onde algumas características do metabolismo que são, nalguns livros de texto, habitualmente associadas à palavra jejum são ainda incipientes. Quando o jejum se prolonga algumas destas características acentuam-se. Apesar de o jejum prolongado não ser uma situação corrente no dia-a-dia da civilização ocidental, o facto de esta condição metabólica ser rica de ensinamentos justifica a existência do Capítulo 4. O Capítulo 5 (Anexo) trata de aspetos particulares do metabolismo que consideramos serem pormenores dificilmente enquadráveis num dos outros capítulos. 2 Metabolismo no período pós-prandial O período pós-prandial é, em geral, definido, como o período de 4-6 horas que se seguem a uma refeição. Neste período ocorre a digestão e a absorção dos nutrientes da refeição e uma parte desses nutrientes é armazenada na forma de glicogénio no fígado e nos músculos e na forma de gordura no tecido adiposo. Há também um aumento da velocidade de oxidação dos hidratos de carbono e dos aminoácidos da dieta em detrimento da oxidação das gorduras. A baixa oxidação de ácidos gordos e a elevada oxidação de hidratos de carbono faz com que o coeficiente respiratório (a razão entre o número de moles de CO 2 excretado e o número de moléculas de O 2 consumido) seja próximo de 1. Se, por exemplo, a despesa energética do organismo estiver a ser suportada pela oxidação de glicose (85% da despesa total) e de aminoácidos (15%) o coeficiente respiratório será de 0,97. Admitindo estado de repouso e uma despesa energética de cerca de 70 kcal/hora, a velocidade de oxidação da glicose será, no período pós-prandial, da ordem de 16 g/hora, um valor que é cerca do dobro da que ocorre no período pós-absortivo. Na génese das modificações que ocorrem no metabolismo durante o período pós-prandial está, em grande parte, um aumento da razão entre as concentrações plasmáticas de insulina e glicagina. O aumento da secreção de insulina e a diminuição da de glicagina são causados sobretudo pelo aumento da glicemia. Página 3 de 42

4 2.1 A digestão e absorção dos hidratos de carbono Na digestão dos hidratos de carbono participam amílases (salivar e pancreática) e dissacarídases que são ectohidrólases ancoradas na membrana do polo apical dos enterócitos (isomaltase, maltase, lactase e sacarase). As amílases levam à formação de dextrinas limite e maltose que, por sua vez, sofrem a hidrólise da isomaltase e da maltase levando à libertação de glicose livre. Da ação da lactase na lactose resulta a formação de glicose e galactose e da ação sacarase na sacarose resulta a formação de glicose e frutose. A absorção dos monossacarídeos ocorre via ação de transportadores membranares. No polo apical dos enterócitos o SGLT1 (Sodium dependent glucose transporter 1) catalisa a captação (transporte ativo secundário dependente do Na + ) da glicose e da galactose que atravessam a membrana basal através do GLUT2 (Glucose transporter 2). O transporte transmembranar da frutose ocorre sempre por transporte passivo (a favor do gradiente) que é mediado pelo GLUT5 no polo apical dos enterócitos e pelo GLUT2 no polo basal. 2.2 A homeostasia da glicemia no período pós-prandial Quando se ingere uma refeição contendo glicose (ou hidratos de carbono que lhe possam dar origem), a subida da glicemia é muito menos marcada do que uma análise superficial poderia fazer prever. A quantidade de glicose livre no organismo (plasma e líquido extracelular) de um adulto em jejum é apenas de cerca de g. Na ausência de mecanismos homeostáticos que tendem a moderar a subida da glicemia, a ingestão de, por exemplo, 6 vezes essa quantidade poderia fazer subir a glicemia para valores várias vezes superiores ao valor de partida, mas não é isso que acontece. A ingestão de algo como g de glicose apenas faz subir a glicemia para o dobro. O aumento da glicemia provocado pela entrada de glicose do lúmen intestinal para o sangue tem efeitos homeostáticos que tendem a atenuar e, logo a seguir, a corrigir esse aumento fazendo voltar a glicemia a valores basais. 2.2.a O armazenamento de glicogénio e a degradação de glicose no período pósprandial A subida da glicemia que ocorre após a absorção de glicose é atenuada porque a glicose (direta e indiretamente, via insulina) inibe a sua produção endógena e estimula o seu armazenamento e a sua degradação. A diminuição da produção endógena de glicose ocorre no fígado e deve-se sobretudo a uma diminuição na glicogenólise, ou seja, a uma diminuição da degradação do glicogénio e da consequente libertação de glicose para o sangue. O armazenamento de glicogénio ocorre quer no fígado quer nos músculos e deve-se quer à estimulação da glicogénese quer à diminuição da glicogenólise. Uma parte da glicose que entra para os hepatócitos e para os músculos é convertida em glicogénio, mas também ocorre aumento da sua degradação. Em vários órgãos (como o fígado, músculos e intestinos), uma parte do piruvato formado a partir da glicose na glicólise (ver Equação 3) é reduzida a lactato (ver Equação 4) que sai para o plasma e é por isso que a concentração plasmática do lactato aumenta no período pós-prandial. (A equação soma que descreve a conversão da glicose em lactato (glicólise anaeróbia) é a Equação 5.) Equação 3 glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD + 2 piruvato + 2ATP + 2 H 2 O + 2 NADH Equação 4 piruvato + NADH lactato + NAD + Equação 5 glicose + 2 ADP + 2 Pi 2 lactato + 2ATP + 2 H 2 O No entanto, a maior parte da glicose que se converte em piruvato na glicólise acaba por originar acetil-coa que é oxidada a CO 2 no ciclo de Krebs. Comparando com o período pósabsortivo, o consumo de glicose nas células pode, considerando o organismo como um todo, Página 4 de 42

5 aumentar 4-5 vezes (de valores da ordem dos 8 g/h para valores da ordem dos 42 g/h) e grande parte deste aumento deve-se ao aumento da velocidade de oxidação da glicose que substitui os ácidos gordos: os ácidos gordos deixam de ser o principal combustível do organismo e passa a ser a glicose. Mais de 1/3 da glicose consumida pelo organismo no período pós-prandial corresponde a oxidação da glicose a CO 2 ( 16 g/h). O restante ( 26g/h) distribui-se entre a glicose que é armazenada sobretudo no fígado e nos músculos como glicogénio e na glicose que é convertida em lactato por diversos tecidos, fígado e músculos incluídos. No período pós-absortivo cerca de metade da glicose que estava a ser consumida no organismo como um todo era oxidada pelo cérebro (cerca de 4 g/h). A ingestão de uma refeição não provoca aumento na velocidade de oxidação da glicose no cérebro 1, mas o aumento do consumo da glicose é muitíssimo marcado na maioria dos outros órgãos e tecidos e, por isso, o cérebro passa a ser responsável por apenas cerca de 10% da glicose consumida no organismo como um todo. No período pós-prandial, o fígado e os músculos são, no seu conjunto, responsáveis por mais de metade da glicose consumida pelo organismo no seu todo. Uma parte dessa glicose é armazenada como glicogénio, outra parte é oxidada e outra parte é convertida em lactato em diversos tecidos, em glicerol-3-fosfato no tecido adiposo, em palmitato no fígado e tecido adiposo e em alanina nos músculos. O aumento do consumo de glicose é muitíssimo marcado nos músculos e fígado que passam, no seu conjunto, a ser os responsáveis pelo consumo de mais de metade da glicose que é consumida pelo organismo no seu todo. Assim, quer porque passa a haver uma captação líquida de glicose no fígado (o número de moléculas de glicose que entra para os hepatócitos passa a ser superior ao que sai para o plasma), quer porque, na maioria dos órgãos e tecidos, a cisão da glicose a lactato e a sua oxidação a CO 2 aumentam e os músculos armazenam glicogénio, a glicemia acaba por, ao fim de algum tempo, descer para os valores do período pós-absortivo. Na génese destas modificações no metabolismo da glicose estão modificações na atividade de enzimas e transportadores membranares em grande parte dependentes do aumento da insulina (e da diminuição glicagina) mas, sobretudo no fígado, também à ação direta da própria glicose, cuja concentração aumenta nos hepatócitos em paralelo com o aumento da sua concentração na veia porta. 2.2.b A via da glicogénese direta no fígado e músculos Uma parte do glicogénio que se acumula no fígado forma-se através de uma via designada por glicogénese direta. Nesta via, a glicose entra para os hepatócitos por transporte passivo onde intervém o transportador membranar GLUT2, a glicose é fosforilada a glicose-6-fosfato por ação catalítica da hexocínase IV (ver Equação 6), a glicose-6-fosfato é isomerizada a glicose-1-fosfato por ação da fosfoglicomútase (ver Equação 7), a glicose-1-fosfato converte-se em UDP-glicose por ação da pirofosforílase da UDP-glicose (ver Equação 8) e, finalmente, a UDP-glicose é dador de resíduos de glicose ao glicogénio pré-existente fazendo aumentar o número de resíduos de glicose no polímero (ação da síntase do glicogénio com formação de ligações glicosídicas α-1,4; ver Equação 9). As Equações 10 e 11 referem-se, respetivamente, às ações da pirofosfátase inorgânica e da cínase dos nucleosídeos difosfatos e ajudam a compreender que, entendida na sua globalidade, a via da glicogénese direta seja descrita pela Equação 12 e envolva o gasto de duas ligações ricas em energia do ATP por resíduo de glicose acrescentado ao glicogénio pré-existente. O glicogénio tem uma estrutura ramificada e, na formação, dessas ramificações (a formação de ligações glicosídicas α-1,6) intervém uma enzima que se designa por enzima ramificante. 1 Na transição do período pós-absortivo para o período pós-prandial a oxidação da glicose aumenta na maioria dos tecidos mas não no cérebro. No entanto, se o jejum for mais prolongado que horas, o cérebro começa a oxidar corpos cetónicos substituindo parte da glicose. Neste caso, a ingestão de uma refeição que contenha hidratos de carbono (interrupção do jejum prolongado) faz com que ocorra uma substituição inversa e consequentemente, haja um aumento na oxidação cerebral de glicose. Página 5 de 42

6 No caso do músculo a síntese de glicogénio é igual ao descrito acima exceto que estão envolvidos produtos de genes distintos nos casos do transportador membranar (GLUT4 e não o GLUT2), da hexocínase (hexocínase II e não a hexocínase IV) e no caso da síntase de glicogénio (as síntases de glicogénio hepática e muscular são isoenzimas). Equação 6 Equação 7 Equação 8 Equação 9 Equação 10 Equação 11 Equação 12 glicose + ATP glicose-6-fosfato + ADP glicose-6-fosfato glicose-1-fosfato glicose-1-fosfato + UTP UDP-glicose + PPi UDP-glicose + glicogénio (n resíduos) glicogénio (n+1 resíduos) + UDP PPi + H 2 O 2 Pi ATP + UDP ADP + UTP glicogénio (n resíduos) + glicose + 2 ATP glicogénio (n+1 resíduos) + 2 ADP + 2 Pi 2.2.c A via da glicogénese indireta e a síntese de glicogénio no fígado Uma parte do glicogénio que se acumula no fígado não se forma diretamente a partir da glicose, mas sim a partir do lactato que se produz (via glicólise) em diversos tecidos/células (intestino, eritrócitos, músculos, rins, tecido adiposo, hepatócitos perivenosos, etc.) a partir da glicose. Esta via designa-se de glicogénese indireta e envolve enzimas da glicólise e da gliconeogénese. Como já referido, no período pós-prandial, a concentração plasmática de lactato aumenta mas, num processo que tende a corrigir este aumento, o lactato é captado pelos hepatócitos periportais que o convertem em piruvato (ação da desidrogénase do lactato; ver Equação 4). O piruvato vai ser depois, via gliconeogénese, convertido em glicose-6-fosfato que, através da ação de enzimas comuns à glicogénese direta (ver Equações 7-9), leva à síntese de glicogénio. A sequência de conversões que permite, a partir de 2 moléculas de lactato formar uma de glicose-6-fosfato envolve enzimas da gliconeogénese (e comuns à glicólise e à gliconeogénese) e pode ser dividida em três etapas. Na primeira etapa duas moléculas de lactato convertem-se em duas de gliceraldeído-3-fosfato: 2 lactato 2 piruvato 2 oxalacetato 2 fosfoenolpiruvato 2 2- fosfoglicerato 2 3-fosfoglicerato 2 1,3-bisfosfoglicerato 2 gliceraldeído-3-fosfato. Algumas etapas relevantes do processo são catalisadas pela carboxílase do piruvato (ver Equação 13), pela carboxicínase do fosfoenolpiruvato (ver Equação 14), pela cínase do 3-fosfoglicerato (ver Equação 15) e pela desidrogénase do gliceraldeído-3-fosfato (ver Equação 16). Na segunda etapa uma das duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato sofre isomerização a dihidroxiacetona-fosfato (ver Equação 17) e, por ação da aldólase, a molécula de gliceraldeído-3-fosfato sobrante reage com uma de dihidroxiacetona-fosfato gerando uma molécula de frutose-1,6-bisfosfato (ver Equação 18). Na última etapa (frutose-1,6-bisfosfato frutose-6-fosfato glicose-6-fosfato) ocorrem as ações sequenciadas da frutose-1,6-bisfosfátase (ver Equação 19) e da isomérase das hexoses-fosfato (ver Equação 20). Por sua vez, a sequência de conversões que levam à adição de um resíduo de glicose numa molécula de glicogénio a partir de glicose-6-fosfato é muito mais curta (glicose-6-fosfato glicose-1-fosfato UDP-glicose glicogénio com mais um resíduo de glicose) e já foi abordada no Capítulo 2.2.b. Equação 13 ATP + piruvato + CO 2 ADP + Pi + oxalacetato Equação 14 GTP + oxalacetato GDP + fosfoenolpiruvato + CO 2 Equação 15 3-fosfoglicerato + ATP 1,3-bisfosfoglicerato + ADP Equação 16 1,3-bisfosfoglicerato + NADH gliceraldeído-3-fosfato + Pi + NAD + Equação 17 gliceraldeído-3-fosfato dihidroxiacetona-fosfato Equação 18 gliceraldeído-3-fosfato + dihidroxiacetona-fosfato frutose-1,6-bisfosfato Equação 19 frutose-1,6-bisfosfato + H 2 O frutose-6-fosfato + Pi Equação 20 frutose-6-fosfato glicose-6-fosfato Página 6 de 42

7 A equação soma que descreve o processo de conversão de duas moléculas de lactato numa molécula de glicose-6-fosfato é a Equação 21. A Equação 22 corresponde à etapa anabólica da glicogénese indireta, a etapa que ocorre nos hepatócitos periportais; a etapa catabólica é a cisão da glicose em lactato que, como já referido, ocorre em vários tecidos e células (ver Equação 5). A Equação 22 mostra que a etapa anabólica da glicogénese indireta consume 7 ligações ricas em energia por cada resíduo de glicose adicionado ao glicogénio. Sabendo que a conversão de uma molécula de glicose em duas de lactato rende duas ligações ricas em energia (glicólise anaeróbia; ver Equação 5) é de concluir que a glicogénese indireta entendida como um todo tem um gasto líquido de 5 ligações ricas em energia por resíduo de glicose adicionado ao glicogénio. Equação 21 Equação 22 2 lactato + 2 GTP + 4 ATP + 5 H 2 O glicose-6-fosfato + 2 GDP + 4 ADP + 5 Pi 2 lactato + glicogénio (n resíduos) + 2 GTP + 5 ATP + 5 H 2 O glicogénio (n+1 resíduos) + 2 GDP + 5 ADP + 7 Pi 2.2.d O papel dos hepatócitos periportais e perivenosos no armazenamento de glicogénio hepático Referiu-se acima que a cisão da glicose em lactato ocorre em vários tecidos e células incluindo os hepatócitos perivenosos e que o processo de conversão de lactato em glicogénio ocorre nos hepatócitos periportais. Os hepatócitos perivenosos são os que ficam mais próximos do centro dos lóbulos hepáticos, o local onde os sinusoides hepáticos convergem em vénulas (centrolobulares) que drenam o sangue que irrigou o fígado e que vão convergir nas veias supra-hepáticas. Os hepatócitos periportais são os que ficam mais próximos da periferia dos lóbulos hepáticos, o local onde as vénulas derivadas da veia porta e as arteríolas derivadas das artérias hepáticas originam os sinusoides hepáticos. Ou seja, o sangue que irriga os hepatócitos perivenosos já perdeu parte do oxigénio para os hepatócitos periportais (por onde passou primeiro). No período pós-prandial o fígado é um órgão que, simultaneamente, capta glicose do sangue convertendo parte desta glicose diretamente em glicogénio e outra parte em lactato, mas que também capta lactato e o converte em glicogénio. Obviamente que esta captação de lactato é uma forma indireta de captar a glicose que cedeu parte do seu potencial gerador de ATP nas células que a converteram em lactato. A etapa catabólica da glicogénese indireta e a glicogénese direta ocorrem predominantemente nos hepatócitos perivenosos que são mais ricos em enzimas glicolíticas; a etapa anabólica da glicogénese indireta ocorre predominante nos hepatócitos periportais que são mais ricos nas enzimas que são próprias da gliconeogénese (como a carboxílase do piruvato e a carboxicínase do fosfoenolpiruvato; ver Equações 13-14). Isto não significa que, nos hepatócitos perivenosos, não ocorra incorporação de átomos que pertenciam ao lactato na glicose e que, nos hepatócitos periportais, não ocorra incorporação de átomos que pertenciam à glicose no lactato. O que acontece é que os fluxos líquidos evoluem no sentido glicose lactato nos hepatócitos perivenosos, e no sentido lactato glicose nos periportais. 2.2.e Mecanismos de regulação da glicogénese pela glicose e pela insulina no fígado e nos músculos Os mecanismos que levam à acumulação de glicogénio no fígado envolvem a estimulação da glicogénese e a inibição da glicogenólise. Um fator estimulador da glicogénese é a própria glicose que ativa a hexocínase IV. Esse efeito ativador direto da glicose resulta de dois mecanismos distintos, mas que são, em ambos os casos, uma consequência do aumento da concentração de glicose livre dentro dos hepatócitos. Um dos mecanismos de ativação da hexocínase IV está relacionado com o K m elevado da glicose o que torna a enzima sensível a variações da concentração deste substrato. O outro mecanismo envolve a Página 7 de 42

8 dissociação da hexocínase IV de uma proteína inibidora, sendo que esta dissociação é induzida pela glicose. A maioria dos processos reguladores que levam à estimulação da glicogénese e à inibição da glicogenólise estão relacionados com a modulação das atividades da síntase do glicogénio que é ativa na forma desfosforilada (síntase de glicogénio a) e inativa na forma fosforilada (síntase de glicogénio b) e da fosforílase do glicogénio que é ativa na forma fosforilada (fosforílase do glicogénio a) e inativa na forma desfosforilada (fosforílase do glicogénio b) 2. A síntase do glicogénio (ver Equação 9) e a fosforílase do glicogénio têm atividade antagónicas. Enquanto a síntase sintetiza glicogénio, a fosforílase catalisa a fosforólise do glicogénio promovendo a remoção de resíduos de glicose com a consequente formação de glicose-1-fosfato (ver Equação 23). Equação 23 glicogénio (n resíduos) + Pi glicogénio (n-1 resíduos) + glicose-1-fosfato Um dos mecanismos pelos quais a insulina ativa a síntase do glicogénio e inibe a fosforílase envolve a ativação da fosfátase 1 de proteínas, uma fosfátase que promove a desfosforilação da síntase do glicogénio (ativando-a; ver Equação 24) e da fosforílase (inativando-a; ver Equação 25). Além disso, a fosfátase 1 de proteínas promove a inativação da cínase da fosforílase do glicogénio (ver Equação 26): a cínase do fosforílase do glicogénio é uma enzima que, quando ativa (ou seja, quando está fosforilada), catalisa a fosforilação quer da fosforílase do glicogénio quer da síntase do glicogénio (ver Equação 27 e Equação 28). Assim, a insulina, via ativação da fosfátase 1 de proteínas vai promover a glicogénese e inibir a glicogenólise mas, na ativação da glicogénese, a insulina também atua via inativação da cínase 3 da síntase do glicogénio. A cínase 3 da síntase do glicogénio inativa a síntase do glicogénio porque catalisa a sua fosforilação (ver Equação 28): a insulina, ao promover a inativação desta cínase favorece a forma desfosforilada (a forma ativa) da síntase do glicogénio. Equação 24 Equação 25 Equação 26 Equação 27 Equação 28 síntase do glicogénio b + H 2 O síntase do glicogénio a (desfosforilada) + Pi fosforílase do glicogénio a + H 2 O fosforílase do glicogénio b (desfosforilada) + Pi cínase da fosforílase a + H 2 O cínase da fosforílase b ( desfosforilada ) + Pi fosforílase do glicogénio b + ATP fosforílase do glicogénio a (fosforilada) + ADP síntase do glicogénio a + ATP síntase do glicogénio b (fosforilada) + ADP A própria glicose também tem uma ação ativadora direta na atividade hidrolítica da fosfátase 1 de proteínas relativamente à fosforílase do glicogénio e, portanto, participa no processo de inibição da fosforólise do glicogénio. Nos músculos também há, no período pós-prandial, estimulação da síntese de glicogénio e, com exceção dos efeitos próprios da glicose na hexocínase IV (no músculo esta enzima não existe porque é substituída pela hexocínase II) e na ação da fosfátase 1 de proteínas relativamente à fosforílase do glicogénio, os mecanismos ilustrados são quase os mesmos. A insulina, cuja secreção aumenta no período pós-prandial, quer nos músculos, quer no fígado, promove a glicogénese e inibe a glicogenólise, via estimulação da fosfátase 1 de proteínas e inibição da cínase 3 da síntase do glicogénio. Uma dissemelhança envolve o transporte transmembranar de glicose. Enquanto, no fígado, o GLUT2 não sofre variações de atividade ao longo do ciclo alimentação-jejum, a quantidade de moléculas de GLUT4 na membrana sarcoplasmática aumenta no período pós-prandial por efeito da insulina. A insulina estimula a migração de vesículas que contêm GLUT4 para a membrana celular das fibras musculares. Isto aumenta a velocidade de entrada de glicose para as fibras musculares 2 Classicamente as formas inativas da síntase do glicogénio, cínase da fosforílase e fosforílase tem associada a letra b e as formas ativas a letra a. Assim, a síntase do glicogénio a é a forma desfosforilada da enzima enquanto a cínase da fosforílase a e fosforílase a são formas fosforiladas. Página 8 de 42

9 que, como será desenvolvido no Capítulo seguinte, para além de levar ao aumento do armazenamento de glicogénio também leva ao aumenta da oxidação da glicose. 2.2.f Mecanismos envolvidos na estimulação da oxidação da glicose nos músculos no período pós-prandial Como já referido, o período pós-prandial é caracterizado por uma estimulação da oxidação da glicose em vários órgãos e os músculos são responsáveis por uma parte importante da glicose que é oxidada pelo organismo. A insulina tem aqui um papel muito importante porque estimula a degradação da glicose pelos músculos em várias etapas do processo. Como já referido, a insulina aumenta a velocidade de entrada de glicose para o sarcoplasma via estimulação da migração de GLUT4 para a membrana celular das fibras musculares. (Este efeito também ocorre nos adipócitos, mas os adipócitos não tem um papel tão relevante como o dos músculos na oxidação da glicose.) Esta glicose vai ser fosforilada por ação da hexocínase II (ver Equação 6); parte da glicose-6-fosfato formada é convertida em glicogénio (via glicogénese) e outra parte é, via glicólise, convertida em piruvato. A oxidação do piruvato a acetil-coa ocorre via ação catalítica da desidrogénase do piruvato (ver Equação 29). A atividade da desidrogénase do piruvato depende da percentagem de moléculas da enzima que estão na forma ativa (a forma desfosforilada) e na forma inativa (a forma fosforilada). Estas formas da desidrogénase do piruvato são interconvertíveis por ação da cínase da desidrogénase do piruvato que promove a sua inativação (ver Equação 30) e da fosfátase da desidrogénase do piruvato que promove a sua ativação (ver Equação 31). A insulina, via ativação da fosfátase da desidrogénase do piruvato e inibição da cínase da desidrogénase do piruvato aumenta a percentagem de moléculas de enzima que ficam na forma desfosforilada (a forma ativa) e, por isso, estimula a conversão do piruvato em acetil-coa. Equação 29 Equação 30 Equação 31 piruvato + CoA + NAD + acetil-coa + CO 2 + NADH ATP + desidrogénase do piruvato desfosforilada (ativa) ADP + desidrogénase do piruvato fosforilada (inativa) desidrogénase do piruvato fosforilada (inativa) + H 2 O desidrogénase do piruvato desfosforilada (ativa) + Pi A acetil-coa pode depois reagir com o oxalacetato formando citrato (ver Equação 32) e entrar no ciclo de Krebs. Via ação catalítica das enzimas do ciclo de Krebs, o resíduo de acetato da acetil-coa é oxidado a CO 2 pelo NAD + e pelo FAD (ver Equação 33) e, por ação das enzimas da cadeia respiratória, o NADH e o FADH2 formados são oxidados pelo O 2 (ver Equação 34 e Equação 35). O processo oxidativo está acoplado com a síntese de ATP em que participa a síntase do ATP (ver Equação 36). (Admitindo acoplagem perfeita entre a oxidação do NADH e do FADH2 na cadeia respiratória e a síntese de ATP, a oxidação de um resíduo de acetato da acetil-coa permite a síntese de 10 moléculas de ATP; ver Equação 37) Equação 32 Equação 33 Equação 34 Equação 35 Equação 36 Equação 37 oxalacetato + acetil-coa + H 2 O citrato + CoA acetil-coa + 2 H 2 O + 3 NAD + + FAD + ADP + Pi 2 CO 2 + CoA + 3 NADH + FADH2 + ATP NADH + H + + ½ O H + (matriz) NAD + + H 2 O + 10 H + (fora da mitocôndria) FADH2 + ½ O H + (matriz) NAD + + H 2 O + 6 H + (fora da mitocôndria) ADP + Pi + 3 H + (fora da mitocôndria) ATP + H 2 O + 3 H + (matriz) acetil-coa + 2 O ADP + 10 Pi 2 CO 2 + CoA + 10 ATP + 11 H 2 O Dependendo da lançadeira operante no transporte dos equivalentes redutores que resultam da redução citoplasmática do NAD + a NADH por ação catalítica da desidrogénase do gliceraldeído- Página 9 de 42

10 3-fosfato (ver Equação 16), as equações soma que descrevem a oxidação completa da glicose e a síntese de ATP que lhe está acoplada podem ser a Equação 38 (ação da lançadeira do glicerol-3- fosfato) ou a Equação 39 (ação da lançadeira do malato). Equação 38 Equação 39 glicose (C 6 H 12 O 6 ) + 6 O ADP + 30 Pi 6 CO ATP + 36 H 2 O glicose (C 6 H 12 O 6 )+ 6 O ADP + 32 Pi 6 CO ATP + 38 H 2 O 2.2.g Mecanismos envolvidos na estimulação da oxidação da glicose no fígado no período pós-prandial 2.2.g.1 Indução da síntese de enzimas Para além de captar glicose para a armazenar na forma de glicogénio, o fígado também participa na moderação da subida da glicemia e na sua normalização, via aumento da glicólise (ver Equação 3 e Equação 5) e da oxidação da glicose (ver Equação 38 e Equação 39). No entanto, os mecanismos envolvidos têm algumas diferenças relativamente aos músculos. Um efeito comum ao fígado e aos músculos é a ativação da desidrogénase do piruvato pela insulina (via ativação da fosfátase e inibição da cínase da desidrogénase do piruvato). Uma dissemelhança envolve o transporte transmembranar de glicose que não é importante na regulação do processo no caso do fígado. Outras dissemelhanças envolvem a ação da insulina em atividades enzímicas que participam no processo glicolítico: a fosforilação da glicose a glicose-6-fosfato (catalisada, no fígado, pela hexocínase IV; ver Equação 6), a fosforilação da frutose-6-fosfato a frutose-1,6-bisfosfato (pela cínase 1 da frutose-6-fosfato; ver Equação 40) e a desfosforilação do fosfoenolpiruvato a piruvato (pela cínase do piruvato; ver Equação 41). Como já referido, a atividade da hexocínase IV (a hexocínase hepática) é diretamente ativada pela glicose (ver Capítulo 2.2.e) mas, além disso, a insulina provoca indução da transcrição do gene codificador da hexocínase IV, ou seja, o aumento da síntese desta enzima. A síntese da cínase do piruvato também é, no fígado, estimulada pela insulina e pela glicose, via xilulose-5-fosfato. O gene codificador da cínase do piruvato é estimulado por um fator de transcrição (o ChREBP; Carbohydrate response element-binding protein) que fica ativado quando a xilulose-5-fosfato aumenta de concentração nos hepatócitos. A xilulose-5-fosfato formase a partir da glicose na via das pentoses-fosfato e a sua concentração aumenta quando esta via fica ativada pela insulina e pela glicose. A regulação da atividade da cínase 1 da frutose-6-fosfato tem, no fígado, particularidades que serão discutidas no Capítulo seguinte. Equação 40 Equação 41 frutose-6-fosfato + ATP frutose-1,6-bisfosfato + ADP fosfoenolpiruvato + ADP piruvato + ATP 2.2.g.2 A enzima bifuncional e a ação da frutose-2,6-bisfosfato na cínase 1 da frutose-6- fosfato No caso da cínase 1 da frutose-6-fosfato (ver Equação 40), o efeito da ação insulínica não se deve a aumento da síntese de moléculas da enzima. A ativação da cínase 1 da frutose-6-fosfato deve-se ao aumento da concentração intracelular de um composto (a frutose-2,6-bisfosfato) que é um ativador alostérico da cínase-1 da frutose-6-fosfato. Quer a síntese de frutose-2,6-bisfosfato (ver Equação 42), quer a sua hidrólise (ver Equação 43), são atividades de uma mesma enzima que se denomina enzima bifuncional (a atividade de síntese designa-se por cínase 2 da frutose-6-fosfato e a de hidrólise da frutose-2,6-bisfosfato, por frutose-2,6-bisfosfátase). A enzima bifuncional catalisa a síntese de frutose-2,6-bisfosfato quando está na forma desfosforilada e catalisa a sua hidrólise quando está na forma fosforilada. A insulina ativa a formação de frutose-2,6-fosfato (desta forma ativando a cínase 1 da frutose-6-fosfato) ativando uma fosfátase de proteínas que catalisa a Página 10 de 42

11 desfosforilação da enzima bifuncional (ver Equação 44). Na forma desfosforilada a enzima bifuncional funciona como cínase 2 da frutose-6-fosfato catalisando a formação de frutose-2,6- bisfosfato. Equação 42 Equação 43 Equação 44 ATP + frutose-6-fosfato ADP + frutose-2,6-bisfosfato frutose-2,6-bisfosfato + H 2 O frutose-6-fosfato + Pi enzima bifuncional fosforilada (frutose-2,6-bisfosfátase) + H 2 O enzima bifuncional desfosforilada (cínase 2 da frutose-6-fosfato) + Pi 2.3 A lipogénese de novo Nem toda a glicose que se converte em acetil-coa é oxidada a CO 2. Parte da acetil-coa formada a partir da glicose pode, no fígado e no tecido adiposo (mas não nos músculos), converterse em ácidos gordos e em triacilgliceróis, via lipogénese de novo. A lipogénese de novo envolve a glicólise (ver Equação 3), a desidrogénase do piruvato (ver Equação 29), a carboxílase de acetil- CoA (ver Equação 45), a síntase de palmitato (ver Equação 46), a sintétase de acil-coa (ver Equação 47), assim como enzimas da elongação (ver Equação 48) e dessaturação (ver Equação 49) de ácidos gordos e da esterificação. Equação 45 Equação 46 Equação 47 Equação 48 Equação 49 acetil-coa + CO 2 + ATP + H 2 O malonil-coa + ADP + Pi 7 malonil-coa + acetil-coa + 14 NADPH palmitato + 6 H 2 O + 14 NADP CO CoASH ácido gordo + CoA + ATP acil-coa + AMP + PPi palmitil-coa + malonil-coa + 2 NADPH estearil-coa + 2 NADP + + CoA + H 2 O + CO 2 estearil-coa (ou palmitil-coa) + O 2 + NADH ou NADPH oleil-coa (ou palmitoleil-coa) + 2 H 2 O + NAD + ou NADP + Por ação da carboxílase de acetil-coa, a acetil-coa é ativada a malonil-coa (ver Equação 45) e, quer a acetil-coa (1 unidade), quer o malonil-coa (7 unidades) são substratos num processo anabólico de redução (catalisado pela síntase do palmitato; ver Equação 46) que leva à formação do palmitato. A ação catalítica da síntase do palmitato envolve a oxidação de 14 moléculas de NADPH por molécula de palmitato sintetizada. Na sua maior parte, o NADPH é formado (por redução do NADP + ) na via das pentoses fosfato 3 ou, mais especificamente, nas ações das desidrogénases de glicose-6-fosfato (ver Equação 50) e do 6-fosfogliconato (ver Equação 51). Equação 50 Equação 51 glicose-6-fosfato + NADP + 6-fosfogliconolactona + NADPH 6-fosfogliconato + NADP + ribulose-5-fosfato + CO 2 + NADPH Na esmagadora maioria dos casos, os ácidos gordos (palmitato incluído) só são substratos de enzimas quando estão na forma ativada (a forma esterificada com a coenzima A) e, por isso, o palmitato é primeiramente ativado a palmitil-coa, por a ação de uma sintétase de acil-coa (ver Equação 47). Uma parte do palmitil-coa pode sofrer elongação (adição de 2 carbonos) convertendo-se em estearil-coa (ver Equação 48). O sistema de dessaturação introduz duplas ligações entre o carbono 9 e o carbono 10 (dessatúrase 9) e pode converter parte do palmitil-coa em palmitoleil-coa e parte do estearil-coa em oleil-coa (ver Equação 49). 3 A via das pentoses-fosfato é uma via em que o oxidante é o NADP + (que se reduz a NADPH) e onde a glicose-6-fosfato se oxida formando pentoses-fosfato e CO 2. Uma das pentoses é a xilulose-5-fosfato que promove a glicólise e a lipogénese via ativação do fator de transcrição ChREBP. A xilulose-5-fosfato forma-se por isomerização da ribulose-5- fosfato. Página 11 de 42

12 A equação soma que descreve a ação das enzimas da esterificação no fígado e no tecido adiposo (três transférases de acilo e a fosfátase de fosfatidato) é a Equação 52; a via de esterificação permite a formação de triacilgliceróis, ou seja a esterificação de três ácidos gordos com o glicerol. O glicerol-3-fosfato (substrato no processo de esterificação) pode, no caso do fígado, resultar da ação da cínase do glicerol (ver Equação 53) mas, no caso dos adipócitos, resulta da conversão da glicose (via glicólise) em dihidroxiacetona-fosfato e da redução deste composto por ação da desidrogénase da glicerol-3-fosfato (ver Equação 54). Equação 52 glicerol-3-fosfato + 3 acil-coa + H 2 O triacilglicerol + 3 CoA + Pi Equação 53 ATP + glicerol glicerol-3-fosfato + ADP Equação 54 dihidroxiacetona-fosfato + NADH glicerol-3-fosfato + NAD a - A regulação da lipogénese de novo A lipogénese de novo define-se como o processo de conversão de compostos não lipídicos (como a glicose e o etanol) em ácidos gordos e em triacilgliceróis. A enzima com maior importância na regulação desta via é a carboxílase de acetil-coa (ver Equação 45) que é ativada pela insulina e inibida (inibição alostérica) por ácidos gordos ativados (acis-coa). Embora a fosforilação inativadora (catalisada pela AMPK; cínase de proteínas ativada pelo AMP) e a desfosforilação ativadora da carboxílase de acetil-coa (ativada pela insulina) tenham importância na regulação desta enzima, a inibição alostérica pelos acis-coa, a ativação alostérica pelo citrato (cuja concentração aumenta nas células quando se ingere glicose) e a indução/repressão da sua síntese também têm um papel importante na regulação da atividade desta enzima. Na realidade muitas enzimas que, de alguma forma, participam na lipogénese de novo são ativadas pela insulina via indução da síntese de um fator de transcrição (SREBP-1c; Sterol regulatory element-binding protein) que, por sua vez, promove a síntese dessas enzimas. Um outro fator de transcrição que tem um papel semelhante é o ChREBP (Carbohydrate response element-binding protein) que, como já referido, é ativado pela xilulose-5-fosfato que é formada a partir da glicose na via das pentosesfosfato. A ativação plena da lipogénese de novo só ocorre quando as diferentes enzimas envolvidas no processo têm concentração aumentada porque a sua síntese foi estimulada pelo SREBP-1c e pelo ChREBP. O facto de a ativação da lipogénese de novo ser induzida por mecanismos de instalação lenta (a síntese de enzimas é sempre um processo de regulação a longo prazo) e de a carboxílase de acetil-coa ser inibida por acis-coa (derivados ativados de ácidos gordos) explica que, nas condições das dietas habituais na civilização ocidental (relativamente ricas em gorduras e relativamente pobres em hidratos de carbono em comparação com outras civilizações), esta via esteja normalmente pouco ativa; em geral, a massa de palmitato formada endogenamente não chega a 5% da massa dos ácidos gordos provenientes da dieta. A lipogénese de novo permite a conversão de glicose em triacilgliceróis, mas não é comum haver lipogénese líquida (mais síntese de ácidos gordos que oxidação de ácidos gordos) usando uma dieta de tipo ocidental. No entanto, se a dieta for muito rica em hidratos de carbono numa série de dias seguidos (altos níveis de insulina no plasma e de citrato nas células) e pobre em ácidos gordos (baixos níveis intracelulares de acis-coa) a lipogénese de novo pode passar a ser uma via metabólica relevante. Se estas condições se verificarem e houver, simultaneamente, balanço energético positivo, uma parte relevante dos ácidos gordos dos triacilgliceróis acumulados no tecido adiposo podem ter origem nos hidratos de carbono da dieta via lipogénese de novo. De qualquer forma, a sintétase de acil-coa (ver Equação 47), as enzimas da elongação (ver Equação 48), as dessatúrases (ver Equação 49) e as enzimas da esterificação (ver Equação 52) também atuam nos ácidos gordos provenientes da dieta promovendo a modificação destes ácidos gordos (elongação e dessaturação) e a sua conversão em triacilgliceróis. Página 12 de 42

13 2.4 A diminuição da oxidação dos ácidos gordos no período pós-prandial e a sua regulação Após uma refeição que contenha glicose aumenta a oxidação da glicose mas, reciprocamente, diminui a oxidação de ácidos gordos. As razões que explicam o aumento da velocidade de oxidação da glicose no fígado e nos músculos já foram abordadas e relacionam-se com o aumento do número de moléculas do transportador GLUT4 na membrana sarcoplasmática (caso dos músculos), com o aumento da atividade da desidrogénase do piruvato (comum ao fígado e músculos) e com o aumento da atividade de enzimas envolvidas na conversão da glicose em piruvato (caso do fígado). Num quadro em que a oxidação da glicose aumenta e o consumo de ATP no organismo se mantém (ou varia pouco) é intuitivo prever que a oxidação dos ácidos gordos vai diminuir. 2.4.a A diminuição da lipólise intracelular dos adipócitos no período pós-prandial A diminuição da oxidação dos ácidos gordos é, em grande medida, uma consequência da diminuição das concentrações destes combustíveis no plasma sanguíneo. No período pós-absortivo (10-14 h de jejum) a concentração plasmática de ácidos gordos (designados por ácidos gordos livres; FFA; free fatty acids; ou ácidos gordos não esterificados do plasma; NEFA; non esterified fatty acids) é, em geral, superior a 0,5 mm, mas desce para valores que podem ser dez vezes mais baixos (cerca de 50 µm) no período pós-prandial. Quase todos os ácidos gordos livres que estão presentes no plasma provêm dos adipócitos e resultam da hidrólise dos triacilgliceróis que se acumularam formando uma ou mais gotículas no citoplasma dessas células. A hidrólise dos triacilgliceróis é, na sua globalidade, descrita pela Equação 55 e nela participam três hidrólases: a lípase de triacilgliceróis do tecido adiposo, a lípase hormono-sensível e a lípase de monoacilgliceróis. Na regulação da velocidade da lipólise têm importância mecanismos de fosforilação/desfosforilação que implicam diretamente a lípase hormono-sensível (que é ativa na forma fosforilada) e uma proteína, designada por perilipina, que só permite o acesso da lípase de triacilgliceróis do tecido adiposo e da lípase hormono-sensível às gotículas de gordura quando está fosforilada. A fosforilação destas duas proteínas é catalisada pela PKA (cínase de proteínas dependente do AMP cíclico; ver Equação 56 e Equação 57) que fica ativa quando a concentração de AMP cíclico aumenta no citoplasma dos adipócitos. A concentração de AMP cíclico depende da ação antagónica das catecolaminas que estimulam a cíclase do adenilato (ver Equação 58) e da insulina que estimula a fosfodiestérase (ver Equação 59). Equação 55 Equação 56 Equação 57 Equação 58 Equação 59 triacilglicerol + 3 H 2 O glicerol + 3 ácido gordo lípase hormo-sensível (desfosforilada e inativa) + ATP lípase hormo-sensível (fosforilada e ativa) + ADP perilipina (desfosforilada) + ATP perilipina (fosforilada) + ADP ATP AMP cíclico + PPi AMP cíclico + H 2 O AMP Via aumento da concentração do AMP cíclico (e a consequente ativação da PKA), as catecolaminas ativam a lipólise nos adipócitos mas, na ausência de situações de stress, a ação das catecolaminas mantém-se num nível basal. Na ausência de stress, a regulação passa a depender da variação dos níveis de insulina no plasma. A insulina inibe a lipólise intracelular porque, via ativação da fosfodiestérase, provoca diminuição da concentração do AMP cíclico. Ou seja, quando, no período pós-prandial, a insulina sobe diminui a hidrólise dos triacilgliceróis dos adipócitos e a libertação para o plasma de ácidos gordos livres. A ingestão de uma refeição que fez aumentar a concentração de insulina provoca uma diminuição marcadíssima na concentração plasmática de ácidos gordos livres e, consequentemente, do seu transporte para dentro das células. Página 13 de 42

14 2.4.b Fatores reguladores na diminuição da oxidação de ácidos gordos nos músculos A diminuição da oxidação dos ácidos gordos (oxidação em β) que ocorre nos músculos no período pós-prandial também envolve a regulação de enzimas situadas no interior das fibras musculares. Após a entrada dos ácidos gordos para o citoplasma ocorre a sua ativação (ver Equação 47), mas a oxidação em β ocorre nas mitocôndrias e a membrana mitocondrial interna é impermeável aos acis-coa formados. O passo regulador da oxidação em β é o transporte de ácidos gordos para a matriz das mitocôndrias que depende da atividade da carnitina-palmitil transférase 1 (CPT1; ver Equação 60). Equação 60 acil-coa + carnitina acil-carnitina + CoA No período pós-prandial a diminuição da entrada de ácidos gordos para o sarcoplasma provoca diminuição na concentração intracelular de acis-coa que vai, direta e indiretamente, diminuir a atividade da carnitina-palmitil transférase 1 e, consequentemente, a oxidação em β. Os acis-coa são substratos da carnitina-palmitil transférase 1 e isto ajuda a explicar que a diminuição das suas concentrações diminua a atividade da enzima. O efeito indireto dos acis-coa na atividade da carnitina-palmitil transférase 1 envolve a ação de uma enzima a que já fizemos referência: a carboxílase de acetil-coa (ver Equação 45). O malonil-coa, produto da atividade da carboxílase de acetil-coa, é um intermediário da lipogénese de novo mas, apesar desta via metabólica não existir nos músculos (a síntase do palmitato não existe nos músculos), a síntese de malonil-coa tem um papel importante na regulação da oxidação em β porque o malonil-coa inibe a atividade da carnitina-palmitil transférase 1. Para compreender que a diminuição da concentração de acis-coa provoca diminuição na atividade da carnitina-palmitil transférase 1 há que relembrar que os acis- CoA são inibidores alostéricos da carboxílase de acetil-coa. Por isso, quando os níveis intracelulares dos acis-coa diminuem no período pós-prandial, há estimulação da síntese de malonil-coa e, consequentemente, inibição da carnitina-palmitil transférase 1 e da oxidação em β. O facto de a concentração intracelular de citrato aumentar nas fibras musculares no período pósprandial também contribui para explicar o aumento da atividade de síntese de malonil-coa (o citrato é activador alostérico da carboxílase de acetil-coa) e a consequente inibição da oxidação em β. 2.4.c Fatores reguladores na diminuição da oxidação de ácidos gordos no fígado No fígado, no estado pós-prandial, também há inibição da oxidação em β. Aqui, para além dos mecanismos discutidos para o caso dos músculos, também são relevantes a ativação da carboxílase de acetil-coa (ver Equação 45) por mecanismos diferentes da ativação alostérica pelo citrato e a inibição alostérica pelos acis-coa. No fígado, como já referido, a carboxílase de acetil- CoA é ativada por desfosforilação dependente da insulina e por indução da transcrição do seu gene (via SREBP-1c e CHREBP). No fígado todos os mecanismos de regulação da carboxílase de acetil- CoA são relevantes e, no estado pós-prandial, todos contribuem para estimular a síntese de malonil- CoA e, consequentemente, diminuir a velocidade da oxidação em β. 2.5 Metabolismo das proteínas e dos aminoácidos no período pós-prandial Os aminoácidos que resultam da digestão das proteínas da dieta vão servir como substratos para a síntese de proteínas e de derivados aminoacídicos (como, por exemplo, o glutatião, as catecolaminas, a histamina, a serotonina, a creatina, etc.), mas também vão ser oxidados. O processo oxidativo acaba por levar, direta ou indiretamente (via conversão prévia em glicose através da gliconeogénese), à conversão do seu esqueleto carbonado em CO 2 e H 2 O enquanto os átomos de azoto originam amónio e ureia. Página 14 de 42