ESTUDO DIRIGIDO E CASOS CLINICOS METABOLISMO CARBOIDRATOS PROF. ROBERTO N. SILVA MCBI: INTRODUÇÃO AO METABOLISMO

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1 ESTUDO DIRIGIDO E CASOS CLINICOS METABOLISMO CARBOIDRATOS PROF. ROBERTO N. SILVA MCBI: INTRODUÇÃO AO METABOLISMO 1- Defina: Metabolismo, Catabolismo e Anabolismo. Analise o MAPA que mostra a degradação (OXIDAÇÃO) dos alimentos 3. Qual a finalidade biológica dos processos representados no mapa? 4. Identifique as Coenzimas que participam das reações. 5. Quais os compostos aceptores de hidrogênio? 6. Qual a função das coenzimas e do oxigênio na oxidação dos alimentos? 7. Quais os compostos necessários para a conversão da forma reduzida das coenzimas na forma oxidada? 8. Discuta as seguintes afirmações: a. A energia dos alimentos é obtida por oxidação. b. A oxidação biológica consiste na retirada de hidrogênio (H2) do substrato. c. Os processos celulares que requerem energia utilizam a energia térmica proveniente da oxidação dos alimentos. d. Uma parte da energia derivada da oxidação dos alimentos é usada para sintetizar um composto rico em energia (ATP). e. A única função dos alimentos é fornecer energia. 1

2 f. Os compostos característicos de um dado organismo devem ser supridos pela dieta. 9. Verifique a estrutura química do ATP. Qual o papel do ATP no metabolismo? VIAS METABÓLICAS DEGRADATIVAS Analise o Mapa II. Entre parênteses mostra-se o número de átomos de carbono de alguns compostos. 1. Quais são os passos irreversíveis que aparecem no mapa? 2. Qual o primeiro composto comum à degradação de carboidratos, proteínas e lipídios? 3. Animais de laboratório foram divididos em três grupos e cada grupo foi submetido a uma dieta composta exclusivamente de carboidratos, OU lipídios OU proteínas. Estes três tipos de compostos são essenciais para a sobrevivência. Não havendo outras restrições na dieta, prever, com base nos dados apresentados no Mapa, que grupo de animais sobreviveria, verificando se é possível sintetizar: a. ácido graxo a partir de glicose b. proteína a partir de glicose c. glicose a partir de ácido graxo d. proteína a partir de ácido graxo e. glicose a partir de proteína f. ácido graxo a partir de proteína Indicar no mapa a via utilizada para cada conversão. ALGUNS TIPOS DE ENZIMAS Quinases: Catalisam a transferência de um grupo fosfato de um composto de alta energia (em geral ATP) para um aceptor. Isomerases: Catalisam reações de isomerização. Mutases: Isomerases que catalisam a transferência de grupos fosfatos de baixa energia de uma posição para outra, na mesma molécula. Desidrogenases: Catalisam reações de óxido-redução, por transferência de hidrogênio do substrato para uma coenzima, geralmente NAD + ou FAD. Estas reações, na maior parte dos casos, são reversíveis. Aldolases: Cindem açúcares fosforilados, dando origem a diidroxiacetona fosfato e a outro açúcar, com três átomos de carbono a menos que o substrato original. Fosfatases: Catalisam reações de hidrólise de ésteres de fosfato. 2

3 MAPA II POLISSACARÍDIOS PROTEÍNAS LIPÍDIOS GLICOSE AMINOÁCIDOS ÁCIDOS GRAXOS Asp Gly Leu Glu Ala Ile Fosfoenolpiruvato (3) Ser Lys Cys Phe Piruvato (3) CO 2 Acetil-CoA (2) CO 2 Oxaloacetato (4) Citrato (6) CO 2 Malato (4) Isocitrato (6) Fumarato (4) CO 2 Cetoglutarato (5) Succinato (4) CO 2 3

4 MCB II e III 4

5 1- Verifique no esquema da glicólise quais são as reações irreversíveis? 2- Complete o esquema colocando o nome das enzimas que catalisam cada reação. 3- Verifique quais são as reações onde há gasto de ATP. 4- Verifique quais são as reações onde há síntese de ATP. 5- Verifique quais são as reações onde há participação de coenzimas. 6- A coenzima é oxidada ou reduzida na reação? 7- Quantas moléculas de coenzima são utilizadas na via para transformar uma molécula de glicose em duas moléculas de piruvato? Questões para Pensar Alunos ingressantes em um curso de Educação Física foram submetidos a provas físicas, a fim de determinar as fontes de energia para o trabalho muscular e a capacidade física dos alunos. Os dados foram colocados em gráficos que esboçam os resultados dos parâmetros analisados antes e depois da realização de duas provas: A Caminhada de 15 minutos B- Corrida de 30 segundos (tiro de 30 s) Freqüência Cardíaca (bat/min) B B (tiro de 30s) A (caminhada) A Lactatemia (mmol/l) B B (tiro de 30s) A (caminhada) A s min 16 tempo s min 16 tempo Gráfico 1: Freqüência Cardíaca durante caminhada de 15 min. (A) e tiro de 30 s (B). Gráfico 2: Níveis de lactato plasmático durante caminhada de 15 min. (A) e tiro de 30 s (B). Analisando os dados acima responda às questões a seguir: 1. Por que a concentração plasmática de lactato (gráfico 2) antes do início do exercício não é zero? 2. O esforço físico leva à produção de lactato? 3. Houve adaptação da Freqüência Cardíaca ao exercício físico leve e extenuante? 5

6 4. Em caso afirmativo, esta adaptação foi suficiente para manter a situação basal (lactato de repouso)? 5. Qual a utilidade, para a musculatura em exercício, do aumento da Freqüência Cardíaca? 6. A produção de lactato é proporcional ao aporte de O2 para a célula muscular? 7. Um atleta faz esforços intensos com baixa Freqüência Cardíaca e produz menos lactato que uma pessoa sedentária. Faça hipóteses para explicar isso. 8. Identifique, nos exercícios do gráfico 2, qual foi realizado em aerobiose e qual em anaerobiose. O músculo em repouso produz lactato? Nessa condição (repouso) qual é o produto da glicólise? Quando há suficiente suprimento de O2, em células providas de mitocôndrias, o piruvato formado na glicólise, segue outras vias metabólicas, sendo totalmente oxidado a CO2 e H2O. Nestas vias, NADH é oxidado a NAD +. Quando o suprimento de O2 é insuficiente, mesmo em células providas de mitocôndrias, o piruvato é transformado em lactato. Neste processo, NADH é oxidado a NAD +. PIRUVATO + NADH + H + LACTATO + NAD + Lactato desidrogenase AEROBIOSE E ANAEROBIOSE 1- Em que condições o músculo oxida glicose a lactato? 2- Esquematizar as reações de fermentação alcoólica que possibilitam a obtenção de NAD+ na forma oxidada. CORRELAÇÃO CLÍNICA: CASO 1 P.B., 32 anos, trabalhador da construção civil. Deu entrada no serviço de emergência, trazido por colegas, por volta das 10:00 horas da manhã, após ter desmaiado no trabalho. Conta que nos últimos dias alimentou-se mal e, nesta manhã, saiu de casa sem comer nada e iniciou o trabalho. Após 60 minutos de trabalho relata que começou a sentir dor de cabeça e tonturas. Com o passar dos minutos esses sintomas foram aumentando em intensidade e surgiram uma intensa fraqueza e sudorese fria. Insistindo com a atividade que fazia, a tontura tornou-se muito forte e escureceu lhe a vista, vindo a cair. 6

7 No momento do exame, encontra-se pálido, sudoreico, extremidades frias e referindo forte dor de cabeça. Responda às questões abaixo: 1. A falta de que tipo de composto provocou os sintomas descritos? 2. O composto em falta é transportado pelo plasma ou pelas hemácias? 3. Sugerir tratamento curativo ou preventivo para casos semelhantes ao descrito. 4. Qual o objetivo do tratamento sugerido? 5- Por que uma pessoa em jejum prolongado pode sentir tonturas? LEMBRETE: Tecidos que SÓ UTILIZAM glicose como fonte de energia: tecido nervoso central (120g/dia) e hemácias (36g/dia). CASO 2 Correlação Clínica: CETOACIDOSE DIABÉTICA Uma jovem de 21 anos com histórico de diabetes mellitus tipo 1 desde os 17 anos foi trazida ao hospital em coma. Na admissão ela apresentava pressão sanguínea de 92/20 mmhg, pulso de 122 por minuto, respirações esparsas (32 por minuto) e profundas. Sangue foi colhido e os resultados são apresentados a seguir: Insulina (8 U) foi administrada IV de imediato e mais hormônio foi perfundido IV à taxa de 8 U/hora. A glicose sérica diminuiu a uma taxa de aproximadamente 100 mg/dl por hora. A terapia também incluiu administração de NaHCO3 e reposição de fluidos e eletrólitos. Sete horas após o início do tratamento a respiração e o ph sanguíneo estavam normalizados. A respeito deste caso clínico pergunta-se: a) O que é diabetes mellitus? 7

8 b) Quais são as alterações observadas no exame laboratorial? Como ocorreram estas variações? c) Que outras questões BIOQUÍMICAS deveriam ser esclarecidas para a compreensão mais aprofundada deste caso clínico? CASO 3 Buscando investigar as causas de anemia hemolítica congênita entre os neonatos de uma dada população, detectou-se que sete, dentre os 218 casos de icterícia neonatal diagnosticados, apresentavam de 60 a 70% dos níveis normais de piruvato quinase (PK) e um aumento de 3 a 4 vezes na razão 2,3- bifosfoglicerato (2,3-BPG)/ATP. Três das crianças necessitaram de transfusão de sangue. Outras causas de hemólise, como talassemia e deficiência de glicose-6-fosfato desidrogenase (G6DP), foram descartadas. Diante da situação apresentada, responda: a. Qual a repercussão metabólica específica esperada da redução da atividade de PK? b. Qual a relação entre as alterações bioquímicas encontradas (reduzida atividade de PK e aumento da razão 2,3-BPG/ATP) e o quadro de anemia hemolítica e icterícia existente? c. Por que a razão 2,3-BPG/ATP encontra-se aumentada? d. Qual(is) o(s) tratamento(s) possível(is) para casos dessa natureza? VIA DAS PENTOSES FOSFATO 1. Em relação a via das pentoses fosfato, indicar: a. função e localização celular b. os tecidos onde sua atividade é intensa c. vitaminas participantes 2. esquematizar as reações de oxido-redução da via e citar as enzimas e as coenzimas envolvidas 3. Descrever o sistema antioxidante que envolve a participação de NADPH e glutationa CORRELAÇÃO CLÍNICA: CASO 1. Um rapaz proveniente de uma região endêmica de malária foi internado com sintomas desta doença. O diagnóstico laboratorial confirmou a suspeita e prontamente foi instituído o tratamento a base de antimaláricos. Dois dias depois, o paciente piorou e começou a apresentar urina escura e icterícia. Exames laboratoriais foram novamente realizados, sendo que, a hemoglobina mostrou uma queda acentuada juntamente com o 8

9 número de hemácias. A dosagem de bilirrubina não-conjugada mostrou-se bastante elevada. A suspeita de uma deficiência de uma enzima foi levantada e para comprovar, foi realizada a determinação quantitativa desta enzima nas hemácias, o que mostrou uma atividade catalítica muito baixa. Questões: a. Qual a enzima em questão? Pertence a qual via metabólica e quais tecidos essa via ocorre e com qual finalidade? b. Os indivíduos que apresentarem a deficiência desta enzima poderão ter sérias consequências ou benefícios em determinadas circunstâncias. Explique. c. Existe alguma correlação entre anemia falciforme e deficiência da enzima em questão? MCB IV FORMAÇÃO DE ACETIL-CoA 1. Que destinos pode seguir o piruvato originado da oxidação da Glicose? 2. Analise o número de C dos produtos em que o piruvato se transforma. 3. Em que compartimento celular o piruvato é descarboxilado a Acetil-Coenzima A? 4. Por que a inibição da piruvato translocase provoca o acúmulo de lactato? 5. Indicar as vitaminas necessárias para a reação de formação de acetil-coa a partir de piruvato. 6. Na mitocôndria o Acetil-CoA será oxidado pelo Ciclo de Krebs. Quantos Carbonos possui o Acetil-CoA? Quantas moléculas de CO2 são produzidas no Ciclo de Krebs? 7. Para onde vai o CO2 produzido? CORRELAÇÃO CLÍNICA: Piruvato desidrogenase Doença Deficiência Complexo a. Causa? b. Sintomas? c. Tratamento? d. Prognóstico? 9

10 CICLO DE KREBS 1. Que composto é oxidado no ciclo de Krebs? 2. Que tipo de composto você imagina deve sofrer redução concomitante? 3. Dispondo das enzimas necessárias, a adição de que compostos fará aumentar a concentração de oxaloacetato em um sistema in vitro que contém mitocôndrias: acetil-coa, piruvato, glutamato, citrato ou ácidos graxos? 4. Que composto do ciclo de Krebs acumula-se quando a razão ATP/ADP é alta? E quando a razão NAD + /NADH é baixa? Levar em conta os dados da tabela seguinte que mostram a regulação principal do ciclo de Krebs Enzima Efetuadores alostéricos Positivos Negativos Isocitrato desidrogenase ADP NAD + ATP - NADH 6- Na oxidação de uma molécula de AcetilCoA no ciclo de Krebs, indicar a enzima que catalisa a reação onde há produção ou consumo de: a) CO2 ; b) GTP; c) NADH; d) FADH2 e) H2O. 7- Indicar o composto rico em energia do ciclo de Krebs e a reação que o produz. 8- Verificar as reações irreversíveis do ciclo de Krebs e indicar o nome das enzimas que as catalisam. 9- Citar as vitaminas que participam do ciclo de Krebs. 10- Indicar a localização celular do ciclo de Krebs. 12- Citar as funções do ciclo de Krebs. 13- No mapa abaixo adicionar o nome dos compostos e o nome das enzimas. 10

11 CICLO DE KREBS CORRELAÇÃO CLÍNICA: Deficiência de Fumarase a. Causa? b. Sintomas? c. Tratamento? d. Prognóstico? MCB V METABOLISMO DO GLICOGÊNIO 1) Quais são as características da molécula de glicogênio e qual a sua função no organismo. 2) Quais são os tecidos que armazenam glicogênio e em qual deles esta localizado o seu maior estoque. Justifique. 3) Citar as vias que compõem o metabolismo do glicogênio e as enzimas reguladoras participantes. 11

12 4) Explicar a síntese do glicogênio (a partir da glicose) e as condições fundamentais para que ocorra a sua formação. 5) Explicar a regulação hormonal da síntese do glicogênio. 6) Explicar a degradação do glicogênio e as condições para que ela ocorra. CORRELAÇÃO CLÍNICA: Um número de síndromes genéticas tem sido identificado e que resultam de algum defeito metabólico na síntese ou catabolismo de glicogênio. A categoria mais bem compreendida e a mais importante inclui as doenças de armazenamento de glicogênio resultantes de deficiência hereditária de uma das enzimas envolvidas na síntese ou degradação sequencial de glicogênio. Dependendo da distribuição no tecido ou órgão da enzima específica no estado normal, o armazenamento de glicogênio nesses distúrbios pode ser limitado a poucos tecidos, ser mais difundido embora não afete todos os tecidos ou ser sistêmico na sua distribuição. O significado de uma deficiência enzimática específica é mais bem compreendido a partir da perspectiva do metabolismo normal do glicogênio. Questões a. Discuta o metabolismo normal do glicogênio bem como sua regulação b. Escolha uma enzima que em deficiência possa levar a um distúrbio. Discuta quais os possíveis sintomas do paciente com essa síndrome, bem como o diagnóstico e tratamento preciso. MCB VI GLIOCONEOGÊNESE E METALBOLISMO DE SACAROSE E LACTOSE 1) Conceituar gliconeogênese explicar sua função, importância biológica, órgãos e compartimento celular que ocorre. 2) Citar quais são os substratos e as origens destes substratos para a via glioconeogênica. 3) Explique por que a gliconeogênese não pode ser considerada a reversão da via glicolítica? 4) Explicar as condições em que a gliconeogênese é acionada. 5) Descrever as três reações importantes da gliconeogênese, citando as enzimas participantes. 6) Explicar a regulação hormonal da gliconeogênese. 7) Descreva o ciclo de Cori e explique sua importância. 8) Quais são os monossacarídeos derivados da hidrolise de sacarose e lactose no intestino delgado? Como esses monossacarídeos são metabolizados? 12

13 CORRELAÇÃO CLÍNICA: Recém-nascido do sexo feminino, filha de pais consanguíneos (primos em segundo grau) e de etnia cigana, diagnosticada com galactosemia com défice total de GALT. Nos primeiros 10 dias de vida recebeu leite de fórmula normal e apresentou hipotonia, letargia, icterícia, hepatomegalia, recusa da alimentação, escasso ganho ponderal e infecção urinária por germes gram-negativos. Após conhecimento do diagnóstico retirou-se a galactose da dieta (foi oferecido leite de soja) e foi-se normalizando de forma progressiva a exploração física. Questões a. Explique os eventos bioquímicos responsáveis pelo aparecimento dos sintomas da galactosemia. b. Qual a relação entre galactosemia e intolerância secundária a lactose?. Quais os sintomas de cada uma dessas doenças? c. Como uma mãe portadora de galactosemia é capaz de sintetizar lactose e assim amamentar se sua dieta possui um baixo teor de lactose? 13