Metabolismo e enzimas

Definição

Metabolismo - Metabolismo é o nome dado ao conjunto de todas as reações que ocorrem no organismo. Essas inúmeras reações são reguladas e catalisadas por enzimas. Entre as finalidades dessas reações químicas, podemos citar a síntese e quebra de biomoléculas, a produção de energia e a conversão de moléculas dos nutrientes em unidades precursoras de macromoléculas.

Enzimas - Enzimas são proteínas que atuam controlando a velocidade e regulando as reações que ocorrem no organismo. Elas catalizam reações químicas específicas atuando sobre substratos específicos e em locais específicos desses substratos. A ação das enzimas pode ser influenciada por alguns fatores, como a temperatura elevada.

Tipos de Metabolismo

As reações do metabolismo estão reunidas em duas vias metabólicas, o catabolismo e o anabolismo.

1. Catabolismo: também chamado de via degradativa, é um processo contínuo e compreende as reações que promovem a degradação das moléculas complexas em produtos mais simples, com a liberação de energia. A energia liberada pela via catabólica é utilizada pelo organismo para a realização das mais diversas atividades. As vias catabólicas podem ser classificadas como metabolismo aeróbico e metabolismo anaeróbico, como veremos a seguir:

Metabolismo aeróbico: As reações ocorrem na presença de oxigênio, que, nas cadeias respiratórias, funciona como aceitador final de elétrons e combina-se com o hidrogênio para formar água. No metabolismo aeróbico, os produtos finais das reações são água e gás carbônico.

Metabolismo anaeróbico: As reações ocorrem na ausência de oxigênio. Os aceitadores finais de elétrons nesse tipo de metabolismo podem ser íons nitrato, sulfato, fumarato e também a amônia. Dentre os produtos finais dessas reações, podemos destacar o lactato (fermentação láctica) e o etanol (fermentação alcoólica). O saldo final de energia produzida no metabolismo aeróbico é maior do que no anaeróbico.

2. Anabolismo: também chamado de via biossintética, compreende as reações nas quais moléculas complexas são produzidas a partir de moléculas simples. Para que as reações ocorram, é necessário o consumo de energia. O anabolismo é essencial, por exemplo, para o processo de crescimento e manutenção do organismo.

As vias metabólicas são irreversíveis, distintas, entretanto, interligadas. A energia liberada no processo de degradação das moléculas (via catabólica ou degradativa) é utilizada para a síntese de biomoléculas (via anabólica ou biossintética) e outras reações.

Além da energia, a quebra de moléculas orgânicas libera carbono, que pode ser utilizado na síntese de biomoléculas. Compostos intermediários de processos como o ciclo do ácido cítrico (um dos processo que ocorrem na "respiração celular") também podem ser utilizados nas vias anabólicas como precursores para a síntese de biomoléculas.

Metabolismo energético

O metabolismo energético compreende o conjunto de reações que envolvem trocas energéticas no organismo. Para que essas reações ocorram, são necessários substratos energéticos, que são provenientes da alimentação. As principais fontes de energia utilizadas nessas reações são os carboidratos, os lipídios e as proteínas.

No processo de digestão, os alimentos são quebrados em moléculas menores e absorvidos, indo para a corrente sanguínea. A partir da corrente sanguínea, são deslocados para vários tecidos e, nas células são oxidados, produzindo, assim, energia. Para que haja a completa degradação das moléculas obtidas por meio da alimentação em CO2 e H2O, com maior produção de energia, é necessária a presença de oxigênio.

O excesso desses substratos, quando não utilizados, pode ser armazenado nas mais diversas formas pelo organismo. Os carboidratos, por exemplo, podem ser armazenados na forma de glicogênio no fígado e serem utilizados quando o organismo não consumir uma quantidade dessa substância suficiente para a produção de energia. Além de fornecer energia, os alimentos fornecem os precursores para a síntese de biomoléculas, como os aminoácidos essenciais.

A produção de energia é responsável pela liberação de calor, que será utilizado para a manutenção da temperatura corporal, e pela produção de ATP (trifosfato de adenosina). O ATP é uma molécula que participa de inúmeros processos metabólicos, fornecendo energia para a sua realização. A liberação de energia ocorre pela conversão do ATP em ADP (difosfato de adenosina) e fosfato inorgânico.

Metabolismo basal

O metabolismo basal é a quantidade de energia que o organismo necessita para realizar as mais diversas funções. Cerca de 75% da energia produzida a partir da alimentação é utilizada para a realização das funções vitais do organismo, como a respiração, atividades do sistema nervoso e circulação.

Alguns fatores influenciam a quantidade de energia a ser gasta pelo organismo. Indivíduos mais jovens, por exemplo, apresentam um gasto maior de energia para o seu crescimento. As mulheres, em virtude da menor porcentagem de massa muscular e da ação dos hormônios femininos, apresentam menor taxa metabólica basal que os homens.

Resumo sobre metabolismo

O metabolismo é o conjunto de todas as reações que ocorrem no organismo, controlando os recursos materiais e energéticos, de forma a suprir as suas necessidades estruturais e energéticas;

As reações do metabolismo estão reunidas em duas vias metabólicas, o catabolismo e o anabolismo;

O catabolismo degrada moléculas complexas em produtos mais simples, com a liberação de energia;

O catabolismo pode ser dividido em metabolismo aeróbico e anaeróbico;

O anabolismo sintetiza moléculas complexas a partir de moléculas simples;

O metabolismo energético compreende o conjunto de reações que envolvem trocas energéticas no organismo;

A produção de energia é responsável pela liberação de calor e produção de ATP;

O metabolismo basal é a quantidade de energia que o organismo necessita para realizar as mais diversas funções.

Enzimas e suas Ações Biologicas

Enzimas são grupos de substâncias orgânicas de natureza normalmente proteica (existem também enzimas constituídas de RNA, as ribozimas), com atividade intra ou extracelular que têm funções catalisadoras, catalisando reações químicas que, sem a sua presença, dificilmente aconteceriam. Isso é conseguido através do abaixamento da energia de ativação necessária para que se dê uma reação química, resultando no aumento da velocidade da reação e possibilitando o metabolismo dos seres vivos.

A capacidade catalítica das enzimas torna-as adequadas para aplicações industriais, como na indústria farmacêutica ou na alimentar.

Em sistemas vivos, a maioria das reações bioquímicas dá-se em vias metabólicas, que são sequências de reações em que o produto de uma reação é utilizado como reagente na reação seguinte. Diferentes enzimas catalisam diferentes passos de vias metabólicas, agindo de forma concertada de modo a não interromper o fluxo nessas vias. Cada enzima pode sofrer regulação da sua atividade, aumentando-a, diminuindo-a ou mesmo interrompendo-a, de modo a modular o fluxo da via metabólica em que se insere. Sem as enzimas as reações químicas do organismo seriam muito lentas, elas proporcionam uma maior eficiência reduzindo a energia de ativação sem deslocar o equilíbrio exercendo assim seu poder catalítico.

Existem quatro tipos estruturais de enzimas: enzimas simples, enzimas alostéricas, enzimas complexas (holoenzima) e as isoenzimas.

O ramo da Bioquímica que trata do estudo das reações enzimáticas é a enzimologia.

Como funcionam?

Cada enzima é específica para um tipo de reação. Ou seja, elas atuam somente em um determinado composto e efetuam sempre o mesmo tipo de reação.

O composto sobre o qual a enzima age é genericamente denominado substrato. A grande especificidade enzima-substrato está relacionada à forma tridimensional de ambos.

A enzima se liga a uma molécula de substrato em uma região específica denominada sítio de ligação. Para isso, tanto a enzima quanto o substrato sofrem mudança de conformação para o encaixe.

Eles se encaixam perfeitamente como chaves em fechaduras. A esse comportamento damos o nome de Teoria da Chave-Fechadura.

Funcionamento do modelo Chave-Fechadura

Entre os fatores que alteram a atividade das enzimas estão:

Temperatura: A temperatura condiciona a velocidade da reação. Temperaturas extremamente altas podem desnaturar as enzimas. Cada enzima atua sob uma temperatura ideal.

pH: Cada enzima possui uma faixa de pH considerada ideal. Dentro desses valores a atividade é máxima.

Tempo: Quando mais tempo a enzima tiver contato com o substrato, mais produtos serão produzidos.

Concentração da enzima e do substrato: Quanto maior a concentração da enzima e do substrato, maior será a velocidade da reação.

Classificação

As enzimas são classificadas nos seguintes grupos, conforme o tipo de reação química que catalisam:

Oxido-redutases: reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons. Exemplo: Desidrogenases e Oxidases.

Transferases: transferência de grupos funcionais como amina, fosfato, acil e carboxi. Exemplo: Quinases e Transaminases.

Hidrolases: reações de hidrólise de ligação covalente. Exemplo: Peptidases.

Liases: reações de quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. Exemplo: Dehidratases e Descarboxilases.

Isomerases: reações de interconversão entre isômeros óticos ou geométricos. Exemplo: Epimerases.

Ligases: reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes. Exemplo: Sintetases.

Exemplos e Tipos

As enzimas são formadas por uma parte protéica, chamada de apoenzima e outra parte não protéica, chamada de co-fator.

Quando o co-fator é uma molécula orgânica, recebe a denominação de coenzima. Muitas coenzimas são relacionadas com as vitaminas.

O conjunto da enzima + co-fator, é chamado de holoenzima.

Veja algumas das principais enzimas e suas ações:

Catalase: decompõe o peróxido de hidrogênio;

DNA polimerase ou Transcriptase Reversa: catalisa a duplicação do DNA;

Lactase: facilita a hidrólise da lactose;

Lipase: facilita a digestão de lipídios;

Protease: atuam sobre as proteínas;

Urease: facilita a degradação da ureia;

Ptialina ou Amilase: atua na degradação do amido na boca, transformando-o em maltose (molécula de menor tamanho);

Pepsina ou Protease: atua sobre proteínas, degradando-as em moléculas menores;

Tripsina: participa da degradação de proteínas que não foram digeridas no estômago.

Enzimas de Restrição

As enzimas de restrição ou endonucleases de restrição são produzidas por bactérias. Elas são capazes de cortar o DNA em pontos específicos. Podemos considerá-las tesouras moleculares. As enzimas de restrição são fundamentais para a manipulação do DNA.

Ribozimas

Ribozimas são moléculas de RNA que atuam como enzimas. Muitas reações químicas que ocorrem dentro das células são catalisadas pelo RNA. Assim como as proteínas que atuam como enzimas, essas moléculas de RNA aceleram a velocidade de certas reações químicas.

Elas também são altamente específicas quanto ao substrato e permanecem quimicamente intactas após a reação. A atuação dessas ribozimas está ligada a várias etapas da síntese de proteínas nas células.