Proteólise e Síntese de Proteinas

As proteínas são mais um dos macronutrientes que compõem a dieta, sendo formadas por unidades chamadas de Aminoácidos, unidos por ligações peptídicas, as quais formam os di, tri, polipeptídeo. Somente os peptídeos com mais 50 aminoácidos pode ser denominados proteínas.

São constituídas por átomos de carbono, oxigênio e hidrogênio além de nitrogênio, enxofre ( mais usuais ) e de fósforo, cobalto, e ferro (menos usuais). Para descrevermos  a síntese e degradação das proteínas, primeiramente temos que entender como se formam suas unidades básicas, os aminoácidos. Os aminoácidos são estruturas formados por um átomo de carbono, ligado  a 4 elementos ( 1 átomo de hidrogênio, um grupamento carboxila, um grupamento amina, e uma cadeia lateral que confere especificidade ao aminoácido).

Podemos classificar os aminoácidos em 3 tipos: essenciais (que são obtidos somente pela dieta), não essenciais (síntese endógena) e os condicionalmente essenciais ( para síntese endógena necessitam de algum aminoácido essencial, ou que em determinado estado fisiológico se tornam essenciais). Apenas 20 aminoácidos são responsáveis pela síntese de proteínas de diversas funções e estruturas biológicas.

Síntese Proteica

Esse processo ocorre a partir de aminoácidos vindos da dieta ou de síntese endógena, e só é possível através da expressão gênica. Assim temos a molécula de DNA, sendo que 97% é não gênico, com função apenas regulatória;  e  apenas 3% gênico, ou seja, que realmente apresenta sequência ordenada para codificar proteínas ou RNA            .

Duas etapas importantes desse processo são:

-A transcrição do DNA: ocorre no núcleo, em que após a separação da dupla fita de DNA e pareamento das bases nitrogenadas forma-se um filamento de RNA mensageiro  (RNAm)  com a informação genética  que estava armazenada no DNA.

- A tradução do RNAm:  em que ele se desloca até o citoplasma, mais especificamente nos ribossomos, e apresenta sequencias de 3 bases nitrogenadas, denominadas códons ao RNA ribossômico que irá traduzir esse RNAm acoplando os aminoácidos transportados pelo RNA transportador nos códons específicos.  Cada códon é específico para um aminoácido, mas um mesmo aminoácido pode ter diferentes códons.

Assim os segmentos de aminoácidos vão sendo unidos formando um filamento proteico que ainda poderá ser internalizada no retículo endoplasmático rugoso para sofrer alterações químicas que irão aumentar a especificidade dessa proteína.

Esse aminoácidos provém da dieta, da biossíntese e da degradação das proteínas, o que gera um aumento da concentração de aminoácidos no plasma que chamamos de pool de aminoácidos, e a partir desse temos o estímulo para síntese proteica e de compostos nitrogenados, assim como para aumento da excreção e síntese de ácidos graxos em caso de excesso de proteínas na dieta. Deste modo, podemos ressaltar que a expressão gênica para síntese de proteína pouco ou nenhuma interferência sofre pelo aumento da ingestão de aminoácidos.

Proteólise

Processo pelo qual degradamos as proteínas que ocorre através da hidrólise das ligações peptídicas controladas pelas enzimas proteases. Liberando os aminoácidos que serão desaminados e/ ou transaminados, no fígado e no músculo,  liberando o grupamento amino na forma de NH4 que será utilizado no ciclo da ureia.

O esqueleto carbônico resultante da desaminação ou transaminação pode seguir pelas vias de: gliconeogênese (intermediários da via glicotílica – formando piruvato), da oxidação (intermediários de ciclo de Krebs –  formando oxalacetato), ou ainda para síntese de ácidos graxos – formando acetil- CoA).

Assim o balanço nitrogenado deve manter em equilíbrio entre ingestão, síntese e degradação de aminoácidos e proteínas através do pool de aminoácidos plasmáticos. Pois a ureia eliminada pela proteólise precisa ser eliminada, podendo ser pelo suor ou pela urina. Nagel (1981) demonstrou em seu estudo, sobre a excreção de ureia pelo suor durante o exercício físico, que uma dieta rica em carboidratos, mantém alta a reserva de glicogênio e isso faz com que se utilizem menos as proteínas na gliconeogênese durante o exercício. Pois com baixa ingestão em carboidratos, as reservas de glicogênio são consumidas muito rapidamente e logo já se recrutam as proteínas para manter o estado energético e fornecer os substratos para os intermediários das vias de manutenção da glicemia.

A ingestão adequada de proteínas estabelecida pelas DRI’s (Dietary Reference Intakes) estabelecem um consumo de 0,8 – 1,1 g/kg/dia de proteína  para pessoas não atletas, e esses valores aumentam para em torno de 1,4 – 2,1g para atletas. Sendo que devido ao pool de aminoácidos o excesso da ingestão ocasiona um aumento da sua excreção e consequente aumento na síntese de triglicerídeos. Além disso, a dieta rica em proteína e pobre em carboidratos leva a adaptações metabólicas em que a rotas bioquímicas  e de manutenção de glicemia passem a consumir mais proteínas e reduz o estímulos hormonal para síntese proteica.

Durante o exercício, em que temos aumento de demanda energética dependendo da intensidade e duração, temos depleção de glicogênio hepático e muscular, para manutenção da glicemia. Concomitante, temos o estímulo para a gliconeogênese, via de resposta mais lenta, que mantém o estado energético durante o exercício de endurance e intensidade. Assim o músculo esquelético que sintetiza alanina  a partir do piruvato e a libera na circulação, esta é captada pelo fígado desaminada liberando piruvato para gliconeogênese e manutenção da glicemia.

Referências:

- Mc Ardle, William D. Fisiologia do Exercício: nutrição, energia e desempenho humano. Rio de Janeiro: Guanabara – Koogan, 2011.

- Colleen Smith, Michael Lieberman, Allan D. Marks. Bioquímica Médica Básica de Marks – Uma Abordagem Clínica. . 2ª Ed. Editora Artmed.

Lipólise

Os ácidos graxos livres são captados e levados do sangue, por FABP e FAT, para dentro da célula, onde se tornam palmitato acil (16 carbonos). Na célula, Cat1 capta palmitato acil até a carnitina em que acil se liga: virando acil carnitina palmitato. CAt2 depois capta acilcarnitina palmitato e transporta até a mitocôndria, carnitina sobra para se ligar ao palmitato acil, resultando em acil palmitato, dentro da mitocôndria.

A seguir, o palmitato acil sofre beta oxidação (a quebra de triglicerídeos nas ligações beta), o que, para cada molécula de palmitato acil necessita de sete voltas neste ciclo (cada volta reconstitui 5 ATP; 35 ATP depois de todas), em que nas seis primeiras cada uma forma um AcetilCoensimaA e dois na ultima, oxidando tambem NADH e FADH. Cada molécula de AcetilCoA formada se liga a oxalacetato e forma citrato e implica no Ciclo de Krebs, formando 3 NADH, 1 FADH e 1 ATP; ao todo, cada molécula de AcetilCoA implica na síntese de 12 ATP.

Como nas voltas de Beta oxidação formam-se 8 Acetil CoA, são oito ciclos de krebs a cada palmitato acil, o que dá 12ATP vezes oito voltas igual a 96 ATP. Somando aos 35 ATP sintetizados nas voltas de beta oxidação e descontando 2 ATP pelo consumo na ativação, o total no final são 129 ATP produzidos por palmitato acil que vão para a cadeia respiratória.

Produção Anaeróbia e Aeróbia de ATP

Produçao Anaerobia de ATP

O método mais simples e mais rapido de produzir ATP envolve a doação de um grupo fosfato e de sua ligação energética da fosfocreatina para o ADP para formar ATP. A reação e catalisada pela enzima Creatina cinase. Tão rapidamente quanto o ATP é clivado em ADP+Pi no inicio do exercício, ele é ressintetizado pela reação da fosfocreatina. No entanto, as celulas musculares armazenam pequenas quantidades de fosfocreatina, o que a torna limitada. 

A combinação de ATP e da Fosfocreatina armazenados é chamado de sistema ATP-CP. Este sistema prove a energia necessaria para a contração muscular de curta duração e alta intensidade, como: a corrida de 50m, salto em altura, levantamento de peso. 

Uma segunda via metabolica capaz de produzir ATP rapidamente é chamda de Glicolise. A glicolise envolve a degradação de glicose ou glicogênio para formar duas moleculas de ácido piruvico ou ácido latico. A glicolise ocorre no sarcoplasma da celula muscular e produz um ganho de duas moléculas de ATP e duas moleculas de ácido pirúvico por molécula de glicose.

Pode-se dividir a glicolise em duas fases; 1 - Fase de Investimento de Energia, 2 - Fase de Geração de Energia.

Na fase 1, ocorem 5 reações em que o ATP armazendo será utilizado para formar fosfatos de açucar. No inicio da reação, o ATP é utilizado para adicionar grupos fosfato à glicolise e à frutose-6-fosfato. Na Fase 2, ocorrem uma série de reações em cascata que formam, por meio da piruvato cinease, duas moleculas de piruvato. O aceptor de hidrogênio NAD recebe um hidrogênio e é convertido em NADH. Se houver oxigenio disponivel os hidrogênios do NADH sao lançados para dentro da mitocondria contribuindo para a produção aeróbia de ATP. Caso o oxigênio nao esteja disponivel para aceitar o hidrogenio na mitocondria, o ácido piruvico pode aceita-los para formar ácido lático. O catalisador desta reação é a enzima lactato desidrogenase (LDH), tendo como resultado final, a formação de ácido lático e a recuperação da NAD. Portanto, a formação de ácido lático é a reciclagem de NAD. O ganho da glicolise é de 2 ATP de o substrato for a glicose, e de 3 ATP se o substrato for o glicogênio.

Produçao Aerobia de ATP

A produção aeróbia de ATP ocorre no interior das mitocôndrias e envolve a interação de duas vias metabólicas cooperativas: (1) o ciclo de Krebs e (2) a cadeia de transporte de elétrons. A principal função do ciclo de Krebs (também denominado ciclo do ácido cítrico) é completar a oxidação (remoção de hidrogênio) de carboidratos, gorduras ou proteínas utilizando NAD e FAD como transportadores de hidrogênio (energia). A importância da remoção de hidrogênio é que os hidrogênios (em virtude dos elétrons que eles possuem) contêm a energia potencial das moléculas alimentares. Essa energia pode ser utilizada na cadeia de transporte de elétrons a fim de combinar ADP + Pi para ressintetizar ATP. O oxigênio não participa das reações do ciclo de Krebs, mas é o aceptor final de hidrogênio no fim da cadeia de transporte de elétrons (i. e., a água é formada, H2 + O -> H2O). O processo de produção aeróbia de ATP é denominadofosforilação oxidativa. É conveniente considerar a produção aeróbia de ATP como um processo de três estágios. O estágio 1 é a geração de uma molécula fundamental com dois carbonos, o acetil-CoA. O estágio 2 é a oxidação do acetil-CoA no ciclo de Krebs. O estágio 3 é o processo de fosforilação oxidativa (formação de ATP) na cadeia de transporte de elétrons (cadeia respiratória).

Ciclo de Krebs. O ciclo de Krebs é assim denominado em homenagem ao bioquímico Hans Krebs, cuja pesquisa pioneira aumentou nossa compreensão sobre essa via tão complexa. A entrada no ciclo de Krebs exige a preparação de uma molécula de dois carbonos, o acetil-CoA., que pode ser formado a partir da degradação de carboidratos, de proteínas e de gorduras (lipólise).

O piruvato, que pode formar acetil-CoA, pode ser formado de carboidratos e de proteínas. O piruvato (molécula de três carbonos) é clivado para formar acetil-CoA (molécula de dois carbonos), e o carbono remanescente é eliminado na forma de CO2. Em seguida, o acetil-CoA combina-se com o oxalacetato (molécula de quatro carbonos) para formar citrato (seis carbonos). O que se segue é uma série de reações para regenerar o oxalacetato e duas moléculas de CO2, e a via recomeça.

Para cada molécula de glicose que entra na glicólise, duas moléculas de piruvato são formadas e, em presença de O2, são convertidas em duas moléculas de acetil-CoA. Isso significa que, para cada molécula de glicose, podem ser dadas duas voltas no ciclo de Krebs. Durante cada volta no ciclo de Krebs são produzidas três moléculas de NADH e uma de FADH2. Para cada par de elétrons que passa através da cadeia de transporte de elétrons do NADH ao oxigênio, há disponibilidade de energia suficiente para formar 2,5 moléculas de ATP. Para cada molécula de FADH2 formada, torna-se disponível energia suficiente para produzir 1,5 molécula de ATP. Portanto, em termos de produção de ATP, o FADH2 não é tão rica em energia quanto a NADH.

Além da produção de NADH e FADH2, o ciclo de Krebs acarreta a formação direta de um composto rico em energia, a guanosina trifosfato (GTP). O GTP é um composto de alta energia, que pode transferir o seu grupo fosfato terminal ao ADP para formar ATP. A formação direta de GTP no ciclo de Krebs é denominada fosforilação ao nível do substrato e é responsável somente por uma pequena quantidade da conversão de energia total do ciclo de Krebs, uma vez que a maioria da energia produzida nesse ciclo (NADH e FADH2) é levada à cadeia de transporte de elétrons para formar ATP.

Como as gorduras e proteínas são submetidas ao metabolismo aeróbio? As gorduras (triglicerídeos podem ser degradadas para formar ácidos graxos e glicerol. Os ácidos graxos podem então sofrer uma série de reações para formar acetil-CoA (denominada betaoxidação). Em seguida, entrar no ciclo de Krebs. Embora o glicerol possa ser convertido em um intermediário da glicólise no fígado, isso não ocorre em grande parte no músculo esquelético humano. Por essa razão, o glicerol não é uma fonte direta de combustível muscular durante o exercício.

A proteína não é considerada uma fonte de energia importante durante o exercício, já que ela contribui com apenas 2 a 15% do combustível utilizado. As proteínas podem entrar em vias bioenergéticas em uma variedade de locais. Entretanto, o primeiro passo é a degradação da proteína em suas subunidades, os aminoácidos. O que ocorre a seguir depende do aminoácido envolvido. Por exemplo, alguns aminoácidos podem ser convertidos em glicose ou ácido pirúvico, alguns em acetil-CoA e outros, ainda, em intermediários do ciclo de Krebs.

Em resumo, o ciclo de Krebs completa a oxidação de carboidratos, gorduras ou proteínas, produz CO2 e fornece elétrons para serem passados através da cadeia de transporte de elétrons a fim de fornecer energia para a produção aeróbia de ATP. As enzimas que catalisam as reações do ciclo de Krebs estão localizadas no interior das mitocôndrias.

Cadeia de Transporte de Elétrons. A produção aeróbia de ATP ocorre nas mitocôndrias. A via responsável por esse processo é denominada cadeia de transporte de elétrons (também conhecida como cadeia respiratória ou cadeia do citocromo). Essa produção é possível devido a um mecanismo que utiliza a energia potencial disponível em transportadores de hidrogênio reduzidos, como o NADH e o FADH2, para refosforilar o ADP para formar ATP.

Os transportadores de hidrogênio reduzidos não reagem diretamente com o oxigênio. Em vez disso, os elétrons removidos dos átomos de hidrogênio são passados por uma série de transportadores de elétrons conhecidos como citocromos. Durante essa passagem de elétrons pela cadeia de transporte de elétrons, é liberada uma quantidade suficiente de energia para refosforilar a ADP em ATP em três locais diferentes. à medida que os elétrons passam pela cadeia de transporte de elétrons, são formadas moléculas altamente reativas denominadas radicais livres. Grandes quantidades de radicais livres podem ser prejudiciais ao músculo e contribuir para a fadiga muscular.

Referencias: 

MCARDLE, W. D., KATCH, F. I., KATCH, V. L. Fisiologia do exercício: energia, nutrição e desempenho humano.

POWERS, S. K.; HOWLEY, E. T. Fisiologia do Exercício: Teoria e Aplicação ao Condicionamento e ao Desempenho.

Compostos Fosforados e Sistema ATP-CP

As células musculares armazenam uma quantidade limitada de ATP. Por este motivo, são necessárias vias metabólicas com a capacidade de fornecer ATP de forma rápida e constante. Podem produzir ATP pela combinação de três vias metabólicas: pela degradação da fosfocreatina, degradação da glicose ou do glicogênio (glicólise) , também pela formação oxidativa de ATP. A formação pela via da glicólise e CP não necessita de O²; estas se chamam Anaeróbias. A formação Oxidativa de ATP é denominada metabolismo Aeróbio.

SISTEMA ATP-CP

O método mais simples e mais rápido de produzir ATP envolve a doação de um grupo fosfato e de sua ligação energética da fosfocreatina para o ADP para formar ATP. A reação e catalisada pela enzima Creatina cinase. Tão rapidamente quanto o ATP é clivado em ADP+Pi no inicio do exercício, ele é ressintetizado pela reação da fosfocreatina. No entanto, as células musculares armazenam pequenas quantidades de fosfocreatina, o que a torna limitada. 

A combinação de ATP e da Fosfocreatina armazenados é chamado de sistema ATP-CP. Este sistema prove a energia necessaria para a contração muscular de curta duração e alta intensidade, como: a corrida de 50m, salto em altura, levantamento de peso. A combinação de ATP e da fosfocreatina armazenados é denominada sistema ATP-CP ou “sistema fosfagênio”. Esse sistema fornece energia para a contração muscular no início do exercício e durante o exercício de curta duração e alta intensidade (i. e., durando menos de 5 segundos). A ressíntese de fosfocreatina exige ATP e só ocorre durante a recuperação do exercício.

Sugiro este vídeo, o qual apresentaa algumas imagens e explicações interessantes relacionadas aos assuntos: ATP, produção aeróbia  ATP (próxima postagem).

OBS: Na parte final o vídeo também discorre sobre Fotossíntese. Ainda assim, vale a pena conferir o restante.

Referencias : 

MCARDLE, W. D., KATCH, F. I., KATCH, V. L. Fisiologia do exercício: energia, nutrição e desempenho humano.

POWERS, S. K.; HOWLEY, E. T. Fisiologia do Exercício: Teoria e Aplicação ao Condicionamento e ao Desempenho