Metabolismo dos Carboidratos, Lipídios e Proteínas

Metabolismo é o conjunto de ações químicas que ocorrem nas células e que lhe permite manter-se viva, crescer e se dividir. Refere-se à síntese, à degradação e à transformação de proteínas, ácidos gordos e hidratos de carbono.

O equilíbrio de nossas reações químicas adapta-se as variações do meio externo dentro de um intervalo, de modo que as células funcionem bem, ainda que as concentrações não sejam exatamente as mesmas sempre. Existem várias vias metabólicas responsáveis pelo objetivo final das células, que é: produzir energia e manter-se viva. Nesse caso, a integração metabólica vem a ser a integração dessas vias e o seu funcionamento conjunto para o funcionamento da célula em questão.

Veremos como acontece essa integração de forma mais detalhada, no metabolismo dos carboidratos, dos lipídios e das proteínas.

Os carboidratos são as moléculas orgânicas mais encontradas na natureza e possuem uma enorme variedade de funções. Entre essas funções está uma parcela considerável de fornecimento de energia necessária a dieta da maioria dos organismos além da atuação no armazenamento dessa energia no corpo. Serve também como componentes estruturais de muitos organismos, entre eles:

- parede celular das bactérias

- exoesqueletos de alguns insetos

- fibras de celulose das plantas

Os carboidratos quase sempre são solúveis em água, apresentam sabor doce e a maioria apresenta terminação ose.

Podem ser classificados em:

Monossacarídeos ou glicídeos: que são os açúcares simples como glicose, frutose e galactose;

Dissacarídeos: que são interações químicas entre dois monossacarídeos. Ex.: sacarose, lactose e maltose)

Oligossacarídeos:  interações químicas de 3 a 10 moléculas de monossacarídeos. Ex.: destrinas

Polissacarídeos ou glicanas: que são ligações de monossacarídeos (amido, glicogênio).

São insolúveis em meio aquoso e não apresentam o sabor doce.

Fermentação: O metabolismo oxidativo nas mitocôndrias é alimentado pelos ácidos graxos e pelo piruvato produzido a partir da glicólise de acúcares  no citosol. 

As células animais armazenam ácidos graxos na forma de gordura e glicose na forma de glicogênio, a fim de assegurar um suprimento contínuo de combustível para metabolismo oxidativo.

Glicólise – A glicólise se caracteriza como uma via metabólica utilizada por todas as células do corpo, para extrair parte da energia contida na molécula da glicose, e gerar duas moléculas de lactato. Esse processo não envolve consumo de oxigênio molecular e por isso é chamado de fermentação anaeróbica.

A molécula de glicose  ativada, divide-se em duas moléculas de 3 carbonos(converte a molécula de glicose de seis carbonos a duas moléculas de piruvato de três carbonos).

 Fotossíntese - É um processo onde ocorre absorção de luz. É através dela que os vegetais produzem alimentos, o combustível indispensável para a vida da planta, do homem e de outros animais. As folhas possuem células denominadas fotossintetizadoras, que contém clorofila e são muito sensíveis à luz. Quando a luz incide em uma molécula de clorofila, esta absorve parte da energia luminosa que permite a reação do gás carbônico com água, produzindo carboidratos e liberando oxigênio.

A fotossíntese é dividida em duas fases: clara e escura.

A fase clara, também chamada de fotoquímica, consiste na incidência da luz solar sob a clorofila A. Elétrons são liberados e recebidos pela plastoquinona (aceptor primário de elétrons). Estes elétrons passam por uma cadeia transportadora liberando energia utilizada na produção de ATP. Os elétrons com menos energia entram na molécula de clorofila A repondo os liberados pela ação da luz.

A fase escura ocorre no estroma dos cloroplastos e é nesta fase que se forma a glicose, pela reação inicial entre o gás carbônico atmosférico e um composto de 5 carbonos, a ribulose difosfato (RDP), que funciona como “suporte” para a incorporação do CO2. 

Os lipídios são compostos quimicamente diferentes entre si, porém apresentam uma característica comum a todos, que é a insolubilidade em água.Os lipídios mais abundantes na dieta são os triagliceróis e constituem a forma de armazenamento de todo o restante. Estes lipídios são provenientes de duas fontes: dos alimentos ingeridos e da reserva orgânica que é o tecido adiposo.

Diariamente, ingerimos cerca de 25g-105g de lipídios. Estes lipídios estão geralmente sob forma de triglicerídeos (TG). O armazenamento de ácidos graxos na forma de TG é o mais eficiente e quantitativamente mais importante do que o de carboidratos na forma de glicogênio. Quando hormônios sinalizam a necessidade de energia metabólica, promove-se a liberação destes TG com o objetivo de convertê-los em ácidos graxos livres, os quais serão oxidados para produzir energia. Porém, outras formas de lipídios fazem parte da dieta diária, como os fosfolipídeos, o colesterol e as vitaminas lipossolúveis.

Falando em colesterol, ele é o esteróide característico dos tecidos animais, que desempenha funções essenciais nos organismos, por exemplo:

 É indispensável para o organismo manter suprimento de colesterol, pois ele está presente em todas as membranas celulares, modulando sua fluidez e, em tecidos especializados é o precursor de ácidos biliares, hormônios esteróides e da vitamina D. O fígado, é o órgão que desempenha o papel central na regulação da homestasia do colesterol.

O colesterol é precursor de outros Esteróides, como, por exemplo, os hormônios sexuais.

A testosterona é o hormônio sexual masculino, produzido pelos testículos  enquanto que o estradiol é o hormônio responsável pelas características femininas, produzido pelos folículos ovarianos.

Os hormônios esteróis são transportados pelo sangue de seus sítios de síntese até o local de ação.

Proteínas: O nome proteína tem origem em um termo grego que significa "de primordial importância". Esse macronutriente é o componente celular orgânico mais abundante, tendo diversas formas e funções. As proteínas fornecem a base estrutural de todos os tecidos e órgãos além de formarem neurotransmissores e hormônios polipeptídicos, tais como Insulina e Hormônio do Crescimento. As proteínas encontradas dentro do núcleo da célula (DNA) transmitem as características hereditárias e são responsáveis pela síntese protéica contínua. As proteínas globulares formam as quase 2.000 enzimas diferentes que são responsáveis por desempenhar funções específicas, acelerando e regulando reações químicas e conferindo a determinados tecidos suas capacidades metabólicas. Além disso, os protídeos são responsáveis por mecanismos contráteis, com destaque para a actina e miosina.

As proteínas, assim como os carboidratos e as gorduras, contêm átomos de carbono, oxigênio e hidrogênio, porém, diferente deles, as proteínas contém nitrogênio (16% da molécula), enxofre, fósforo e ferro. As moléculas de protídeos são polimerizadas a partir de blocos formadores, denominados de aminoácidos (ver Aminoácidos). Apesar das proteínas apresentarem estruturas e funções bastante diversificadas, elas são sintetizadas a partir de apenas 20 aminoácidos diferentes. Todos esses vinte aminoácidos devem estar simultaneamente presentes na célula para que aconteça a síntese proteica. Nove deles não podem ser sintetizados pelo organismo humano, portanto deverão ser obtidos pelos alimentos (dieta), chamando-se por isso aminoácidos essenciais. Além disso, o corpo sintetiza cisteína e tirosina a partir de dois outros aminoácidos essenciais, a metionina e fenilalanina respectivamente. Outros nove podem ser produzidos pelo corpo, a partir de compostos intermediários, oriundos do metabolismo de carboidratos e lipídios. Estes nove aminoácidos e os dois que são sintetizados a partir de aminoácidos essenciais são chamados de aminoácidos não-essenciais.

Enfim, o metabolismo dos três compostos expostos, é de suma importância, cada um com suas funções essenciais no organismo.

Carboidratos são a nossa principal fonte energética, responsável pelo de fornecimento de energia necessária à dieta da maioria dos organismos e armazenamento dessa energia no corpo. Servindo também como componentes estruturais de muitos organismos.

Os lipídios têm, basicamente, função energética, da mesma forma que os carboidratos, também têm função estrutural, eles participam da constituição das membranas celulares.

As proteínas é uma a  categoria de alimentos indispensável ao ser humano , principal componente da massa celular. A elas cabe a parte mais ativa na constituição do corpo, tendo papel fundamental na formação no crescimento, regeneração e substituição de diferentes tecidos, principalmente dos músculos. Grande parte das proteínas que produzimos em nossas células tem função plástica ou construtora, isto é, participa da construção de nossos tecidos. As proteínas podem também ter a função reguladora no organismo.

Poríferos: Esponja

As esponjas são conhecidas e utilizadas desde a antiguidade pelos povos primitivos e foram incluídas já no primeiro tratado sobre classificação de organismos, escrito em 350 A.C. na Grécia clássica por Aristóteles. Sua primeira classificação foi dada como plantas, sua natureza animal só foi reconhecida no final do século XVIII, quando se observaram as correntes de água no seu corpo. No entanto, os grandes naturalistas da época (Lammarck, Lineu, Cuvier) classificavam as esponjas como Zoophyta (animais-plantas) ou Pólipos (considerando-as como próximas dos cnidários). Foi o naturalista inglês R.E. Grant quem primeiro compreendeu a anatomia e fisiologia das esponjas e criou o nome Porifera. A elevação de Porifera ao nível de Filo, sugerida por Huxley em 1875 e por Sollas em 1884, só foi aceita no início do século XX. Ainda assim, os debates a respeito de sua posição em relação aos protozoários e metazoários permaneceram até recentemente.

A classificação do Filo Porifera é ainda hoje muito debatida, desde a definição das espécies até as relações entre as classes e subclasses. Os caracteres morfológicos e esqueléticos, insuficientes para um estudo filogenético amplo do grupo, vêm sendo complementados por uma diversidade cada vez maior de critérios alternativos (incluindo métodos bioquímicos, moleculares, embriológicos, histológicos e citológicos) para a taxonomia de Porífera. Esponjas marinhas são frequentemente confundidas com ascídias coloniais, briozoários, e em menor grau com algas carnosas ou globulares, organismos que tem em geral uma aparência externa semelhante. De modo geral, esponjas têm uma ou mais aberturas exalantes circulares.

Os poríferos constituem o grupo mais simples de animais, o que faz com que seu modo de vida seja em colônias.

O nome porífero se dá ao fato de seu corpo ser perfurado por poros microscópios

As esponjas simples, vivem de forma fixa em um substrato submerso. A parede de seu corpo é composta de duas camadas celulares. A externa pinacócitos, constituída por células achatadas e a interna coanócitos, constituída por células flageladas.

Não possuem sistema muscular, nervoso, arterial respiratório ou digestivo.

Sua respiração e alimentação é realizado através de seus poros. A água penetra na cavidade atrial do espongiário, levando alimento e partículas alimentares. Esses alimentos são digeridos intracelularmente em vacúolos digestivos.

Porém, recentemente foi descoberta de uma exceção - a família Cladorhizidae, de altas profundidades, que são carnívoras e não têm sistema aqüífero.

As esponjas apresentam uma enorme diversidade de formas e cores nas mais diferentes tonalidades, sua coloração pode variar do laranja ao vermelho, do azul ao preto.

Para que uma espécie de esponja seja identificada com segurança é necessário que se façam preparações do esqueleto e das espículas dissociadas, montados em lâminas de microscopia para observação em microscópio ótico (100-400x de aumento). Para a observação do esqueleto um método simples é fazer dois cortes finos com lâmina de barbear ou bisturi: um tangencial à superfície e outro perpendicular. Em seguida, imergir estes cortes em etanol 96% por alguns minutos, secá-los e montá-los em lâmina de microscopia com bálsamo do Canadá ou outro meio de montagem. Para observar as espículas dissociadas, pode-se banhar um pedaço pequeno da esponja em água sanitária (hipoclorito de sódio) para remover todo o material orgânico. Em seguida o resíduo, que contém as espículas e outras partículas inorgânicas, é lavado várias vezes por decantação em água doce. Por último, as espículas são então colocadas nas lâminas, secas e montadas com bálsamo do Canadá, podendo assim ser observadas em maior detalhe.

São geralmente sustentadas por um esqueleto mineral formado por espículas, que são estruturas de sílica ou carbonato de cálcio cujo tamanho pode variar de poucos micrometros a centímetros. Existem no entanto diversas variações. Em algumas este esqueleto pode ser constituído por calcáreo maciço, naquelas que são chamadas esponjas coralinas. Em outros, conhecidas como esponjas córneas, por fibras de espongina, uma proteína do tipo do colágeno.

Por serem organismos sésseis e filtradores, a repartição espacial das esponjas é fortemente influenciada pela qualidade da água, especialmente pelo seu conteúdo em partículas orgânicas e minerais, poluentes e materiais orgânicos dissolvidos. Elas são portanto boas indicadoras da qualidade da água, e seu uso no monitoramento ambiental tem sido recomendado por alguns pesquisadores.

Apesar de serem animais capazes de alcançar grande porte, com mais de 1 metro de altura ou recobrir largas áreas de substrato, alguns dos seus processos orgânicos são por vezes mais semelhantes aos encontrados nos Protozoa (animais unicelulares) que nos Metazoa (animais multicelulares). Alguns autores usam estas características para separar as esponjas num grau de organização intermediário, Parazoa, mas atualmente pelo número de elementos em comum já encontrados são colocadas entre os metazoários. Cerca de 6000 espécies de esponjas já foram descritas de todo o mundo, a maioria proveniente de ambientes bentônicos marinhos. Apesar de ocorrerem em todos os mares e em todas as profundidades, os litorais rochosos de áreas não poluídas abrigam faunas de esponjas particularmente ricas.

Quase todas as esponjas litorais são incrustantes, formando camadas de espessura variada em substratos duros, em geral rochas, mas também em qualquer outro como madeiras, metal ou cimento. As poucas espécies encontradas em substratos móveis como lama, areia ou cascalho são geralmente eretas e finas para evitar o soterramento pelo sedimento, podendo ter um pedúnculo ou raiz para ancoragem no substrato.

Vários animais se alimentam de esponjas, embora o dano causado por estes predadores seja geralmente pequeno. Alguns moluscos, ouriços e estrelas-do-mar, além de peixes tropicais (donzelas, peixes-borboleta) e tartarugas, comem esponjas. Muitas espécies são totalmente expostas aos predadores, e na impossibilidade de bater em retirada, apresentam mecanismos alternativos de defesa contra a predação excessiva. O mecanismo primário de defesa das esponjas é de natureza química. As esponjas produzem uma ampla gama de compostos tóxicos, alguns bastante potentes. Espécies de alguns gêneros como Tedania e Neofibularia, podem mesmo causar dermatites dolorosas em seres humanos. Muitas espécies produzem compostos com atividade antimicrobiana (antibacteriana, antifúngica, antiviral). Além de defesas antipredação e contra infecções microbianas, as toxinas de esponjas servem também para a competição por espaço com outros invertebrados, como briozoários, ascídias, corais e até mesmo outras esponjas. Isto permite a algumas esponjas crescer rapidamente e recobrir a fauna e a flora adjacentes.

Relações de comensalismo envolvendo esponjas são muito comuns. O intrincado sistema de canais das esponjas e suas defesas antipredação as tornam excelentes refúgios para uma horda de invertebrados menores (crustáceos, ofiuróides, poliquetos) e alguns peixes (gobídeos e blennídeos). Várias espécies dependem dessa proteção das esponjas em sua fase de juvenis para manterm suas populações em níveis estáveis. Por exemplo, conhece-se um peixe no Japão que desova dentro de uma esponja (Mycale adhaerens), valendo-se da química desta espécie para a proteção de seus ovos. Outros organismos usam as esponjas como cobertura ou camuflagem, como os caranguejos do gênero Dromia, que recortam pedaços de esponjas de diversas espécies e os posicionam sobre sua carapaça. Outras associações muito comuns são aquelas envolvendo esponjas e microorganismos endossimbiontes, principalmente bactérias e cianofíceas. Presumivelmente, a matriz extracelular das esponjas provê um meio rico para o crescimento das bactérias, e o hospedeiro se beneficia de um estoque de bactérias utilizável em sua nutrição. As esponjas são os únicos metazoários conhecidos a manter relações simbióticas com cianofíceas, que produzem glicerol e compostos fosfatados para a nutrição das esponjas. Esponjas portadoras de cianobactérias funcionam como produtores primários, e apresentam um crescimento rápido e alta produtividade primária em recifes de coral.

Algumas espécies de esponjas, principalmente do gênero Spongia e Hippospongia, são ainda hoje usadas como esponjas de banho apesar da concorrência das esponjas artificiais. As esponjas produzem uma grande diversidade de metabólitos secundários, muitos dos quais têm estruturas originais de grande interesse para a farmacologia e a pesquisa biomédica.

Esses compostos representam um importante recurso natural, pois podem levar à produção de medicamentos mais eficazes contra o câncer e outras doenças graves, como as causadas por vírus, bactérias ou fungos. As esponjas são um dos grupos de organismos com maior percentagem de espécies produtoras de compostos antibióticos, antitumorais e antivirais. Outros invertebrados como briozoários, ascídias e cnidários não têm tantas espécies com compostos ativos, nem um espectro tão amplo de atividades quanto as esponjas.

A atividade antifúngica é menos frequente em esponjas do que a antibacteriana. Cerca de uma dúzia de espécies do litoral sudeste têm atividade antifúngica demonstrada. Estes recursos podem ser explorados por meio de cinco métodos básicos: extrativismo direto, síntese química, aquacultura, engenharia genética, e cultura de células. Cada um destes métodos tem suas vantagens e dificuldades, e a forma mais eficaz de exploração pode ser diferente para cada espécie ou envolver o emprego de mais de uma técnica entre as cinco citadas acima. Suas peculiaridades fazem das esponjas de modo geral um recurso renovável com amplo espectro de aplicações. A utilização efetiva desses animais no Brasil é, porém ainda bastante reduzida.

As esponjas são os animais multicelulares mais simples do mundo. Por serem tão antigas, puderam se diferenciar em pelo menos 10 mil espécies, com diferentes combinações de cor, forma, textura e tamanho, de poucos centímetros a alguns metros.

Elas são muito mais do que seres coloridos e bizarros que atiçam a nossa curiosidade. São uma fonte de novas descobertas em diversas áreas da ciência, da farmacologia às pesquisas sobre células-tronco e ao desenvolvimento de novos materiais. Substâncias produzidas pelas esponjas podem levar a medicamentos e sua estrutura inspira, por exemplo, a produção de fibras óticas para telecomunicações.

Os poríferos surgiram na Terra há mais de 500 milhões de anos, e vêm sobrevivendo desde então. Como não se movem, para evitar predadores elas dependem de armas biológicas naturais. Estas substâncias são extremamente úteis para a farmacologia. O primeiro agente antiviral contra herpes foi isolado de uma esponja. Estão em testes remédios contra câncer, malária e antibióticos baseados nesses animais. Seu esqueleto de sílica inspirou novas estratégias para design de fibra ótica e semicondutores. Borojevic frisa que se investiga a chance de produzir um chip de sílica de esponja

A ação dos antibióticos nas células

Os antibióticos são fármacos empregados no tratamento de infecções. Algumas destas substâncias são totalmente artificiais, mas existem aquelas produzidas a partir de organismos vivos, tais como as bactérias. Estes medicamentos têm o poder de destruir ou controlar o crescimento de organismos infecciosos do corpo. Quando estes agentes são originalmente produzidos por espécies de microorganismos, portanto de origem natural, são denominados antibióticos. Quando são produzidos de forma sintética, denominam-se quimioterápicos.

Existe um grande número de classificações dos antibióticos, a mais comum os agrupa em função de seu mecanismo de ação perante os agentes causadores de infecção, ou seja, alguns lesionam a parede da célula, outros alteram a membrana celular. A maior parte deles inibe a síntese de ácidos nucléicos, os polímeros constituintes da célula bacteriana. Outra classificação agrupa os antibióticos em função das bactérias contra as quais são eficazes: estafilococos, estreptococos e escherichia, por exemplo. Também podem ser classificados em função de sua estrutura química, diferenciando, desta forma, as tetraciclinas, penicilinas, macrólidos, cefalosporinas, sulfamidas, lincosamidas e outros.

Veremos mais detalhadamente qual a ação desses antibióticos nas células humana e bacteriana:

O objetivo de ação do antibiótico deve ser o mais tóxico possível para o micro-organismo infectante, da mesma forma que deve ser extremamente seguro para as células humanas, ou seja, foram feitos para produzir uma toxidade seletiva. Produzir este tipo de substância é relativamente simples, visto que as células humanas são muito diferentes das dos fungos e bactérias.

Os antibióticos atuam sobre bactérias das seguintes formas:

  - Na inibição da síntese da parede celular:

A parede celular é um envoltório de proteção que reveste a membrana celular bacteriana. Os antibióticos que agem sobre a síntese da parede celular atuam produzindo uma parede com defeitos estruturais atuando sobre o processo de replicação celular, e mostram-se seletivos, isto é, atuam apenas sobre a bactéria e não sobre o hospedeiro pois as células dos mamíferos não possuem parede celular.

-  Na membrana plasmática

A membrana celular possui a função de formar uma parede celular, obstáculo à entrada d'água, contendo lipídios e proteínas carregadores de substâncias necessárias à célula, além de possuir enzimas importantes ao metabolismo celular. Qualquer interrupção destas funções da membrana causará danos à célula.

- Na síntese protéica (translação)

Para que haja reprodução bacteriana é indispensável que ocorra, de modo repetitivo, a união de aminoácidos que constituirão as inúmeras moléculas de proteínas microbianas. Estas proteínas microbianas têm função estrutural e enzimática. A bactéria contém, no seu cromossomo, toda a informação genética necessária à produção de enzimas que atuam na síntese de RNA (síntese protéica). A interrupção, em qualquer ponto desta cadeia por bloqueio de alguma função, susta o crescimento. Haverá, portanto, detenção do crescimento e eliminação da célula bacteriana.

-  Na replicação cromossômica
Algumas drogas atuam inibindo a síntese (metabolismo) dos ácidos nucléicos. Podem atuar no DNA parasitário, inibir a síntese do RNA, inibir o ácido tetrahidrofólico, alterar a estrutura do ácidos nucléicos parasitários, ou reduzir a formação de nucleotídeos. Neste grupo incluem-se as quinolonas.

Concluindo: O antibiótico é um veneno que destrói células de bactérias e deixa as humanas intactas. Todos os antibióticos se aproveitam do fato de que há muitas diferenças entre as enzimas dentro de uma célula humana e as enzimas dentro de uma bactéria. Ele isola a célula afetada, o que acaba por levá-la à morte para que se regenere em uma nova célula transformada. Porém, matar a célula para matar a bactéria, vai causar uma ausência na cadeia celular, ou seja, uma deficiência mínima e imperceptível à visão acadêmica, Mas, para o organismo é grave. Principalmente porque a célula que vai substituí-la retorna com a bactéria reforçada, fortalecida contra novo ataque de antibiótico. E, quando mata a célula, na verdade, interrompe o processo natural de regeneração celular.

Dessa forma, o seu uso deve ser feito quando realmente necessário e unicamente com prescrição médica.