CATABOLISMO: FUNÇÕES E PROCESSOS CATABÓLICOS - BIOLOGIA - 2025

O catabolismo abrange todas as reações de degradação de substâncias no corpo. Além de "quebrar" os componentes das biomoléculas em suas unidades menores, as reações catabólicas produzem energia, principalmente na forma de ATP.

As vias catabólicas são responsáveis ​​por degradar as moléculas que vêm dos alimentos: carboidratos, proteínas e lipídios. Durante o processo, a energia química contida nas ligações é liberada para ser usada nas atividades celulares que a requerem.

Fonte: Por EsquemaCatabolismo.svg: Eu; correção de pequenos erros: Basquetteurderivative work: Gustavocarra (EsquemaCatabolismo.svg), via Wikimedia Commons

Alguns exemplos de vias catabólicas bem conhecidas são: o ciclo de Krebs, a oxidação beta de ácidos graxos, a glicólise e a fosforilação oxidativa.

As moléculas simples produzidas pelo catabolismo são utilizadas pela célula para construir os elementos necessários, utilizando também a energia fornecida pelo mesmo processo. Essa via de síntese é o antagonista do catabolismo e é chamada de anabolismo.

O metabolismo de um organismo engloba as reações de síntese e degradação, que ocorrem simultaneamente e de forma controlada dentro da célula.

Recursos

O principal objetivo do catabolismo é oxidar os nutrientes que o corpo usa como “combustível”, chamados carboidratos, proteínas e gorduras. A degradação dessas biomoléculas gera energia e resíduos, principalmente dióxido de carbono e água.

Uma série de enzimas participam do catabolismo, que são proteínas responsáveis ​​por acelerar a velocidade das reações químicas que ocorrem na célula.

As substâncias combustíveis são os alimentos que consumimos diariamente. Nossa dieta é composta de proteínas, carboidratos e gorduras que são decompostos por vias catabólicas. O corpo utiliza preferencialmente gorduras e carboidratos, embora em situações de escassez possa recorrer à quebra de proteínas.

A energia extraída pelo catabolismo está contida nas ligações químicas das biomoléculas mencionadas.

Quando consumimos qualquer alimento, nós o mastigamos para torná-lo mais fácil de digerir. Este processo é análogo ao catabolismo, em que o corpo se encarrega de "digerir" as partículas ao nível microscópico para que sejam utilizadas pelas vias sintética ou anabólica.

Processos catabólicos

As vias catabólicas ou vias incluem todos os processos de degradação de substâncias. Podemos distinguir três fases do processo:

- As diferentes biomoléculas encontradas na célula (carboidratos, gorduras e proteínas) são degradadas nas unidades fundamentais que as constituem (açúcares, ácidos graxos e aminoácidos, respectivamente).

- Os produtos do estágio I passam para constituintes mais simples, que convergem em um intermediário comum denominado acetil-CoA.

- Por fim, esse composto entra no ciclo de Krebs, onde continua sua oxidação até produzir moléculas de dióxido de carbono e água - moléculas finais obtidas em qualquer reação catabólica.

Entre os mais proeminentes estão o ciclo da ureia, o ciclo de Krebs, a glicólise, a fosforilação oxidativa e a oxidação beta de ácidos graxos. Abaixo iremos descrever cada uma das rotas mencionadas:

O ciclo da ureia

O ciclo da ureia é uma via catabólica que ocorre na mitocôndria e no citosol das células hepáticas. É responsável pelo processamento de derivados proteicos e o produto final dele é a uréia.

O ciclo começa com a entrada do primeiro grupo amino da matriz da mitocôndria, embora também possa entrar no fígado pelo intestino.

A primeira etapa da reação envolve ATP, íons bicarbonato (HCO ₃ ^-) e carbomoil fosfato de amônio (NH ₄ ⁺), ADP e P _i. A segunda etapa consiste na união de fosfato de carbomoil e ornitina para produzir uma molécula de citrulina e P _i. Essas reações ocorrem na matriz mitocondrial.

O ciclo continua no citosol, onde a citrulina e o aspartato se condensam junto com ATP para gerar argininosuccinato, AMP e PP _i. O argininosuccinato passa para arginina e fumarato. O aminoácido arginina se combina com a água para dar ornitina e, finalmente, uréia.

Esse ciclo está interconectado com o ciclo de Krebs porque o metabólito fumarato participa de ambas as vias metabólicas. No entanto, cada ciclo atua de forma independente.

As patologias clínicas relacionadas a essa via impedem o paciente de ingerir uma dieta rica em proteínas.

O ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico

O ciclo de Krebs é uma via que participa da respiração celular de todos os organismos. Espacialmente, ocorre na mitocôndria de organismos eucarióticos.

O precursor do ciclo é uma molécula chamada acetil coenzima A, que se condensa com uma molécula de oxaloacetato. Esta união gera um composto de seis carbonos. Em cada revolução, o ciclo produz duas moléculas de dióxido de carbono e uma molécula de oxaloacetato.

O ciclo começa com uma reação de isomerização catalisada pela aconitase, onde o citrato passa para cis-aconitato e água. Da mesma forma, a aconitase catalisa a passagem de cis-aconitato em isocitrato.

O isocitrato é oxidado a oxalosuccinato pela isocitrato desidrogenase. Esta molécula é descarboxilada em alfa-cetoglutarato pela mesma enzima, isocitrato desidrogenase. O alfa-cetoglutarato é convertido em succinil-CoA pela ação da alfa-cetoglutarato desidrogenase.

Succinil-CoA torna-se succinato, que é oxidado a fumarato pela succinato desidrogenase. Sucessivamente, o fumarato se torna l-malato e, finalmente, o l-malato se torna oxaloacetato.

O ciclo pode ser resumida na equação seguinte: Acetil-CoA + 3 NAD ⁺ + FAD + PIB + Pi + 2 H ₂ O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH ₂ + GTP + 2 CO ₂.

Glicolise

A glicólise, também chamada de glicólise, é uma via crucial que está presente em praticamente todos os organismos vivos, desde bactérias microscópicas até grandes mamíferos. A rota consiste em 10 reações enzimáticas que transformam a glicose em ácido pirúvico.

O processo começa com a fosforilação da molécula de glicose pela enzima hexoquinase. A ideia dessa etapa é "ativar" a glicose e prendê-la dentro da célula, já que a glicose-6-fosfato não possui um transportador pelo qual possa escapar.

A isomerase de glicose-6-fosfato pega a glicose-6-fosfato e a reorganiza em seu isômero frutose-6-fosfato. A terceira etapa é catalisada pela fosfofrutocinase e o produto é a frutose-1,6-bifosfato.

Em seguida, a aldolase cliva o composto acima em fosfato de di-hidroxiacetona e gliceraldeído-3-fosfato. Há um equilíbrio entre esses dois compostos catalisados ​​pela triose fosfato isomerase.

A enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase produz 1,3-bisfosfoglicerato que é convertido em 3-fosfoglicerato na próxima etapa pela fosfoglicerato quinase. A fosfoglicerato mutase muda a posição do carbono e produz 2-fosfoglicerato.

A eolase pega o último metabólito e o converte em fosfoenolpiruvato. A última etapa da via é catalisada pela piruvato quinase e o produto final é o piruvato.

Fosforilação oxidativa

A fosforilação oxidativa é um processo de formação de ATP graças à transferência de elétrons do NADH ou FADH ₂ para o oxigênio e constitui a última etapa dos processos de respiração celular. Ocorre na mitocôndria e é a principal fonte de moléculas de ATP em organismos de respiração aeróbia.

Sua importância é inegável, pois 26 das 30 moléculas de ATP que são geradas como produto da oxidação completa da glicose em água e dióxido de carbono ocorrem por fosforilação oxidativa.

Conceitualmente, a fosforilação oxidativa acopla a oxidação e a síntese de ATP com um fluxo de prótons através do sistema de membrana.

Assim, o NADH ou FADH ₂ gerado em diferentes rotas, chamados de glicólise ou oxidação de ácidos graxos, é utilizado para reduzir o oxigênio e a energia livre gerada no processo é utilizada para a síntese do ATP.

β-oxidação de ácidos graxos

A Β-oxidação é um conjunto de reações que permitem a oxidação de ácidos graxos para produzir grandes quantidades de energia.

O processo envolve a liberação periódica de regiões do ácido graxo de dois carbonos por reação até que o ácido graxo seja completamente degradado. O produto final são moléculas de acetil-CoA que podem entrar no ciclo de Krebs para serem totalmente oxidadas.

Antes da oxidação, o ácido graxo deve ser ativado, onde se liga à coenzima A. O transportador da carnitina é responsável pela translocação das moléculas para a matriz da mitocôndria.

Após essas etapas anteriores, a própria β-oxidação começa com os processos de oxidação, hidratação, oxidação por NAD ⁺ e tiólise.

Regulação do catabolismo

Deve haver uma série de processos que regulem as diferentes reações enzimáticas, pois estas não podem funcionar o tempo todo em sua velocidade máxima. Assim, as vias metabólicas são reguladas por vários fatores, incluindo hormônios, controles neuronais, disponibilidade de substrato e modificação enzimática.

Em cada rota deve haver pelo menos uma reação irreversível (ou seja, ocorre em apenas uma direção) e que impulsiona a velocidade de toda a rota. Isso permite que as reações funcionem na velocidade exigida pela célula e evita que as vias de síntese e degradação funcionem ao mesmo tempo.

Os hormônios são substâncias particularmente importantes que atuam como mensageiros químicos. Eles são sintetizados nas várias glândulas endócrinas e liberados na corrente sanguínea para agir. Alguns exemplos são:

Cortisol

O cortisol atua diminuindo os processos de síntese e aumentando as vias catabólicas no músculo. Esse efeito ocorre pela liberação de aminoácidos na corrente sanguínea.

Insulina

Em contraste, existem hormônios que têm o efeito oposto e diminuem o catabolismo. A insulina é responsável por aumentar a síntese de proteínas e ao mesmo tempo diminuir seu catabolismo. Nesse caso, aumenta a proteólise, o que facilita a saída de aminoácidos para o músculo.

Diferenças com anabolismo

O anabolismo e o catabolismo são processos antagônicos que compreendem a totalidade das reações metabólicas que ocorrem em um organismo.

Ambos os processos requerem múltiplas reações químicas catalisadas por enzimas e estão sob estrito controle hormonal capaz de desencadear ou retardar certas reações. No entanto, eles diferem nos seguintes aspectos fundamentais:

Síntese e degradação de moléculas

O anabolismo compreende as reações de síntese enquanto o catabolismo é responsável pela degradação das moléculas. Embora esses processos sejam revertidos, eles estão conectados no delicado equilíbrio do metabolismo.

O anabolismo é considerado um processo divergente, que pega compostos simples e os transforma em compostos maiores. Ao contrário do catabolismo, que é classificado como um processo convergente, devido à obtenção de pequenas moléculas, como dióxido de carbono, amônia e água, a partir de grandes moléculas.

As diferentes vias catabólicas pegam as macromoléculas que constituem os alimentos e as reduzem aos seus menores constituintes. As vias anabólicas, por sua vez, são capazes de pegar essas unidades e construir moléculas mais elaboradas novamente.

Em outras palavras, o corpo tem que "mudar a configuração" dos elementos que compõem os alimentos para que sejam utilizados nos processos de que necessita.

O processo é análogo ao popular jogo Lego, onde os principais constituintes podem formar diferentes estruturas com uma ampla variedade de arranjos espaciais.

Uso de energia

O catabolismo é responsável por extrair a energia contida nas ligações químicas dos alimentos, pois seu principal objetivo é a geração de energia. Essa degradação ocorre, na maioria dos casos, por reações oxidativas.

No entanto, não é surpreendente que as vias catabólicas requeiram adição de energia em seus passos iniciais, como vimos na via glicolítica, que requer a inversão das moléculas de ATP.

Por outro lado, o anabolismo é responsável por agregar a energia livre produzida no catabolismo para conseguir a montagem dos compostos de interesse. Tanto o anabolismo quanto o catabolismo ocorrem constante e simultaneamente na célula.

Geralmente, o ATP é a molécula usada para transferir energia. Isso pode se difundir para as áreas onde é necessário e quando hidrolisa, a energia química contida na molécula é liberada. Da mesma forma, a energia pode ser transportada como átomos de hidrogênio ou elétrons.

Essas moléculas são chamadas de coenzimas e incluem NADP, NADPH e FMNH ₂. Eles atuam por meio de reações de redução. Além disso, eles podem transferir a capacidade de redução para ATP.

Referências

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