Prévia do material em texto
- -1 BIOQUÍMICA DOS ALIMENTOS CAPÍTULO 3 - METABOLISMO DOS CARBOIDRATOSS Kally Janaina Berleze - -2 Introdução Vamos começar esta terceira unidade compreendendo o papel dos carboidratos no metabolismo intermediário. Para isso, é interessante refletir sobre alguns pontos: qual a relação entre a classificação dos carboidratos e o seu índice glicêmico? Quais são os principais destinos metabólicos dos carboidratos que comemos? Quais são as principais consequências do excesso de carboidrato dietético, principalmente em indivíduos diabéticos? Qual a relação entre o metabolismo oxidativo e a taxa metabólica basal? Quais são os principais hormônios envolvidos na homeostase metabólica e como eles mantêm a glicemia no estado alimentado e de jejum? Quais são as variantes da glicemia utilizadas como biomarcadores? Seguindo estes quesitos, trabalharemos inicialmente com o entendimento de conceito, classificação e função dos carboidratos, conhecendo as principais fontes alimentares. Depois, descreveremos todos os processos a que os carboidratos dietéticos passa, a partir de uma refeição mista, transitando pela digestão até os principais destinos metabólicos. Discutiremos o metabolismo dos carboidratos, entendendo de que forma o organismo transforma a glicose como fonte energética imediata e de armazenamento e, também, a sua regulação nos estados alimentados e de jejum. Por último, estudaremos a aplicabilidade da glicemia de jejum e pós-prandial. Ao final, teremos o entendimento sobre fontes alimentares, conceitos, classificações, funções, digestão, absorção, metabolismo intracelular, regulação hormonal do metabolismo dos carboidratos e a interpretação clínica da glicemia de jejum e pós-prandial. Vamos lá? Acompanhe esta unidade com atenção! 3.1 Classificação e fontes alimentares dos carboidratos Neste tópico, estudaremos a nomenclatura e a estrutura dos açúcares simples, a classificação dos carboidratos e as suas principais fontes alimentares. Abordaremos, também, as fibras dietéticas e os prebióticos. E você sabe qual o carboidrato encontrado no pão, nas frutas, no mel e no leite? O que é açúcar invertido? Qual o papel das fibras dietéticas e dos prebióticos para a saúde do nosso corpo? 3.1.1 Nomenclatura e estrutura de açúcares simples A definição clássica de um carboidrato é a de um aldeído ou uma cetona com dois ou mais grupos hidroxila, cuja fórmula empírica é (CH O)n. Os carboidratos mais simples, possuindo dois grupos hidroxila, são o gliceraldeído 2 e a di-hidroxiacetona (intermediários da glicólise), denominados aldose e cetose, respectivamente. O sufixo “ose” designa um açúcar ou sacarídeo. 3.1.2 Classificação e fontes alimentares dos carboidratos A classificação química dos carboidratos pode ser determinada pelo tamanho da molécula, que é, por sua vez, determinada pelo grau de polimerização (GP), pelo tipo de ligação (alfa e não alfa) e pelas suas características dos monômeros individuais (FAO/WHO, 1997), informações muito importantes para melhor compreensão dos efeitos fisiológicos dos carboidratos (CUMMINGS, 2007). Há três grandes classes de carboidratos: açúcares (mono e dissacarídeos), oligossacarídeos e polissacarídeos. Essa classificação, bem como seus principais componentes e características fisiológicas, acompanhada das principais fontes alimentares e químicas, pode ser verificado na tabela. - -3 - -4 - -5 Figura 1 - Grau de Polimerização ou número de monômeros (unidades individuais de monossacarídeos) que compõe o carboidrato. Fonte: Elaborado pela autora, baseado em CUMMINGS, 2007; FAO/WHO, 1997; COZZOLINO, 2013; SILVA, 2016. Apesar dos carboidratos serem divididos em apenas três grandes classes, podemos observar na tabela que, de acordo com o subgrupo e o tipo, os carboidratos apresentam variações nas características fisiológicas e nas fontes. As fibras alimentares são consideradas carboidratos não disponíveis. Isto porque, segundo a American Association Cereal Chemistry (AACC) e o Codex Alimentarius, a fibra dietética é a parte comestível das plantas ou dos carboidratos análogos, que é resistente à digestão e à absorção no intestino delgado de seres humanos, com fermentação completa ou parcial no intestino grosso. A fibra da dieta inclui polissacarídeos, oligossacarídeos, lignina e substâncias associadas às plantas. As fibras dietéticas promovem efeitos fisiológicos benéficos, incluindo laxação e/ou redução das concentrações séricas de colesterol e de glicose, além da redução do risco de doenças crônicas não transmissíveis. Quando determinados componentes das fibras alimentares estimulam o crescimento de bactérias benéficas, em especial as bactérias do gênero e os , eles são denominados prebióticos. SegundoBifidobacterium Lactobacillus Gibson et al. (2004), a inulina, os FOS, os trans-galacto-oligossacarídeos e a lactulose são considerados prebióticos. Os prebióticos causam modificação seletiva na composição e/ou atividade da microbiota do trato gastrintestinal, podendo proporcionar efeitos benéficos ao cólon e, também, contribuir para a redução do risco de doenças intestinais ou sistêmicas (ROBERFROID, 2010). 3.2 Digestão e absorção dos carboidratos e deficiência de dissacaridases Neste tópico, vamos estudar os processos de digestão e absorção dos carboidratos dietéticos, desde o momento em que o ingerimos até os principais destinos metabólicos da glicose, frutose e galactose provenientes da sua digestão. Abordaremos, também, a intolerância à lactose. Para a melhor compreensão dos processos metabólicos envolvidos neste tópico (digestão e absorção), utilizaremos um exemplo de desjejum saudável (refeição mista). Você sabe quais são os destinos metabólicos da glicose oriunda de um prato farto de macarrão ao sugo? O que é hipolactasia? Como se dá o diagnóstico de intolerância à lactose? 3.2.1 Digestão dos carboidratos A partir um exemplo de desjejum saudável, contemplando os principais carboidratos dietéticos (amido, sacarose e lactose), estudaremos os processos digestivos dos carboidratos. Considere o seguinte desjejum: uma taça de café com leite semidesnatado (lactose) sem açúcar acompanhado de - -6 Considere o seguinte desjejum: uma taça de café com leite semidesnatado (lactose) sem açúcar acompanhado de duas fatias de pão de centeio (amido) com geleia caseira de morango (sacarose e frutose) e meia unidade de mamão papaia (frutose). A digestão do amido, essencialmente, acontece em três locais, iniciando na cavidade oral, onde o amido, por ação da -amilase salivar, transforma-se em -dextrinas (polissacarídeo menor). Depois, no lúmen do duodeno, as -a a a dextrinas são digeridas pelas -amilases pancreáticas, resultando em maltose (dissacarídeo), maltotriosea (trissacarídeo) e dextrinas limites (oligossacarídeo). Por último, na superfície luminal borda em escova das células do epitélio do intestino delgado, a maltose [dois resíduos de glicose ligados por ligação glicosídica -1,4a (linear)], a maltotriose [três resíduos de glicose ligados por ligação glicosídica -1,4 (linear)] e as dextrinasa limites {4 a 9 resíduos de glicose mais uma unidade de isomaltose [dois resíduos de glicose ligados por ligação glicosídica -1,6 (ramificado)]} são digeridas pelas maltase, maltase e glicoamilase, respectivamente em doisa resíduos de glicose, três resíduos de glicose e quatro a nove resíduos de glicose, mais uma unidade de isomaltose. Ainda na superfície luminal borda em escova das células do epitélio do intestino delgado, a isomaltose, pela ação da isomaltase, transforma-se em dois resíduos de glicose. A digestão dos dois dissacarídeos sacarose e lactose acontece na superfície luminal borda em escova das células do epitélio do intestino delgado pela ação de suas dissacaridases correspondentes, a sacarase e a lactase, respectivamente em um resíduo de glicose e um de frutose e em um resíduo de glicose e um de galactose. Podemos visualizar os processos digestivos do amido, da sacarose e da lactose na figura. - -7 Figura 2 - Visão geral da digestão dosprincipais carboidratos dietéticos (amido, sacarose e lactose). Fonte: SMITH, C. M.; MARKS, A. D.; LIEBERMAN, M, 2012. Podemos concluir que os produtos finais da digestão dos principais carboidratos dietéticos (amido, sacarose e - -8 Podemos concluir que os produtos finais da digestão dos principais carboidratos dietéticos (amido, sacarose e lactose) são os monossacarídeos glicose, frutose e galactose, agora prontos para o próximo passo do metabolismo destes macronutrientes: a absorção. Podemos concluir que os produtos finais da digestão dos principais carboidratos dietéticos (amido, sacarose e lactose) são os monossacarídeos glicose, frutose e galactose, agora prontos para o próximo passo do metabolismo destes macronutrientes: a absorção. - -9 3.2.2 Absorção dos carboidratos Há dois tipos de proteínas transportadoras de monossacarídeos presentes nas células do intestino delgado, responsáveis por transportar os monossacarídeos do lúmen intestinal até a circulação. Ambas, glicose e galactose, entram nas células do epitélio intestinal pelos transportadores facilitados de glicose e pelos cotransportadores de sódio e glicose localizados no lado luminal (mucosa) da superfície borda em escova destas células. Através dos transportadores facilitados de glicose localizados no lado seroso das células do epitélio intestinal (transportadores de glicose número 2 – GLUT 2), a glicose e a galactose entram na circulação e, por meio da veia porta, chegam ao fígado. A frutose entra nas células do epitélio intestinal apenas pelos transportadores facilitados de glicose localizados no lado luminal (mucosa) da superfície borda em escova destas células (transportadores de glicose número 5 – GLUT 5). Além disso, através dos transportadores facilitados de glicose localizados no lado seroso das células do epitélio intestinal, a frutose entra na circulação e, por meio da veia porta, também pode chegar no fígado. Podemos visualizar os processos absortivos dos monossacarídeos na figura. Figura 3 - Visão geral da absorção dos monossacarídeos (glicose, frutose e galactose) provenientes da digestão dos principais carboidratos dietéticos. Fonte: SMITH; MARKS; LIEBERMAN, 2012. Por razões desconhecidas, a frutose é absorvida em uma velocidade maior quando ingerida junto com sacarose do que quando junto com um monossacarídeo. - -10 3.2.3 Destinos metabólicos dos monossacarídeos O primeiro destino metabólico da glicose dietética após absorção é o fígado, através da veia porta. Depois, a glicose é distribuída para os outros tecidos pela circulação sistêmica. Mas, para a glicose entrar no fígado e em outros tecidos, ela depende dos transportadores facilitados de glicose localizados nas membranas plasmáticas das células. As propriedades das proteínas transportadoras de glicose (GLUT) diferem entre os tecidos, refletindo na função do metabolismo da glicose em cada tecido, demonstrado na tabela. Figura 4 - Descrição das propriedades das isoformas (GLUT 1 – GLUT 5) das proteínas transportadoras de glicose de acordo com a sua distribuição tecidual. Fonte: SMITH.; MARKS; LIEBERMAN, 2012. O sistema de transporte com alta ou baixa afinidade por glicose reflete a função do metabolismo da glicose nas células, ou seja, se as células captam muita ou pouca quantidade de glicose, respectivamente. E, por sua vez, o sistema de transporte com alta capacidade por glicose reflete a capacidade de a célula “sentir”, por meio da constante de Michaelis (K ) das enzimas intracelulares relacionadas ao metabolismo da glicose (hexocinase e m glicocinase) e dos GLUTs, as variações da glicemia e determinar o destino metabólico deste nutriente e, no caso do pâncreas regular, a síntese e a secreção de insulina, que é diretamente proporcional à glicemia. O GLUT 4 apresenta uma propriedade única relacionada à dependência da insulina para o transporte de glicose nas células, ou seja, a captação de glicose nos tecidos adiposo e muscular é dependente da concentração sanguínea de insulina (Figura 5). Por exemplo: ao comermos três pratos de macarrão ao sugo na hora do almoço, a síntese e a secreção de insulina no sangue será proporcional à glicemia, estimulando um aumento muito maior do número de GLUT 4 na membrana plasmática dos adipócitos e, consequentemente, uma maior captação de glicose e síntese de triglicerídeos (gordura) se ingeríssemos apenas um prato de macarrão ao sugo. - -11 Figura 5 - Mecanismo da captação de glicose pelo transportador de glicose número 4 (GLUT4) dependente de insulina. Fonte: Shutterstock, 2020. No fígado, a frutose dietética é metabolizada a gliceralaldeído-3-fosfato e di-hidroxiacetona fosfato, intermediários da glicólise, sendo convertidos, principalmente, em glicose, glicogênio, ou ácidos graxos. Semelhante ao metabolismo da frutose no fígado, a galactose dietética é convertida em glicose-1-fosfato e depois em glicose-6-fosfato, intermediária da glicólise, sendo convertida em glicose livre, além de seguir para a circulação sistêmica ou formar glicogênio no próprio fígado. No fígado, a frutose dietética é metabolizada a gliceralaldeído-3-fosfato e di-hidroxiacetona fosfato, intermediários da glicólise, sendo convertidos, principalmente, em glicose, glicogênio, ou ácidos graxos. Semelhante ao metabolismo da frutose no fígado, a galactose dietética é convertida em glicose-1-fosfato e depois em glicose-6-fosfato, intermediária da glicólise, sendo convertida em glicose livre, além de seguir para a circulação sistêmica ou formar glicogênio no próprio fígado. - -12 3.2.4 Resposta glicêmica dos alimentos (índice glicêmico e carga glicêmica) Diferentes fontes de carboidrato variam quanto aos seus processos digestivos e absortivos e, consequentemente, quanto aos seus efeitos sobre a glicemia e a insulinemia, os quais podem ser quantificados por meio do índice glicêmico (IG) dos alimentos (HODGE et al, 2004). O IG é uma medida, do impacto relativo dos alimentos contendo carboidrato sobre a glicemia (LIU, S. ein vivo, WILLETT, W. C.). É definido como a área abaixo da curva de resposta glicêmica duas horas após a ingestão de uma porção do alimento teste, geralmente com 50 g de carboidrato, dividido pela área abaixo da curva de resposta glicêmica, correspondente ao consumo de uma mesma porção de carboidrato do alimento referência [glicose ou pão de farinha de trigo refinado (pão branco)]. Esse valor é expresso em percentual (SAHYOUN et al, 2005). Quanto maior a área abaixo da curva, maior o IG do alimento (PI-SUNYER, 2002), maior a resposta glicêmica e consequentemente maior a resposta insulinêmica. Por definição, o IG compara quantidades iguais, em gramas de carboidrato, fornecendo uma medida da qualidade do mesmo, mas não da quantidade. Por essa razão surgiu o conceito de carga glicêmica (CG) (FOSTER-POWELL et al, 2002), fornecendo uma medida da qualidade e da quantidade de carboidrato de um alimento em particular ou de uma dieta (STEVENS et al, 2002). Quanto maior a CG do alimento, maior será a sua resposta glicêmica e consequentemente a sua resposta insulinêmica. (FOSTER-POWELL et al, 2002). A cenoura, por exemplo, apesar de ser um alimento com alto IG, tem um pequeno efeito sobre a glicemia e, assim, sobre a insulinemia, porque ela apresenta pequena quantidade de carboidrato, o que a caracteriza como um alimento de baixa CG (LIU; WILLETT, s.d.). A soja cozida é um exemplo de alimento que apresenta tanto o IG quanto a CG baixos, enquanto o cereal matinal Corn Flakes e a® batata inglesa assada são exemplos de alimentos que apresentam tanto o IG quanto a CG altos (FOSTER-POWELL et al, 2002). Os valores utilizados para definir o IG e a CG de um alimento particular (tendo a glicose como referência) estão apresentados na tabela a seguir, juntamente com os valores utilizados para representar a CG diária. Figura 6 - Descrição de um alimento particular quanto ao IG e a CG, juntamente com os valores utilizados para representar a CG diária. Fonte: SILVA; MELLO, 2006. Fatores intrínsecos de um alimentopodem influenciar o seu impacto na glicemia, dentre os quais: a sua forma física (suco fruta inteira, batata amassada batata inteira), o grau de processamento, o tipo deversus versus amido (amilose amilopectina) e a preparação (método e tempo de cocção), bem como o tipo específico ouversus variedade do alimento (SHEARD et al, 2004; JENKINS et al, 1988). Na tabela, estão listados alguns dos fatores que influenciam o IG dos alimentos. - -13 Figura 7 - Descrição dos fatores intrínsecos e extrínsecos dos alimentos que influenciam o seu índice glicêmico (IG) bem como sua resposta glicêmica e insulinêmica. Fonte: AUGUSTIN et al, 2002; SILVA; MELLO, 2006. Alimentos com baixo grau de gelatinização do amido, como o macarrão, possuem menores valores de IG. Legumes e arroz parboilizado, exemplos de alimentos com elevada razão amilose/amilopectina, tendem a ter menores valores de IG (LIU; WILLETT, s. d.). Alimentos ricos em betaglucano, como o farelo de aveia, também podem proporcionar efeito benéfico na resposta glicêmica (TAPOLA et al., 2005). O amadurecimento das frutas pode diminuir o valor do IG, conforme observado na banana madura, onde a frutose está concentrada, conferindo-lhe seu sabor doce característico (ENGLYST et al, 1986). 3.2.5 Intolerância à lactose Má digestão de lactose é a diminuição na capacidade de hidrolisar a lactose, resultante da hipolactasia. A hipolactasia significa diminuição da atividade de enzima lactase presente na superfície borda em escova das células do epitélio do intestino delgado (SAHI, 1994). O aparecimento de sintomas abdominais por má digestão e absorção de lactose caracteriza a intolerância à lactose, porém nem sempre a má absorção dela é acompanhada de sintomas. A intensidade dos sintomas varia, de acordo com a quantidade de lactose ingerida, e aumenta com o passar da idade. Dentre eles. podemos destacar distensão, flatulência, dores abdominais e diarreia (MATTAR et al, 2010). Após o desmame, ocorre uma redução geneticamente programada e irreversível da atividade da lactase na maioria das populações do mundo, cujo mecanismo é desconhecido, resultando em má absorção primária de lactose (WANG et al, 1998). A hipolactasia também pode ser secundária a doenças que causam dano na superfície borda em escova das células do epitélio do intestino delgado ou que aumentem significativamente o tempo de trânsito intestinal, como na doença celíaca e na de Crohn, em enterites induzidas por drogas ou radiação e na doença diverticular do cólon. Ao contrário da hipolactasia primária do adulto, a hipolactasia secundária é transitória e reversível VOCÊ QUER VER? A intolerância à lactose é uma mudança fisiológica que resulta de uma deficiência adquirida de lactase. A atividade da lactase diminui com o aumento da idade das crianças, mas a extensão da queda da atividade depende de fatores genéticos e étnicos. Saiba mais e tire dúvidas assistindo ao vídeo disponível no canal do Dr. Dráuzio Varella: https://www.youtube.com/watch? .v=K1rRsXGNwJo https://www.youtube.com/watch?v=K1rRsXGNwJo https://www.youtube.com/watch?v=K1rRsXGNwJo - -14 cólon. Ao contrário da hipolactasia primária do adulto, a hipolactasia secundária é transitória e reversível (MATTAR et al, 2010): eliminando-se a causa, há um restabelecimento das características morfofisiológicas da mucosa intestinal e, assim, da atividade da lactase. O diagnóstico é feito por teste de tolerância, empregando a lactose como desafio, e o principal tratamento nutricional é a retirada dos alimentos que contêm lactose. 3.3 Glicólise, ciclo de Krebs, fosforilação oxidativa, síntese de ATP e calor Neste tópico, estudaremos como a glicose oriunda de um pão francês, por exemplo, é transformada em adenosina trifosfato (ATP) e calor, passando por todas as rotas metabólicas deste processo. Você sabe qual o percentual calórico dos alimentos destinado para a produção de calor? Por que o nome do ciclo do ácido cítrico é também denominado de ciclo de Krebs? E qual a relação da fosforilação oxidativa com a taxa metabólica basal? 3.3.1 Glicólise A partir de agora, estudaremos o metabolismo da glicose dentro das células, principalmente a nível citosólico e mitocondrial, conhecendo as rotas metabólicas que a glicose vai percorrer para gerar ATP, calor e outras substâncias. A glicose é considerada o combustível universal por ser o único substrato energético utilizado por todas as células do organismo humano. Todas as células do corpo são capazes de gerar ATP a partir da glicólise ou rota glicolítica, que consiste na oxidação da glicose a nível citosólico, processo que envolve dez etapas, catalisadas por enzimas, para formar piruvato. Cada molécula de glicose é capaz de formar duas moléculas de piruvato através da glicólise (Figura 8). A glicólise progride através de uma série de intermediários fosforilados, iniciando pela reação irreversível de fosforilação da glicose pela hexocinase ou glicocinase (fígado) para a síntese de glicose-6-fosfato. A segunda etapa é a conversão reversível da glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato pela enzima fosfoglicose isomerase. A frutose-6-fosfato é então fosforilada no carbono um pela enzima fosfofrutocinase-1 (PFK-1), formando frutose 1,6-bifosfato. Semelhante a hexocinase e glicocinase, a PFK-e requer ATP como substrato e catalisa uma reação irreversível. Na quarta etapa, a frutose 1,6-bifosfato reversivelmente é clivada pela enzima aldolase em duas trioses fosfato: di-hidroxiacetona fosfato e gliceraldeído-3-fosfato. Então, a enzima triose fosfato isomerase catalisa a interconversão de di-hidroxiacetona fosfato em gliceraldeído-3-fosfato. Por isso que, para cada mol de glicose que entra na glicólise, dois mols de gliceraldeído-3-fosfato continuam através da rota. Nas duas próximas etapas da glicólise, o gliceraldeído-3-fosfato é oxidado e fosforilado pelas enzimas VOCÊ QUER LER? A dieta para intolerância à lactose consiste na retirada de todos os alimentos que contêm lactose (açúcar do leite), porque esta doença resulta de uma diminuição ou deficiência da enzima lactase. Para compreender melhor sobre o diagnóstico e o tratamento desta patologia, indicamos a leitura do artigo “Intolerância à lactose: mudança de paradigmas com a biologia molecular” (MATTAR; MAZO, 2010), disponível no link: http://www.scielo.br/pdf/ramb ./v56n2/a25v56n2.pdf http://www.scielo.br/pdf/ramb/v56n2/a25v56n2.pdf http://www.scielo.br/pdf/ramb/v56n2/a25v56n2.pdf - -15 Nas duas próximas etapas da glicólise, o gliceraldeído-3-fosfato é oxidado e fosforilado pelas enzimas gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase e fosfoglicerato cinase, respectivamente, formando 1,3-bi-fosfoglicerato mais nicotinamida adenina dinucleotídeo na forma reduzida (NADH + H ) e 3-fosfoglicerato mais ATP. A oitava+ etapa da rota é a conversão reversível do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato pela enzima fosfoglicerato mutase. O 2-fosfoglicerato sofre então uma reação de desidratação catalisada pela enolase, gerando um composto fosfato de alta energia, o fosfoenolpiruvato (PEP). Por último, na décima etapa, o PEP é o substrato da enzima piruvato cinase para fosforilar uma adenosina monofosfato (ADP), gerando piruvato e o segundo ATP. - -16 Figura 8 - Reações da glicólise em vermelho e da gliconeogênese em verde. Observam-se as fases de investimento e de geração de ATP no início e mais no final da glicólise, respectivamente. Fonte: Shutterstock, 2020. - -17 Uma das principais funções da glicólise é a geração de ATP, portanto a rota é regulada no sentido de manter a homeostase de ATP em todas as células. As enzimas PFK-1 (citosol) e piruvato desidrogenase (mitocôndria), que vincula a glicólise e o ciclo do ácido cítrico (TCA), são os principais sítios regulatórios que respondem a indicadores de da taxa de utilização de ATP.feedback Todas as enzimas reguladoras da glicólise existem como isoenzimas tecido específica, que alteram a regulação da rota para corresponder às variações nas condições e necessidades dos diferentes tecidos. Ostrês principais pontos regulatórios da glicólise são: i) hexocinase, que é inibida por seu produto a glicose-6- fosfato; ii) a PFK-1, que é estimulada por adenosina monofosfato (AMP) e frutose 2,6-bifosfato e é inibida por ATP e citrato; iii) piruvato cinase, que é estimulada por frutose 1,6-bifosfato e é inibida por ATP e acontece apenas no fígado. A atividade da na mitocôndria determina se o piruvato épiruvato desidrogenase (PDH) convertido a lactato ou a acetil Coenzima A (CoA). A PDH é estimulada por ADP e íons de cálcio e é inibida por NADH + H e acetil CoA.+ 3.3.1.1 Glicólise Aeróbica A glicólise ocorre no citosol e gera NADH citosólico. Como o NADH não pode atravessar a membrana mitocondrial interna, seus equivalentes redutores são transferidos para a cadeia de transporte de elétrons pelas lançadeiras malato-aspartato e glicerol 3-fosfato. Figura 9 - Representação resumida da glicólise aeróbica. Fonte: SMITH; MARKS; LIEBERMAN, 2012. O piruvato, dentro da mitocôndria, é convertido em acetil CoA pela ação da enzima PDH e então oxidado - -18 O piruvato, dentro da mitocôndria, é convertido em acetil CoA pela ação da enzima PDH e então oxidado completamente em dióxido de carbono (CO ) no TCA (Figura 9). O rendimento da oxidação aeróbica completa da 2 glicose em CO é de aproximadamente 30 a 32 mol de ATP por mole de glicose. 2 3.3.1.2 Glicólise Anaeróbica Quando as células possuem um suprimento limitado de oxigênio (por exemplo, a medula renal), ou poucas ou nenhuma mitocôndria (por exemplo, eritrócitos), ou aumentam muito a demanda por ATP (por exemplo, músculo esquelético durante exercícios de alta intensidade), elas dependem de glicólise anaeróbica (Figura 10) para geração de ATP. Na glicólise anaeróbica, a lactato desidrogenase (LDH) oxida o NADH gerado pela glicólise, reduzindo o piruvato à lactato. Como o oxigênio (O ) não é necessário para reoxidar o NADH, o caminho é 2 chamado de anaeróbico. O rendimento energético da glicólise anaeróbica (2 mol de ATP por mole de glicose) é muito menor que o rendimento da oxidação aeróbica. Figura 10 - Representação resumida da glicólise anaeróbica. Fonte: SMITH; MARKS; LIEBERMAN, 2012. O lactato (ácido lático) formado é posteriormente liberado para circulação, sendo captado por outros tecidos (principalmente fígado e os músculos cardíaco e esquelético) e oxidado de volta à piruvato. No fígado, o piruvato, através da rota de gliconeogênese, sintetiza glicose que é devolvida ao sangue, suprindo, principalmente, a demanda energética das células com suprimento limitado de oxigênio, ou com poucas ou nenhuma mitocôndria. A ciclagem de lactato e glicose entre tecidos periféricos e fígado é chamada de ciclo Cori. Embora o equilíbrio da reação LDH favoreça a produção de lactato, o fluxo ocorre na direção oposta se o NADH estiver sendo oxidado rapidamente na cadeia de transporte de elétrons (ou estiver sendo usado para a gliconeogênese). 3.3.2 Ciclo do ácido cítrico (ciclo da ácido tri-carboxílico ou ciclo de Krebs) e fosforilação oxidativa Esta etapa do metabolismo acontece dentro da mitocôndria, onde o piruvato é convertido em acetil CoA pela iclo do ácido cítricoação da enzima PDH e então oxidado completamente em dióxido de carbono (CO ) no c 2 (TCA), também chamado de ciclo da ácido tri-carboxílico ou ciclo de Krebs, que estudaremos a partir de agora. Apenas para recapitular: após a digestão e a absorção do pão francês, rico em amido, a glicose é gerada e então captada pelas células por seus transportadores de glicose específicos. No citosol das células, a glicose é convertida em piruvato pela glicólise e depois convertida em acetil CoA dentro da mitocôndria (glicólise aeróbica). Porém, a glicose não é a única fonte de acetil CoA: a oxidação de ácidos graxos, aminoácidos, acetato e corpos cetônicos também gera acetil-CoA (Figura 11), que é o substrato do TCA. O TCA é responsável por mais - -19 corpos cetônicos também gera acetil-CoA (Figura 11), que é o substrato do TCA. O TCA é responsável por mais de dois terços do ATP gerado pela oxidação destes substratos energéticos. Figura 11 - Fontes de acetil CoA a partir da oxidação de ácidos graxos (palmitato), corpos cetônicos (acetoacetato), glicose, aminoácidos (alanina) e do etanol. Fonte: SMITH; MARKS; LIEBERMAN, 2012. Como o grupo acetil de dois carbonos ativado é oxidado em duas moléculas de CO , a energia é conservada como 2 NADH, flavina adenina dinucleotídeo na forma reduzida [FAD (2H)] e trifosfato de guanosina (GTP). NADH + H+ e FAD (2H) subsequentemente doam elétrons para O através da cadeia de transporte de elétrons, com geração 2 de ATP a partir da fosforilação oxidativa (Figura 12).Assim, o ciclo do TCA é central para a geração de energia a partir da respiração celular. Como o grupo acetil de dois carbonos ativado é oxidado em duas moléculas de CO , a energia é conservada como 2 NADH, flavina adenina dinucleotídeo na forma reduzida [FAD (2H)] e trifosfato de guanosina (GTP). NADH + H+ e FAD (2H) subsequentemente doam elétrons para O através da cadeia de transporte de elétrons, com geração 2 de ATP a partir da fosforilação oxidativa (Figura 12).Assim, o ciclo do TCA é central para a geração de energia a partir da respiração celular. - -20 - -21 - -22 Figura 12 - Representação das reações do Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs) e da oxidação de NADH + H+ e FAD (2H) a partir da fosforilação oxidativa na cadeia de transporte de elétrons para produção de ATP. Fonte: SMITH; MARKS; LIEBERMAN, 2012; Shutterstock, 2020. Dentro do ciclo do TCA, o grupo acetil de dois carbonos é a fonte final dos elétrons que são transferidos para NAD e FAD e do carbono nas duas moléculas de CO produzidas. O oxaloacetato é usado e regenerado em cada turno+ 2 do ciclo. No entanto, quando as células usam intermediários do ciclo TCA para reações biossintéticas (por exemplo, aminoácidos, ácidos graxos e grupo Heme), os carbonos de oxaloacetato devem ser substituídos por reações anapleróticas, ou seja, reações capazes de gerar os intermediários do TCA, como a reação catalisada pela enzima piruvato carboxilase (Figura 13). - -23 Figura 13 - Rotas que abastecem os intermediários do TCA, chamadas de rotas anapletóricas. Observa-se na figura que os aminoácidos são os principais substratos capazes de gerar os intermediários do TCA. Fonte: SMITH; MARKS; LIEBERMAN, 2012. A velocidade do TCA está fortemente coordenada com a velocidade da cadeia de transporte de elétrons e da fosforilação oxidativa por regulação que reflete a demanda por ATP. A velocidade do ciclo TCA aumentafeedback quando acontece o mesmo com a utilização de ATP na célula, por meio da resposta de várias enzimas aos níveis de adenosina difosfato (ADP), a razão NADH/NAD , a taxa de oxidação de FAD (2H) ou a concentração de íons+ cálcio (Ca ).2+ A enzima isocitrato desidrogenase é estimulada por ADP e Ca e inibida por NADH. A -cetoglutarato2+ a desidrogenase é estimulada por Ca e inibida por NADH. A enzima malato desidrogenase é inibida por NADH e2+ a citrato sintase é inibida por seu produto, o citrato. Todas as enzimas do TCA que possuem como cofator NAD+ (isocitrato, -cetoglutarato e malato desidrogenases) são inibidas pela concentração aumentada de NADH. Aa razão NADH/NAD muda a concentração de oxaloacetato e então a velocidade do TCA.+ - -24 3.3.3 Balanço Energético A oxidação de combustíveis metabólicos é essencial para a vida, mas quando a ingestão de alimentos ultrapassa os requerimentos energéticos do corpo, ou seja, a sua capacidade oxidativa, pode-se desenvolver a obesidade. Em termos biológicos, cerca de 40% da energia dos alimentos são conservados como ATP, e os 60% restantes são liberados como calor. Por isso, é importante entender os mecanismos envolvidos no balanço energético do corpo. A maior parte da energia metabólica é suprida por reações de oxidação e redução (redox) na mitocôndria. O gasto de energia total de um ser humano é equivalente ao seu consumo de O , sendoque a taxa metabólica de 2 repouso (gasto energético de uma pessoa em repouso, a 25°C, após um jejum noturno) responde por aproximadamente 60% a 70% do gasto energético total e consumo de O , e o exercício físico é responsável pelo 2 restante. Da taxa metabólica de repouso (TMR), aproximadamente 90% a 95% do consumo de O é usado pela 2 cadeia de transporte de elétrons na mitocôndria. O balanço energético (homeostase de ATP) do corpo humano refere-se à capacidade de as células manterem níveis constantes de ATP, apesar das flutuações na utilização (gasto) do ATP. Assim, o aumento do uso de ATP para exercícios ou reações biossintéticas aumenta a taxa de oxidação dos combustíveis metabólicos. O principal mecanismo empregado é a regulação por , ou seja, quanto menos ATP for utilizado (gasto), menosfeedback substratos energéticos serão oxidados para gerar ATP. De acordo com a primeira lei da termodinâmica, a energia (em calorias) dos substratos energéticos consumidos através dos alimentos nunca pode ser perdida. Desta forma, os combustíveis metabólicos consumidos são oxidados para atender às demandas de energia da TMB mais dos exercícios ou são armazenados como triglicerídeos no tecido adiposo. Em outras palavras, se a ingestão calórica exceder os requerimentos energéticos do corpo, o ganho de peso será inevitável. O termo termogênese refere-se à energia gasta com a finalidade de gerar calor, além daquela utilizada na produção de ATP. Para manter o corpo a 37°C, apesar das mudanças na temperatura ambiente, é necessário regular a oxidação dos combustíveis metabólicos e sua eficiência (assim como a dissipação de calor). VOCÊ O CONHECE? Hans Adolf Krebs nasceu em 25 de agosto de 1900 em Hildesheim, na Baixa Saxônia (Alemanha). Cursou Medicina, Biologia e Química na Universidade de Göttingen, na Universidade de Hamburgo e na Universidade de Berlim, respectivamente. Nesta última, trabalhou com Otto Heinrich Warburg, Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1931. Obteve a cátedra de Medicina Interna da Universidade de Friburgo. Foi professor de Bioquímica em Whitley e no Trinity College, em Oxford. Faleceu em 22 de novembro de 1981, em Oxford. Seus principais trabalhos de pesquisa estão relacionados ao metabolismo celular, principalmente na transformação intracelular de nutrientes em energia. Descobriu que certas reações conhecidas dentro das células estavam relacionadas entre si, nomeando esta sucessão de reações de ciclo do ácido cítrico (1937), mais tarde renomeado em sua honra de ciclo de Krebs. Outras investigações desenvolvidas por Krebs incluem os aspectos fundamentais do ciclo da ureia. Recebeu o Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1953, compartilhado com Fritz Lipmann. - -25 3.4 Metabolismo do Glicogênio e Gliconeogênese Neste tópico, estudaremos o metabolismo do glicogênio hepático e muscular, abordando as suas funções e os mecanismos que regulam a sua síntese (glicogênese) e seu catabolismo (glicogenólise). Descreveremos a importância do glicogênio hepático na manutenção da glicemia pós-prandial e a sua relação com os sintomas de hipoglicemia em indivíduos diabéticos descompensados. Estudaremos, também, o processo de gliconeogênese e a sua relação com a manutenção da glicemia durante o jejum prolongado. Você sabe quais alimentos estão envolvidos na síntese de glicogênio? Quanto tempo dura os estoques de glicogênio hepático? Quando começa a glicogenólise e a gliconeogênese quando estamos em jejum? É o que veremos a seguir. Acompanhe! 3.4.1 Estrutura e Funções do Glicogênio O glicogênio é a forma de armazenamento de glicose encontrada, principalmente, no fígado e nos músculos esqueléticos. Ele é composto por resíduos de glicose conectados por ligações glicosídicas lineares -1,4 coma ramificações -1,6, ocorrendo aproximadamente a cada oito a dez resíduos de glicose.a A principal função do glicogênio hepático é manter a glicemia, principalmente durante o jejum ou em situações de necessidade imediata de glicose (por exemplo, estresse, hipoglicemia e exercício), diferentemente da função do glicogênio muscular, na qual a glicose-6-fosfato é utilizada para a síntese de ATP na via glicolítica para manutenção da contração muscular. Por meio da glicogenólise e da gliconeogênese hepática, o corpo mantém a glicemia durante o jejum em aproximadamente 80 mg/dL, para garantir que as células neuronais e outros tecidos dependentes da glicose para a geração de ATP tenham um suprimento contínuo deste substrato energético. 3.4.2 Síntese de Glicogênio (Glicogênese) A síntese de glicogênio, também chamada de glicogênese, começa com a fosforilação da glicose em glicose 6- fosfato pela enzima hexocinase ou glicocinase (fígado), envolvendo a formação de glicose difosfato de uridina (UDP-G) e a transferência de resíduos de glicose da UDP-G para as extremidades das cadeias de glicogênio pela enzima glicogênio sintase. Quando as cadeias atingem aproximadamente 11 resíduos de glicose, a enzima 4:6- transferase forma um ponto de ramificação, movendo de seis a oito resíduos de glicose para formar uma ramificação -1,6.a 3.4.3 Degradação de Glicogênio (Glicogenólise) A degradação do glicogênio, também chamada de glicogenólise, não é o inverso da rota biossintética. A enzima glicogênio fosforilase remove resíduos de glicose, um de cada vez, das extremidades das cadeias de glicogênio, convertendo-as em glicose-1-fosfato sem ressintetizar UDP-G ou uridina trifosfato (UTP). A enzima 4:4- transferase é responsável por remover os resíduos de glicose próximos a cada ponto de ramificação. A reação catalisada pela enzima fosfoglicomutase transforma glicose-1-fosfato em glicose-6-fosfato. No fígado, a síntese de glicose livre a partir do glicogênio é possível graças à enzima glicose-6-fosfatase, encontrada apenas no fígado e nos rins, que converte glicose-6-fosfato em glicose livre, que imediatamente se difunde para a circulação. Como o tecido muscular não tem a enzima glicose-6-fosfatase, a glicose-6-fosfato, por ser um intermediário da glicólise, entra nesta rota para gerar ATP através da glicólise anaeróbia e/ou aeróbica, conforme a intensidade e duração do exercício. - -26 3.4.4 Regulação da Glicogênese Hepática e Muscular O principal estímulo para a síntese de glicogênio, em ambos os tecidos, acontece após uma refeição rica em carboidrato, com o aumento imediato da glicemia e da razão insulina/glucagon, que estimula a glicogênese hepática, a captação de glicose pelos miócitos e a subsequente glicogênese muscular. Importante ressaltar que a glicogênese é ativada nos músculos em repouso. O aumento da captação de glicose, estimulada por insulina, pelos tecidos periféricos (músculo e tecido adiposo) e pelo fígado, acelera o armazenamento da glicose como glicogênio (hepático e muscular) ou triglicerídeos (fígado e tecido adiposo), auxiliando na manutenção da glicemia abaixo de 140 mg/dL, valor de referência para a glicemia pós-prandial. 3.4.5 Regulação da Glicogenólise Hepática e Muscular A regulação da glicogenólise no fígado e no musculo são diferentes. Uma das razões é porque o tecido muscular não tem receptor para glucagon, não respondendo a este hormônio durante o jejum, e também por apresentar funções metabólicas diferentes do glicogênio hepático. A falta de carboidrato na dieta, sinalizada por uma diminuição da razão insulina/glucagon no sangue, ativa apenas a glicogenólise hepática. A epinefrina, liberada pela adrenal em resposta ao exercício e a situações de estresse, ativa a glicogenólise hepática e também muscular. A enzima glicogênio fosforilase do músculo é estimulada durante o exercício pelo aumento das concentrações de AMP, que sinaliza falta de ATP, um ativador alostérico da enzima, e também pela fosforilação. A fosforilação é estimulada por íons cálcio (Ca ), liberado durante a contração e pela epinefrina.2+ Embora a glicogenólise hepática e a gliconeogênese sejam ativadas juntas pelos mesmos mecanismos reguladores, a glicogenólise responde mais rapidamente e com maior quantidade de glicose do que agliconeogênese nas primeiras horas de jejum. A velocidade da glicogenólise permanece razoavelmente constante nas primeiras 22 horas, mas, no jejum prolongado, a sua velocidade diminui significativamente à medida que o glicogênio hepático diminui, enquanto, simultaneamente, a velocidade da gliconeogênese aumenta. O glicogênio hepático é, portanto, um estoque de glicose rapidamente sintetizado e degradado, e extremamente responsivo a pequenas e rápidas mudanças na glicemia. Porém, em indivíduos diabéticos com resistência hepática à ação da insulina, ocorre um prejuízo na síntese de glicogênio hepático, porque esta rota metabólica é dependente de insulina e o fígado não está adequadamente responsivo a este hormônio. Em consequência a esta resistência à insulina, os estoques de glicogênio hepático são muito baixos, não suprindo a demanda de glicose durante o jejum, acarretando em sintomas hipoglicêmicos. 3.4.6 Gliconeogênese Hepática A gliconeogênese, que ocorre principalmente no fígado, é a rota metabólica responsável por sintetizar novas moléculas de glicose a partir de compostos não glicídicos. No ser humano, os principais precursores da glicose são lactato, glicerol e aminoácidos, particularmente a alanina. Exceto por três sequências principais, as reações da gliconeogênese são reversões dos passos da glicólise. As sequências da gliconeogênese que não utilizam enzimas da glicólise envolvem as etapas irreversíveis e reguladas da glicólise. Essas três etapas são a conversão de: i) piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP); ii) frutose 1,6-bifosfato em frutose 6-fosfato; e iii) glicose 6-fosfato em glicose livre. Imediatamente após uma refeição mista, os carboidratos da dieta servem como a principal fonte de glicose no sangue e, à medida que a glicemia retorna aos níveis de jejum, aproximadamente duas horas após a refeição mista, a glicogenólise é estimulada, fornecendo glicose ao sangue. Após quatro horas em jejum, o fígado está atendendo à demanda de glicose do organismo, não apenas pelo processo de glicogenólise, mas também pela gliconeogênese.Durante um jejum de 12 horas, a glicogenólise é a principal fonte de glicose no sangue e, - -27 gliconeogênese.Durante um jejum de 12 horas, a glicogenólise é a principal fonte de glicose no sangue e, também, a principal rota que mantém a glicemia no estado basal (após jejum de 12 horas). No entanto, por aproximadamente 16 horas em jejum, a glicogenólise e a gliconeogênese contribuem igualmente para a manutenção da glicemia e, 30 horas após uma refeição mista, as reservas de glicogênio no fígado estão substancialmente esgotadas, tornando o processo de gliconeogênese a principal fonte de glicose no sangue. As alterações hormonais que ocorrem durante o jejum estimulam o catabolismo dos triglicerídeos do tecido adiposo, com consequente liberação de ácidos graxos e glicerol para a circulação. O glicerol serve como fonte de carbono para a gliconeogênese e os ácidos graxos se tornam os principais substratos energéticos das células, diminuindo a utilização de glicose. Simultaneamente, os ácidos graxos são oxidados, no fígado, em acetil CoA, para fornecer energia à gliconeogênese (porque esta rota demanda de muito ATP para se manter ativa. Em jejum prolongado, o acetil CoA é convertido em corpos cetônicos, sendo difundidos para o sangue, servindo como fonte adicional de combustível metabólico para o músculo e o cérebro. 3.5 Conceitos básicos na regulação do metabolismo Neste tópico, estudaremos a ação dos principais hormônios envolvidos na manutenção da homeostase metabólica durante os estados alimentado e de jejum, ou seja, como as células têm fonte constante de ATP para cumprir suas funções independentemente do que comemos. Abordaremos os sítios de ação destes hormônios e as principais rotas metabólicas estimuladas e inibidas por eles. Por último, veremos o metabolismo dos transportadores de glicose. Você sabe por que, se comermos um ou quatro pratos de macarrão ao sugo na mesma refeição, a nossa glicemia pós-prandial se manterá em níveis normais? Qual a diferença entre as funções da insulina endógena e da insulina exógena? Qual a principal diferença entre a fisiopatologia do Diabete Mellitus Tipo I e Tipo II? E por que o glucagon não age sobre o músculo esquelético? 3.5.1 Homeostase metabólica Tanto a insulina como o glucagon são os principais hormônios reguladores da homeostase metabólica, além da epinefrina e do cortisol, sendo traduzida como o equilíbrio entre a disponibilidade de energia e a necessidade dos tecidos. Este é alcançado a partir da concentração sanguínea de nutrientes e de um dos hormônios da homeostase metabólica e o impulso nervoso, afetando o metabolismo dos tecidos ou a liberação dos hormônios. Os indivíduos podem passar o dia inteiro comendo ou fazer jejum de 24 horas que a insulina e o glucagon, respectivamente, asseguram que as células tenham uma fonte constante de glicose, ácidos graxos e aminoácidos para a síntese de energia, ou seja, adenosina trifosfato (ATP), e consigam manter as suas funções. Neste sentido, insulina e glucagon são os dois principais hormônios que regulam a mobilização e o armazenamento de substratos energéticos. 3.5.2 Maiores hormônios da homeostase metabólica: insulina, glucagon e cortisol A insulina é sintetizada e secretada pelas células beta do pâncreas e é conhecida como o hormônio que promove o crescimento por estimular rotas metabólicas relacionadas ao anabolismo, cujos principais sítios de ação são os tecidos hepático, muscular e adiposo. A secreção de insulina ocorre dentro de minutos após o pâncreas estar exposto a uma alta concentração de glicose, depois de uma refeição mista. O limiar para a liberação de insulina é aproximadamente 80 mg de glicose¤ dL. Acima de 80 mg dL a velocidade de secreção de insulina é diretamente proporcional a concentração de¤ glicose plasmática até aproximadamente 300 mg dL. À medida que a insulina é secretada, a síntese de novas¤ moléculas de insulina é estimulada. A secreção de insulina é mantida até os níveis de glicose começarem a - -28 moléculas de insulina é estimulada. A secreção de insulina é mantida até os níveis de glicose começarem a diminuir. A insulina é rapidamente removida da circulação e degradada pelo fígado e, em menor extensão, pelos rins e pelo músculo esquelético. Os níveis de insulina começam a diminuir rapidamente, uma vez que a taxa de secreção está diminuída. O interessante é que a insulina endógena raramente irá provocar hipoglicemia, porque a sua liberação é diretamente proporcional à glicemia, ou seja, de acordo com a ingestão de nutrientes, diferente da insulina exógena nos casos de diabetes; e quando a glicemia diminuir, a insulina deixará de ser sintetizada e secretada na circulação e a insulina circulante será captada e degradada pelo fígado e, em menor extensão, pelos rins e pelo músculo esquelético, perdendo seu efeito como hormônio. A insulina exógena pode provocar hipoglicemia caso o paciente injete maiores quantidades do que a quantidade de carboidratos que ingeriu. Os principais sítios de ação da insulina e dos hormônios contra regulatórios (glucagon, cortisol e epinefrina) e suas respectivas ações fisiológicas estão descritas na tabela. Figura 14 - Resumo dos principais sítios de ação da insulina e dos hormônios contra regulatórios (glucagon, cortisol e epinefrina) e suas respectivas ações fisiológicas. Fonte: Elaborado pela autora, baseado em SMITH; MARKS; LIEBERMAN, 2012. O glucagon é sintetizado e secretado pelas células alfa do pâncreas e é conhecido como o hormônio que promove - -29 O glucagon é sintetizado e secretado pelas células alfa do pâncreas e é conhecido como o hormônio que promove o emagrecimento por estimular rotas metabólicas relacionadas ao catabolismo, cujos principais sítios de ação são o tecido hepático e o adiposo. A liberação de glucagon é controlada principalmente pela redução da glicemia e/ou pelo aumento da insulinemia que banha as células alfa do pâncreas. Portanto, os níveis mais baixosde glucagon ocorrem após uma refeição rica em carboidratos. Como todos os efeitos do glucagon são opostos à insulina, a estimulação simultânea da liberação de insulina e a supressão da secreção de glucagon por uma refeição rica em carboidratos fornecem controle integrado do metabolismo dos macronutrientes (carboidratos, lipídeos e proteínas). O hormônio adrenocorticotrópico (ACTH) é liberado da hipófise e estimula a liberaçãode cortisol, que é sintetizado e secretado pelas células do córtex da adrenal e é conhecido como o hormônio do estresse. Seus principais sítios de ação são o tecido hepático, músculo esquelético e o adiposo. Por fim, sinais neuronais estimulam a liberação de epinefrina (adrenalina) e a noraepinefrina (noradrenalina), que são sintetizadas e secretadas pelas células da medula da adrenal e das terminações nervosas, respectivamente. Seus principais sítios de ação são o tecido hepático, músculo esquelético e o adiposo. 3.6 Variações na glicemia de jejum e pós-prandial O profissional nutricionista utiliza as variações séricas de glicose como ferramenta de avaliação e diagnóstico nutricional principalmente de pacientes com diabete , para posterior prescrição dietoterápica. E vocêmellitus sabe qual o melhor marcador clínico de controle glicêmico? Quais são as diferenças entre as manifestações clínicas da hipoglicemia e da hiperglicemia? Qual o melhor marcador glicêmico para avaliar a ingestão aguda de carboidrato? É muito importante a correta interpretação dos exames bioquímicos. Então, convidamos você a estudar sobre a aplicabilidade da glicemia de jejum e pós-prandial como biomarcadores. Segundo a Sociedade Brasileira de Diabetes (SBD), o diagnóstico laboratorial do diabetes (DM) pode sermellitus realizado por meio de glicemia de jejum, glicemia duas horas após teste oral de tolerância à glicose (TOTG) e hemoglobina glicada (HbA1c). A glicemia de jejum refere-se à dosagem de glicose no plasma após um jejum VOCÊ SABIA? 1. Quais são os maiores e menores reguladores que estimulam a liberação de insulina? 2. Qual é o menor regulador que inibe a liberação de insulina? 3. Quais são os maiores e menores reguladores que estimulam a liberação de glucagon? 4. Quais são os maiores reguladores que inibem a liberação de glucagon? Resposta 1: O maior e os menores reguladores que estimulam a liberação de insulina são: glicose; e aminoácidos, impulso neural e hormônios intestinais [glucagon like peptide-1 (GLP- 1) – peptídeo 1 semelhante ao glucagon], respectivamente. Resposta 2: O menor regulador que inibe a liberação de insulina é a epinefrina. Resposta 3: O maior e os menores reguladores que estimulam a liberação de glucagon são: aminoácidos; e cortisol, estresse neural e epinefrina, respectivamente. Resposta 4: Os maiores reguladores que inibem a liberação de glucagon são a glicose e a insulina. - -30 hemoglobina glicada (HbA1c). A glicemia de jejum refere-se à dosagem de glicose no plasma após um jejum mínimo de oito horas, representando o valor glicêmico no momento da coleta sanguínea. A HbA1c é formada a partir de reações não enzimáticas e permanentes entre a HbA1 e açúcares não redutores como a glicose, refletindo a glicemia média nos dois a quatro meses anteriores à realização do exame, visto que a vida média de um eritrócito é de aproximadamente 120 dias. Os valores adotados pela SBD para cada um desses parâmetros são os mesmos recomendados pela Associação Americana de Diabetes (American Diabetes Association, ou ADA) e encontram-se descritos na tabela. Figura 15 - Parâmetros glicêmicos de normalidade, pré-diabetes e critérios diagnósticos para diabetes mellitus recomendados pela SBD e pela ADA. Fonte: Diretrizes da Sociedade Brasileira de Diabetes 2017-2018. O diagnóstico do DM fica estabelecido quando ao menos duas glicemias de jejum encontram-se que 126 mg/dL³ ou quando uma única glicemia de jejum encontra-se acima desse valor, desde que outro critério laboratorial para diagnóstico de DM seja positivo (por exemplo, HbA1c ou TOTG), exceto em pacientes com sintomas típicos de descompensação (por exemplo, poliúria, polidipsia e perda de peso inexplicado) e com medidas de glicemia acima de 200 mg/dL. Objetivos glicêmicos mais ou menos rigorosos podem ser apropriados para pacientes individuais (Figura 15). As metas devem ser individualizadas com base na duração do diabetes, idade/expectativa de vida, presença de comorbidades, doença cardiovascular conhecida ou complicações microvasculares avançadas, desconhecimento da hipoglicemia e considerações individuais dos pacientes. Figura 16 - Metas glicêmicas para indivíduos adultos com diabetes mellitus recomendados pela ADA. Fonte: ADA. Standards of Medical Care in Diabetes, 2019. O controle da glicemia reduz de forma significativa as complicações do DM. Desta forma, métodos que avaliam a frequência e a magnitude da hiperglicemia e das hipoglicemias são essenciais no acompanhamento do DM, visando a ajustes no tratamento. A monitorização glicêmica a partir da HbA1c ainda permanece o padrão-ouro (Diretrizes da SBD 2017-2018), visto que esse parâmetro reflete a glicemia média nos dois a quatro meses anteriores à realização do exame. A glicose pós-prandial pode ser direcionada se as metas de HbA1c não forem atingidas. As medições pós-prandiais de glicose devem ser feitas uma a duas horas após o início da refeição, visando reduzir os valores para menos de 180 mg/dL podem ajudar a diminuir o HbA1c (ADA, 2019). Na maioria das vezes, o DM Tipo II é assintomático por longo período. Com menor frequência, indivíduos com - -31 Na maioria das vezes, o DM Tipo II é assintomático por longo período. Com menor frequência, indivíduos com DM Tipo II apresentam sintomas clássicos de hiperglicemia: poliúria (excesso de urina), polidipsia (sede intensa), polifagia (fome constante) e emagrecimento inexplicado. A seguir, antes de finalizarmos o conteúdo, veja nossa videoaula sobre a glicose. https://cdnapisec.kaltura.com/html5/html5lib/v2.81.2/mwEmbedFrame.php/p/1972831/uiconf_id/45177562 / e n t r y _ i d / 1 _ w 0 p 5 r 5 z p ? wid=_1972831&iframeembed=true&playerId=kaltura_player_1584562870&entry_id=1_w0p5r5zp A hipoglicemia é a complicação aguda mais frequente em indivíduos com DM Tipo I, podendo, entretanto, ser observada naqueles com DM Tipo II tratados com insulina e, menos comumente, em pacientes tratados com hipoglicemiantes orais. Os sintomas podem variar de leves e moderados (tremor, palpitação e fome) a graves (mudanças de comportamento, confusão mental, convulsões e coma) (Diabetes in Control).É importante prevenir a hipoglicemia para reduzir o risco de declínio cognitivo e outros resultados adversos. Conclusão Concluímos a terceira unidade relativa ao metabolismo dos carboidratos. Agora você já conhece as principais fontes alimentares, conceitos, classificações, funções, metabolismo intracelular e aplicação prática sobre este nutriente. Nesta unidade, você teve a oportunidade de: • identificar as melhores fontes alimentares de carboidrato quanto ao índice e carga glicêmica. • compreender o papel das fibras dietéticas e dos prebióticos sobre a flora bacteriana e sua saúde. • compreender a relação entre o metabolismo oxidativo e a taxa metabólica de repouso. • compreender a importância do glicogênio hepático e da gliconeogênese na manutenção da glicemia. • compreender a ação dos principais hormônios envolvidos na manutenção da homeostase metabólica durante os estados alimentado e de jejum. • compreender a importância da alimentação sobre o controle glicêmico e o perfil lipídico em indivíduos com esteatose hepática e diabetes. • identificar a aplicação prática da glicemia de jejum e pós-prandial como biomarcadores nas ciências médicas. CASO Nossa paciente CSB, aos 30 anos, com obesidade mórbida, hipertensão e esteatose hepática desenvolveu diabetes do Tipo II (DM Tipo II) em decorrência das suas comorbidades,mellitus da sua alimentação rica em carboidratos refinados e simples (sacarose) e do seu estilode vida sedentário. Ela recebeu o diagnóstico de DM Tipo II quando apresentou seus exames laboratoriais para o médico que, durante a consulta, explicou-lhe que a sua glicemia de jejum e hemoglobina glicada (HbA1c) encontravam-se em 300 mg/dL e 9%, respectivamente, valores condizentes com diagnóstico de DM. • • • • • • • https://cdnapisec.kaltura.com/html5/html5lib/v2.81.2/mwEmbedFrame.php/p/1972831/uiconf_id/45177562/entry_id/1_w0p5r5zp?wid=_1972831&iframeembed=true&playerId=kaltura_player_1584562870&entry_id=1_w0p5r5zp https://cdnapisec.kaltura.com/html5/html5lib/v2.81.2/mwEmbedFrame.php/p/1972831/uiconf_id/45177562/entry_id/1_w0p5r5zp?wid=_1972831&iframeembed=true&playerId=kaltura_player_1584562870&entry_id=1_w0p5r5zp https://cdnapisec.kaltura.com/html5/html5lib/v2.81.2/mwEmbedFrame.php/p/1972831/uiconf_id/45177562/entry_id/1_w0p5r5zp?wid=_1972831&iframeembed=true&playerId=kaltura_player_1584562870&entry_id=1_w0p5r5zp - -32 Bibliografia American Association of Cereal Chemistry (AACC). The definition of dietary fiber. Cereal Foods World 2001; 46 (3):112-26. American Diabetes Association. Standards of Medical Care in Diabetes – 2019. January 2019 Volume 42, Supplement 1. Disponível em: <https://www.diabetes.org.br/profissionais/images/pdf/Diretriz-2019-ADA.pdf >. Acesso em: 25/01/2020. AUGUSTIN, L. S.; FRANCESCHI, S.; JENKINS, D. J.; KENDALL, C. W.; LA VECCHIA, C. Glycemic index in chronic disease: a review. Eur J Clin Nutr. 2002;56(11):1049-71. BAYNES, J. W.; DOMINICZAK, M. H. Bioquímica Médica. 4. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2015. Codex Alimentarius. Guidelines on nutrition labelling CAC/GL 2-1985 as last amended 2010. Joint FAO/WHO Food Standars Progamme, Secretariat of the Codex Alimentarius Commission, FA, Rome, 2010. CUMMINGS, J. H.; STEPHEN, A. M. Carbohydrate terminology and classification. Eur J Clin Nutr 2007; 61 (Suppl 1):S5-18. COZZOLINO, S. M. F.; COMINETTI, C. : nas diferentes fases da vida,Bases bioquímicas e fisiológicas da nutrição na saúde e na doença . 1 ed. São Paulo: Manole: 2013. Diabetes in Control. Joslin’s diabetes deskbook, a guide for primary care providers, Updated 2nd ed., excerpt 1: what are the five steps to patient adherence? Disponível em: <http://www.diabetesincontrol.com/joslins- diabetes-deskbook-a-guide-for-primary-care-providers-updated-2nd-ed-excerpt-1-what-are-the-five-steps-to- >. Acesso em 25/01/2020.patient-adherence/ ENGLYST, H. N.; CUMMINGS, J. H. Digestion of the carbohydrates of banana (Musa paradisíaca sapientum) in the human small intestine. 1986;44(1):42-50.Am J Clin Nutr. Food and Agriculture Organization/World Health Organization (FAO/WHO). Craboydrate in human nutrition: report of a joint FAO/WHO expert consulation. FAO 1997; 66:1-140.Food Nutr Pap FOSTER-POWELL, K.; HOLT, S. H.; BRAND-MILLER, J. C. International table of glycemic index and glycemic load values: 2002. 2002;76(1):5- 56.Am J Clin Nutr. GIBSON, G. R.; PROBERT, H. M.; LOO, J. V.; RASTALL, R. A.; ROBERFROID, M. B. Dietary modulation of the human colonic microbiota. Updating the concept of probiotics. 2004; 17(2):259-75.Nutr Res Rev HODGE, A. M.; ENGLISH, D. R.; O’DEA. K.; GILES, G. G. Glycemic index and dietary fiber and the risk of type 2 diabetes. . 2004;27(11):2701-6.Diabetes Care JENKINS, D. J.; WESSON, V.; WOLEVER, T. M., et al. Wholemeal versus wholegrain breads: proportion of whole or cracked grain and the glycaemic response. BMJ. 1988;297(6654):958-60. LIU, S.; WILLETT, W. C. Dietary carbohydrates. Disponível em UpToDate : <® https://www.uptodate.com >. Acesso em: 16/02/2020./contents/dietary-carbohydrates/print MATTAR, R.; MAZO, D. F. de C. intolerância à lactose: mudança de paradigmas com a biologia molecular. Rev 2010; 56(2): 230-6. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/ramb/v56n2/a25v56n2.pdf>.Assoc Med Bras Acesso em: 21/01/2020. OLIVEIRA, J. E. P.; MONTENEGRO JUNIOR, R. M; VENCIO, S. (org.) Diretrizes da Sociedade Brasileira de . São Paulo: Clannad, 2017. Disponível em: Diabetes 2017-2018 <https://www.diabetes.org.br/profissionais /images/2017/diretrizes/diretrizes-sbd-2017-2018.pdf>. Acesso em: 24/01/2020. PI-SUNYER, F. X. Glycemic index and disease. 2002;76(1):290S-8.Am J Clin Nutr. ROBERFROID, M. B.; GIBSON, G. R.; HOYLES, L.; McCARTNEY, A. L.; RASTALL, R. A.; ROWLAND, I. et al. Prebiotic effects: metabolic and health benefits. 2010; 104 (suppl. 2):S1-63.Br J Nutr SAHI, T. Hypolactasia and lactase persistence. Historical review and the terminology. .Scand J Gastroenterol 1994;29 (Suppl) 202:1-6. SAHYOUN, N. R.; ANDERSON, A. L.; KANAYA, A. M., et al. Dietary glycemic index and load, measures of glucose metabolism, and body fat distribution in older adults. Am 2005;82(3):547-52.J Clin Nutr. SHEARD, N. F.; CLARK, N. G.; BRAND-MILLER, J. C., et al. Dietary carbohydrate (amount and type) in the https://www.diabetes.org.br/profissionais/images/pdf/Diretriz-2019-ADA.pdf https://www.amazon.com.br/s/ref=dp_byline_sr_book_1?ie=UTF8&field-author=John+W.%5EDominiczak%2C+Marek+H.+Baynes&search-alias=books http://www.diabetesincontrol.com/joslins-diabetes-deskbook-a-guide-for-primary-care-providers-updated-2nd-ed-excerpt-1-what-are-the-five-steps-to-patient-adherence/ http://www.diabetesincontrol.com/joslins-diabetes-deskbook-a-guide-for-primary-care-providers-updated-2nd-ed-excerpt-1-what-are-the-five-steps-to-patient-adherence/ http://www.diabetesincontrol.com/joslins-diabetes-deskbook-a-guide-for-primary-care-providers-updated-2nd-ed-excerpt-1-what-are-the-five-steps-to-patient-adherence/ https://www.uptodate.com/contents/dietary-carbohydrates/print https://www.uptodate.com/contents/dietary-carbohydrates/print https://www.diabetes.org.br/profissionais/images/2017/diretrizes/diretrizes-sbd-2017-2018.pdf https://www.diabetes.org.br/profissionais/images/2017/diretrizes/diretrizes-sbd-2017-2018.pdf - -33 SHEARD, N. F.; CLARK, N. G.; BRAND-MILLER, J. C., et al. Dietary carbohydrate (amount and type) in the prevention and management of diabetes: a statement by the american diabetes association. 2004;Diabetes Care. 27(9):2266-71. SILVA, V. L.; ANTUNES, L. C.; COZZOLINO, S. M. F. . 5. ed. São Paulo: Manole:Biodisponibilidade de nutrientes 2016. SILVA, F. M. e MELLO, V. D. F. de. Índice Glicêmico e Carga Glicêmica no Manejo do Diabetes Melito. Rev HCPA 2006;26(2):73-81. SMITH, C. M.; MARKS, A. D.; LIEBERMAN, M. . Bioquímica médica básica de Marks: uma abordagem clínica 4. ed. Lippincott Williams & Wilkins, a Wolters Kluwer business., 2012. STEVENS, J.; AHN, K.; JUHAERI; HOULSTON, D.; STEFFAN, L.; COUPER, D. Dietary fiber intake and glycemic index and incidence of diabetes in African- American and white adults. The ARIC study. 2002;25(10):Diabetes Care. 1715-21. TAPOLA, N.; KARVONEN, H.; NISKANEN, L.; MIKOLA, M.; SARKKINEN, E. Glycemic responses of oat bran products in type 2 diabetic patients. . 2005;15(4):255-61.Nutr Metab Cardiovasc Dis WANG, Y.; HARVEY, C. B.; HOLLOX, E. J.; PHILLIPS, A. D.; POULTER, M.; CLAY, P., et al. The genetically programmed down-regulation of lactase in children. Gastroenterology. 1998;114:1230-6. Introdução 3.1 Classificação e fontes alimentares dos carboidratos 3.1.1 Nomenclatura e estrutura de açúcares simples 3.1.2 Classificação e fontes alimentares dos carboidratos 3.2 Digestão e absorção dos carboidratos e deficiência de dissacaridases 3.2.1 Digestão dos carboidratos 3.2.2 Absorção dos carboidratos 3.2.3 Destinos metabólicos dos monossacarídeos 3.2.4 Resposta glicêmica dos alimentos (índice glicêmico e carga glicêmica) 3.2.5 Intolerância à lactose 3.3 Glicólise, ciclo de Krebs, fosforilação oxidativa, síntese de ATP e calor 3.3.1 Glicólise 3.3.2 Ciclo do ácido cítrico (ciclo da ácido tri-carboxílico ou ciclo de Krebs) e fosforilação oxidativa 3.3.3 Balanço Energético 3.4 Metabolismo do Glicogênio e Gliconeogênese 3.4.1 Estrutura e Funções do Glicogênio 3.4.2 Síntese de Glicogênio (Glicogênese) 3.4.3 Degradação de Glicogênio (Glicogenólise) 3.4.4 Regulação da Glicogênese Hepática e Muscular3.4.5 Regulação da Glicogenólise Hepática e Muscular 3.4.6 Gliconeogênese Hepática 3.5 Conceitos básicos na regulação do metabolismo 3.5.1 Homeostase metabólica 3.5.2 Maiores hormônios da homeostase metabólica: insulina, glucagon e cortisol 3.6 Variações na glicemia de jejum e pós-prandial Conclusão Bibliografia