4.5: Conexões com outras vias metabólicas
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Você aprendeu sobre o catabolismo da glicose, que fornece energia às células vivas. Mas os seres vivos consomem mais do que apenas glicose como alimento. Como um sanduíche de perú, que contém proteína, fornece energia às células? Isso acontece porque todas as vias catabólicas de carboidratos, proteínas e lipídios eventualmente se conectam à glicólise e às vias do ciclo do ácido cítrico (Figura\(\PageIndex{1}\)). As vias metabólicas devem ser consideradas porosas, ou seja, substâncias entram por outras vias e outras substâncias partem para outras vias. Essas vias não são sistemas fechados. Muitos dos produtos em uma via específica são reagentes em outras vias.
Conexões de outros açúcares com o metabolismo da glicose
O glicogênio, um polímero de glicose, é uma molécula de armazenamento de energia de curto prazo em animais. Quando há ATP adequado presente, o excesso de glicose é convertido em glicogênio para armazenamento. O glicogênio é produzido e armazenado no fígado e nos músculos. O glicogênio será retirado do armazenamento se os níveis de açúcar no sangue caírem. A presença de glicogênio nas células musculares como fonte de glicose permite que o ATP seja produzido por mais tempo durante o exercício.
A sacarose é um dissacarídeo feito de glicose e frutose unidas. A sacarose é decomposta no intestino delgado e a glicose e a frutose são absorvidas separadamente. A frutose é um dos três monossacarídeos dietéticos, junto com a glicose e a galactose (que faz parte do açúcar do leite, o dissacarídeo lactose), que são absorvidos diretamente na corrente sanguínea durante a digestão. O catabolismo da frutose e da galactose produz o mesmo número de moléculas de ATP que a glicose.
Conexões de proteínas ao metabolismo da glicose
As proteínas são decompostas por uma variedade de enzimas nas células. Na maioria das vezes, os aminoácidos são reciclados em novas proteínas. Se houver excesso de aminoácidos, no entanto, ou se o corpo estiver em estado de fome, alguns aminoácidos serão desviados para vias de catabolismo da glicose. Cada aminoácido deve ter seu grupo amino removido antes de entrar nessas vias. O grupo amino é convertido em amônia. Em mamíferos, o fígado sintetiza uréia a partir de duas moléculas de amônia e uma molécula de dióxido de carbono. Assim, a ureia é o principal resíduo dos mamíferos a partir do nitrogênio originário dos aminoácidos e sai do corpo na urina.
Conexões de lipídios ao metabolismo da glicose
Os lipídios que estão conectados às vias da glicose são colesterol e triglicérides. O colesterol é um lipídio que contribui para a flexibilidade da membrana celular e é um precursor dos hormônios esteróides. A síntese do colesterol começa com o acetil CoA e prossegue em apenas uma direção. O processo não pode ser revertido e o ATP não é produzido.
Os triglicérides são uma forma de armazenamento de energia a longo prazo em animais. Os triglicérides armazenam cerca de duas vezes mais energia que os carboidratos. Os triglicerídeos são feitos de glicerol e três ácidos graxos. Os animais podem produzir a maioria dos ácidos graxos de que precisam. Os triglicérides podem ser produzidos e decompostos por partes das vias de catabolismo da glicose. O glicerol pode ser fosforilado e prossegue através da glicólise. Os ácidos graxos são divididos em unidades de dois carbonos que entram no ciclo do ácido cítrico.
EVOLUÇÃO EM AÇÃO: Vias da fotossíntese e do metabolismo celular
A fotossíntese e o metabolismo celular consistem em várias vias muito complexas. Geralmente, pensa-se que as primeiras células surgiram em um ambiente aquoso - uma “sopa” de nutrientes. Se essas células se reproduzissem com sucesso e seu número aumentasse de forma constante, as células começariam a esgotar os nutrientes do meio em que viviam, à medida que transferiam os nutrientes para suas próprias células. Essa situação hipotética teria resultado na seleção natural favorecendo os organismos que poderiam existir usando os nutrientes que permaneceram em seu ambiente e manipulando esses nutrientes em materiais que eles poderiam usar para sobreviver. Além disso, a seleção favoreceria os organismos que poderiam extrair o máximo valor dos nutrientes disponíveis.
Desenvolveu-se uma forma inicial de fotossíntese que aproveitou a energia do sol usando outros compostos além da água como fonte de átomos de hidrogênio, mas essa via não produzia oxigênio livre. Pensa-se que a glicólise se desenvolveu antes dessa época e poderia aproveitar a produção de açúcares simples, mas essas reações não foram capazes de extrair totalmente a energia armazenada nos carboidratos. Uma forma posterior de fotossíntese usou a água como fonte de íons de hidrogênio e gerou oxigênio livre. Com o tempo, a atmosfera ficou oxigenada. Os seres vivos se adaptaram para explorar essa nova atmosfera e permitiram que a respiração como a conhecemos evoluísse. Quando todo o processo de fotossíntese como o conhecemos se desenvolveu e a atmosfera ficou oxigenada, as células finalmente conseguiram usar o oxigênio expelido pela fotossíntese para extrair mais energia das moléculas de açúcar usando o ciclo do ácido cítrico.
Resumo
A decomposição e síntese de carboidratos, proteínas e lipídios se conectam às vias do catabolismo da glicose. Os carboidratos que também podem alimentar o catabolismo da glicose incluem galactose, frutose e glicogênio. Eles se conectam com a glicólise. Os aminoácidos das proteínas se conectam com o catabolismo da glicose por meio do piruvato, acetil CoA e componentes do ciclo do ácido cítrico. A síntese do colesterol começa com o acetil CoA, e os componentes dos triglicérides são captados pelo acetil CoA e entram no ciclo do ácido cítrico.