Essencial como processo
bioquímico de aproveitamento da energia, o metabolismo equilibra as funções
fisiológicas. Seus distúrbios ocasionam doenças de incidência freqüente, como o
diabetes, a obesidade e a arteriosclerose.
Metabolismo é o conjunto
das reações químicas que ocorrem num organismo vivo com o fim de promover a
satisfação de necessidades estruturais e energéticas. O processo metabólico
ocorre tanto no domínio celular, como no do organismo em geral. A expressão
metabolismo basal designa o mínimo de energia necessária para regular a
fisiologia normal de um organismo.
CONCEITOS
GERAIS E MÉTODOS DE ESTUDO
Do ponto de vista
físico-químico, os organismos vivos são sistemas abertos que, para sobreviver,
realizam com o exterior uma constante troca de energia e matéria. As
substâncias que penetram nas células passam por fragmentações, adições e
reestruturações moleculares, que produzem compostos biologicamente úteis,
empregados como fonte de energia e também como elementos de construção e reparação
dos tecidos. Essas transformações sucessivas denominam-se vias metabólicas.
Para que um composto
orgânico possa produzir energia, deve experimentar uma oxidação (perda de
elétrons e/ou combinação com o oxigênio), que libera o potencial energético das
ligações existentes entre seus átomos. A oxidação, como a maior parte das
reações químicas que ocorrem no interior da célula, requer a atuação de
moléculas especializadas chamadas enzimas, que ativam os compostos, pondo-os em
contato com outras substâncias reagentes, e tornam possíveis as trocas
adequadas, à temperatura fisiológica. Praticamente todas as reações metabólicas
dependem da existência das enzimas, sem as quais precisariam de grande
quantidade de calor, não compatível com o desenvolvimento da vida celular.
No organismo sadio,
verifica-se equilíbrio entre duas forças antagônicas: o catabolismo, processo
pelo qual as moléculas vindas do exterior, após sofrer fragmentação prévia na
digestão, são degradadas ou reduzidas a substâncias mais simples; e o
anabolismo, conjunto de reações que, ao utilizar a energia liberada pelo
catabolismo, possibilita a formação de estruturas orgânicas complexas a partir
de outras, mais elementares.
Essa energia é
empregada também nas funções fisiológicas. Conforme sejam predominantemente
energéticos ou construtivos, os alimentos recebem o nome de termogênicos ou
organogênicos, respectivamente. Pertencem ao primeiro grupo os carboidratos
(açúcares) e os lipídios (gorduras), e ao segundo grupo, as proteínas.
Lavoisier, criador da
química moderna, abriu novos horizontes às ciências biológicas, ao mostrar: (1)
que os tecidos animais e vegetais se constituem essencialmente de carbono,
oxigênio, hidrogênio e nitrogênio; (2) que a respiração é uma combustão lenta
de carbono e oxigênio; (3) que nos animais homeotermos a temperatura é mantida
pela respiração; e (4) que as trocas respiratórias se acentuam após as
refeições, o que leva à maior produção de energia.
Em 1824, Robert Mayer e
Hermann Von Helmholtz enunciaram a primeira lei da termodinâmica, que afirma
ser a energia transformável e indestrutível. Demonstrou-se posteriormente, em
experiências realizadas na Alemanha e nos Estados Unidos, que essa lei é
extensiva aos seres vivos.
O estudo científico e
sistemático do metabolismo só foi possível a partir do desenvolvimento de
técnicas como os modernos métodos de pesquisa bioquímica e de marcação
radioativa por radioisótopos capazes de acompanhar as transformações que
ocorrem no interior do organismo. Por
meio dessas técnicas pode-se marcar uma molécula inserindo-se nela, em dada
posição, um átomo basicamente idêntico ao substituído (um isótopo), mas de peso
atômico distinto, que emite partículas radioativas suscetíveis de serem
detectadas.
METABOLISMO ANIMAL
Os animais são organismos
heterotróficos, isto é, que precisam obter a energia e os materiais de que
necessitam a partir de compostos orgânicos de origem exterior. Um deles, de
participação imprescindível, é o açúcar.
O catabolismo dos
açúcares apresenta uma primeira fase anaeróbica (sem intervenção do oxigênio)
em que a molécula com seis átomos de carbono da glicose é fosforilada, ou seja,
reage com um grupo fosfato do trifosfato de adenosina (ATP) e se divide em duas
moléculas de ácido pirúvico (com três átomos de carbono) ou, nas células
musculares, em duas moléculas de ácido láctico. Essa é a fase da fermentação ou
glicólise, que significa, literalmente, ruptura da glicose.
Na segunda etapa, cujo
rendimento energético é muito superior, o ácido pirúvico se transforma em acetilcoenzima
A ou acetil-CoA, que tem dois átomos de carbono na molécula e participa do
chamado ciclo de Krebs, de importância capital em todos os processos
metabólicos. Essa etapa é aeróbica e nela se produzem sucessivas
desidrogenasses (perdas de átomos de hidrogênio) em alguns dos compostos.
Esse processo implica a
formação de um fluxo eletrônico, em direção às moléculas das enzimas e aos
compostos que constituem a chamada cadeia respiratória, em que ocorre a
fosforilação oxidativa. Esse último processo consiste na produção de compostos
ricos em energia - as moléculas de ATP - que intervêm como fator de troca
energética em todas as atividades do organismo.
Os lipídios compreendem
um grupo de substâncias química e fisiologicamente diferentes entre si, tais como
as gorduras, as ceras e os lipóides, cuja principal característica é sua
insolubilidade na água e solubilidade nos solventes orgânicos (éter,
clorofórmio, benzeno). Decompõem-se pelo processo catabólico da beta-oxidação,
em que os ácidos graxos, compostos de longas cadeias que são os principais
componentes das gorduras, se fragmentam por ação sequencial de diversas enzimas
até formar resíduos de acetil-CoA, que se integram ao ciclo de Krebs.
Processo de alto
rendimento energético, a beta-oxidação produz grande número de moléculas de
ATP. As gorduras fornecem mais que o dobro das calorias que a mesma quantidade
de glicídios e proteínas. Admite-se que os glicídios podem ser convertidos em
gorduras no organismo, mas esse mecanismo não está suficientemente esclarecido.
O mesmo ocorreria com as proteínas, de modo indireto, por meio de certos
aminoácidos que formam glicídios, que, por sua vez, sintetizam gorduras.
As proteínas,
fragmentadas no curso da digestão pelas enzimas proteolíticas, têm valor
biológico determinado por sua riqueza em aminoácidos. Alguns destes, os mais
simples, podem ser obtidos de outros mais complexos. Outros não podem ser
sintetizados e são tão valiosos quanto os hormônios. É o caso dos aminoácidos
essenciais, responsáveis pelo crescimento, cuja ausência causa o aparecimento
dos sintomas de desnutrição ou subnutrição.
As proteínas que os
contêm são chamadas completas, como a lactalbumina e a caseína do leite, a
ovalbumina e a ovovitelina do ovo. A maioria dos aminoácidos se transforma em
diferentes compostos do ciclo de Krebs. Seus átomos de nitrogênio se separam
por ação de enzimas transaminases e convertidos em amoníaco, formador da uréia
(substância de refugo eliminada na urina).
As vias anabólicas
consistem em: (1) formação de glicose e, mais tarde, de açúcares complexos, a
partir do ácido pirúvico, por um processo não correspondente à inversão da
glicólise; (2) produção de gorduras por síntese de ácidos graxos a partir do
acetil-CoA e posterior união aos alcoóis e outras substâncias; e (3)
constituição dos aminoácidos. As proteínas são formadas por aminoácidos unidos
entre si, numa sequencia específica determinada pelo código genético do
organismo.
Entre
as alterações congênitas do metabolismo, além das assinaladas, cabe lembrar a
galactosemia ou intolerância à galactose, causada pelo déficit de uma enzima
que metaboliza esse açúcar do leite; e certas anomalias graves no metabolismo
das proteínas, que ocasionam deficiência mental.
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Profº. Esp. Juarez Souza Magnus
Licenciatura Plena em Ciências –Habilitação: Biologia
Biólogo / CRBio-03 Reg. Nº 69.544/03-D
Especialista em Psicopedagogia Clínica e Institucional
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