O que é Catabolismo?

Catabolismo é o conjunto de reações envolvidas no colapso de moléculas complexas como proteínas, glicogênio e triglicerídeos em moléculas simples ou monômeros como aminoácidos, glicose e ácidos graxos, respectivamente.

O conjunto de reações que decompõe moléculas complexas em pequenas unidades é conhecido como catabolismo. Assim, o catabolismo é um processo destrutivo. As reações catabólicas liberam a energia na forma de ATP bem como calor. Eles são considerados processos exergônicos. As pequenas unidades de moléculas produzidas no catabolismo podem ser utilizadas como precursoras em outras reações anabólicas ou para liberar energia por oxidação. Assim, considera-se que as reações catabólicas produzem energia química requerida pelas reações anabólicas. Alguns resíduos celulares como ureia, amônia, ácido láctico, ácido acético e dióxido de carbono também são produzidos durante o catabolismo. Muitos hormônios como o glucagon, a adrenalina e o cortisol estão envolvidos no catabolismo.

Dependendo da utilização de compostos orgânicos, como fonte de carbono ou doador de elétrons, os organismos classificados como heterotróficos e organotróficos, respectivamente. Heterotróficos quebram monossacarídeos como moléculas orgânicas de complexo intermediário, a fim de gerar a energia para processos celulares. Organotróficos quebrar moléculas orgânicas para produzir elétrons, que podem ser usados em seu transporte de elétrons cadeia, gerando energia ATP.

Macromoléculas como amido, gorduras e proteínas da dieta são absorvidas e decompostas em pequenas unidades como monossacarídeos, ácidos graxos e aminoácidos, respectivamente, durante a digestão por enzimas digestivas. Os monossacarídeos são então usados na glicólise para produzir acetilCoA. Este acetilCoA é usado no ciclo do ácido cítrico. O ATP é produzido pela fosforilação oxidativa. Ácidos graxos são usados para produzir acetilCoA por oxidação beta. Os aminoácidos são reutilizados na síntese de proteínas ou oxidados em uréia no ciclo da uréia.

Estágios do catabolismo

O catabolismo pode ser dividido em 3 etapas principais.

Estágio 1 – Estágio de Digestão

As grandes moléculas orgânicas como proteínas, lipídios e polissacarídeos são digeridas em seus componentes menores fora das células. Este estágio atua sobre amido, celulose ou proteínas que não podem ser diretamente absorvidas pelas células e precisam ser quebradas em suas unidades menores antes de poderem ser usadas no metabolismo celular.

As enzimas digestivas incluem hidrolases glicosídicas que digerem polissacarídeos em monossacarídeos ou açúcares simples.

A principal enzima envolvida na digestão de proteínas é a pepsina que catalisa a hidrólise inespecífica de ligações peptídicas a um pH ótimo de 2. No lúmen do intestino delgado, o pâncreas secreta zimogênicos de tripsina, quimiotripsina, elastase etc. Essas enzimas proteolíticas quebram as proteínas para baixo em aminoácidos livres, bem como dipeptídeos e tripeptídeos. Os aminoácidos livres, assim como os di e os tripeptídeos, são absorvidos pelas células da mucosa intestinal que, subsequentemente, são liberadas na corrente sanguínea, onde são absorvidas por outros tecidos.

Os aminoácidos e açúcares são então bombeados para dentro das células por proteínas de transporte ativas específicas.

Etapa 2 – Liberação de energia

Uma vez quebradas, essas moléculas são absorvidas pelas células e convertidas em moléculas ainda menores, geralmente a acetil-coenzima A (acetil-CoA), que libera um pouco de energia.

Estágio 3 – O grupo acetila na CoA é oxidado em água e dióxido de carbono no ciclo do ácido cítrico e na cadeia de transporte de elétrons, liberando a energia que é armazenada pela redução da dinucleotídeo da nicotinamida adenina da coenzima (NAD +) em NADH.

Quebra de carboidratos

Quando carboidratos complexos são quebrados, eles formam açúcares simples ou monossacarídeos. Isso é absorvido pelas células. Uma vez dentro destes açúcares sofrem glicólise, onde açúcares como glicose e frutose são convertidos em piruvato e algum ATP é gerado. O piruvato é um intermediário em várias vias metabólicas, mas a maioria é convertida em acetil-CoA e alimentada no ciclo do ácido cítrico ou no ciclo de Kreb.

Dentro do ciclo do ácido cítrico, mais ATP é gerado pelos monossacarídeos. O produto mais importante é o NADH, que é feito de NAD + à medida que o acetil-CoA é oxidado. Essa oxidação libera dióxido de carbono como um resíduo.

Quando não há oxigênio, a glicólise produz lactato, através da enzima lactato desidrogenase, re-oxidando NADH a NAD + para reutilização na glicólise.

A glicose também pode ser decomposta pela via das pentoses fosfato, que reduz a coenzima NADPH e produz açúcares pentoses, como ribose, o componente de açúcar dos ácidos nucléicos.

Quebra de aminoácidos

Proteínas são divididas em aminoácidos. Os aminoácidos são usados para sintetizar proteínas e outras biomoléculas, ou oxidados em uréia e dióxido de carbono como fonte de energia.

No processo de oxidação, primeiro o grupo amino é removido por uma transaminase. O grupo amino é alimentado no ciclo da ureia, deixando um esqueleto de carbono desaminado na forma de um cetoácido.

Estes cetoácidos entram no ciclo do ácido cítrico. O glutamato, por exemplo, forma o α-cetoglutarato. Algumas das aminas também podem ser convertidas em glicose, através da gliconeogênese.

Algumas proteínas são incrivelmente estáveis, outras são muito curtas. As proteínas de curta duração geralmente desempenham papéis metabólicos importantes. Os tempos curtos de vida dessas proteínas permitem que a célula se ajuste rapidamente a mudanças no estado metabólico da célula.

Quebra lipídica

As gorduras são catabolizadas por hidrólise para libertar ácidos gordos e glicerol. O glicerol entra na glicólise e os ácidos graxos são quebrados por oxidação beta para liberar acetil-CoA. Este acetil co-A atinge o ciclo do ácido cítrico a seguir. Os ácidos graxos liberam mais energia após a oxidação do que os carboidratos porque os carboidratos contêm mais oxigênio em suas estruturas.

Catabolismo protéico

O catabolismo de proteínas é a quebra de proteínas em aminoácidos e compostos derivados simples, para o transporte para a célula através da membrana plasmática e, finalmente, para a polimerização em novas proteínas através do uso de ácidos ribonucléicos (RNA) e ribossomos. O catabolismo de proteínas, que é a quebra de macromoléculas, é essencialmente um processo de digestão. O catabolismo proteico é mais comumente realizado por endo- e exo-proteases não específicas. No entanto, proteases específicas são usadas para clivar proteínas para fins regulatórios e de tráfico de proteínas. Um exemplo é a subclasse de enzimas proteolíticas chamadas oligopeptidase.

Os aminoácidos produzidos pelo catabolismo podem ser reciclados diretamente para formar novas proteínas, convertidos em diferentes aminoácidos, ou podem sofrer catabolismo de aminoácidos para serem convertidos em outros compostos através do ciclo de Krebs.

Propósito

A principal razão para o catabolismo protéico é que os organismos podem converter proteínas em uma forma de energia que eles podem usar ou armazenar. Para reutilizar suas proteínas, bactérias ou microrganismos do solo decompõem suas proteínas através do catabolismo protéico em seus aminoácidos individuais e são usados ​​para formar proteínas bacterianas ou oxidadas para energia. Para converter em energia, uma vez que as proteínas são quebradas, elas são tipicamente desaminadas (remoção de um grupo amino) para que possam ser processadas no ciclo Krebs / Citric Acid (TCA). Ao proceder ao ciclo do ácido cítrico, as proteínas originais serão convertidas em energia utilizável para o organismo.

Existem também outros processos para converter aminoácidos em moléculas utilizáveis ​​para entrar no ciclo de TCA, tais como transaminação (transferência de grupo amino), descarboxilação (remoção de grupo carboxila) e desidrogenação (remoção de hidrogênio).

As proteínas são digeridas nos intestinos para produzir os aminoácidos. As proteínas estão sendo continuamente quebradas e reformadas, dependendo das necessidades atuais do corpo. As proteínas têm meias-vidas diferentes: algumas têm uma meia-vida incrivelmente curta, enquanto outras têm meias-vidas mais longas. Aqueles com vidas de vida curtas são usados ​​principalmente em vias ou processos metabólicos porque ajudam a célula a se ajustar de forma contínua e rápida às mudanças que ocorrem devido a esses processos.

Degradação de proteínas

A degradação das proteínas ocorre dentro das células, pois os aminoácidos precisam passar por certas membranas antes de poderem ser usados ​​para diferentes processos. Este primeiro passo para o catabolismo protéico é decompor a proteína em aminoácidos, clivando suas ligações peptídicas, também conhecidas como proteólise. As ligações peptídicas são quebradas pelo proteassoma, que é capaz de hidrolisar as ligações peptídicas usando energia de ATP. Este processo é ainda ajudado pelo uso de enzimas chamadas proteases. As proteases ajudam a separar os restantes resíduos peptídicos para produzir aminoácidos individuais, prontos a serem convertidos em moléculas utilizáveis ​​para a glicólise ou para o ciclo de TCA, para produzir energia para os organismos ou para serem utilizados para criar novas proteínas.

Diferentes tipos de proteases ajudam a clivar as proteínas em diferentes formatos. Existem serinas, aspartato, metaloproteases e muitas outras classes. Todos usam mecanismos diferentes para clivar as ligações peptídicas para iniciar a degradação das proteínas. Por exemplo, as proteases de serina, tais como tripsina, envolvem-se num ataque nucleofico ao oxigio hidroxilo da serina no carbono carbonico da ligao peptica de modo a clivar esta ligao. Um intermediário acil-enzima é criado e o mecanismo continua a hidrolizar as outras ligações restantes. Por outro lado, para metaloproteases, como as proteases de zinco, incorporam metais para quebrar as ligações. Com o zinco, seu sítio ativo incorpora o íon zinco, a água e as histidinas (que são ligantes do íon zinco). A protease de zinco também se envolve em um ataque nucleofílico, mas no carbono carbonílico, usando o átomo de oxigênio da água. A base do site ativo ajuda nesse processo levando um próton dessa água.

Em certos organismos, como as bactérias, as proteínas devem sofrer proteólise antes que os aminoácidos possam ser repolimerizados em novas proteínas, porque as proteínas originais não podem passar pela membrana plasmática bacteriana, pois são muito grandes. Depois que as proteínas são quebradas em aminoácidos através da proteólise, esses aminoácidos serão capazes de passar através das membranas das bactérias e voltarão a se reunir para formar novas proteínas que as bactérias precisam para funcionar