Um artigo informativo sobre gorduras e enzimas.
Gorduras e compostos semelhantes a gorduras
De acordo com sua origem natural, distinguem-se gorduras animais e vegetais:
Tierische Fette sind zum Beispiel Schweineschmalz, Sahne und Butterfett. Außerdem enthalten alle Fleisch- und Wurstwaren etwa 5–45 % „verstecktes“ Fett. Pflanzliche Fette sind etwa Olivenöl, Sonnenblumenöl, Kokosfett und Weizenkeimöl. Bei Raumtemperatur liegen Fette flüssig oder fest vor; die flüssigen Fette nennt man (Speise-)Öle.
Gorduras neutras (Triglicerídeos)
O maior grupo de gorduras naturais é composto por misturas de triglicerídeos, também chamados de gorduras neutras.
Tri = 3; cada triglicerídeo é composto por uma molécula de glicerol e três moléculas de ácidos graxos.
Der menschliche Körper speichert Fett als Triglyzeride im Zytoplasma der Fettzellen. Der biologische Zweck dieser Speicherform ist eine große Energiereserve für „schlechte Zeiten“ bereitzuhalten: Fette liefern mehr als doppelt so viel Energie wie Kohlenhydrate (9,3 kcal pro Gramm statt 4,1 kcal).
Ein 70 kg schwerer Mensch mit 11 kg Fettreserven besitzt so etwa 100 000 kcal (!) in Form von Triglyzeriden.
Além disso, o tecido adiposo, especialmente o tecido adiposo subcutâneo, cumpre funções de isolamento e proteção.
Fettsäuren sind lange Kohlenwasserstoffketten, meist mit 16 oder 18 Kohlenstoffatomen. Je nachdem, ob das Kohlenstoffgerüst der Fettsäuren Doppelbindungen aufweist, unterscheidet man
- ácidos graxos saturados: possuem apenas ligações simples,
- ácidos graxos monoinsaturados: possuem uma ligação dupla; e
- ácidos graxos poli-insaturados: com duas, três ou mais ligações duplas.
Ácidos graxos podem ser ingeridos através da alimentação ou produzidos pelas próprias células, embora no máximo uma ligação dupla possa ser incorporada.
Ácidos graxos poli-insaturados
Ácidos graxos com mais de uma ligação dupla, como ácido linoleico, ácido linolênico e ácido araquidônico, não podem ser sintetizados pelo organismo e, portanto, são chamados de ácidos graxos essenciais; devem estar presentes na alimentação.
Esses ácidos graxos poli-insaturados são essenciais para os seres humanos, pois são precursores para a formação de várias substâncias corporais. Nos óleos vegetais (óleo de girassol, óleo de soja, óleo de linhaça) e nos óleos de peixe, os ácidos graxos poli-insaturados estão presentes em concentrações significativamente mais altas do que nas gorduras animais.
Solubilidade em gordura e solubilidade em água
Como outros ácidos, um ácido graxo também se dissocia parcialmente na água; formam-se íons H+, tornando a solução ácida. Além disso, forma-se o chamado ânion de ácido graxo. Esta molécula combina duas propriedades opostas:
- A longa "cauda" é fortemente solúvel em gordura e pouco solúvel em água - é chamada de lipofílica (amiga da gordura) ou hidrofóbica (evita a água).
- A pequena "cabeça", por outro lado, é bem solúvel em água (hidrofílica) e pouco solúvel em gordura (lipofóbica).
Devido a essas duas propriedades opostas, os ácidos graxos podem emulsionar substâncias lipofílicas, ou seja, dispersá-las na água. Sabões também são feitos de ácidos graxos e funcionam segundo o mesmo princípio.
Ácidos graxos como portadores de energia
Após a glicose, os ácidos graxos são o segundo combustível mais importante para a produção de energia celular. Eles são formados sob a influência de hormônios como a adrenalina pela quebra de gorduras neutras armazenadas nas células adiposas em glicerol e ácidos graxos (lipólise).
Durch eine sich wiederholende Abfolge von Reaktionen in den Mitochondrien, die sogenannte β-Oxidation, wird die Fettsäurekette jeweils um zwei C-Atome verkürzt, wobei NADH, FADH2 und Acetyl-CoA entstehen. Das Acetyl-CoA gelangt anschließend in den Zitratzyklus und wird dort ebenso wie die reduzierten Coenzyme weiterverarbeitet. Aus Palmitinsäure, einer Fettsäure mit 18 C-Atomen, können so insgesamt 131 ATP-Moleküle regeneriert werden.
Isso demonstra novamente que a formação de Acetil-CoA, o ciclo do citrato e a cadeia respiratória representam vias metabólicas interligadas que não servem apenas para a degradação de metabólitos de glicose.
Fisiologicamente, nem todas as moléculas de Acetil-CoA formadas durante a degradação de gordura são introduzidas no ciclo do citrato. Parte delas é usada para a síntese de corpos cetônicos, que também podem ser utilizados para o fornecimento de energia.
Como já mencionado, a maioria das células do corpo prefere glicose como fonte de energia, mas existem exceções:
Células do músculo cardíaco e células do córtex renal preferem usar corpos cetônicos em vez de glicose. Sabe-se que células nervosas, em caso de deficiência prolongada de glicose, podem substituir seu combustível preferido por corpos cetônicos.
Lipogênese
Como mencionado várias vezes, o corpo pode armazenar energia excedente como gordura. Isso também se aplica a um excesso de carboidratos ou proteínas. A partir da glicose, a gordura pode ser formada no organismo da seguinte maneira (lipogênese):
A partir de um intermediário da glicólise, o gliceraldeído-3-fosfato, é formada a componente de glicerol das gorduras neutras. A outra componente, os ácidos graxos, pode ser sintetizada a partir do Acetil-Coenzima A.
Outros lipídios
Além das gorduras neutras descritas, outros lipídios (gorduras e substâncias semelhantes a gorduras) possuem as seguintes características comuns:
- Dissolvem-se mal em água
- e bem em solventes orgânicos como clorofórmio ou éter.
Os dois representantes mais importantes deste grupo são o colesterol e os chamados fosfolipídios.
Colesterol
O colesterol é uma substância importante para o organismo, que é produzida no corpo e também ingerida através de alimentos de origem animal. Nas plantas, o colesterol não está presente.
O colesterol é
- um componente essencial das membranas celulares,
- precursor dos hormônios esteroides (veja abaixo) e
- substância de partida dos ácidos biliares (veja abaixo).
Hormônios esteroides
Os hormônios esteroides derivam de um sistema de anéis de hidrocarbonetos, a estrutura básica dos esteroides, e podem ser classificados de acordo com o número de átomos de carbono.
Os hormônios esteroides mais importantes são os chamados adrenocorticosteroides hidrocortisona, cortisona, aldosterona e progesterona, bem como os hormônios sexuais estrogênio e testosterona.
A síntese dos hormônios esteroides, que ocorre no córtex adrenal e nas gônadas, começa a partir do colesterol. Sua degradação ocorre no fígado.
Como os hormônios esteroides são lipofílicos, eles penetram na célula e se ligam a receptores hormonais específicos. O complexo hormônio-receptor resultante entra no núcleo celular, ativa a transcrição de determinados genes e, assim, a produção das proteínas correspondentes. Os hormônios esteroides são amplamente distribuídos e foram encontrados, por exemplo, em leveduras e plantas superiores.
Esteroides sintéticos são
- contraceptivos (métodos de controle de natalidade que suprimem a ovulação),
- cortisona e numerosos derivados sintéticos de cortisona, os esteroides mais comumente usados,
bem como anabolizantes, que estimulam a síntese de proteínas e são administrados para o desenvolvimento muscular. Eles são derivados do hormônio sexual masculino testosterona. Hoje em dia, anabolizantes são usados por atletas de alto desempenho (doping). O risco para a saúde é muito alto, pois esses esteroides causam efeitos colaterais físicos e psicológicos graves. O Comitê Olímpico Internacional (COI) proibiu o uso de anabolizantes em 1974. Muitos atletas foram excluídos de competições devido a testes positivos.
Ácidos biliares
Os ácidos biliares são compostos semelhantes a esteroides que ocorrem na bile humana.
Nas células do fígado, os ácidos biliares primários ácido cólico e ácido quenodesoxicólico são formados a partir do colesterol e, após transformação adicional em "ácidos biliares conjugados", são liberados como bile hepática no intestino. Através da "hidroxilação" bacteriana no intestino, formam-se os ácidos biliares secundários ácido desoxicólico e ácido litocólico.
Gallensäuren sind unentbehrlich für die Emulgierung der Fette, die Aktivierung der Lipasen, die Aufnahme der Fettsäuren sowie anderer Stoffe, etwa Vitamine, im Darm. Etwa 90–95 % der ausgeschiedenen Gallensäuren werden im Dünndarm rückresorbiert und über die Pfortader zur Leber zurückgeführt, von wo sie erneut in die Galle gelangen (enterohepatischer Kreislauf).
Idealmente, há um equilíbrio entre o colesterol ingerido ou produzido e o colesterol excretado ou processado. Se essa regulação falhar, os níveis de colesterol no soro sanguíneo aumentam.
Fosfolipídios
Os fosfolipídios têm uma estrutura semelhante aos lipídios neutros (triglicerídeos). O fosfolipídio mais conhecido é lecitina.
Sua função mais importante é como componentes das membranas celulares.
Proteínas
"Tudo o que o ser humano é, ele é através de suas proteínas."
Esta frase um tanto simplificada ilustra que as proteínas são de importância crucial tanto para a estrutura quanto para a função do ser humano.
- A forma de um ser humano baseia-se essencialmente nas proteínas, pois elas são os principais componentes de quase todos os órgãos.
- Como componentes mais importantes da musculatura, as proteínas permitem a mobilidade do ser humano.
- As proteínas formam os "portões" de cada membrana celular e, assim, garantem a individualidade da célula, controlando o transporte de substâncias para dentro e para fora da célula.
Além disso, as proteínas, na forma de enzimas, são decisivas para a funcionalidade do organismo.
As enzimas
O metabolismo acelera suas reações usando substâncias auxiliares vitais, chamadas enzimas (biocatalisadores).
Elas são essenciais para construir estruturas biológicas complexas na célula e garantir seu funcionamento ordenado.
Aminoácidos como blocos de construção das proteínas
As proteínas são compostas por diferentes aminoácidos. Todos os aminoácidos possuem, em princípio, a mesma estrutura básica. Um átomo de carbono central está ligado a quatro grupos ou átomos diferentes:
- um grupo COOH,
- um grupo NH2 (grupo amino),
- um átomo de hidrogênio
- e um resíduo variável.
É por esse resíduo (R) que os 20 aminoácidos presentes nas proteínas humanas se diferenciam.
Desses 20 aminoácidos, oito são essenciais, ou seja, não podem ser sintetizados pelo corpo, assim como os ácidos graxos essenciais.
Eles devem, portanto, ser fornecidos através da alimentação. Aminoácidos não essenciais, por outro lado, podem ser produzidos pelo corpo.
Os aminoácidos essenciais incluem valina, fenilalanina, leucina, isoleucina, treonina, triptofano, metionina e lisina. Para bebês, arginina e histidina também são essenciais.
A ligação dos aminoácidos
Quando dois aminoácidos reagem entre si, forma-se um dipeptídeo. A ligação formada com a liberação de água é chamada de ligação peptídica.
Cada peptídeo possui uma extremidade livre, onde outros aminoácidos podem ser adicionados.
Quando um terceiro aminoácido é adicionado a um dipeptídeo, forma-se um tripeptídeo.
Quando aminoácidos adicionais são ligados, falamos de polipeptídeos (poli = numerosos).
Polypeptide mit mehr als 100 Aminosäuren werden definitionsgemäß Proteine genannt. Die meisten menschlichen Proteine bestehen aus 100 bis 500 Aminosäuren.
Como 20 aminoácidos diferentes são usados na síntese de proteínas e sua sequência é variável, resulta uma enorme diversidade de proteínas diferentes.
Para a funcionalidade de uma proteína, por exemplo, como enzima, é crucial que a cadeia de aminoácidos se dobre em uma estrutura tridimensional.
Pode-se imaginar essa estrutura como um novelo de lã. Se essa estrutura espacial for perdida, por exemplo, pelo calor, a proteína perde sua função biológica.
Assim, durante a desinfecção e esterilização, proteínas, incluindo proteínas virais, podem ser inativadas pelo calor. Isso é chamado de desnaturação térmica de proteínas.
Metabolismo de proteínas e aminoácidos
Durante a digestão, as proteínas são decompostas em seus blocos de construção, os aminoácidos, que chegam primeiro ao fígado através da veia porta.
Mesmo no corpo, as proteínas estão constantemente sendo decompostas (catabolismo de proteínas), liberando aminoácidos.
Esses aminoácidos liberados podem ser reutilizados de várias maneiras, dependendo das necessidades do organismo.
Primeiro, eles podem ser usados para a construção de proteínas do corpo (anabolismo de proteínas), como em processos de crescimento ou reparo.
Para isso, alguns aminoácidos podem ser convertidos em outros aminoácidos, dependendo de quais estão faltando.
Somente os aminoácidos essenciais não podem ser produzidos por processos de conversão, devendo ser fornecidos pela alimentação.
O papel crucial das enzimas e coenzimas
A vida de cada célula do corpo está inextricavelmente ligada a inúmeras reações químicas que ocorrem constantemente dentro dela.
Em reações anabólicas, moléculas menores são unidas em unidades maiores, formando novas ligações.
Essas reações geralmente estão ligadas ao fornecimento de energia, que é fornecida pelo "acumulador celular" ATP.
Por outro lado, em reações catabólicas, as ligações existentes são quebradas, liberando energia.
Essa energia é geralmente usada para restaurar o ATP consumido.
A eficiência dessa conversão de energia em ATP não é completa, resultando na geração adicional de calor.
As reações anabólicas têm uma participação significativa no metabolismo de construção, pois servem para a formação de novas estruturas.
Em contraste, o metabolismo de operação ocorre predominantemente através de reações catabólicas.
Para o funcionamento do metabolismo, as ligações de carbono orgânicas são cruciais, mas reagem muito lentamente entre si.
Portanto, cada célula possui ferramentas que aceleram quase todas as cadeias de reações químicas: as chamadas enzimas (biocatalisadores).
Enzimas e coenzimas
Quimicamente falando, enzimas pertencem ao grupo das proteínas. As substâncias que são transformadas por uma enzima são chamadas de substratos.
Durante a reação enzimática, o substrato é quimicamente alterado, formando novas ligações ou quebrando as existentes.
Isso resulta em um ou mais produtos de reação. A eficácia de uma enzima é determinada pelo seu centro ativo.
Este é formado por uma dobra especial da cadeia polipeptídica da qual a enzima é composta. Isso cria uma estrutura na superfície que se encaixa exatamente no substrato.
Assim como uma chave só se encaixa em uma fechadura específica, o substrato só se liga ao centro ativo "da sua" enzima.
Para que as enzimas funcionem, a maioria precisa de um "auxiliar" adicional, a chamada coenzima.
Isso é necessário porque a enzima em si não participa diretamente da reação química, mas apenas aproxima os parceiros de reação.
Somente a coenzima é alterada durante a reação enzimática, absorvendo ou doando elétrons ou átomos ao substrato.
As coenzimas são geralmente moléculas orgânicas complexas e, em princípio, não são proteínas.
Frequentemente, as coenzimas derivam de vitaminas.
A velocidade com que uma única molécula de enzima transforma substratos em produtos é enorme. Pode atingir várias centenas de milhares de moléculas de substrato por segundo.
Fatores que influenciam reações enzimáticas
Muitas enzimas trabalham não apenas com coenzimas, mas também com certos íons como Mg2+, Fe2+ ou Zn2+. Se esses íons estiverem ausentes, a função da enzima é prejudicada.
Além disso, a temperatura corporal e o pH são muito importantes para a atividade enzimática. Com o aumento da temperatura, a taxa de conversão do substrato de uma enzima inicialmente aumenta significativamente.
Em altas temperaturas, como febre acima de 41 °C, a enzima é danificada e sua estrutura proteica é destruída. Então, a taxa de conversão cai quase a zero.
A função da enzima também depende do pH. Para a maioria das enzimas intracelulares, um pH de cerca de 7,2 é ideal.
Enzimas que trabalham extracelularmente, como as pepsinas que quebram proteínas no estômago, geralmente têm um pH ótimo bem diferente.
Oxidação e redução
O funcionamento de enzimas e coenzimas pode ser ilustrado por duas formas de reação particularmente comuns no metabolismo:
- a oxidação (reação de oxidação)
- e a redução (reação de redução)
Fala-se de oxidação quando uma molécula doa elétrons. Isso geralmente ocorre pela doação de átomos de hidrogênio, ou seja, um elétron e um próton cada.
Uma oxidação só é possível se outra substância aceitar os elétrons doados em uma reação oposta.
A aceitação de elétrons é chamada de redução. A redução frequentemente ocorre pela aceitação de átomos de hidrogênio, ou seja, um elétron e um próton cada.
Na reação de oxidação descrita acima, ocorre simultaneamente a redução da coenzima envolvida NAD+:
NAD+ + 2 H– + 2 Elektronen >> NADH + H+.
NAD+ (nicotinamida adenina dinucleotídeo) é uma coenzima complexa derivada da vitamina ácido nicotínico. Ela desempenha o papel mais importante no metabolismo como transportadora de elétrons ou átomos de hidrogênio.
Na oxidação mencionada de lactato a piruvato, a coenzima é reduzida de NAD+ para NADH + H+.
No total, o NAD+ não absorve ambos os átomos de hidrogênio doados, mas um próton e dois elétrons.
Daí resulta: reações de oxidação e redução são inseparavelmente ligadas, sendo chamadas de reações redox.
Sempre que uma substância é oxidada, outra deve ser reduzida.
Sob condições adequadas, a reação também pode ocorrer na direção oposta. Então, o piruvato é reduzido, ou seja, aceita elétrons ou átomos de hidrogênio, e o NADH é oxidado. Nesse processo, o NADH doa dois elétrons e um próton.
Independentemente da direção da reação, ela está sempre ligada a uma enzima específica, no exemplo mencionado, à LDH (lactato desidrogenase).
Sem essa enzima, a reação ocorre extremamente lentamente, e não há conversão significativa de substrato.
