21.1 Período absortivo

A integração metabólica será analisada nos períodos subsequentes à ingestão de uma refeição: período absortivo (ou pós-prandial), pós-absortivo e jejum.

21.1 Período absortivo

No período absortivo prevalecem os efeitos da insulina

O período absortivo ou pós-prandial, que compreende cerca de 4 horas após a tomada de refeições, caracteriza-se, naturalmente, pela ocorrência de processos biossintéticos que incluem a recomposição das reservas

energéticas (Tabela 21.2), diminuídas pelo jejum precedente.

Após uma refeição, os nutrientes absorvidos no intestino são conduzidos diretamente ao fígado. Este órgão retém uma fração considerável da glicose recebida e o seu conteúdo de glicogênio é elevado de 70 g (5% do seu peso) para 120 g, em média. O excedente de glicose é mantido em circulação, provocando aumento da glicemia, a que o pâncreas responde aumentando a liberação de insulina e diminuindo a de glucagon

(Figura 21.1 e Tabela 21.3).

Tabela 21.2 Reservas energéticas de um homem adulto.

Órgão/tecido Composto Massa (kg) Energia disponível

armazenado

kcal kJ

Fígado Glicogênio 0,120 480 2.008

Músculos esqueléticos 1 Glicogênio 0,300 1.200 5.020

Adiposo Triacilgliceróis 15 135.000 564.840

1Os músculos esqueléticos são constituídos por 6 kg de proteínas que, embora não constituam material de reserva (não existe reserva de proteína nos animais), em jejum extremo, 50% do seu total chegam a ser consumidos.

Tabela 21.3 Níveis plasmáticos de substratos (mM) e hormônios.

Período pós- Período Jejum Diabetes tipo

absortivo absortivo 1 não tratado

3 dias 5 semanas

Glicose 6,7 4,4 3,6 3,6 28

Ácidos graxos 0,3 0,6 1,5 1,4 2,5

β-hidroxibutirato 0,010 0,016 1,4 6 16

Acetoacetato 0,010 0,013 0,4 1,3 4

Alanina 0,8 0,34 0,32 0,14 0,30

Insulina (μU/mL) 100 15 7 6 < 5

Glucagon (pg/mL) 80 100 150 120 500

Insulina/glucagon 1,25 0,15 0,05 0,05 < 0,01

Bicarbonato 25 25 16 5

A elevação da razão insulina/glucagon determina profundas e amplas alterações metabólicas, decorrentes da supressão das vias de transdução de sinal do glucagon, destacando-se a via da proteína quinase dependente de cAMP ou proteína quinase A (PKA), e da ocorrência das vias de sinalização da insulina, como a via da fosfatidilinositol 3-quinase (PI3K). Estas vias de

sinalização, descritas nas Seções 19.4.1 e 19.6.3, interferem no grau de fosforilação de enzimas e, portanto, em sua atividade, e também na concentração de enzimas, por mudança na velocidade de sua síntese. Com a diminuição do nível de glucagon, a PKA fica inativa; com o aumento do nível de insulina, a proteína quinase B (PKB) e a fosfoproteína fosfatase-1 (PP-1) são estimuladas. Segue-se a descrição das consequências destes eventos reguladores em algumas células-alvo destes hormônios, resumidas

na Figura 21.2.

Figura 21.2 Período absortivo: esquema da distribuição dos nutrientes absorvidos e de alguns de seus destinos metabólicos em músculos esqueléticos, fígado e tecido adiposo. O transporte de lipídios pelas lipoproteínas plasmáticas não está mostrado. A alta razão insulina/glucagon determina a predominância dos processos de síntese.

Nos hepatócitos, as proteínas anteriormente fosforiladas pela PKA passam a ser substratos da fosfoproteína fosfatase-1 (PP-1). A isoenzima hepática de PP-1 não sofre regulação por modificação covalente, sendo

ativada alostericamente por glicose (Seção 20.1.3), abundante no pós-prandial; a síntese de sua subunidade reguladora GL é induzida por insulina. PP-1, então, remove grupos fosfato da glicogênio fosforilase quinase, da glicogênio fosforilase a e da glicogênio sintase, inativando as duas primeiras e ativando a enzima de síntese, também estimulada por glicose 6-fosfato. Outras enzimas, como a glicogênio sintase quinase-3 (GSK-3) e a proteína quinase dependente de AMP (AMPK), que, na ausência de insulina, fosforilam e inativam a glicogênio sintase, com insulina, são fosforiladas e inativadas por PKB, suspendendo o bloqueio antes exercido sobre a síntese de glicogênio. Deste modo, a degradação do glicogênio hepático é impedida e a síntese é estimulada.

A glicose, no fígado, é fosforilada pela glicoquinase, estimulada pela própria glicose, que promove a dissociação do complexo inativo glicoquinase-proteína reguladora, localizado no núcleo, resultando o deslocamento da enzima para o citoplasma, onde catalisa a fosforilação da glicose. Adicionalmente, a síntese de glicoquinase é induzida por insulina. A glicose 6-fosfato, além de ser metabolizada pela glicólise, origina glicose 1-fosfato para a síntese de glicogênio. O grande aporte de glicose contribui para a inibição da degradação do glicogênio, pois o açúcar promove a conversão da glicogênio fosforilase a na forma b, inativa. A síntese de glicogênio processa-se intensamente, uma vez que a glicogênio sintase está na forma desfosforilada, ativa. O fígado encaminha quase metade da glicose que recebe para a formação do polímero, cuja concentração final é, entretanto, limitada. Satisfeita a reserva de glicogênio, o remanescente é dirigido para a síntese de ácidos graxos.

No período pós-prandial, a gliconeogênese é inibida por insulina. Ela age, sobretudo, suprimindo a expressão dos genes de enzimas-chave da gliconeogênese, a fosfoenolpiruvato carboxiquinase, a frutose 1,6-bisfosfatase e a glicose 6-fosfatase, por ativação da via da PI3K. Adicionalmente, a insulina promove a desfosforilação da 6-fosfofruto-2-quinase/frutose 2,6-bisfosfatase fazendo prevalecer a atividade de quinase sobre a de fosfatase. Resultam níveis altos de frutose 2,6-bisfosfato, o efetuador alostérico negativo da frutose 1,6-bisfosfatase, concorrendo para a inoperância da gliconeogênese.

A via glicolítica funciona em grande velocidade, pois tem suas enzimas reguladoras, além da glicoquinase, na forma ativa — a fosfofrutoquinase 1 é ativada alostericamente por frutose 2,6-bisfosfato e o produto da reação por ela catalisada, a frutose 1,6-bisfosfato, estimula a piruvato quinase, cuja forma desfosforilada, ativa, predomina. Esta situação prevalece enquanto houver consumo de frutose 6-fosfato pela glicólise. O acúmulo deste intermediário da via leva ao bloqueio da glicoquinase, por ficar retida no núcleo, formando um complexo inativo com a proteína reguladora.

O complexo piruvato desidrogenase encontra-se desfosforilado devido ao aumento do teor de piruvato, originário de glicose, que é o efetuador alostérico negativo das piruvato desidrogenase quinases, PDK 4 principalmente, e por causa da insulina. O hormônio induz a transcrição das piruvato desidrogenase fosfatases e reprime a das quinases. Por consequência, a forma assumida pelo complexo é a ativa.

O aumento de atividade das três enzimas-chave — fosfofrutoquinase 1, piruvato quinase e piruvato desidrogenase — determina grande produção de acetil-CoA a partir de glicose. A piruvato carboxilase é ativada pela acetil-CoA, desviando parte do piruvato para produção de oxaloacetato. Os esqueletos de carbono de vários aminoácidos vêm enriquecer a concentração de intermediários do ciclo de Krebs, capazes de se transformar em oxaloacetato. Esse substancial aumento dos dois substratos da citrato sintase — acetil-CoA e oxaloacetato — faz acelerar o ciclo de Krebs e, portanto, a produção de NADH e FADH2. Dispondo de tantas coenzimas reduzidas, a cadeia de transporte de elétrons e a fosforilação oxidativa ficam estimuladas, levando a grande produção de ATP. A alta atividade destes processos mantém-se enquanto a concentração de ADP permitir. À medida que a concentração de ADP diminui, a fosforilação oxidativa decresce e o controle respiratório determina também menor velocidade da cadeia de transporte de elétrons, com consequente elevação do nível de NADH.

A concentração intramitocondrial aumentada de NADH exerce efeito inibitório sobre o ciclo de Krebs, especialmente por efeito alostérico sobre a isocitrato desidrogenase e o complexo α-cetoglutarato desidrogenase. O resultado destas inibições é o acúmulo de citrato, que continua a ser produzido pela citrato sintase, mas não pode mais ser oxidado pelo ciclo de Krebs. O aumento da concentração mitocondrial de citrato promove seu transporte para o citosol, onde estimula a acetil-CoA carboxilase. Esta enzima e a citrato liase são ativadas por desfosforilação, além de serem induzidas, graças à influência da insulina. A acetil-CoA carboxilase transforma a acetil-CoA citosólica, produzida pela citrato liase a partir de citrato, em malonil-CoA. Malonil-CoA, além de ser substrato da síntese de ácidos graxos, inibe alostericamente a carnitina-acil transferase I, impedindo que os ácidos graxos recém-sintetizados sejam transportados para a mitocôndria e oxidados.

A síntese de ácidos graxos, por usar NADPH como poder redutor, faz cair a razão NADPH/NADP+ citoplasmática, desbloqueando as desidrogenases da via das pentoses-fosfato, que são competitivamente inibidas pela coenzima reduzida. A atividade da via é ainda mais favorecida pela indução da síntese de glicose 6-fosfato desidrogenase por insulina. A via das pentoses-fosfato gera NADPH, também formado na conversão de malato citosólico a piruvato, catalisada pela enzima málica, cuja concentração está aumentada por insulina. A glicose 6-fosfato é direcionada para a via das pentoses-fosfato já que não pode ser metabolizada pela glicólise, que está bloqueada pelo controle alostérico vigente nessa situação. Realmente, as altas concentrações de ATP e de citrato inibem a fosfofrutoquinase 1; caem os níveis de frutose 1,6-bisfosfato, o efetuador alostérico positivo da piruvato quinase, que tem sua atividade prejudicada.

Estabelece-se, portanto, um equilíbrio dinâmico, em que a produção de NADPH, acetil-CoA extramitocondrial, malonil-CoA e ATP é contrabalançada pelo consumo destes compostos na síntese de ácidos graxos e triacilgliceróis. Conforme a razão ATP/ADP diminui, em virtude da utilização de ATP nestas e em outras sínteses, a glicólise é reativada, a glicose 6-fosfato origina piruvato, que origina acetil-CoA e oxaloacetato, formam-se coenzimas reduzidas no ciclo de Krebs e, finalmente, ATP na fosforilação oxidativa. Isto acontece até os níveis de ATP e citrato aumentem e voltem a inibir a glicólise: a glicose 6-fosfato passa a ser utilizada pela via das pentoses-fosfato. Deve-se notar que o funcionamento alternado das duas vias permite manter o fluxo dos carbonos da glicose para formar ácidos graxos e produzir NADPH.

A insulina favorece a entrada de aminoácidos nos tecidos e a síntese de proteínas, de modo que apenas os aminoácidos excedentes são oxidados e transformados em intermediários do ciclo de Krebs. A preferência dada à utilização de aminoácidos para a síntese proteica é resultado dos valores de K M das duas categorias de enzima que têm os aminoácidos como substratos. As aminoacil-tRNA sintetases, que catalisam a ligação de aminoácidos aos tRNAs, encaminhando-os para a síntese de proteínas, têm valores de KM muito menores do que as outras enzimas que metabolizam aminoácidos. Este fato é particularmente importante quando se consideram os aminoácidos essenciais.

Os produtos das sínteses hepáticas, com exceção do glicogênio, são destinados à exportação: os ácidos graxos, triacilgliceróis, fosfolipídios, colesterol e apoproteínas formam as lipoproteínas, que são liberadas na circulação.