Metabolismo energético

Introdução

Os animais são seres heterotróficos, ou seja, que necessitam obter seu alimento a partir de fontes externas. As células do organismo precisam de um aporte constante de energia, porém o suprimento de energia para o corpo não é constante. Herbívoros, em geral, passam boa parte do seu tempo alimentando-se. Considerando os ruminantes, por exemplo, que possuem uma grande câmara fermentativa antes do abomaso, podemos perceber que a passagem do conteúdo alimentar para o intestino delgado, onde ocorrerá a absorção dos nutrientes, garante uma certa constância na disponibilização dos nutrientes. Entretanto, isso não é verdade para aqueles animais que se alimentam com menos frequência, como os carnívoros. Nestes, há duas fases distintas do metabolismo energético: a fase absortiva (pós-prandial, que ocorre logo após uma refeição) e a fase pós-absortiva (quando o aporte de nutrientes absorvidos no intestino cessa, mas a necessidade de energia das células permanece).

Fase absortiva

Quando o animal se alimenta, um conjunto de ações promovem a digestão dos nutrientes, ou seja, a diminuição das partículas até atingirem uma unidade mais fácil de ser absorvida nos intestinos. Os macronutrientes carboidratos, proteínas e gorduras são quebrados, respectivamente, em monossacarídeos, aminoácidos e ácidos graxos. Os dois primeiros atravessam os enterócitos e são levados pela corrente sanguínea diretamente ao fígado, via sistema porta. Já os ácidos graxos, por serem insolúveis, são montados junto a lipoproteínas formando o quilomícron, que será absorvido via linfa, eventualmente caindo na corrente sanguínea e, assim, não passarão diretamente pelo fígado. Lipase de lipoproteínas presentes nos capilares começam a liberar ácidos graxos dos triglicerídeos presentes no quilomícron para aproveitamento das células de vários órgãos, como adipócitos, células musculares esqueléticas e cardíacas, de forma que o que alcança o fígado é o remanescente do quilomícron, que será então captado e metabolizado por este órgão.

A insulina é o hormônio que coordena os eventos metabólicos da fase absortiva. O principal (mas não o único) estímulo para a secreção da insulina é o aumento da glicose circulante no sangue – o que coincide com o momento em que os nutrientes estão sendo absorvidos no intestino.

É importante relembrar que a osmolaridade é uma propriedade coligativa das soluções, ou seja, depende do número de partículas solubilizadas e não de sua natureza (a importância da natureza do soluto reside no fato de que dela depende a capacidade de atravessar as membranas celulares e, se uma molécula tem essa capacidade, ela sofrerá difusão ao invés de induzir osmose). Então, o sangue ou o compartimento intracelular ricos em nutrientes têm maior tonicidade, podendo movimentar água de forma indesejada entre os compartimentos. Por ser então uma propriedade coligativa, note que três monossacarídeos, três aminoácidos e três ácidos graxos têm maior poder osmótico que um trissacarídeo, um tripeptídeo e um triglicerídeo.

A glicose é o principal monossacarídeo fonte de energia para o organismo. Lembre-se de que o sistema nervoso usa a glicose como fonte exclusiva de energia, exceto em situações muito extremas de escassez de glicose. Por isso, a maioria das células possuem um sistema de transporte na membrana constitutivo para a entrada deste nutriente. A captação de glicose é dependente de insulina apenas no tecido adiposo, nas células musculares e nas células alfa do pâncreas. Os outros tipos celulares não dependem da insulina para a entrada da glicose, mas esse hormônio é essencial para “comunicar” às células que esta fonte de energia está abundante. Ou seja, a insulina vai indicar o que fazer com a glicose, ou mais especificamente, vai ativar a maquinaria celular que fará uso da glicose de acordo com a particularidade de cada célula. Nos três tipos celulares que dependem da insulina, o desfecho metabólico é dependente da presença do substrato dentro da célula.

No fígado, que, é bom lembrar, não depende da insulina para a entrada da glicose, há uma oxidação parcial deste monossacarídeo para gerar energia, mas a maior parte será convertida em glicogênio e em ácidos graxos. O glicogênio é uma reserva rápida de glicose por polimerizá-la sem modificar a molécula. Sendo um polissacarídeo, o glicogênio tem menor força osmótica que as moléculas de glicose que o compõem teriam se estivem “soltas”. A enzima que produz o glicogênio é a glicogênio-sintase, que, podemos imaginar, tem sua atividade estimulada pela insulina. Os ácidos graxos produzidos a partir da glicose podem ser estocados ou liberados do fígado em lipoproteínas de muito baixa densidade (VLDL), cuja função é transportar os triglicerídeos para os tecidos periféricos do corpo.

No tecido adiposo, além de estimular a expressão de GLUT-4 para entrada da glicose, a insulina inibe a atividade da lipase hormônio-sensível, limitando então lipólise nos adipócitos. Disponibilizando o substrato para produção de glicerol e ácidos graxos (além do que será recebido via lipoproteínas) e inibindo a quebra de triglicerídeos, na fase absortiva, a insulina favorece o estoque de energia nos adipócitos.

Parte dos aminoácidos absorvidos no intestino é captado pelo fígado e sofre desaminação, produzindo amônia e cetoácidos. A amônia é convertida em ureia, que será excretada pela urina. Os cetoácidos são utilizados no próprio fígado como fonte de energia e para síntese de ácidos graxos.

O restante dos aminoácidos circulantes será captado e utilizado pelas outras células do corpo. A insulina também promove a captação de aminoácidos nos músculos, além de diminuir o catabolismo proteico nestas células.

Durante a fase absortiva, todos os órgãos e tecidos (o fígado parcialmente) utilizam a glicose como fonte de energia.

Fase pós-absortiva

Quando a absorção intestinal de nutrientes termina, inicia-se a fase pós-absortiva em que a disponibilidade de glicose deve ser garantida, principalmente para os órgãos e tecidos mais dependentes dela como fonte de energia. No momento inicial, a glicose está sendo utilizada, mas sua absorção cessou. A glicemia então cai e com ela a liberação de insulina. A partir daqui outros hormônios serão responsáveis por gerir o metabolismo energético do corpo: glucagon, epinefrina/norepinefrina, glicocorticoides e hormônio do crescimento.

O glucagon é produzido pelas células α do pâncreas. A entrada de glicose nesta célula é dependente de insulina. Com a queda da glicemia e, por conseguinte, da insulina, as células α rapidamente respondem secretando glucagon. Ademais, a secreção deste hormônio também é estimulada por aumento de aminoácidos no sangue e inibido pelo aumento de lipídeos.

Os outros hormônios envolvidos têm sua regulação associada a eixos endócrinos que se iniciam no hipotálamo. Esta pequena região do cérebro contém receptores que detectam a queda da glicose circulante e elaboram a resposta para restabelecimento da glicemia. Além dos eixos endócrinos, seu papel pode ser desempenhado via sistema nervoso autônomo simpático.

Neste contexto, o glicogênio armazenado no fígado começa a ser quebrado (glicogenólise), liberando glicose na corrente sanguínea. Glicogênio muscular libera piruvato e lactato como resultado da quebra do glicogênio. Essas moléculas, ao serem captadas pelo fígado, são reconvertidas a glicose. Nos adipócitos, os triglicerídeos são quebrados em glicerol e ácidos graxos. O glicerol também pode ser convertido a glicose no fígado.

A produção de glicose pelo fígado a partir de outros substratos (como glicerol, lactato, piruvato e vários aminoácidos – chamados aminoácidos glicogênicos) é chamada gliconeogênese.

Proteínas musculares são degradadas para fornecer aminoácidos que fígado possa converter em glicose. Tanto músculo quanto fígado começam a utilizar ácidos graxos como fontes de energia e, assim, poupar glicose para outros tecidos e órgãos. A β-oxidação de ácidos graxos pelo fígado produz corpos cetônicos (acetoacetato, β-hidroxibutirato e acetona), que podem, em casos de jejum prolongado, ser utilizados pelo sistema nervoso como fonte de energia. Esse é um caso extremo para sobrevivência! O sistema nervoso desempenha sua função de forma mais adequada quando utiliza a glicose!

É interessante destacar o papel do hormônio do crescimento neste cenário, pois ele é frequentemente associado a funções anabólicas. Porém, isso é verdade quando há disponibilidade de energia, ou seja, quando a glicose está disponível e quem indica isso metabolicamente às células é a ação da insulina. Quando ela não está “no comando”, o efeito do hormônio do crescimento é catabólico.

É importante destacar que o efeito anabólico do hormônio do crescimento é mais evidente na presença de insulina, pois o hormônio do crescimento sozinho tem ações predominantemente catabólicas.

Ruminantes

Em ruminantes, a dinâmica metabólica é diferente. Isso porque a principal fonte de glicose é aquela produzida a partir do propionato – ácido graxo de cadeia curta (ou ácido graxo volátil) produzido como produto final da fermentação de bactérias ruminais e absorvido diretamente pela parede do rúmen. Esse processo, assim como os outros exemplos de gliconeogênese que vimos até aqui, também ocorre no fígado. Outros precursores, como o ácido lático, aminoácidos e glicerol, também contribuem para a manutenção da glicemia nesses animais.