PROTEÓLISE E SÍNTESE DE PROTEÍNAS

A síntese das proteínas envolve dois eventos proeminentes, o primeiro é a transcrição no núcleo da célula que cria uma cópia do RNA de filamento único da informação genética armazenada na molécula do DNA de filamento duplo e o segundo é a translação (tradução) do RNA no citoplasma da célula para formar proteínas.

A síntese proteica é composta por seis estágios. Antes do estágio 1, o DNA define o formato final tridimensional das proteínas. Ela tem origem nos ribossomos das células e termina com a criação de uma proteína funcional plena – uma molécula única cuja estrutura determina seu funcionamento e sua mobilidade específica de ação.

Uma sequência de nucleotídeos do DNA proporciona a informação genética necessária para iniciar a transcrição dentro do RNA. A enzima de RNA polimerase (enzima que sintetiza o RNA a partir de um molde de DNA) une-se a região promotora específica de um gene; as sequências de nucleotídeos do DNA indicam onde iniciar e terminar a transcrição. A RNA polimerase fabrica as moléculas de RNA mensageiro (mRNA) que irão espalhar a sequência de bases do DNA; a transcrição copia uma sequência da direção do código genético do DNA para um filamento mRNA; isso inclui segmentos tanto codificadores quanto não codificadores da informação genética.

O transcrito RNA contém a informação de que necessita para criar uma proteína; a junção do RNA remove as sequências aleatórias interpostas dos nucleotídeos tipo “refugo” indesejados (íntrons) do mRNA. O filamento de mRNA (íntrons acoplados) que carreia uma cópia em duplicata do código genético lança a “mensagem codificada” (sequência de códons), saindo do núcleo e penetrando no citoplasma para iniciar a síntese das proteínas

A tradução inicia a construção de proteínas; o códon A-U-G atua como sinal de “partida”. No citoplasma, a molécula de mRNA procura unir-se com um ribossomo. O anticódon do RNA de transferência (tRNA) posiciona-se de forma a emparelhar com uma sequência de três nucleotídeos dos códons, com cada códon correspondendo a um aminoácido. O códon contém um aminoácido ou uma transcrição do código DNA. Com os quatro nucleotídeos do DNA, existem 64 códons diferentes no código genético, com cada aminoácido apresentando pelo menos 1 ( e habitualmente mais de 1) códon.

A acoplagem processa-se no local de fixação do ribossomo entre a molécula de tRNA (que conduz a mesma sequência genética em seu anticódon) e a sequência de bases complementares do códon mRNA (por exemplo, G-A-C com C-G-U). O ribossomo acoplado a uma extremidade da molécula mRNA, desloca-se (transloca-se) por sobre um códon (três blocos de nucleotídeos) para o local do polipeptídio, permitindo a exposição de um novo códon; um novo tRNA que chega (com seu aminoácido) une-se a local de fixação do ribossomo; o aminoácido na região dos polipeptídios do ribossomo é liberado e fixa-se a um novo aminoácido sobre o tRNA no local de fixação do ribossomo; assim sendo, o tRNA com um aminoácido ganha agora outro aminoácido, a seguir mais um, e assim sucessivamente; o acréscimo sucessivo de novos aminoácidos alonga a cadeia de peptídios.

A síntese das proteínas termina quando um códon “de parada” sem sentido, responsável pelo termino da cadeia (UAA, UAG, UGA) desliga o sinal para o acréscimo de mais aminoácidos na cadeia peptídica. Em geral são necessários entre20 s e 2 minutos para sintetizar a maioria das proteínas, dependendo da sua complexidade.

A síntese das proteínas a partir dos aminoácidos e a degradação para seus componentes progridem sem interrupção durante a vida inteira. Os ritmos de síntese e de degradação das proteínas, processo esse denominado proteólise, regulam o conteúdo proteico total do organismo em qualquer momento específico, independentemente das configurações estruturais das proteínas ou de suas funções. As proteínas estruturais no osso podem não sofrer uma deterioração significativa por meses ou anos, enquanto as proteínas das enzimas no metabolismo intermediário ou aquelas que regulam o crescimento celular podem sobreviver apenas por alguns minutos ou frações de segundos. As enzimas que controlam a proteólise hidrolisam as ligações peptídicas dos aminoácidos, separando-os em suas moléculas constituintes.

LIPÓLISE

A gordura é principalmente encontrada e armazenada nos tecidos adiposos, que recobrem todo o corpo. Antes de explicarmos a mobilização da gordura como substrato energético, falaremos sobre os dois tipos de processos que sofrem qualquer célula do corpo, mas no nosso caso trataremos sobre as células adiposas, a hiperplasia (aumento do número de células) e hipertrofia (aumento do calibre da célula).

O primeiro surto hiperplásico destas células ocorre nos primeiros três meses da gravidez, a partir daí o número de adipócitos não aumenta até o nono mês; o que ocorre é um aumento do volume do tecido adiposo, chamado de hipertrofia celular. Ao nascimento, ocorre um novo surto hiperplásico, que perdura por mais três meses. O último período de hiperplasia do tecido adiposo ocorre no estirão puberal e dura enquanto persistir o surto de crescimento.

Visualmente não há diferença entre o obeso hipertrófico e o hiperplásico, o primeiro tende a ser muito mais fácil de tratar (resposta mais rápida). O processo de emagrecimento do obeso hiperplásico é um pouco mais trabalhoso. Para que possamos identificar cada tipo dependemos de uma conversa com o individuo pois, obesos hiperplásicos, normalmente, são obesos desde muito cedo e os hipertróficos geralmente aumentaram o peso tardiamente.

Dito isto entramos agora nas vias lipolíticas (mobilização da gordura)

 Como ocorre a Lipólise:

A gordura armazenada no adipócito encontra-se na forma de triglicerídeos (três ácidos graxos ligados a uma molécula de glicerol). Enquanto realizamos o exercício, vários hormônios como as catecolaminas, o glucagon, o hormônio do crescimento, corticosteroides, entre outros, são liberados na corrente sangüínea, e quando chegam aos adipócitos, provocam a lipólise (quebra dos triglicerídeos) aumentando as concentrações sangüíneas de ácidos graxos livres (AGL). Esses são levados ao músculo esquelético que os utiliza para a síntese de ATP. O ácido-graxo, agora dentro da célula muscular, precisa ser ativado (incorporação de Acil-CoA) e transportado para dentro da matriz mitocondrial, onde será fracionado em moléculas de dois carbonos (AcCoA) para ser oxidado (Beta-oxidação), que consiste na quebra por oxidação do acido graxo sempre na sua ligação de carbono beta, o processo é repetitivo e produz  1 NADH, 1 FADH e uma AcCoA  e são encaminhadas ao ciclo do ácido cítrico, desde que haja oxalacetato para a formação do citrato. Conclui-se, portanto, que para a lipólise ocorrer satisfatoriamente, necessita-se da glicólise ou da presença glicídica, “lipídio queima em fogueira de glicídio”.

Uma pesquisa acerca de metabolismo bioenergético dividiu o grupo testado em três subgrupos, de acordo com suas condições nutricionais prévias; anteriormente ao exercício na esteira, em velocidade constante e igual para os três grupos, o primeiro teve uma dieta rica em lipídios o segundo passou por uma dieta grupo balanceada e o terceiro grupo rica em carboidratos, o resultado indicou que a dieta prévia alterou a reserva inicial de glicogênio: a concentração prévia de glicogênio foi maior para o grupo que consumiu carboidratos, seguido da alimentação balanceada e depois a rica em lipídios; esta reserva inicial afetou o tempo de manutenção do exercício, ou seja, a instalação da fadiga: o tempo de permanência foi maior para o grupo que consumiu carboidratos, seguido de dieta balanceada e rica em gorduras; a taxa de declínio na quantidade da reserva é a mesma, ou seja, a queda na concentração de glicogênio é igual e constante para todos os grupos, já que o exercício é o mesmo e realizado na mesma intensidade,  gerando um recrutamento energético aproximado; existe um nível crítico de glicogênio muscular, abaixo do qual o trabalho perde em intensidade, e este nível é o mesmo para todos os indivíduos, independentemente da reserva inicial de glicogênio ou da dieta. As dietas cetogênicas (hiperprotéicas) envolvem necessariamente uma diminuição na capacidade de produção de trabalho, em função da diminuição das reservas de glicogênio. A síntese de glicose (gliconeogênese) é garantida pela oxidação da proteína e pela conversão hepática do glicerol derivado dos triglicerídeos; a gordura é utilizada como fonte de energia para o metabolismo.

GLICÓLISE ANAERÓBIA

Quando aumentamos a atividade física, aumentamos nossa demanda energética. Com isso, forma-se mais piruvato e, com o tempo, saturamos a mitocôndria. Quando a mitocôndria fica saturada o piruvato permanece no citoplasma ele gera lactato através da enzima LDH (lactato desidrogenase). Para evitar ou postergar a saturação da mitocôndria a solução é o treino, pois ele aumenta a quantidade de mitocôndrias e nessas a quantidade de carregadores de piruvato.

O lactato é gerado a partir do ácido lático, que como todo ácido quando em meio aquoso libera e dissocia H⁺, e nesse caso gera lactato, levando a uma acidose, ou seja, menor será o pH do sangue.

Diminuindo o pH do sangue ocorre menor atividade das PFKs e com isso o nosso organismo diminui a geração ATP e entra em fadiga muscular.

GLICÓLISE AERÓBIA

A glicose se encontra no líquido extracelular, sua formula é C₆H₁₂O₆.

Para que ocorra a conversão energética é preciso que essa glicose seja captada pela célula, dando inicio ao ciclo da glicólise, essa captação ocorre através da proteína carreadora Glut4 (proteína transportadora específica de tecidos muscular e adiposo). Depois que a glicose se encontra dentro da célula inicia-se a ação da hexoquinase que fosforila a glicose, transformando-a em glicose 6-fosfato gastando 1 ATP. A glicose 6-fosfato é transformada em frutose 6-fosfato através da enzima fosfofrutoquinase (PFK) que se utiliza de um fosfato do ATP para gerar a frutose 1,6-difosfato, então a frutose 1,6-difosfato divide-se em duas moléculas fosforiladas com três cadeias de carbono que sofrerão 5 novas reações onde cada molécula forma um NADH + H⁺ que será utilizado na cadeira de transporte de elétrons, 2 ATPs e um Piruvato.

O piruvato pode ser convertido em lactato, AcCoA (acetilcoenzima A), alanina, oxalacetato.

 GLICÓLISE AERÓBIA

O que determina para onde vai o piruvato é o gradiente de concentração de piruvato dentro e fora da mitocôndria.  Quando estamos em repouso o piruvato é transportado para dentro da mitocôndria, onde é transformado em AcCoA. Esse transporte é feito através do transportador MCT (monocarboxylate transporter), por um sistema de difusão facilitada, ou seja, esse transporte é limitado pelo número de MCTs existentes. Durante essa passagem ocorre a liberação de 1 NADH. Dentro da mitocôndria a AcCoA reage com o oxilacetato formando citrato e desencadeando o Ciclo de Krebs. Durante o Ciclo de Krebs são produzidos 3 NADH, 1 FADH e 1 ATP.

O FADH e o NADH são nucleotídeos reduzidos de alto nível energético e são oxidados na membrana interna da mitocôndria, passando por cinco complexos de oxidação, como temos na figura abaixo:

Como vimos na imagem essa oxidação reconstitui 3 ATPs e libera 2H⁺ + O + 2 elétrons = H₂O. A liberação desse 2H⁺ torna o meio mais ácido, e além disso o oxigênio atômico desta equação não é encontrado na natureza, porém com a presença de outros NADH na reação ocorre um balanço estequiométrico gerando a equação final:

4H⁺ + O₂ + 4e^-  → 2H₂O

Esse balanço energético neutraliza os hidrogênios e mantém o pH. O FADH, por sua vez, acopla-se ao C2 e passa pelo mesmo processo que o NADH, no entanto, só sintetiza 2 ATPs.

A lançadeira de elétrons joga os NADH da glicólise para dentro da mitocôndria, lembrando que cada NADH reconstitui 3 ATPs.

Agora vamos resumir o rendimento energético deste processo:

• Glicólise: de glicose até piruvato = 2 ATPs;
• NADH: 4 (nº de NADH liberados na glicólise até a entrada do piruvato na mitocôndria) x 2 (nº de piruvatos) x 3 (nº de ATPs gerados por 1 NADH)  = 24 ATPs;
•  FADH: 1 (nº de FADH liberados no ciclo de Krebs) x 2 (nº de piruvatos/ ciclos de Krebs) x 2 (nº de ATPs gerados pelo FADH) = 4 ATPs;
• Cada Ciclo de Krebs gera 1 ATP, como temos um ciclo para cada piruvato = 2 ATPs
• Lançadeira de elétrons: 2 NADH x 3 ATPs  = 6 ATPs;

No total temos 38 ATPs/glicose