No. 01/2006 Public. 15/03/2006 Artigo A
A UTILIZAÇÃO DE AMBIENTES VIRTUAIS NO ENSINO
DE BIOQUÍMICA. UM ESTUDO DE CASO NA UNICSUL.
Carmem Lúcia Costa Amaral*, Rubens César Lopes Figueira e Marcelo Paes de Barros Centro de Ciências Biológicas e da Saúde, Universidade Cruzeiro do Sul, UNICSUL. *carmem.amaral@unicsul.brResumo:
A Universidade Cruzeiro do Sul (UNICSUL) vem aplicando nesses dois últimos anos uma nova estratégia de ensino, disponibilizando conteúdo didático de bioquímica em sua rede interna de computadores como suporte ao ensino tradicional em sala de aula. Essa estratégia utiliza o Black Board Learning System, um software desenvolvido para ser utilizado por profissionais interessados em aplicar novas tecnologias interativas no processo de ensino-aprendizagem por meio de um sistema de gestão de conteúdos e comunicação online. Este recurso vem sendo disponibilizado na disciplina de bioquímica desde o ano de 2003. A estratégia consistiu em lançar com antecipação de uma semana a teoria que seria estudada em sala de aula a partir de listas de exercícios e estudos de casos que seriam posteriormente analisados em grupos. A avaliação do uso desta ferramenta no processo ensino-aprendizagem foi realizada comparando-se o índice de aprovação e o desempenho do aluno nesta disciplina nos dois últimos anos com os anos anteriores (antes da utilização da metodologia).
Os resultados observados mostram uma maior interação dos alunos com a disciplina em sala de aula e um decréscimo no índice de reprovação e evasão nesta disciplina em relação aos anos anteriores para os mesmos professores.
Abstract:
In the last two years the UNICSUL following a new institutional proposal of “Practical Learning”, has introduced new teaching strategies into several graduating courses, mostly based on the University’s intranet web. One of these approaches uses the Black Board Learning System, a ready-to-use and uncomplicated system that allows students to freely access specific topics of several disciplines (including the course schedule, practicing exercises and supporting extra activities) and also communicate online with colleagues and teachers. The software is provided with sufficient resources to improve classroom community sense launched by the emphasis on the general interactive skills in the teaching-learning process. This work focuses on the application of the Black Board system in the Biochemistry course for Nursery graduating students at UNICSUL during 18 months. Partial results points out significant positive achievements of the Black Board-experienced students based on the higher approval indexes compared to traditionally taught students (before 2003).
Endereço para contato: carmem.amaral@unicsul.br
Introdução
Nos últimos anos tem-se observado em boa parte das instituições de ensino superior uma grande dificuldade dos alunos ingressantes nos cursos da área de saúde na aprendizagem de tópicos da disciplina de Bioquímica. Este problema apresentado pelos estudantes deve-se principalmente ao fato desta disciplina utilizar muito da abstração para descrever os fenômenos que acontecem em nível molecular, além de exigir conhecimentos básicos de química, independente do curso a que se destina. A realidade educacional brasileira tem demonstrado que às instituições privadas de ensino superior têm aportado principalmente alunos que se caracterizam por serem oriundos das classes populares e por terem realizado a formação básica na rede pública.1 Ao se levar em conta a precariedade da qualidade dessa rede de ensino e em função da complexidade dos conteúdos de bioquímica, formas tradicionais de ensino pode tornar o aprendizado ainda mais difícil quando tratado apenas com o auxílio de lousa e retroprojetor. Além disso, as mudanças ocorridas nos últimos anos, sobretudo no que diz respeito às novas tecnologias, apontam o descompasso das formas tradicionais de ensino frente às novas linguagens que o aluno se depara no seu dia-a-dia. Essas transformações também modificam a maneira de se apreender o mundo e construir o conhecimento. Viana e Araújo2, seguindo os estudos de Pierre e Levy, destacam que o reconhecimento da presença das novas tecnologias nos leva a repensar as metodologias aplicadas ao ensino e a buscar outras formas de construir o conhecimento.
Na elaboração do projeto pedagógico, a universidade deve levar em consideração essa realidade, bem como a expectativa do aluno e a necessidade de completar sua preparação para adequá-lo às exigências do ensino superior. Com essa preocupação, a Universidade Cruzeiro do Sul (UNICSUL) vem implementado uma nova metodologia institucional em que o aluno deve apropriar-se de um novo conceito de aprendizagem, que rompe com o modelo transmissivo-reprodutivo, a que esteve submetido ao longo de toda sua escolaridade.
Para o sucesso dessa nova metodologia a UNICSUL vem estimulando o seu corpo docente a desenvolver novas estratégias de ensino, que possam contribuir para a motivação e envolvimento dos alunos, ao mesmo tempo em que permite ao professor uma atuação mais interativa. O objetivo desse procedimento é modificar a visão do professor e do aluno de que a sala de aula se constitui em um espaço físico onde o professor transmite seus conhecimentos e experiências, cabendo aos alunos simplesmente a tarefa de “copiar a matéria”, ouvir, às vezes elaborar perguntas e, na maioria das vezes, reproduzir (quando cobrado) as informações que o professor ensinou. Esta nova metodologia se traduz por aprender na prática, exigindo uma maior participação dos alunos, isto é, o aluno passa de mero expectador para agente em seu processo de aprendizagem. Segundo este novo ponto de vista, uma das maneiras de modificar esse quadro é entender que tanto os alunos quanto o professor se encontram na sala de aula para juntos realizarem uma série de ações como estudar, ler, discutir e debater, solucionar dúvidas e trocar informações a respeito do conteúdo da disciplina. Para a realização desta tarefa de modo mais eficiente, o professor deve procurar aplicar novas metodologias e estratégias de ensino.3-4
Tendo em vista essa preocupação, a UNICSUL, vem estimulando seus docentes a conhecer ambientes educacionais especialmente projetados para a disponibilização de conteúdo didático para suporte aos alunos.5,6 Dentre eles, o Black Board Learning
System que é um dos ambientes de aprendizagem que vem sendo bastante utilizado, por um grande número de professores, pois foi projetado para propiciar uma grande alteração nas formas de apresentação de conteúdos e, também, uma maior interação entre alunos e professores, com o objetivo de melhorar a compreensão do conteúdo das disciplinas.
Como proposta inicial, escolheu-se trabalhar com esta nova estratégia nos cursos de Enfermagem, para a disciplina de Bioquímica. Os dados levantados, nestes
últimos dois anos, confirmam os resultados, pois constatou-se uma maior interação entre alunos e professores, assim como uma melhora na compreensão do conteúdo da disciplina.
O interesse, por este ambiente, se deve ao fato de o mesmo permitir a disponibilização de material didático e fóruns online, com painel de discussão e sala de bate-papo, os quais dispõem de áreas para a publicação de opiniões e, desta forma, cada estudante pode ler as respostas dos colegas e discuti-las entre si. Acredita-se que isto beneficia os estudantes uma vez que os habilita, assim, a combinar novas opiniões com suas próprias e por meio da discussão desenvolver uma base sólida de aprendizado.
Para isto, deve-se, entretanto, ter em mente que nenhum programa de informática funciona automaticamente como desencadeador do processo de aprendizagem, ou seja, o sucesso de um software educacional em promover a aprendizagem depende de sua integração ao currículo e às atividades da sala de aula, bem como do nível de interação entre aluno-aluno, aluno-professor e a interatividade com o computador. 4,7- 8
Levando em conta os benefícios oferecidos por este ambiente virtual e as dificuldades encontradas em sala de aula, resolveu-se experimentar uma nova forma de desenvolver nossos conteúdos, visando uma maior interação entre os discentes e docentes que participam do processo e, conseqüentemente, uma aprendizagem mais eficaz.
Metodologia
Durante os dois últimos anos, foram disponibilizados semanalmente na rede interna de computadores da UNICSUL os conteúdos da disciplina de Bioquímica no ambiente virtual de aprendizagem. Este material não era apenas composto pelo conteúdo básico, mas também com apresentação e discussão de casos clínicos referentes aos tópicos em questão, listas de exercícios para garantir uma melhor fixação do conteúdo apresentados em sala de aula e links para melhor visualização de estruturas moleculares e vias metabólicas. Essa estratégia foi utilizada no curso de Enfermagem, com o auxílio do Núcleo de Educação à Distância ligado ao Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas (CETEC) da Universidade.
Resultados e Discussão
Antes de se utilizar esta metodologia de ensino-aprendizagem a seus alunos, a UNICSUL realizou no ano de 2002, por meio da Comissão Permanente de Avaliação Institucional (CPAI), uma pesquisa que teve como objetivo adquirir conhecimento do nível de acesso dos alunos à internet e sua freqüência de utilização nos campi da Universidade. Os resultados desta pesquisa estão apresentados no Gráfico 1 e no Gráfico 2.
0 20 40 60 80 Sim, na unive rsida de Sim, no traba lho Em a branco Pe rc e n tu a l Campus SM Campus AF
GRÁFICO 1 – Percentual de alunos que utilizam a internet nos Campi da UNICSUL (ano 2002). SM = São Miguel. AF = Anália Franco.
0 10 20 30 40 50 Sim, no máximo 2 horas
2 a 4 horas 4 a 6 horas mais de 6 horas Em abranco Pe rc e n tu a l Campus SM Campus AF
GRÁFICO 2 – Número de horas semanais de utilização da Internet pelos alunos da UNICSUL (ano 2002). SM = São Miguel. AF =Anália Franco.
No Gráfico 1 pode-se observar que em 2003, aproximadamente 60% dos estudantes tinham acesso à internet em suas residências e um número significativo tinha acesso por meio da utilização do Laboratório de Informática da Universidade e no trabalho. Apenas cerca de 10% dos alunos não possuíam acesso a internet, muito embora a universidade ofereça laboratório de informática. No Gráfico 2 nota-se que a incidência maior de utilização deste recurso era de duas horas semanais, embora nas demais horas o índice fosse representativo. Estes resultados indicaram a existência do hábito, ao menos, em um nível razoável, de utilização do recurso da internet por parte do corpo discente da instituição. Com base neste resultado, constatou-se que o computador fazia parte do cotidiano dos estudantes, indicando que poderia também ser utilizado como mais uma ferramenta no processo de ensino-aprendizagem, somando-se às demais e enriquecendo o processo.
Os dados apresentados representam um levantamento feito entre todos os cursos da Universidade. Contudo, ao se observar apenas o curso de Enfermagem, o percentual praticamente se manteve, mostrando que o uso de tecnologia poderia ser aplicado.
Após essa pesquisa, o Centro de Ciências Biológicas e da Saúde juntamente com seus professores e coordenadores, decidiram aplicar essa nova estratégia à disciplina de Bioquímica, uma vez que esta constitui uma disciplina básica da grade
curricular de vários cursos da área de Ciências Biológicas/Biomédica. Outro aspecto que influenciou na utilização desta metodologia foi o alto grau de dificuldade apresentado pelos alunos nos anos anteriores, bem como o alto percentual de reprovação. Boa parte da dificuldade, como citado anteriormente, deve-se a abstração para a visualização espacial das estruturas químicas das principais biomoléculas, bem como as transformações químicas envolvidas nas respectivas vias metabólicas. Conhecendo-se essas dificuldades, os conteúdos e as atividades da disciplina foram estruturados de modo a fornecer aos alunos não só teoria e lista de exercícios, mas, também um ambiente de discussão de dúvidas na sala de bate papo, além da apresentação de casos clínicos que seriam posteriormente discutidos em sala de aula.
Esse ambiente de aprendizagem foi apresentado aos alunos no começo do primeiro semestre de 2003 e 2004, de modo que todos conhecessem como seria desenvolvida a disciplina durante todo o ano letivo. Sua avaliação no processo ensino-aprendizagem foi realizada comparando-se o índice de aprovação nos anos citados acima com os anos de 2001 e 2002 (antes da utilização da metodologia). Para fazer com que todos os alunos estivessem sincronizados no conteúdo a ser discutido em sala de aula e evitar que alguns se adiantassem, esses eram disponibilizados gradualmente, um a cada semana. Algumas atividades propostas, como por exemplo, as listas de exercícios, tinham um prazo de entrega para fins de avaliação. A discussão de casos clínicos era realizada em sala de aula. Em alguns momentos os alunos liam o material e faziam um resumo que depois era discutido em sala de aula.
Os resultados da avaliação no índice de aprovação estão apresentados na Tabela 1. Nesta Tabela os números em parênteses significam total de alunos que utilizaram o ambiente no processo de ensino-aprendizagem com suas respectivas percentagem de aprovação. O número de alunos representa a soma de duas turmas do período diurno e uma do período noturno.
TABELA 1 – Índice de Aprovação em Bioquímica para o curso de Enfermagem na UNICSUL. Os números em parênteses significam alunos que utilizaram o ambiente virtual de aprendizagem. ANO N0 TOTAL ALUNOS N 0 APROVADOS % APROVAÇÃO 2001 160 95 59 2002 178 108 60 2003 202 (150) 147 (122) 17 (83) 2004 245 (190) 185 (155) 16,2 (83,8)
Nota-se na Tabela 1 que nos anos de 2003 e 2004, período no qual os alunos tiveram acesso ao ambiente, houve um significativo aumento no índice de aprovação, fato que sugere uma maior absorção dos conceitos e, possivelmente, uma maior compreensão do contexto em que se insere a disciplina por parte dos alunos. Observou-se, paralelamente, que as aulas em classe ganharam um novo componente: o objetivo dos estudantes em esclarecer as dúvidas derivadas do material disponibilizado, levando esses alunos a terem uma maior participação em sala de
aula. Esse resultado foi atribuído ao contato prévio do aluno com o conhecimento disponibilizado no ambiente. Acredita-se que uma das vantagens desta estratégia seja a de permitir ao aluno programar seus momentos de estudo, aprendendo assim a aprender.
CONCLUSÃO
As estratégias de ensino constituem-se em instrumentos que têm por objetivo auxiliar o professor no desenvolvimento do processo ensino-aprendizagem. Seu uso implica numa seleção intencional e diretiva daquelas que melhor funcionam como mediadoras e facilitadoras deste processo. Há uma variedade de estratégias de ensino à disposição do docente, se fazendo necessárias à análise, seleção, readequação e adaptação do método de acordo com o paradigma de educação. Tal adaptação, por sua vez, envolve a concepção de ensino-aprendizagem do profissional, sua concepção metodológica, o conteúdo a ser trabalhado, os objetivos de ensino a serem alcançados, as características da turma, o número de alunos em sala, as condições de infra-estrutura e materiais didáticos disponíveis e as suas habilidades pessoais, razão pela qual é importante que o docente estude e analise as possibilidades inerentes às estratégias de ensino a ser aplicada. Tendo-se como parâmetro essa análise na escolha da estratégia e com base nos resultados obtidos nestes dois últimos anos da utilização de ambiente virtual de aprendizagem no estudo de Bioquímica na UNICSUL, pode-se concluir que a estratégia de ensino escolhida neste trabalho mostrou-se eficaz no processo ensino-aprendizagem.
Embora o ambiente virtual utilizado seja apenas uma ferramenta (e não a finalidade em si) na exploração do uso das tecnologias de informação e comunicação na educação, ele, indubitavelmente, permite a adaptação para diversas abordagens e estratégias de uso6,11. É importante salientar que essa nova estratégia exige um trabalho muito maior do aluno, pois ele está sendo avaliado progressivamente, uma vez que cada aula é considerada como uma nova etapa do processo, não podendo ser rompida. Os alunos, habituados com as aulas tradicionais, colocam alguma resistência ao novo processo, pois o mesmo exige que ele avalie sua aprendizagem.
Referências Bibliográficas
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International Conference on Engineering and Computer Education, Brazil, São
Paulo, Agosto de 2000, homepage: http://www.sp.senac.br/icece2000
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No. 01/2006 Public. 15/03/2006 Artigo B
DIGESTÃO DE CARBOIDRATOS USANDO DIGESTIVOS
ENZIMÁTICOS COMERCIAIS – UMA AULA PRÁTICA.
Maria Teresa Pedrosa Silva Clerici1, Roberval Serafim da Silva2, Armindo Antonio Alves1
1
UNIARARAS – Araras – SP; 2 Químico Industrial *alvesaa@uol.com.br
Resumo:
Este trabalho mostra uma aula prática na qual se estuda a digestão de carboidratos “in vitro” utilizando amido gelatinizado como substrato e dois medicamentos comerciais indicados para problemas digestórios, como fonte de amilase. As reações enzimáticas foram feitas no equipamento dissolutor a 37º C, com agitação constante e usando meios que simulavam o pH do estômago e em seguida o pH do intestino delgado. Para avaliar a eficácia das enzimas pancreáticas nos digestivos, foi feita uma reação com amilase pancreática pura. Determinou-se a concentração de glicose no meio de reação 0, 30, 60, 90 e 120 min após o inicio da reação. Nossos resultados mostram que há diferenças entre a atividade amilase dos dois fármacos.
Abstract:
This work presents a practical class to study the “in vitro” carbohydrates digestion. We used gelatinized starch as substrate and two usual digestive medicines as the amylase source. The enzymatic reactions were made in the dissolutor equipment, temperature 37o C, constant agitation, and buffers to simulate the stomach and small intestine pH. To evaluate the pancreatic enzymes in the medicines, we made an amylase assay using a purified enzyme. The glucose concentration in the reaction middle was measured 0, 30, 60, 90 e 120 min after the starting reaction. These results show differences between the two medicines amylase activity.
Endereço para contato: UNIARARAS
Introdução
Neste trabalho apresentamos uma aula prática de enzimologia utilizada por nós na disciplina de Biotecnologia nos cursos das instituições onde trabalhamos. Esta aula prática poderá ser utilizada em disciplinas de Bioquímica Básica, Enzimologia e Biotecnologia aplicada para o curso de Farmácia, para trabalhar conhecimentos teóricos de enzimologia, como atividade enzimática, pH ótimo e temperatura ótima de trabalho das enzimas, usando-se como solução enzimática um digestivo enzimático, que pode ser obtido em farmácias ou drogarias e como substrato amido gelatinizado. Pode também ser uma aula de integração da Biotecnologia com as disciplinas de Tecnologia Farmacêutica e Atenção farmacêutica, porque permite abordagens que vão desde o processo que deve ser utilizado para o encapsulamento de enzimas sensíveis a pH ácido (estômago), indicações terapêuticas dos digestivos, processos de extração e purificação de enzimas etc.
Referencial Teórico
O processo digestório inicia-se na boca, mas é no estômago e no intestino delgado que ele se completa e onde se dá a absorção da maior parte dos nutrientes [1]. Para os carboidratos, o processo se inicia na boca, mas ocorre em sua maior parte no intestino, como mostramos no esquema apresentado na Figura 1, usando como exemplo o amido gelatinizado. O amido gelatinizado foi obtido cozinhando-se o amido cru durante trinta minutos, de forma a se obter uma estrutura pronta para ser digerida pelas enzimas do sistema digestório.
DIGESTÃO DE CARBOIDRATOS
BocaNutriente - Amido gelatinizado
Monossacarídios
Dissacarídios (sacarose, maltose e lactose) Dextrinas limites e Fibras
Corrente sanguinia (saliva) Enzima:
amilase (ptialina)
(Digestão lenta e parcial) Estômago
(Suco Gástrico e HCl)
Não ocorre disgestão de carboidratos no estômago Intestino
(Suco Pancreático e Suco Entérico) Enzimas:
Carboidrases (amilases pancreáricas)
Bolo Fecal Monossacarídios Mucosa Intestinal Enzimas: Carboidrases (sacarase, maltase e lactase)
Figura 1. Digestão de Carboidratos in vivo [1.2].
No processo de tratamento de algumas doenças como pancreatite crônica, insuficiência pancreática e fibrose cística há necessidade de se administrar
medicamentos digestivos contendo enzimas. Estes medicamentos geralmente são preparações de extrato pancreático contendo amilase, lipase e protease [3].
Os digestivos enzimáticos, contendo amilase, lipase e protease, normalmente são obtidos de pâncreas de porco, cujo padrão enzimático é semelhante ao da secreção pancreática fisiológica do homem. Estes medicamentos facilitam a digestão e auxiliam a função exócrina do pâncreas e são utilizados quando esta glândula está acometida por uma doença ou uma insuficiência.
Dentre os medicamentos presentes no mercado, alguns são formados por cápsulas que contêm microcomprimidos de panctreatina com revestimento entérico. Após a dissolução da cápsula, os microcomprimidos se misturam aos alimentos no meio ácido do estômago. Durante o trânsito gástrico, o revestimento entérico dos microcomprimidos impede a inativação das enzimas pancreáticas. Ao entrar no duodeno, o revestimento entérico se dissolve com rapidez e os microcomprimidos liberam as enzimas pancreáticas. Assim, estas formulações permitem a administração oral do medicamento.
Objetivos da Aula
Entender a digestão de carboidratos através da simulação in vitro, usando o dissolutor, enzimas digestivas e substrato específico, como por exemplo, o amido gelatinizado.
Avaliar os efeitos de digestivos enzimáticos na digestão de carboidratos em meios que simulam as condições de temperatura, agitação e pH do estômago e do intestino delgado.
Aprender a utilizar um método enzimático de determinação de glicose.
Aprender os procedimentos estatísticos para análise de resultados obtidos em laboratório
MATERIAIS
a) Reagentes:
Pasta de amido gelatinizado em autoclave por 30 minutos, contendo 10g de amido peso/volume em água para 100 mL.
Dois medicamentos contendo enzimas digestivas, foram indicados pelas letras A e B, para evitar divulgação de marcas.
Medicamento A – 218,20 a 282,40 mg de pancreatina por cápsula (lipase, 25.000 U; amilase 22.500 U; protease 1.250 U).
Medicamento B – 40 mg de pancreatina por cápsula. Solução de HCl 0,01 mols.L-1.
Bicarbonato de sódio em pó. Amilase pancreática Prozyn
KIT GLICOSE-Método enzimático - CATNº 02200 da LABORLAB
b) Equipamentos
Para mimetizarmos in vitro o processo digestório, utilizamos um equipamento de uso comum em laboratórios de controle de qualidade de medicamentos, o dissolutor, este equipamento possui cubas termostatizadas e um sistema de agitação com velocidade controlada, sendo utilizado para se estudar o tempo que uma determinada formulação farmacêutica leva para se desintegrar (Figura 2).
O dissolutor foi mantido à temperatura de 37°C, e inicialmente foi adicionada uma solução de HCL 0,01 mols/L, para ter um pH = 2,0.
Figura. 2. Fotografia do dissolutor utilizado para realização do experimento. Banho maria a 37°C. Espectofotômetro a 505 nm. c) Vidrarias Pipetas volumétricas de 1, 2 e 3 mL. Micropipetas de 25L. Tubos de ensaio de 20mL. d) Preparo do amido
O amido de milho foi dissolvido em água (10g /100 mL), gelatinizado em autoclave a 121oC, 1 Atm, por 30 minutos (cozido até desintegração dos grânulos). Após resfriamento em água corrente, corrigiu-se o volume para 100 mL, obtendo-se assim uma solução de amido gelatinizado 10%.
MÉTODOS:
a) Digestão do amido
As cubas do dissolutor foram preparadas conforme o esquema, apresentado na Figura 3, que também descreve os procedimentos usados durante a mimetização do processo digestório dos amidos.
Cuba 1 - 0,5 L HCl 0,01mol.L-1 - 30g de amido - amilase pancreática (20mg) Cuba 2 - 0,5 L HCl 0,01mol.L-1 - 30g de amido Cuba 3 -0,5 L HCl 0,01mol.L-1 -30g de amido -Digestivo A (1 cápsula) Cuba 4 -0,5 L HCl 0,01mol.L-1 -30g de amido -Digestivo B (1 cápsula) Cuba 1 - pH=8 Cuba 2 -pH=8 - amilase pancreática (20 mg) Cuba 3 - pH=8 Cuba 4 -pH=8 Manter por 1hora, em pH = 2, à 37oC
com agitação. Após, neutralizar e ajustar o pH para 8, usando Na2HCO3 em pó.
Manter por 1hora Final do Processo
Figura 3. Esquema da processo digestório dos amidos no dissolutor. Retiraram-se alíquotas para determinar glicose nos seguintes tempos:
Tempo 0: inicio do processo (mimetizando a chegada ao estômago) Tempo 30 min:
Tempo 60min (tempo zero após neutralização) Tempo 90 min
Tempo 120 minutos: final do processo
Dosagem da glicose Composição do KIT:
1. Reativo Padrão CAT nº. 02201 - Solução de glicose a 100mg/dL 2. Reativo Enzimático CAT nº. 02202:
• Glicose Oxidase ≥ 1 KU/mL
• Peroxidase ≥ 0,15 KU/mL
3. Reativo de Cor 1: CAT. Nº. 02203
• 4-aminofenazona 0,025 mol/L
• Tampão Tris 0,92 mol/L
4. Reativo de Cor 2: CAT. Nº. 02204
• Fenol 0,055 mol/L
Preparo do Reativo de trabalho:
Adicionar em um balão volumétrico de 250 mL , 12,5 mL do reativo de cor 1, mais 225 mL de água destilada, 12,5 mL do reativo de cor 2 e 0,75 mL do reativo enzimático.
Reações:
Glicose + O2 +
H2O
GOD
+ Ácido Glucorônico
4H2O2 + 4aminoantipirina + fenol
POD
4 H2O + antipirilquininomina
H2O2
A glicose presente na amostra sofre ação da enzima glicose oxidase (GOD) e o peróxido de hidrogênio produzido, reage com os reativos de cor, formando um complexo colorido que absorve a 505 nm. Esta última reação é catalisada por uma peroxidase.
Para se proceder às medidas de concentração de glicose montou-se a bateria de tubos descrita na Tabela 1. As determinações foram feitas em duplicata e incubadas a 37ºC por 15 min, resfriadas em água corrente e lidas em espectrofotômetro a 505 nm.
Tabela 1. Procedimento para dosagem da glicose.
Tubos Reativo de Trabalho Padrão Amostras
Branco 3,0 mL 0,00 0,00 Cuba 1 3,0 mL 0,00 1,0 mL Cuba 2 3,0 mL 0,00 1,0 mL Cuba 3 (A) 3,0 mL 0,00 1,0 mL Cuba 4 (B) 3,0 mL 0,00 1,0 mL Padrão 3,0 mL 25µL 0,00 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Após a análise, pedimos aos alunos que elaborassem uma tabela com todos os valores, como a análise foi feita duas vezes, para cada uma há dois valores. Os resultados de um dos grupos estão apresentados na Tabela 2.
Tabela 2. Resultados da ação enzimática sobre o amido pré-gelatinizado durante a digestão “in vitro” no dissolutor.
Na Tabela 3, mostramos a análise estatística dos resultados com a média, o desvio padrão e o coeficiente de variação.
O coeficiente de variação (CV) dá uma idéia da precisão de um experimento, e quando menor que 10% a indicativo que os dados obtidos são bons [4].
Glicose (mg/dL)
Tempo (min) Cuba 1 Cuba 2 Cuba 3 Cuba 4
0 1,01 2,68 2,68 2,68 1,00 2,66 2,67 2,69 30 1,01 3,69 25,84 11,74 1,00 3,65 25,80 12,75 60 0,67 7,20 37,58 14,35 0,67 7,00 37,50 14,45 90 0,67 11,41 41,61 15,24 0,67 11,39 43,62 15,44 120 0,67 15,44 47,99 18,46 0,67 16,08 46,98 18,12
Tabela 3. Resultados da análise estatística dos valores de glicose obtidos no experimento: média, desvio padrão e coeficiente de variação (CV).
Glicose (mg/dL) Tempo (min) Cuba 1* CV (%) Cuba 2* CV (%) Cuba 3* CV (%) Cuba 4* CV (%) 0 1,005+0,007 0,70 2,67+0,014 0,53 2,68+0,007 0,26 2,68+0,007 0,26 30 1,005+0,007 0,70 3,67+0,028 0,77 25,82+0,028 0,11 12,25+0,714 5,83 60 0,67+0,000 0,00 7,10+0,141 1,99 37,54+0,057 0,15 14,4+0,071 0,49 90 0,67+0,000 0,00 11,40+0,014 0,12 42,61+1,421 3,34 15,34+0,141 0,92 120 0,67+0,000 0,00 15,67+0,453 2,87 47,49+0,714 1,50 18,29+0,240 1,31 *valor médio + desvio
Na Tabela 4, mostramos o comportamento da concentração de glicose ao longo do tempo de reação e as diferenças estatísticas entre os dados obtidos nas coletas, analisados pelo teste de Tukey, ao nível de 5% de probabilidade [5]. Este teste é utilizado quando se deseja comparar todo e qualquer contraste entre duas médias de tratamentos [4], neste caso foi feito com o objetivo de verificar se houve diferença significativa entre os valores médios de glicose durante os tempos usados no processo. Podemos verificar que na Cuba 1, onde a enzima foi submetida ao pH 2,0, a concentração de glicose praticamente se manteve constante. A concentração de glicose encontrada é contaminação da amostra pela degradação espontânea do amido, porque havia glicose nas amostras de amido antes do experimento (dados não mostrados). A diferença observada na Cuba 1 ao longo do experimento é muito pequena quando comparada com o que ocorreu nas outras Cubas, conforme se pode observar no gráfico da Figura 4, indicando que não houve atividade enzimática. Nas Cubas 2, 3 e 4, houve aumento na concentração de glicose em função do tempo de reação, indicando uma ação enzimática efetiva.
Tabela 4. Resultados do teste de Tukey dos valores de glicose obtidos no experimento*.
Glicose (mg/dL)
Tempo (min) Cuba 1* Cuba 2* Cuba 3* Cuba 4*
0 1,005 a 2,67 a 2,68 a 2,68 a
30 1,005 a 3,67 b 25,82 b 12,25 b
60 0,67 b 7,10 c 37,54 c 14,4 c
90 0,67 b 11,40 d 42,61 d 15,34 c
120 0,67 b 15,67 e 47,49 e 18,29 d
*As médias seguidas da mesma letra na vertical, não diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade.
As diferenças de comportamento das curvas das curvas 2, 3 e 4, apresentadas no gráfico da Figura 4 estão relacionadas com a quantidade de enzima amilase pancreática adicionadas, 20 mg de enzima pura na Cuba 2, 218 mg (1 cápsula de A) na Cuba 3 e 40 mg (1 cápsula de B) na Cuba 4. Mesmo levando em consideração que as preparações farmacêuticas A e B não continham só amilases nossos dados indicam que o fármaco A apresentou maior atividade da enzima amilase.
0 20 40 60 80 100 120 1400102030405060
Cuba 1 Cuba 2 Cuba 3 Cuba 4
Glicose (mg. dL-1) Tempo (mi n)
0 20 40 60 80 100 120 1400102030405060
Cuba 1 Cuba 2 Cuba 3 Cuba 4
Glicose (mg. dL-1) Tempo (mi n)
Figura 4. Resultados da ação enzimática sobre o amido gelatinizado (10%) durante a digestão in vitro no dissolutor. Na Cuba 1 e 2 houve adição de amilase pancreática (20 mg/mL) e na Cuba 3 e 4 os digestivos A e B.
Esta aula prática se mostrou adequada para a discussão sobre o processo digestório dos amidos. Foram ainda discutidos coleta de dados, análise estatística e apresentação e interpretação de dados. A comparação do desempenho das duas preparações farmacêuticas permitiu discutir que a eficiência de medicamentos contendo enzimas deve ser baseada na sua atividade enzimática e não na massa do medicamento, O medicamento B, apresenta na bula a quantidade em gramas da enzima e não sua atividade enzimática e essas duas grandezas não se comportam obrigatoriamente da mesma maneira, por isso é recomendável que as bulas descrevam a atividade enzimática de cada enzima que contém.
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No. 01/2006 Public. 15/03/2006 Artigo C
INTEGRAÇÃO METABÓLICA NOS PERÍODOS PÓS-PRANDIAL E
DE JEJUM – UM RESUMO
Sônia Valéria Pinheiro Malheiros1,2 1
Pesquisadora Colaboradora, Departamento de Bioquímica, Instituto de Biologia – UNICAMP
2
Professora Doutora Adjunta Disciplina de Bioquímica, Faculdade de Medicina de Jundiaí - FMJ
*sonia.malheiros@uol.com.br Resumo:
Sabe-se que a presença ou ausência de alimentos influencia drasticamente o metabolismo de carboidratos, lipídios e proteínas. E ainda, que cada tecido têm características metabólicas próprias. Este trabalho revisa o metabolismo dos principais combustíveis celulares nos períodos pós-prandial e de jejum considerando as especificidades metabólicas das seguintes células e tecidos: hemáceas, cérebro, fígado, músculo e tecido adiposo, enfocando a profunda integração metabólica existente nos organismos vivos.
Abstract:
It is well known that the presence or absence of food can drastically influence the metabolism of carbohydrates, lipids and proteins. Furthermore, it is established that each different tissue has a characteristic metabolic profile. This work reviews the metabolism of main fuels of the cell considering the metabolic specificity of the following cell or tissues: red blood cell, brain, liver, muscle and fat, focusing the deep metabolic integration that occurs in living organisms.
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Integração Metabólica nos Períodos Pós-prandial e de Jejum – Um resumo
Logo após uma refeição, a maior parte dos carboidratos, aminoácidos e uma pequena parte dos triglicerídeos advindos da dieta são diretamente levados ao fígado pela veia porta [1,2,3]. A maior parte dos triglicerídeos advindos da dieta, no entanto, percorre um caminho diferente, eles migram pelo sistema linfático, caem na circulação sistêmica podendo ser metabolizados pelo fígado ou captados pelo tecido adiposo [1,2,3]. De um modo geral, a concentração dos nutrientes no sangue é extremamente controlada pelo fígado, que os capta e distribui. O fígado será o órgão central da manutenção da homeostasia de carboidratos [1,2,4], lipídeos [1,2,4] e proteínas [1,2,4,5]. No período de jejum a degradação de glicogênio, a proteólise muscular e lipólise são responsáveis por manter o aporte energético no organismo. É preciso considerar que em cada célula ou tecido exercendo papéis fisiológicos específicos as vias metabólicas tenham características próprias. Este artigo analisa o metabolismo de diferentes células (hemáceas) e tecidos (cérebro, músculos, fígado e tecido adiposo) enfocando as inter-relações teciduais que ocorrem no período pós-prandial e no jejum, e também as características metabólicas próprias de cada tecido.
Hemáceas
As hemáceas, cuja principal função é o transporte de oxigênio, teriam sua função extremamente prejudicada caso, ao transportar o oxigênio por longos trajetos, como o fazem, se consumissem o mesmo. Portanto, o metabolismo da hemácea é predominantemente anaeróbico. Sem o aparato mitocondrial para a oxidação dos demais nutrientes, as hemáceas tornam-se dependentes da via glicolítica anaeróbica. O consumo de glicose nestas células ocorre de modo constante e independente do perfil nutricional. A captação da glicose pelos transportadores GLUT1 da membrana da hemácea independe da presença de insulina [1,3]. Nestas células, a via glicolítica culmina na produção constante de lactato, o qual será captado pelo fígado. O lactato produzido pelas hemáceas é convertido em glicose pela gliconeogênese hepática e é uma das fontes de manutenção da glicemia em jejum [1,3,6].
Cérebro
O cérebro não tem qualquer reserva energética e por isso, independente do estado nutricional é necessário que haja um suprimento de glicose constante para este tecido. Os transportadores de glicose no SNC são do tipo GLUT1 e GLUT3, trabalham independente da presença de insulina, e juntos, garantem uma alta eficiência na captação da glicose neste tecido [3,7]. Além da glicose, os corpos cetônicos podem ser utilizados como substratos energéticos no SNC em situações especiais como veremos a seguir. No entanto, a independência de glicose neste tecido nunca é absoluta. Situações de hipoglicemia causam perturbações no funcionamento do SNC, que vão desde cefaléia, incoordenação de fala e motora, até alterações no eletroencefalograma e coma [2]. Os ácidos graxos não podem atravessar a barreira hemato-encefálica e, portanto, não podem suprir a demanda energética do SNC [3,7].
Em situação fisiológica o consumo de glicose pelo SNC chega a 120 g/dia, só sendo menor que o consumo de glicose pelo músculo esquelético em atividade física [3]. A maior parte da energia utilizada pelo cérebro é usada na bomba Na+-K+ ATPase [3], responsável pela repolarização do potencial de membrana nas células nervosas. O SNC, mesmo durante o sono, mantém um consumo constante de glicose, cerca de 60% do total da glicose consumida pelo restante do organismo [7], e é o grande consumidor deste nutriente.
Fígado
No fígado, o transporte de glicose ocorre por transportadores GLUT2, os quais de modo eficiente, mantêm a concentração de glicose no hepatócito na mesma proporção com que este nutriente existe na circulação sangüínea [1,3]. No entanto, a glicose só poderá ser utilizada pelo tecido hepático após ser fosforilada. A enzima responsável por essa reação, a glicoquinase, possui baixa afinidade pela glicose [1,3,6], assim, o fígado só irá fosforilar e garantir a permanência da glicose dentro das células hepáticas, uma vez que haja concentração suficientemente alta de glicose na circulação. Isso ocorre, porque o fígado pode usar outros substratos energéticos como ácidos graxos ou aminoácidos como fonte energética. Apesar da insulina não influenciar a captação de glicose nas células hepáticas, influencia profundamente a utilização da glicose por estas células. A glicose só será utilizada pelo fígado como nutriente preferencial quando a razão insulina/glucagon for suficientemente alta para ativar a via glicolítica [1,3,6]. O alto aporte de glicose, juntamente com a presença de insulina também estimularão a síntese de glicogênio, e, neste momento, o fígado passa a ser um armazenador de glicose [1,3,6]. Caso contrário, o fígado fará exatamente o oposto, será um exportador de glicose.
No momento de jejum, quando houver predomínio do glucagon sobre a insulina, a glicogenólise será ativada e o fígado passa a exportar a glicose que havia armazenado sob a forma de glicogênio. Como o glicogênio é uma reserva limitada e somente pode suprir a demanda de glicose no organismo por algumas horas, o fígado lança mão de outro recurso, a gliconeogênese [1,3,6].
A gliconeogênese ocorre predominantemente no tecido hepático pelo estímulo do glucagon e é simultânea a glicogenólise hepática [1,3,6]. Enquanto houver glicogênio, a velocidade da gliconeogênese é pequena, no entanto, esta via ocorrerá em velocidade máxima após a exaustão do glicogênio hepático [1,3,6]. Portanto, no jejum prolongado, a glicemia é mantida somente pela gliconeogênese, o que significa um custo metabólico importante, pois esta via está relacionada à perda significativa de massa muscular e de tecido adiposo que acompanham o jejum [1,3,6]. É preciso lembrar que a síntese de glicose que ocorre no fígado durante períodos de jejum prolongados tem como principais precursores aminoácidos, advindos do músculo esquelético, glicerol, advindo da mobilização de triglicerídeos do tecido adiposo e lactato, advindo das hemáceas, e tendo como fonte de energia a intensa beta-oxidação dos ácidos graxos liberados pela mobilização dos triglicerídeos [1,6]. Mesmo com a chegada de alimentos a produção de glicogênio a partir de aminoácidos provenientes da dieta pode continuar ocorrendo no fígado por algum tempo. Isto é chamado de gliconeogêse pós-prandial e ocorre para garantir um adequado armazenamento de glicogênio no fígado [8,9].
O metabolismo lipídico no fígado
No período pós prandial, estimulado pela insulina, os ácidos graxos podem ser sintetizados em alta velocidade pelo fígado a partir de moléculas de acetil-coA [1,3,6]. Os ácidos graxos sintetizados pelo fígado serão exportados através das lipoproteínas transportadoras VLDL até o tecido adiposo, local onde serão armazenados [1,3,7]. Toda vez que o consumo de alimentos exceder a demanda energética teremos o acúmulo de reservas (glicogênio e triglicerídeos) [1,3,6]. No entanto, a capacidade de armazenamento de glicogênio é bastante limitada quando comparada a de triglicerídeos. Veja que a capacidade total do fígado armazenar glicogênio é em torno de 70 g e do músculo esquelético 120 g [3,7], mas o tecido adiposo pode conter dezenas de quilogramas de triglicerídeos. A capacidade de transformar excessos alimentares em lipídeos é praticamente ilimitada e toda vez que houver desequilíbrio neste processo teremos a obesidade.
Em situação de jejum, no entanto, o fígado capta ácidos graxos liberados pela mobilização de triglicerídeos do tecido adiposo, os quais serão utilizados para a síntese de corpos cetônicos [1,3,6]. A cetose é favorecida, pois, o outro caminho possível para a utilização dos ácidos graxos, a beta-oxidação, está inibida no fígado neste momento, já que há um desvio do oxaloacetato para a gliconeogênese, diminuindo a velocidade do ciclo do ácido cítrico [1,3,6].
A produção de corpos cetônicos pelo fígado tem como principal objetivo fornecer um nutriente alternativo à glicose, para os tecidos extra-hepáticos. O SNC, por exemplo, adapta-se paulatinamente a chegada do novo nutriente e após algumas semanas inverte sua preferência nutricional passando de consumidor exclusivo de glicose (120g/dia) a consumidor preferencial de corpos cetônicos (100g/dia), embora seja sempre dependente de glicose, mesmo que em pequena proporção (40mg/dia) [7]. A profunda adaptação do SNC em relação à fonte energética se deve ao fato de que no jejum, a manutenção continuada da gliconeogênese significa importante depleção de proteínas do músculo esquelético, assim, caso a gliconeogênese fosse a única forma de suprimento energético, haveria uma debilidade protéica importante no organismo [3,7]. Por outro lado, a manutenção da cetose implica importante perda de lipídeos do tecido adiposo, uma reserva imensamente maior do que a de proteínas, e, portanto, quantitativamente mais disponível. É mantendo uma gliconeogênese moderada e intensificando a cetose que o organismo pode suportar um jejum prolongado por períodos bastante longos de tempo, de 30 a 60 dias [6,7].
O papel do fígado como fornecedor energético do jejum, seja ele curto ou longo, exportando glicose ou corpos cetônicos para o restante do organismo, é fundamental para manter o funcionamento adequado do SNC e de outras células e conseqüentemente, para a manutenção da vida.
O metabolismo protéico no fígado
No período pós-prandial, quando a concentração de aminoácidos na corrente circulatória é alta, a oxidação completa de amino-ácidos fornece uma quantidade de energia significativa para o tecido hepático. Os aminoácidos podem ser totalmente oxidados pelo fígado, ou ainda, ser convertidos em glicose ou corpos cetônicos [1,5,6]. A produção de glicogênio a partir de aminoácidos provenientes da dieta (gliconeogênese pós-prandial) é particularmente estimulada por dietas ricas em proteínas e pode persisitir por algum tempo mesmo após o término de uma refeição [8,9]. Nos momentos de jejum, o fígado passa a receber aminoácidos do tecido muscular priorizando a gliconeogênese. O fígado participa ativamente do catabolismo protéico, já que o ciclo da uréia é exclusivo do tecido hepático, e é a forma preferencial de excreção de nitrogênio advindo da proteólise [1,5,6].
Por outro lado, o fígado é responsável pela síntese de todas as proteínas plasmáticas, com exceção das imunoglobulinas as quais são sintetizadas pelos linfócitos [2,10]. A manutenção da concentração de proteínas circulantes nos valores adequados 6-8 g/dL exige um intenso trabalho de síntese protéica hepática [2].
Tecido Muscular
No músculo, a utilização de corpos cetônicos e ácidos graxos livres pode substituir a de glicose. No entanto, em situações de intensa atividade física, o metabolismo anaeróbico é favorecido, o que significa, que nesses momentos, o músculo será mantido principalmente pela utilização anaeróbica da glicose [11,12]. Isto justifica, a necessidade do músculo esquelético e cardíaco, manterem uma reserva de glicose, o glicogênio [1,3,6,7]. O glicogênio muscular, diferentemente do hepático, somente alimenta o próprio músculo, pois há ausência da enzima glicose-6-fosfatase nas células musculares, de tal modo que a glicose liberada pelo glicogênio muscular mantenha-se fosforilada e seja incapaz de ser transportada para fora da
célula [1,3,6]. A contribuição do glicogênio armazenado no músculo é fundamental para garantir a eficiência do trabalho muscular, principalmente quando é exigida do organismo uma atividade física intensa num período muito curto de tempo [11], como por exemplo, em exercícios de explosão, corridas de 400 metros ou provas de natação de 100 metros, ou ainda, em exercícios de força (musculação).
A captação de glicose no músculo ocorre pelos transportadores GLUT4, os mesmos que aparecem no tecido adiposo, e é extremamente dependente da ação da insulina [3,13,14]. A insulina aumenta o número de receptores GLUT4 expostos nas membranas celulares musculares e do tecido adiposo, porque estimula a mobilização destes receptores dos locais de armazenamento e sua migração para a membrana plasmática [3,13,14]. Outra ação da insulina no tecido muscular é a inibição da degradação protéica com favorecimento da síntese de proteínas [15,16], de tal modo que dietas adequadas em aminoácidos e carboidratos tornam-se importantes coadjuvantes para a obtenção de hipertrofia muscular induzida pelo exercício físico [16].
No músculo esquelético em alta atividade a velocidade da glicólise é maior do que a do ciclo do ácido cítrico, então, uma grande parte do piruvato será convertido a lactato, o qual é captado pelo fígado, tornando-se substrato para a gliconeogênese [1,3,6,11,17]. Nesta situação fígado e músculo estabelecem uma relação de interdependência, o músculo consome glicose de maneira importante, produzindo lactato, o lactato é levado ao fígado pela corrente circulatória e lá é novamente convertido em glicose [1,3,6,11], este ciclo de reações, é conhecido como ciclo de Cori, conforme ilustrado na Figura 1.
glicose glicose piruvato piruvato lactato lactato glicose glicose lactato lactato circulação circulação sanguínea sanguínea Fígado Músculo Fígado Músculo gliconeogênese
gliconeogênese glicóliseglicólise
Figura 1: Ciclo de Cori.
Parte do piruvato produzido no músculo é convertido em alanina por reação de transaminação, e esta alanina, também irá alimentar a via de gliconeogênese hepática [1,3,6]. Em períodos de trabalho muscular intenso, ou ainda, durante o jejum prolongado, ocorre uma proteólise importante, e liberação do aminoácido alanina que funciona como importante substrato da gliconeogênese nestas situações [1,3,6]. Nos primeiros dias de jejum, a proteólise muscular é intensa, cerca de 75 g/dia, e após 3 ou 4 dias de jejum, passa a ocorrer em menor escala, cerca de 20 g/dia. As proteínas musculares devem ser poupadas após alguns dias de jejum, pois a reserva protéica é limitada, corresponde a 6 Kg de massa muscular, para um indivíduo adulto de 70 Kg, e seria insuficiente para manter a glicemia por períodos maiores que duas semanas [7]. Assim, após um período de 3 ou 4 dias de jejum, o SNC vai substituindo o uso de glicose pelo de corpos cetônicos o que permite uma menor velocidade da proteólise muscular e conseqüentemente da gliconeogênese [7]. Em todo o caso, o músculo é a principal fonte de aminoácidos durante a inanição e será o grande alimentador da gliconeogênese nos períodos prolongados de jejum.
Nos períodos de exercício físico moderado e de longa duração, o principal combustível para o tecido muscular passa a ser os lipídeos, e nesse sentido, os depósitos de triglicerídeos do próprio músculo assumem especial importância [11,12,18]. Em todo o caso, o músculo cardíaco parece dar prioridade aos corpos cetônicos, preferindo-os inclusive à glicose [7].
Como foi discutido acima, o tecido muscular pode utilizar vários substratos energéticos para garantir a eficiência do trabalho muscular. O tipo de substrato energético utilizado pelo músculo é determinado primariamente pela intensidade e duração do exercício, mas pode ser influenciado pelo nível de treinamento, dieta e fatores externos que poderiam modificar a resposta metabólica ao exercício [11,12]. Isto não significa que qualquer que seja o combustível preferencialmente utilizado haja exclusão dos demais, e sim, que há uma combinação de diferentes fontes de energia para um mesmo tecido.
Tecido adiposo
O tecido adiposo distribui-se sob o tecido subcutâneo, porém com tendência de acumular-se na cavidade abdominal e no músculo esquelético, e atinge cerca de 15 % do peso de um indivíduo normal, isto é, cerca de 15 kg para um indivíduo adulto de 70 kg [3,7]. Este grande volume lipídico é sem sombra de dúvida a maior reserva energética do organismo, e é caracterizado pelo acúmulo de grandes quantidades de triglicerídeos (TG) nas células adiposas [1,3,6]. A grande parte dos ácidos graxos que constituirão a moléculas de TG, chegam ao tecido adiposo transportados pelas lipoproteínas plasmáticas [1-3]. A síntese de TG, a partir de moléculas de glicerol-3-fosfato e ácidos graxos ou a hidrólise, da molécula de TG são processos regulados pela disponibilidade de glicose nas células do tecido adiposo [3,7]. A entrada de glicose no tecido adiposo é feita pelos receptores GLUT4 dependentes da ação da insulina [3], e, assim, quando a razão insulina/glucagon for alta, o glicerol-3-fosfato é produzido no tecido adiposo pela redução da di-hidroxiacetona fosfato, intermediária da via glicolítica e novas moléculas de TG podem ser armazenadas [7].
No entanto, quando a razão insulina/glucagon diminui, a disponibilidade de glicose diminui. Com a diminuição da produção de glicerol-3-fosfato, a síntese de TG no tecido adiposo será dificultada. Por outro lado, quando a presença de insulina está diminuída e a de glucagon aumentada, as enzimas lipases que promovem a quebra de TG em ácido graxo e glicerol, serão ativadas, e assim, tanto ácidos graxos como glicerol, serão liberados para a corrente circulatória e serão captados pelo fígado [3,19]. Os hormônios T3 e T4, o hormônio do crescimento (GH) e o cortisol também acionam a via lipolítica por aumento do AMPc, de modo semelhante ao glucagon e às catecolaminas.
De um modo geral podemos afirmar que a oferta de nutrientes garante uma série de condições que culminam na ativação das vias anabólicas, é o momento propício para o armazenamento. No entanto, no período de jejum que se segue a uma refeição as células passam ter um metabolismo predominantemente catabólico. Os principais, reservatórios energéticos, como glicogênio, triglicerídeos e proteínas serão mobilizados para suprir a carência energética do organismo. Vimos também que, em casos de jejum prolongado, uma série de adaptações metabólicas ocorre para garantir o funcionamento do organismo, sendo que a produção e utilização de corpos cetônicos passa ter uma importância ímpar na manutenção da vida.
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No. 01/2006 Public. 15/03/2006 Artigo D
REGULAÇÃO DO METABOLISMO CELULAR – UM RESUMO
Sônia Valéria Pinheiro Malheiros1,2 1
Pesquisadora Colaboradora, Departamento de Bioquímica, Instituto de Biologia – UNICAMP
2
Professora Doutora Adjunta Disciplina de Bioquímica, Faculdade de Medicina de Jundiaí - FMJ
*sonia.malheiros@uol.com.br Resumo:
O objetivo deste artigo é revisar os principais processos envolvidos na regulação do metabolismo intermediário celular. Em relação a regulação enzimática dois aspectos são discutidos com maior ênfase, a regulação alostérica e hormonal. O artigo discute como o estatus energético da célula influencia diretamente a regulação metabólica intra e extracelular, a importância dos mecanismos de fosforilação na regulação enzimática e como vias metabólicas importantes são reguladas de modo recíproco e antagônico.
Abstract:
The aim of this work is to review the main processes involved on the regulation of cell metabolism. Concerning enzymatic regulation two aspects are focused, allosteric and hormonal regulation. This article shows as the energetic profile of the cell straightly influences intra and extracellular metabolic regulation, the importance of phosphorylation mechanisms for enzymatic regulation and how principal metabolic pathways are reciprocally and antagonistically regulated.
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Regulação do Metabolismo Celular
A regulação do metabolismo é fundamental para que um organismo possa responder de modo rápido e eficiente a variações das condições ambientais, alimentares ou ainda a condições adversas como traumas e patologias. A regulação metabólica é feita pela modulação de enzimas regulatórias de processos metabólicos chaves, de tal modo que se possa ativar ou inibir reações químicas específicas para cada situação resultando em respostas biológicas adequadas [1,2]. Para garantir a eficiência necessária, o organismo lança mão de vários tipos de regulação enzimática que podem ocorrer simultaneamente. Existem dois tipos principais de regulação enzimática: uma intracelular, comandada pela presença de moduladores alostéricos enzimáticos positivos ou negativos [1-4], e uma que vem de fora da célula, sistêmica, e que é fundamental para que hajam ações coordenadas entre os diversos órgãos e tecidos. Este último tipo de regulação, a extracelular, é deflagrada por hormônios, e, relacionada à variação do perfil de fosforilação enzimática [1,2,5,6].
Regulação alostérica
Muitas das enzimas celulares são alostéricas, isto é, possuem um sítio de ligação alostérico, um sítio regulatório no qual se ligam compostos químicos chamados de moduladores alostéricos. A ligação dos moduladores no sítio alostérico afeta profundamente a atividade enzimática, a qual pode ser aumentada ou diminuída. Quando a ligação do modulador promove aumento da atividade enzimática ele é chamado de modulador alostérico positivo, e quando a ligação do modulador promover diminuição da atividade enzimática ele é chamado de modulador alostérico negativo [1-3,7].
A presença adequada de nutrientes para a célula resulta na produção de moléculas ricas em energia como a de adenosina trifosfato (ATP) e outras moléculas que serão moduladores alostéricos positivos ou negativos, ativando ou inibindo muitas enzimas regulatórias de vias metabólicas importantes [8-11]. Manter uma relação ATP/ADP alta é um dos parâmetros mais fundamentais para a manutenção da célula viva. Em condições normais a razão ATP/ADP é cerca de 10/1 e toda vez que esta razão é alterada ocorrem profundas alterações no metabolismo celular [9-11]. O ATP é gerado principalmente pelo metabolismo oxidativo de alimentos como carboidratos, lipídeos e proteínas. O intermediário comum dessas oxidações é o acetil-CoA, o qual iniciará o ciclo do ácido cítrico levando ao aumento da produção de citrato e resultando na formação das coenzimas reduzidas NADH e FADH2, as quais alimentarão a cadeia respiratória e propiciarão a produção de ATP via fosforilação oxidativa. Portanto, o incremento das concentrações de acetil-CoA, citrato, NADH ou FADH2 também podem ser considerados como sinalizadores de alta energia celular, já que os mesmos alimentam a principal via de produção de ATP, a fosforilação oxidativa [1,2,12]. Por outro lado, a diminuição ou ausência de nutrientes na célula, resulta na produção de moléculas de baixa energia como o ADP, AMP e NAD++, os quais também são moduladores alostéricos de várias enzimas regulatórias [1,2]. O aumento das concentrações de AMP intracelulares além de regular a atividade de inúmeras enzimas por alosteria irá ativar enzimas quinases dependentes de AMP, resultando em uma enorme cascata de reações celulares [8,9,11]. De tal modo, que o perfil metabólico das células será profundamente modificado em função do nível de energia, o qual, em última instância, depende do aporte nutricional [8,11].
Para ilustrar a importância da regulação alostérica o Quadro 1 mostra como várias enzimas de vias metabólicas importantes podem ser ativadas ou inibidas em função das principais moléculas sinalizadores de presença ou ausência de energia na célula.
QUADRO 1: Principais vias metabólicas moduladas por regulação alostérica, suas enzimas, moduladores alostéricos sinalizadores de presença ou ausência de energia e os efeitos na atividade enzimática por eles induzidos.
Via metabólica Enzima Modulador alostérico Sinalizadores de presença de energia Efeito na atividade enzimática Sinalizadores de baixa energia Efeito na atividade enzimática Glicólise fosfofrutoquinase ATP, citrato a,b,c ADP, AMP a,b,c
piruvato-quinase ATP a
Gliconeogênese frutose-1,6-bifosfatase
Citrato a AMP b,c
piruvato-carboxilase Acetil-CoA b,c ADP a,c
Oxidação do
piruvato -desidrogenasepiruvato NADHAcetil-CoA, 2, ATPa,b,c
NAD+, ADP a,c
Ciclo do ácido
cítrico citrato-sintase citrato, acil-CoANADH2, ATP, a,b,c
ADP a
isocitrato-desidrogenase NADH2, ATP
a,b ADP a,b
α -cetoglutarato-desidro-genase ATP, GTP, NADH2 a,b Síntese de ácidos graxos acetil-CoA-carboxilase citrato a,b Síntese de
glicogênio glicogênio-sintase glicose-6-fosfatoa,b,c
Degradação de
glicogênio glicogênio-fosforilase glicose, glicose-6-fosfato, ATP a,b,c AMP, Ca++ (músculo) c a) [23]; b) [1]; c) [21] Regulação neuro-endócrina
A regulação externa à célula, integrada e simultânea a vários tecidos é dada pela regulação neuro-endócrina [1,2,12]. Os hormônios são importantes moduladores da atividade enzimática, pois sua ação na célula pode resultar na ativação de proteínas quinases ou de fosfoproteínas fosfatases, as quais atuam sobre as enzimas, de tal modo, que estas ganhem ou percam um grupamento fosfato, intimamente relacionado à modulação da atividade enzimática, mecanismo também conhecido por regulação covalente.
Enzimas sofrem regulação covalente por fosforilação de um ou mais de um resíduo de serina, treonina ou tirosina através da ação de enzimas quinases [2,5,6,12]. Esta fosforilação pode ser revertida pela ação de enzimas fosfoproteínas fosfatases [2,12,13]. A presença do grupo fosfato modifica a atividade catalítica de várias enzimas importantes do metabolismo celular, ativando-as ou inibindo-as. A Figura 1 ilustra o mecanismo geral de regulação enzimática covalente.
FIGURA 1: Regulação Enzimática Covalente
É importante considerar que muitos hormônios têm natureza hidrofílica e por isso, são incapazes de atravessar a membrana plasmática. Estes hormônios só conseguem atuar nas células através de ligação a um receptor de membrana, normalmente uma proteína transmembranar, que possui um sítio específico para ligação do hormônio [12]. A ligação hormônio-receptor promove alterações no ambiente intracelular que resultarão na síntese ou ativação de uma molécula intracelular, chamada de segundo mensageiro, a qual passa a ser a responsável pela ação do hormônio dentro da célula [2,12,14].
Alguns hormônios tais como o glucagon e a adrenalina têm como segundo mensageiro a molécula de nucleotídeo de adenina na forma cíclica, o AMP cíclico ou AMPc [12]. A principal característica do AMPc é funcionar como um ativador de proteínas quinases, bem como um inibidor das fosfoproteínas fosfatases [15,16]. Conseqüentemente, em presença destes hormônios, várias enzimas são moduladas pelo processo de fosforilação. O Quadro 2 mostra que várias enzimas importantes são fosforiladas em presença do glucagon e a via metabólica que estará ativada ou inibida em função desta regulação covalente. Sabe-se que a insulina antagoniza os efeitos do glucagon e adrenalina porque por mecanismos distintos dependentes ou não do AMPc, sua presença leva a ativação das fosfoproteínas fosfatases, o que culmina na desfosforilação das enzimas regulatórias das células em que atua [1,17]. O Quadro 3 mostra as enzimas que são moduladas pela desfosforilação induzida por insulina o que resulta na ativação ou inativação das mesmas.
QUADRO 2: Principais vias metabólicas moduladas por regulação covalente (fosforilação enzimática) induzida por glucagon
Via metabólica
Ação do Glucagon
Enzima fosforilada Efeito na Atividade
Síntese de glicogênio glicogênio-sintase a,b
Degradação do glicogênio glicogênio-fosforilase a,b
fosforilase-quinase a
Glicólise fosfofrutoquinase a,b
piruvato-quinase a
Gliconeogênese frutose-2,6-bifosfatase a,b
Síntese de acetil-CoA piruvato-desidrogenase a,b
Síntese de lipídeos acetil-CoA-carboxilase a
Mobilização de triglicerídeos lipase a
a) [1]; b) [21]
