Na segunda metade do século XVIII, o médico inglês T. Cawley descobriu a existência da relação entre o pâncreas e a diabetes, mas só em 1921, na Universidade de Toronto, é que foi isolada a substância pancreática, chamada insulina, pelos cientistas canadianos Sir Frederick Banting e Charles Best.
A insulina é uma pequena proteína (com 51 aminoácidos) constituída por duas cadeias de ácidos aminados unidos por ligações dissulfídicas. Os efeitos da
insulina são óbvios depois de uma refeição. Embora o efeito mais evidente seja o de baixar os níveis de açúcar no sangue, tem uma influência significativa no metabolismo das gorduras e das proteínas. A insulina baixa o teor de glicose no sangue aumentando o transporte, através das membranas, de glicose e outros açúcares simples para as células musculares, células adiposas e glóbulos brancos. Não acelera a entrada de glicose nos tecidos do fígado, rins e cérebro pois todos eles têm fácil acesso
aos baixos níveis de glicose do sangue. A insulina também inibe a transformação do glicogénio em glicose e a conversão dos aminoácidos e ácidos gordos em glicose.
Desta maneira opõe-se a uma atividade metabólica que aumentaria a concentração de glicose no sangue.
Caneta de insulina para diabéticos
Depois da glicose entrar nas células, a insulina desencadeia
atividades enzimáticas que catalizam a oxidação da glicose para produzir trifosfato de adenosina (ATP), sintetizam glicogénio a partir da glicose e convertem a glicose em gordura, particularmente no tecido adiposo. Como regra, forma-se primeiro glicogénio e se existe excesso de glicose formam-se depósitos de gordura. A insulina também induz, se aminoácidos estão presentes, a síntese de proteínas no
tecido muscular. A insulina também é essencial para um crescimento normal e em processos de recuperação.
As células pancreáticas são estimuladas para produzir insulina principalmente pela elevada concentração de açúcar no sangue, mas uma elevada concentração de aminoácidos e gordura no sangue também estimula a produção de insulina. Quando a atividade das células conduz ao consumo de glicose e de outros
nutrientes, a concentração destas substâncias no plasma diminui e a secreção de insulina cessa. A produção de insulina também é estimulada por hormonas como a tiroxina, epinefrina, glucagon, etc. A somatostatina inibe a libertação da insulina. Os níveis de açúcar no sangue refletem um equilíbrio entre as influências humorais e hormonais. A insulina e indiretamente a somatostanina são os fatores hipoglicémicos que controlam e contrabalançam as muitas hormonas hiperglicémicas.
A diabetes
mellitus é a doença provocada pela hipossecreção ou hipoatividade da insulina. Quando a atividade da insulina é deficiente ou está ausente, os níveis de açúcar no sangue tornam-se muito elevados depois de uma refeição em virtude da glicose não ser retirada para as células dos tecidos. Muitos diabéticos necessitam de injetar insulina para que a glicose sanguínea possa entrar nas células. Foram muitas as tentativas de produção de insulina para utilização humana e chegou a utilizar-se insulina
bovina e suína. Graças ao desenvolvimento da engenharia genética, consegue produzir-se industrialmente insulina humana com recurso a um organismo geneticamente modificado, a levedura Saccharomy cerevisiae.
Síntese e Degradação do Glicogênio
Os principais sítios de armazenamento de glicogênio são o músculo e o fígado. Nestes tecidos o glicogênio é armazenado na forma de grânulos, aonde estão presentes também as enzimas responsáveis pela sua metabolização. A fisiologia do músculo esquelético é diferente daquela do fígado, pois somente estoca glicogênio para satisfazer suas necessidades próprias, enquanto que o glicogênio armazenado pelo fígado é utilizado principalmente para manutenção dos níveis de glicose sanguíneos. A síntese e a degradação do glicogênio estão diretamente relacionadas à ação de duas enzimas, a glicogênio sintetase (síntese) e a glicogênio fosforilase (degradação), as quais estão sob a regulação dos hormônios insulina e glucagon.
Ação da insulina e do glucagon na ativação e inativação das enzimas glicogênio sintetase e glicogênio fosforilase. Clique aqui para ampliar.
Síntese
Após uma refeição rica em carboidratos e com a elevação da concentração da glicose sanguínea ocorre a liberação de insulina pelo pâncreas. No fígado e músculo, a insulina tem um efeito imediato, que é caracterizado pela ativação da enzima glicogênio sintetase, a qual converte o excesso de glicose livre em uma cadeia de glicose denominada glicogênio.
A glicose circulante entra nas células hepáticas e musculares através do transportador de alta capacidade do tipo GLUT, sendo que a concentração elevada de glicose intracelular provoca a dissociação da hexoquinase da sua proteína nuclear reguladora. Uma vez ativa, a hexoquinase fosforila a glicose, formando glicose 6-fosfato, o que estimula a glicólise (nas células musculares) e fornece o material para a síntese do glicogênio. Essa síntese pode chegar até 10% do peso total do fígado. O glicogênio hepático serve como reservatório de glicose para os tecidos, quando a glicose da alimentação não está disponível (particularmente para o sistema nervoso central).
Degradação
Quando os níveis de glicose sanguínea diminuem, ocorre um aumento na secreção do hormônio glucagon, que tem a função principal de sinalizar a liberação de glicose para a circulação, proveniente da degradação do glicogênio hepático. O glucagon liga-se ao seu receptor de membrana nos hepatócitos e acarreta na ativação de uma enzima denominada PKA (Proteína Quinase A). Video
Glucagon
Essa enzima, por sua vez, inativará por fosforilação a enzima glicogênio sintetase, bloqueando a síntese de glicogênio. A PKA também inativa a PFK-1 (fosfofruto quinase) reduzindo desta forma a glicólise. Nessa condição, o fígado produz glicose 6-fosfato pela quebra do glicogênio e por gliconeogênese, e cessa o emprego da glicose tanto para alimentar a via glicolítica como para a síntese do glicogênio, maximizando desta forma a quantidade de glicose que ele pode lançar na corrente sanguínea.
Etapas da degradação do glicogênio (A) e destinos da glicose 6-fosfato gerada no músculo e no fígado (B).
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A quebra do glicogênio requer uma reação de desramificação para fosforolisar as ligações glicosídicas dos resíduos de glicose, nos pontos ramificados da estrutura de glicogênio. A primeira reação é catalisada pela enzima glicogênio-fosforilase, a qual cliva as ligações (alfa 1-4) do glicogênio. Neste instante, moléculas de glicose 1-fosfato são liberadas. A enzima fosfoglicomutase pode converter a glicose 1-fosfato em glicose 6-fosfato (reação reversível). Assim, a glicose 6-fosfato pode ser disposta para a glicólise no músculo (Video glicólise), ou para elevar a glicemia pelo fígado.
REFERÊNCIAS
CAMPBELL, Mary K. Bioquímica, 3 ed. Porto Alegre: Artmed, 2000.
NELSON, David L;Cox, Michael M.; Lehninger-Princípios de Bioquímica, 4 ed. São Paulo: Savier, 2006.
ROBERGS, Roberto A; ROBERTS, Scott O. Princípios Fundamentais de Fisiologia do Exercício para Aptidão, Desempenho e Saúde. 1 ed. São Paulo: Phorte, 2002.