Visão geral do metabolismo

O que está acontecendo no seu corpo nesse exato momento? Sua primeira resposta poderia ser que você está com fome ou que seus músculos estão doloridos de uma corrida ou que você está cansado. Mas, vamos aprofundar um pouco mais, além da camada da sua consciência e analisando o que está acontecendo nas suas células.

Se você pudesse olhar dentro de qualquer célula de seu corpo, descobriria que está em intensa atividade, mais semelhante com um mercado de rua do que com um ambiente calmo. Esteja acordado ou dormindo, correndo ou assistindo TV, a energia está sendo constantemente transformada dentro das suas células, mudando conforme as reações químicas vão acontecendo para manter seu corpo vivo e funcionando.

As células estão constantemente realizando milhares de reações químicas necessárias para manter as células, e seu corpo como um todo, vivos e saudáveis. Essas reações químicas estão geralmente conectadas em cadeias ou vias. Todas as reações químicas que ocorrem dentro de uma célula são coletivamente chamadas de metabolismo da célula.

Para ter uma ideia da complexidade do metabolismo vamos olhar o diagrama metabólico abaixo. Para mim, essa bagunça de linhas parece um mapa de um sistema de metrô muito grande ou uma complexa placa de circuito. Na verdade, é o diagrama das principais vias metabólicas de uma célula eucariótica, como as que formam o corpo humano. Cada linha é uma reação e cada círculo é um reagente ou produto

Na rede metabólica da célula, algumas das reações químicas liberam energia e podem acontecem espontaneamente (sem inserção de energia). No entanto, outras precisam de energia adicional para serem realizadas. Assim como você continuamente deve comer alimentos para substituir o que seu corpo usa, as células precisam de um fluxo contínuo de energia para alimentar suas reações químicas que requerem energia. Na verdade, o alimento que você come é a fonte de energia utilizada por suas células!

Para tornar a ideia de metabolismo mais concreta , vamos olhar dois processos metabólicos que são essenciais para a vida na Terra: os que produzem açúcares e os que quebram os açúcares.

Como um exemplo de uma via de liberação de energia, vamos ver como uma de suas células pode quebrar uma molécula de açúcar (como de um doce que você comeu de sobremesa).

Muitas células, incluindo a maioria das células no seu corpo, obtêm energia da glicose (${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍) em um processo chamado de respiração celular. Durante esse processo, uma molécula de glicose é quebrada gradualmente, em vários passos. Contudo, o processo possui uma reação geral:

${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍ + $6{\text{O}}_2$‍ $\to$‍ $6{\text{CO}}_2$‍ + $6{\text{H}}_2\text{O}$‍ + $\text{energia}$‍

A quebra da glicose libera energia, a qual é capturada pela célula na forma de adenosina trifosfato, ou ATP. O ATP é uma pequena molécula que permite que as células armazenem energia de uma maneira conveniente e breve.

Uma vez produzido, o ATP pode ser usado por outras reações na célula como fonte de energia. Assim como os seres humanos usam o dinheiro por ser mais fácil do que fazer escambo cada vez que precisamos de algo, as células usam o ATP como uma maneira padronizada para transferência de energia. Devido a isso, o ATP é por vezes descrito como a "moeda energética" da célula.

Como exemplo de uma via metabólica que requer energia, vamos inverter o último exemplo e ver como a molécula de açúcar é construída.

Açúcares como a glicose são produzidos por plantas em um processo chamado fotossíntese. Na fotossíntese, as plantas usam a energia da luz solar para transformar o gás dióxido de carbono em moléculas de açúcar. A fotossíntese ocorre em várias pequenas etapas, mas sua reação geral é a reação da respiração celular invertida:

$6{\text{CO}}_2$‍ + $6{\text{H}}_2\text{O}$‍ + $\text{energia}$‍ $\to$‍ ${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍ + $6{\text{O}}_2$‍

Como nós, as plantas precisam de energia para efetuar seus processos celulares, então alguns dos açúcares são utilizados pela própria planta. Eles também podem ser fonte de alimento para animais que comem a planta, como o esquilo abaixo. Em ambos os casos, a glicose será quebrada através da respiração celular, gerando ATP para manter o funcionamento das células.

Os processos de produzir e quebrar moléculas de glicose são ambos exemplos de vias metabólicas. Uma via metabólica é uma série de reações químicas conectadas que alimentam uma a outra. A via começa com uma ou mais moléculas e, através de uma séria de intermediários, converte-as em produtos.

As vias metabólicas podem ser divididas em duas amplas categorias, com base em seus efeitos. Fotossíntese, que produz açúcares a partir de moléculas menores, é uma via de "construção" ou anabólica. Em contraste, a respiração celular quebra o açúcar em moléculas menores e é uma via de "quebra" ou catabólica.

Vias anabólicas constroem moléculas complexas a partir de moléculas mais simples e tipicamente precisam de energia. Produzir glicose a partir de dióxido de carbono é um exemplo. Outros exemplos incluem a síntese de proteínas a partir de aminoácidos ou de cadeias de DNA a partir de ácido nucleico (nucleotídeos). Esses processos biossintéticos são críticos para a vida da célula e ocorrem constantemente, usando energia carregada pelo ATP e outras moléculas de armazenamento de energia de curto prazo.

Vias catabólicas envolvem a quebra de moléculas complexas em moléculas mais simples e tipicamente liberam energia. A energia armazenada nas ligações dessas moléculas complexas, como glicose e gorduras, é liberada nas vias catabólicas. Essa energia é, então, armazenada em formas que podem impulsionar o trabalho das células (como através da síntese de ATP).

Uma nota final, mas importante: as reações químicas em vias metabólicas não ocorrem automaticamente, sem um guia. Na verdade, cada reação em uma via é facilitada ou catalizada por uma proteína, chamada de enzima. Você pode aprender mais sobre enzimas e como elas controlam as reações bioquímicas no tópico enzimas.