ENEM Bioquímica: A Termogenina permite a geração de calor no tecido adiposo marrom

A produção de energia e a regulação térmica são processos necessários ao funcionamento das células e, consequentemente, para a sobrevivência dos organismos. A termogenina tem um papel estratégico na conexão entre esses processos. Presente nas mitocôndrias do tecido adiposo marrom, essa proteína permite o retorno dos prótons à matriz mitocondrial sem geração de ATP, liberando calor em vez de energia química. Por integrar conceitos de bioquímica, metabolismo energético e respiração celular, esse mecanismo está diretamente associado aos fundamentos cobrados no ENEM, especialmente em temas que relacionam estrutura, função e adaptação fisiológica.

Os ursos, por não apresentarem uma hibernação verdadeira, acordam por causa da presença de termogenina, uma proteína mitocondrial que impede a chegada dos prótons até a ATP sintetase, gerando calor.

Esse calor é importante para aquecer o organismo, permitindo seu despertar.

SADAVA, D. et al. Vida: a ciência da biologia. Porto Alegre: Artmed, 2009 (adaptado).

Em qual etapa do metabolismo energético celular a termogenina interfere?

A) Glicólise.

B) Fermentação lática.

C) Ciclo do ácido cítrico.

D) Oxidação do piruvato.

E) Fosforilação oxidativa.

O tecido adiposo, uma das variedades de tecido conjuntivo, é formado por células denominadas adipócitos, cuja função básica é o armazenamento de energia, sob a forma de gordura. Esse tecido também contribui para o isolamento térmico e proteção contra choques mecânicos.

Dependendo da estrutura do adipócito, o tecido adiposo pode ser unilocular ou multilocular. Essas variedades têm estrutura, fisiologia e distribuições distintas.

 Os adipócitos do tecido unilocular contêm apenas uma única área de armazenamento de gordura (uma gotícula de gordura) e exibem coloração branca ou amarelada, dependendo da dieta.

Por sua vez, o tecido adiposo multilocular é constituído por adipócitos que contêm grande número de gotículas lipídicas e numerosas mitocôndrias em seu citoplasma. Devido à presença de mitocôndrias, a coloração do tecido adiposo multilocular apresenta-se com coloração marrom ou parda.

O tecido adiposo encontrado em adultos é predominantemente do tipo unilocular. Presente, por exemplo, nas camadas subcutâneas em todo o corpo, constituindo a hipoderme.  A distribuição do tecido adiposo unilocular é influenciada por sexo e idade. No sexo masculino, a gordura é armazenada no pescoço, nos ombros, nos quadris e nas nádegas. À medida que os homens envelhecem, a parede abdominal torna-se uma área de armazenamento adicional. Nas mulheres, a gordura é armazenada nos seios, nádegas, quadris e nas laterais das coxas.

O tecido adiposo unilocular é responsável por regular o equilíbrio de ácidos graxos do corpo. Quando há ingestão calórica superior às necessidades energéticas do organismo, os adipócitos uniloculares acumulam os ácidos graxos sob a forma de gordura (triglicerídeos). Quando a ingestão de calorias é escassa, essas células liberam ácidos graxos para que sejam usados na produção de energia.

O tecido adiposo marrom é formado por adipócitos multiloculares, que se caracterizam por exibir grande número de mitocôndrias. Essas organelas são as principais responsáveis pela coloração dessa variedade de tecido adiposo. Mitocôndrias são ricas em citocromos, proteínas envolvidas na produção de energia, cuja coloração é avermelhada devido à presença de ferro em sua estrutura.

O tecido adiposo multilocular é encontrado em recém nascidos, enquanto em adultos sua ocorrência é reduzida.

O tecido adiposo multilocular tem função termogênica, ou seja, é responsável por gerar calor para o organismo. Isso é possível, porque as mitocôndrias presentes nos adipócitos multiloculares possuem uma enzima denominada termogenina, também conhecida como UCP-1.

A termogenina possibilita a geração de calor por desacoplar o fluxo prótons H⁺ do mecanismo de fosforilação oxidativa (geração de ATP a partir de ADP + P) que ocorre nas cristas mitocondriais.

Normalmente, os elétrons provenientes da oxidação das moléculas fornecedoras de energia (glicose e ácidos graxos) fluem por uma cadeia de transportadores localizados na membrana interna das cristas mitocondriais.

Esse fluxo resulta no acúmulo de prótons H⁺ no interior das cristas. Devido a isso, surge uma diferença de concentração entre a matriz (com menor quantidade de H⁺) e as cristas mitocondriais (com maior quantidade de H⁺).

Tal diferença nas concentrações de prótons representa energia potencial que será direcionada para síntese de ATP. Para que isso aconteça, os íons H⁺ devem ser transportados para a matriz pela enzima ATP sintase (ou sintetase). Dessa forma, enquanto os prótons se deslocam para a matriz mitocondrial através da ATP sintase, a energia é direcionada para a fosforilação do ADP gerando ATP.

Nos adipócitos multiloculares do tecido adiposo marrom, ocorre algo diferente devido à presença da enzima termogenina nas mitocôndrias dessas células. Essa enzima, assim como a ATP sintase, também permite o fluxo de prótons do interior das cristas para matriz mitocondrial. Entretanto, quando os íons H⁺ fluem pela termogenina, a energia não é usada para síntese de ATP, sendo dissipada sob a forma de calor, utilizado para o aquecimento do corpo.

Essa enzima, então, interfere diretamente do processo de fosforilação oxidativa, desacoplando a atividade da ATP sintase da cadeia transportadora de elétrons. Devido à isso, a energia que antes seria armazenada nas moléculas de ATP, é dissipada sob a forma de calor.

A termogenina é uma proteína encontrada nas mitocôndrias dos adipócitos multiloculares que constituem tecido adiposo multilocular (tecido adiposo marrom). Enquanto o tecido adiposo unilocular (tecido adiposo amarelo) têm o papel de armazenar energia sob a forma de gordura, a função primordial do multilocular é a termogênese, ou seja, a geração de calor a partir do metabolismo. Esse processo é possível devido a atividade da enzima termogenina.

Essa proteína permite que os prótons H⁺, acumulados no interior das cristas mitocondriais como resultado da cadeia transportadora de elétrons, sejam transportados para a matriz da mitocôndria sem a participação de outra enzima, a ATP sintase (ou sintetase).

Quando o fluxo de H⁺ se dá pela ATP sintase, a energia resultante é direcionada para a síntese de ATP a partir de ADP + P. Entretanto, com a passagem dos prótons pela termogenina a energia não é armazenada no ATP, mas dissipada sob a forma de calor, cuja função é aquecer o corpo.

Portanto, a atividade de geração de calor por meio da enzima termogenina, influencia o processo de metabolismo energético na etapa de fosforilação oxidativa, por desacoplar a atividade da ATP sintase da cadeia transportadora de elétrons.

Há substâncias que podem afetar o fluxo de prótons H⁺ pela ATP sintase. Um exemplo é o 2,4-dinitrofenol, abordado nessa questão do ENEM de 2019.