Glicólise. Metabolismo da glicose C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O ΔG’ o = -2.870 kJ/mol ...
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Glicólise
Metabolismo da glicose
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O
ΔG’o = -2.870 kJ/mol
Glicólise
• primeira via do catabolismo da glicose;
• via central que ocorre em todo as as células;
• ocorre no citoplasma das células;
glicóliseglicólise
Glicose + NAD+ + 2 ADP + 2 Pi
2 Piruvato + NADH + H+ + 2 ATP + 2 H2O
Glicólise pode ocorrer em duas vias:
• Anaerobiose – O produto final é Piruvato que posteriormente é fermentado em Acido Láctico ou Etanol.
• Aerobiose – O produto final é o piruvato que depois, por processos posteriores à glicólise, é oxidado em CO2 e H2O.
Fase Preparatória
• utilização de 2 moléculas de ATP.
• formação de gliceeraldeído-3-fosfato e diidroxiacetona fosfato.
Fase de Pagamento
• oxidação do gliceraldeído-3-fosfato.
• formação de 4 moléculas de ATP.
• formação de 2 moléculas de NADH.
• formação de piruvato.
Glicose Glicose -6-Fosfato
• A glicose é uma molécula quimicamente inerte, assim para se iniciar a sua degradação é necessário que seja ativada;
• Depois de entrar na célula a glicose é fosforilada pela hexocinase produzindo glicose-6-fosfato pela transferência do fosfato do ATP;
• A glicose-6-fosfato não é transportado através da membrana Plasmática;
• Reação irreversível;
hexoquinase
Mg2+
ADPATP
ΔGo = -16,7 kJ/mol
Glicose -6- Fosfato Frutose -6- Fosfato
fosfoexone isomeraseΔGo = -1,7 kJ/mol
Frutose -6-fosfafto Frutose-1,6-Bifosfato
fosfofrutoquinase 1Mg2+
ADPATP
ΔGo = -14,2 kJ/mol
• A frutose-6-fosfato é fosforilada a frutose-1,6-bifosfato pela fosfofrutoquinase;
•Enzima reguladora da glicólise;
Mg2+
Frutose-1,6-bifosfato Gliceraldeído-3-fosfato Diidroxiacetona fosfato
aldolase
ΔGo = 23,8 kJ/mol
• A frutose-1,6-bifosfato é dividida pela aldolase em duas trioses fosfatadas ficando cada uma com um fosfato.
• Apenas o gliceraldeído-3-fosfato pode ser degradado pelos passos subsequentes.
Diidroxiacetona fosfato Gliceraldeído-3-fosfato
Triose fosfato isomerase ΔGo = 7,5 kJ/mol
• Diidroxiacetona fosfato é rapidamente convertido em gliceraldeído-3-fosfato.
+
Gliceraldeído-3-fosfato Pi 1,3-Bifosfoglicerato
+NAD+
NADH + H+
gliceraldeído-3-fosfoato desidrogenase
• O Gliceraldeído-3-fosfato é convertido num composto intermédio.
• Grupo Aldeído (-CHO) é oxidado em Grupo Carboxílico (-COOH).
• O grupo fosfato deriva de um fosfato inorgânico.
ΔGo = 6,3 kJ/mol
1,3-Bifosfoglicerato ADP 3-Fosfoglicerato ATP
++
Mg2+
fosfoglicerato quinase
ΔGo = -18,5 kJ/mol
3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato
Mg2+
fosfoglicerato mutase
ΔGo = 4,4 kJ/mol
2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato
H2O
ΔGo = 7,5 kJ/molenolase
Fosfoenolpiruvato Piruvato ADP ATP
Mg2+, K+
piruvato quinase
ΔGo = -31,4 kJ/mol
• Reação exergônica irreversível;
• Transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP;
Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?
Destinos do piruvato
Fermentação alcoólica Fermentação láctica
Louis Pasteur
1861: crescimento de leveduras, por grama de glicose, maior na presença do que na ausência de ar. Glicose consumida mais lentamente na presença de ar do que na ausência.
• Teoria vitalista (“força vital”)
Eduard Buchner
1907 – Prêmio NobelDerruba a Teoria vitalista – a fermentação ocorre sem vida organizada – Zimases.
Harden e Young
1909: isolamento do primeiro intermediário da via glicolítica.
1929: Arthur Harden - Prêmio NobelDescoberta de um procedimento para acelerar a fermentação: adição de Pi ao meio.
Otto Meyerhoff (1922): Prêmio Nobel – Descoberta da correlação entre o consumo de oxigênio e o metabolismo do ácido lático nos músculos de coelho.
Ativador: obtido por autólise de levedura. O ativador perde a atividade se aquecido por 1 minuto a 50 ºC e conserva-se bem em gelo.
Células tumorais: Otto Warburg – 1920
Células tumorais malignas convertem glicose equivalente a 30% do peso seco em lactato/h.(Músculo esquelético humano = 6% do peso seco em lactato/h)
22
Álcool desidrogenase
(ADH)
Acetaldeído desidrogenase
(ALDH)
Metabolismo do Etanol no fígado
Hipoglicemia
gliconeogênese
Sensibilidade diferencial ao álcool
Consumo de álcool segundo diferentes padrões levou a uma evolução divergente.
Existem várias enzimas ADH no homem: dímeros (5 genes). ADH são essenciais pois quebram e metabolizam as moléculas de álcool (tóxico) que é absorvida para o sangue.
População do Sudeste Asiático: maior intolerância ao álcool – acúmulo de acetaldeído – rubor alcoólico (“Asian flush”)
Alcoolismo (tolerância ao álcool)-Populações européias:alelos ADH2 e ADH3 menos ativas metabolizam lentamente o etanolIntolerância ao álcool:- Sudeste asiático: ~ 50 % pop. possui o alelo mutante ALDH2*2 (8% da atividade do gene wt)
Glicose + ATP Glicose 6-fosfato + ADP + H+HK
inibidor
Isoformas I, II e III: cinética michaeliana com Km < 0,1 mM, ou seja, funcionam sempre em Vmáx. [glicose] plasm = 5 a 8 mM
Hexoquinase
• Hexoquinase (músculo): I, II, e III
• Glicoquinase ou Hexoquinase IV – presente no fígado: menor afinidade pela glicose.• Ligada a uma proteína reguladora forma um complexo inativo.
Hexoquinase IV é regulada pelo nível de glicose no sangue:regulação por seqüestro no núcleo celular
Após refeição
Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa.
Durante jejumVindo da gliconeogênese
hepatócito
HEXOQUINASE IV
• Glicoquinase (Hexoquinase IV) não é inibida por glicose 6-fosfato e tem maior Km pela glicose.
• É importante no fígado para garantir que glicose não seja desperdiçada quando estiver abundante, sendo encaminhada para síntese de glicogênio e ácidos graxos.
• Além disso, quando a glicose está escassa, garante que tecidos como cérebro e músculo tenham prioridade no uso
Fosfofrutoquinase-1
• Frutose-1,6-bifosfato a partir desse ponto, o açúcar está comprometido com a via glicolítica;
• Reação altamente exergônica e irreversível, ΔG0’ = - 14,2 kJ/mol;
• Além do sítio catalítico, esta enzima possui diversos sítios onde inibidores e ativadores alostéricos se ligam;
• Em 1980, foi observado que frutose-2,6-bisfosfato ativava a
fosfofrutoquinase aumentando sua afinidade pelo substrato frutose-6-fosfato.
• Frutose 2,6-bisfosfato é um ativador alostérico que desloca o equilíbrio
conformocional da enzima para sua forma ativa.
• É produzido pela FOSFOFRUTOQUINASE 2 (PFK 2).
Frutose-2,6-bifosfato
Regulação alostérica: enzima bifuncional 6-fosfofruto-2-quinase/frutose 2,6-bifosfatase
PFK2Ativa PFK1
+ glicólise
• Regulação por controle covalente: substrato para proteína quinase A (PKA)
Piruvato quinase
ADP
+
ATP
• Regulação por controle covalente
• Último passo da via glicolítica. Fluxo de saída.• Produz ATP e Piruvato.• Também é um tetrâmero apresentando diferentes isoformas em
diferentes tecidos.• Isoforma L (fígado) e isoforma M (músculo).• Muitas propriedades em comum:
- Frutose 1,6-bisfosfato: ativa- ATP: inibe alostericamente- Alanina: produzida a partir de piruvato, inibe a PIK.
• No entanto, as isoformas L (fígado) e M (músculo) diferem na regulação por modificação covalente: fosforilação.
• A isoforma L é inativada ao ser fosforilada quando o nível de glicose no sangue cai (estímulo disparado pelo glucagon)
Exercícios
• A transformação da glicose em lactato nos músculos libera apenas 7% da energia livre obtida quando a glicose é completamente oxidada em CO2 e H2O. Isso significa que a glicólise anaeróbica no músculo é um desperdício de glicose? Explique.
• A concentração de glicose no sangue é mantida ao redor de 5 mM. O que acontece com a glicose assim que penetra nas células? Em certas situações médicas a glicose é administrada intravenosamente para nutrir pacientes. Como a transformação da glicose em glicose-6-fosfato consome ATP, por que não administrar diretamente a glicose-6-fosfato na veia dessas pessoas?
• O efeito do ATP na enzima alostérica PFK-1 é mostrada a seguir. Para uma dada concentração de frutose-6-fosfato, a atividade de PFK-1 cresce com concentrações aumentadas de ATP, mas é atingido um ponto acima do qual aumentos na concentração de ATP provocam a inibição da enzima.
a) Explique por que o ATP pode ser tanto um substrato quanto um inibidor da PFK-1. Como esta enzima é regulada pelo ATP?
b) Como a concentração de ATP regula a glicólise?
c) A diminuição da PFK-1 por ATP é diminuída quando a concentração de ADP é alta. Explique por que.
• Um paciente apresenta vômitos e diarréia pouco depois de ingerir leite. Um teste de tolerância à lactose é efetuado da seguinte forma: o paciente ingere uma certa quantidade de lactose e, a seguir, tem suas concentrações sanguíneas de glicose e galactose medidas em intervalos de tempo. Nos indivíduos normais, sem intolerância à lactose, esses níveis aumentam até um máximo em, mais ou menos, uma hora e depois declinam. Explique as causas desse fato. Os níveis de glicose e galactose do paciente não aumentam durante o teste. Explique a causa disso.
Regulação da via glicolítica
Gliconeogênese: via antagônica à glicólise
Síntese de glicose a partir de compostos que não são carboidratos: aminoácidos, lactato e glicerol.
Alguns tecidos dependem quase completamente de glicose para energia metabólica depleção de glicose gliconeogênese
Conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato
Alanina e Glutamina
Conversão de frutose-1,6-fosfato a frutose-6-fosfato
Conversão de glicose-6-fosfato a glicose
Vesículas com glicose do retículo unem-se com a membrana plasmática ocorrendo, assim a liberação da glicose para a corrente sanguínea.
Frutose-1,6-bisfosfato + H2O frutose 6-fosfato + Pi
Glicose-6-fosfato + H2O glicose + Pi
O músculo e o cérebro não contêm as enzimas (1) glicose-6-fosfatase e o músculo liso e cardíaco não contêm (2) frutose-1,6-bifosfatase. Por isso estes órgãos têm prioridade na captação de glicose.
(1)
(2)
Regulação recíproca da gliconeogênese e da glicose
Frutose-2,6- bifosfato
Necessidade de glicose
Tecidos dependentes de glicose
• cérebro
• hemácias
Requerimento de glicose diário no adulto
160 gramas (glicemia normal 75 a 99 mg/dl)
• 120 gramas – cérebro
• 40 gramas – outros tecidos
Controle da Glicemia por Regulação Endócrina
• Necessidade de uma reserva energética de fácil mobilização
Insulina X
Glucagon
Estoca glicose na forma de glicogênio e secreta quando necessário.
Homeostase da glicose
Insulina
• Hormônio polipeptídico (cadeia A; cadeia B)
• União por duas pontes dissulfeto
Controle da liberação de insulina
• Queda de glicose plasmática
• Alimentação rica em proteína
receptor de insulina
Tipo de reserva
Tecido Quantidade (g)
Glicogênio fígado 70 Glicogênio músculo 120 Glicose (mM) fluidos corporais 20 Lipídeos tecido adiposo 15000 Proteína músculo 6000
Hormônio ou substrato (U)
Muito bem alimentado
Pós-absorção
(12h)
Jejum 3 dias
Jejum 5 semanas
Insulina (U/ ml) 40 15 8 6 Glucagon (pg/ml) 80 100 150 120 razão insulina:glucagon 0.50 0.15 0.05 0.05 Glicose (mM) 6.4 4.8 3.8 3.6 Ácidos graxos (mM) 0.14 0.6 1.2 1.4 Acetoacetato (mM) 0.04 0.05 0.4 1.3 Hidroxibutirato (mM) 0.03 0.10 1.4 6.0 Lactato (mM) 2.5 0.70 0.70 0.6 Piruvato (mM) 0.25 0.06 0.04 0.03 Alanina (mM) 0.8 0.03 0.3 0.1 ATP (mM) 343 290 380 537
Fonte: Ruderman et al., 1976. Os dados foram obtidos de indivíduos normais, exceto para dados de 5 semanas em jejum que foram obtidos de pacientes obesos submetidos a jejum terapêutico. O cálculo de equivalentes de ATP foi calculado para oxidação completa de substratos a CO2 e H2O.
TRANSPORTADOR
Km para glicose (mM)
Distribuição Caracter ísticas
GLUT 1
1-2 ampla, com alta
concentração no cérebro, eritrócitos e endotélio
transportador constitutivo de glicose
GLUT 2
15- 20 rins, intestino delgado, fígado e pâncreas e células
transportador de baixa afinidade, funciona
como sensor de glicose
GLUT 3
10 neurônios, placenta
transportador de alta afinidade
GLUT 4
5 músculos esquelético e cardíaco, tecido adiposo
transportador dependente de insulina
GLUT 5
6- 11 intestino delgado, esperma, rim, cérebro, adipócitos e
músculo
transportador de frutose, afinidade muito
baixa para glicose
Efeito metabólico da insulina
• Armazena glicose em glicogênio
• Inibe a gliconeogênese e a glicogenólise
• Aumenta a expressão de transportadores GLUT-4
Regulação da internalização da glicose por sequestro de transportadores
GLUT-4 permanece sequestrado em
vesículas no citoplasma até que a Insulina sinalize para
sua exposição.
Diabetes Mellitus: comum no Brasil (prevalência 7,6 % da população brasileira entre 30 e 69 anos)
Apresentam hiperglicemia
Tipo I: insulino-dependente ou juvenil. É uma doença auto-imune que provoca a destruição de células das ilhotas do pâncreas.
Tipo II: não insulino-dependente (resistente a insulina, e por secreção deficiente de insulina). 80% estão acima do peso adequado Síndrome Metabólica
No diabetes o organismo comporta-se como no jejum prolongado.
Um dos métodos de monitoramento da hiperglicemia é o exame que mede a Hemoglobina glicosilada (HbA1c): em diabetes essa taxa pode ser até 3 X maior.
Regulação da síntese do glicogênio
A glicogênio sintase mantém-se inativa por meio de fosforilação de serinas: Glicogênio sintase quinase 3 (GSK3)
glicose 6-P liga-se a um sítio alostérico na glicogênio sintase aumentando o acesso da fosfoproteína fosfatase
A regulação da insulina a nível transcricional
Efeitos metabólicos do glucagon
Metabolismo do carboidrato
Aumento imediato da glicemia
• degradação do glicogênio hepático
• estímulo para gliconeogênese
Epinefrina
Secretado em momentos de stress, prepara o organismo para grandes esforços físicos, estimula o coração e eleva a tensão arterial.
Aumenta a glicemia muscular.
Ciclo de Cori
Cooperação metabólica entre o fígado e o músculo durante um exercício vigoroso (escassez de oxigênio – condição anaeróbica).
1) Isquemia (Infarto do miocárdio):
Isquemia: falta de suprimento sangüíneo para um tecido orgânico necrose do tecido por isquemia