BLOCO IV
Integração do Metabolismo
Andrea T. Da Poian
Professora Associada do Instituto de Bioquímica Médica
sala E-18
Calendário do Bloco IV
22/11 - Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 1 a 12)
23/11 - Módulo 1 - Constructore – Livre
24/11 - 8:30h Mini-Teste (1,0 Ponto)
10:30h Módulo 1 - Constructore – Livre
29/11 - 8:30h Apresentações do Módulo 1 - (1,5 Pontos)
10:30h Regulação da Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 13 e 14)
30/11 – Mini-Teste Regulação da Gliconeogênese (1,5 Ponto)
Via das pentoses - Roteiro de discussão 2
01/12 - 8:30h Insulina - Roteiro de discussão 3
Insulina
10:30h Estudo dirigido - Diabetes e Inflamação – (2,0 Pontos)
06/12- 8:30h Mini-Teste Insulina e Diabetes (1,5 Ponto)
10:30h Módulo 2 - Constructore - Livre
07/12 - 8:30 h Apresentações do Módulo 2 - (1,0 Ponto)
08/12 – Glicocorticóides - Roteiro de discussão 4
Estudo Dirigido (1,5 ponto)
Gliconeogênese
Síntese
nova
glicose
Roteiro 1
1) Com base no dados da tabela abaixo, construa um gráfico que relacione o tempo em
jejum (em dias, no eixo x) com as concentrações plasmáticas de glicose (em mM, no eixo
y) (tabela 1). Agora, construa um novo gráfico com os valores de concentração plasmática
de glicose após administração deste nutriente (teste de tolerância à glicose) em um
indivíduo normal ou com diabetes.
Tabela 1: Concentração de glicose no paciente
Dias em jejum
Glicose*
-0,3
4,95
0
4,79
3
3,63
10
3,70
17
3,76
24
3,76
31
3,78
Tabela 2: Concentração de glicose nos pacientes
Níveis Séricos de Glicose (mg/dL)
Valores após a injeção intraperitoneal de 25 g
0a
10
20
30
40
50
60
Paciente 1
65.9
199.8
163.7
139
120
105.4
92.7
Paciente 2
168.8
340
330
328
320
317
310
minutos
aO
tempo zero representa a glicemia após 12 horas de jejum.
35
3,70
Perfil da Glicemia durante o Jejum
5.25
GLICOSE (mM)
4.50
3.75
3.00
2.25
1.50
0.75
0.00
0
5
10
15
20
25
Dias de jejum
30
35
40
Teste de Tolerância a Glicose
Nível Sérico de Glicose (mg/dL)
400
350
300
250
Paciente 1
Paciente 2
200
150
100
50
0
0
10
20 30 40
Minutos
50
60
Teste de Tolerância a Glicose
Nível Sérico de Glicose (mg/dL)
400
350
300
250
Paciente 1
Paciente 2
200
150
100
50
0
0
10
20 30 40
Minutos
50
60
Em humanos...
NUTRIENTE
QUANTIDADE
(g)
Triacilglicerídeos
(tecido adiposo)
Glicogênio
(fígado)
Glicogênio
(músculo)
Glicose
(sangue e outros líquidos corporais)
Proteína corporal
(músculo, principalmente)
9.000
principal reserva
90
250
20
8.000
Por que precisamos sintetizar glicose?
Células dependentes de glicose como nutriente
glicose
CÉLULAS ANAERÓBICAS
ADP
ATP
lactato
glicose
ADP
ATP
CO2
hemácias
células do cristalino
algumas células da retina
células da medula renal
CÉLULAS COM
ISOLAMENTO SELETIVO
DA CIRCULAÇÃO
SISTÊMICA
células do cérebro (BHE)
células embrionários (BP)
2) Em torno de 1930, Carl Ferdinand Cori e Gerty Thereza Cori demonstraram que é
possível sintetizar glicose (e glicogênio) a partir de lactato. Quais poderiam ser as etapas
envolvidas nesta via? Alguma via já estudada por você poderia estar envolvida? Lembrese de que algumas reações podem ser reversíveis dependendo das condições celulares.
Haveria necessidade de vias alternativas? Justifique sua resposta.
Histórico...
Claude Bernard: o fígado é capaz de fornecer glicose à circulação
Glicogênio hepático
glicose
Glicogênio muscular
lactato
Lactato pode ser convertido em glicogênio no fígado?
Gerty Theresa Cori
Carl Ferdinand Cori
(Laureados com Prêmio Nobel em 1947)
Journal of Biological Chemistry,
1929
Lactato desidrogenase (LDH)
•reação reversível em condições fisiológicas
•enzima tetramérica
•dois tipos de subunidades: M (músculo esquelético), H (coração)
M4 (músculo esquelético)
M3H1
M2H2
M1H3
H4 (coração)
diferentes valores de Km
para os substratos lactato e
piruvato
glicose
hexocinase
Go´ = -8.0 kcal/mol
ATP
ADP
glicose-6-fosfato
fosfo-hexose isomerase
Go´ = -0.6 kcal/mol
frutose-6-fosfato
fosfofrutoocinase
Go´ = -5.3 kcal/mol
ATP
ADP
frutose-1,6-bisfosfato
aldolase
Go´ = -0.3 kcal/mol
triose-fosfato isomerase
Go´ = +0.6 kcal/mol
gliceraldeído-3-fosfato
NAD+
Pi
NADH
gliceraldeído3P isomerase
Go´ = -0.4 kcal/mol
1,3-bisfosfogliceratoato
ADP
fosfogliceratocinase
Go´ = +0.3 kcal/mol
ATP
3-fosfogliceratoato
fosfoglicerato mutase
Go´ = +0.2 kcal/mol
Go´
2-fosfogliceratoato
enolase
= -0.8 kcal/mol
fosfoenolpiruvato
piruvatocinase
o
G ´ = -4.0 kcal/mol
ADP
ATP
piruvato
glicose
Perfil energético das reações da GLICÓLISE
Etapas 1, 3 e 10 são
contornadas na via
de Gliconeogênese
1 kJ = 0,24 kcal
piruvato
3) Fracionando-se o tecido hepático e incubando-se separadamente as frações
subcelulares isoladas (mitocôndria, retículo endoplasmático, membrana plasmática,
citoplasma e núcleo, etc) na presença (14C) lactato, não se verificou incorporação
significativa de 14C em glicose em nenhuma das frações isoladas. Que hipótese isto lhe
sugere e que experiência você propõe para comprová-la?
Gliconeogênese
Mitocôndria, Retículo, Citosol
Reações para conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato (PEP)
(para reversão da reação da piruvato cinase)
4) A Gliconeogênese foi definida como síntese líquida de glicose a partir de precursores
de origem não glicídica. Baseado nos conhecimentos por você adquiridos, quais
precursores poderiam ser indicados? Que reações e quais intermediários vocês
esperariam que estivessem envolvidos? Justifique.
NAD+
G3P
piruvato
NADH
G3PDH
1,3BPG
PEP
piruvato
PEPCK
oxaloacetato
NADH
MDH
PEP
PEPCK
PIRUVATO
CARBOXILASE
oxaloacetato
MDH
NADH
NAD+
malato
NAD+
malato
G3P
lactato
NAD+
NAD+
NADH
G3PDH
piruvato
NADH
1,3BPG
PEP
piruvato
PEPCK
oxaloacetato
NADH
MDH
PEP
PEPCK
PIRUVATO
CARBOXILASE
oxaloacetato
MDH
NADH
NAD+
malato
NAD+
malato
NAD+
G3P
piruvato
NADH
G3PDH
1,3BPG
PEP
piruvato
PEPCK
oxaloacetato
NADH
MDH
PEP
PIRUVATO
CARBOXILASE
PEPCK
oxaloacetato
MDH
aas
NADH
NAD+
malato
NAD+
malato
α-cetoglutarato
fumarato
succinato
succinil-CoA
F1,6BP
glicerol-P
DHAP
NAD+
G3P
piruvato
NADH
G3PDH
1,3BPG
PEP
piruvato
PEPCK
oxaloacetato
NADH
MDH
PEP
PEPCK
PIRUVATO
CARBOXILASE
oxaloacetato
MDH
NADH
NAD+
malato
NAD+
malato
F1,6BP
lactato
glicerol-P
DHAP
ácido graxo de
cadeia ímpar
G3P
piruvato
G3PDH
acil-CoA de
cadeia ímpar
1,3BPG
PEP
piruvato
acetil-CoA
PEPCK
oxaloacetato
MDH
malato
PEP
PEPCK
PIRUVATO
CARBOXILASE
oxaloacetato
aas
propionil-CoA
MDH
malato
α-cetoglutarato
fumarato
succinato
succinil-CoA
5) O consumo de álcool, especialmente por um indivíduo mal alimentado, pode
causar hipoglicemia. O álcool ingerido é convertido a acetaldeído no citoplasma
do hepatócito, em reação catalisada pela enzima álcool desidrogenase:
CH3-CH2-OH + NAD+
CH3-COH + NADH.H+
Utilizando seus conhecimentos sobre a gliconeogênese, tente justificar a
hipoglicemia causada pela ingestão de álcool.
6) Foi verificado na década de 20 que animais alimentados com dieta hipercalórica,
exclusivamente composta por lipídeos, apresentavam uma baixa glicemia e eram
incapazes de repor suas reservas de glicogênio hepático. Isso aconteceu apesar de
apresentarem uma alta concentração de ácidos graxos livres e de corpos cetônicos
circulantes no plasma. Tente justificar por que estes metabólitos não poderiam ser
usados para síntese de glicose e para reposição de glicogênio hepático.
7) Em 1930, Weil-Marlherbe e colaboradores observaram, provocando um certo
escândalo no meio científico, que a adição de acetoacetato (precursor de Acetil-CoA)
provocava um aumento na formação de glicose em fatias de rim de rato quando
incubadas na presença de lactato. Quais são as maneiras possíveis de uma substância
estimular uma reação? Agora discuta a sua resposta com base nos resultados
encontrados por Weil-Marlherbe.
8) Mais tarde, 1951, Merton Utter descobriu a seguinte reação:
Piruvato + CO2 + ATP
Oxaloacetato + ADP + Pi
E verificou que ela é catalisada por uma enzima dependente de biotina e ativada
alostericamente por Acetil-CoA. Como você explicaria agora os resultados de WeilMalherbe?
9) Até agora você já deve ter analisado o envolvimento do oxaloacetato e dos diversos
intermediários do ciclo de Krebs na síntese de glicose pela via gliconeogênica. Por
outro lado, a partir de (3H) PEP é possível obter (3H) glicose com os mesmos
intermediários da via glicolítica que você já conhece e através da localização citosólica.
Quais seriam os eventos que você procuraria descobrir para estabelecer um elo entre
esse conjunto de fatos e desta forma apresentar e discutir as diferentes etapas da
gliconeogênese?
glicose
hexocinase
Go´ = -8.0 kcal/mol
ATP
ADP
glicose-6-fosfato
fosfo-hexose isomerase
Go´ = -0.6 kcal/mol
frutose-6-fosfato
fosfofrutoocinase
Go´ = -5.3 kcal/mol
ATP
ADP
frutose-1,6-bisfosfato
aldolase
Go´ = -0.3 kcal/mol
triose-fosfato isomerase
Go´ = +0.6 kcal/mol
gliceraldeído-3-fosfato
NAD+
Pi
NADH
gliceraldeído3P isomerase
Go´ = -0.4 kcal/mol
1,3-bisfosfogliceratoato
ADP
fosfogliceratocinase
Go´ = +0.3 kcal/mol
ATP
3-fosfogliceratoato
fosfoglicerato mutase
Go´ = +0.2 kcal/mol
Go´
2-fosfogliceratoato
enolase
= -0.8 kcal/mol
fosfoenolpiruvato
piruvatocinase
o
G ´ = -4.0 kcal/mol
ADP
ATP
piruvato
Reação para conversão de frutose-1,6-bisfosfato a frutose-6-P
(para reversão da reação da fosfofrutocinase)
Pi
frutose-1,6-bisfosfatase
frutose-1,6-bisfosfato
frutose-6-P
Reação para conversão de glicose-6-P a glicose
(para reversão da reação da hexocinase)
Pi
glicose-6-fosfatase
glicose-6-P
glicose
expressa somente no fígado e no cortex renal
F1,6BP
F6P
glicerol-P
glicose
G6P
F1,6BPase
G6Pase
lactato
DHAP
G3P
piruvato
G3PDH
1,3BPG
PEP
piruvato
PEPCK
oxaloacetato
MDH
malato
PEP
PIRUVATO
CARBOXILASE
PEPCK
oxaloacetato
aas
MDH
malato
α-cetoglutarato
fumarato
succinato
succinil-CoA
lactato
glicerol
aminoácidos
Requerimento diário de glicose: 120 g
F1,6BP
F6P
glicerol-P
glicose
G6P
F1,6BPase
40 g
20 g
60 g
G6Pase
lactato
DHAP
G3P
piruvato
G3PDH
1,3BPG
PEP
piruvato
PEPCK
oxaloacetato
MDH
malato
PEP
PIRUVATO
CARBOXILASE
PEPCK
oxaloacetato
aas
MDH
malato
α-cetoglutarato
fumarato
succinato
succinil-CoA
De onde vêm os precursores para a síntese de glicose?
NEURÔNIO
HEMÁCIA
CO2
glicose
glicose
lactato
TAG
glicerol
glicerol
+
lactato
ácidos graxos
glicose
ADIPÓCITO
F1,6BP
F6P
glicerol-P
glicose
G6P
F1,6BPase
G6Pase
lactato
ácido graxo
DHAP
ácido graxo
G3P
piruvato
G3PDH
acil-CoA
1,3BPG
proteínas
PEP
piruvato
acetil-CoA
PEPCK
oxaloacetato
MDH
malato
PEP
aas
PIRUVATO
CARBOXILASE
PEPCK
oxaloacetato
aminoácidos
aas
propionil-CoA
MDH
malato
α-cetoglutarato
fumarato
succinato
HEPATÓCITO
succinil-CoA
CÉLULA MUSCULAR