BLOCO IV
Integração do Metabolismo
Wagner Seixas da Silva
Professor Adjunto do Instituto de Bioquímica Médica
Bloco E- Sala 038
Calendário do Bloco IV
22/06 - Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 1 a 12)
23/06 - Módulo 1 - Constructore – Livre
28/06 - 8:30h Mini-Teste Módulo 1 (1,0 Ponto)
10:30h Módulo 1 - Constructore - Livre
29/06 - 8:30h Apresentações do Módulo 1 - (2,5 Pontos)
10:30h Regulação da Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 13 e 14)
30/06 - Via das pentoses - Roteiro de discussão 2
Insulina - Roteiro de discussão 3
05/07 - 8:30h Insulina (continuação)
10:00h Mini-Teste Regulação da Gliconeogênese (1,0 Ponto)
10:30h Estudo dirigido - Diabetes e Inflamação – (2,0 Pontos)
06/07 - 8:30h Mini-Teste Insulina e Diabetes (1,0 Ponto)
10:30h Módulo 2 - Constructore - Livre
07/07 - 8:30 h Apresentações do Módulo 2 - (2,5 Pontos)
10:30h Glicocorticóides - Roteiro de discussão 4
12/07 - Outros Hormônios (Leptina, grelina, neuropeptídeo Y, triiodotironina)
13/07 - Prova
Cálculo da Média do Bloco IV
Total de pontos das apresentações/Mini-teste/Estudo Dirigido (TPAC): 10,0 Pontos
Nota da Prova (NP): Máximo de 10,0 Pontos
Média do bloco IV = (NP X 2) + (TPAC)
3
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
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? Lembre-se de que algumas reações podem ser reversíveis dependendo
das condições celulares. Haveria necessidade de vias alternativas? Justifique sua
resposta.
Piruvato
NADH
NAD+
Lactato
Glicose (Glicogênio)
Hexokinase
ΔG = -8 Kcal/mol
Phosphohexose
Isomerase
ΔG = -0,6 Kcal/mol
Phosphofruto
kinase
ΔG = -5,3 Kcal/mol
Aldolase
ΔG = -0,3 Kcal/mol
Triosephosphate
Isomerase
ΔG = + 0,6 Kcal/mol
Glyceraldehyde
3-phosphate
dehydrogenase
ΔG = -0,4 Kcal/mol
Phosphoglycerate
Kinase
ΔG = + 0,3 Kcal/mol
Phosphoglycerate
Mutase
ΔG = + 0,2 Kcal/mol
Enolase
ΔG = -0,8 Kcal/mol
Pyruvate Kinase
ΔG = - 4,0 Kcal/mol
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
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.
Glicose
TAG
Glicerol
+
Àc. Graxos
GLICOSE
Piruvato
Lactato
Glicogênio
Proteínas
aas
Glicose
TAG
Glicerol
+
Àc. Graxos
Piruvato
Lactato
Glicerol
Glicerol-3P
Glicose
DHAP
??
NAD+
G3P
Lactato
NAD+
LDH
NADH
NADH
1,3 BPG
Piruvato
Acetil-CoA
PEP
PEPCK
PC
Oxaloacetato
NADH
NAD+
PEPCK
PEP
MDH
Malato
Piruvato
Citrato
Oxaloacetato
aas
Isocitrato
Malato
Fumarato
α-Cetoglutarato
Succinil-CoA
CO2
CO2
Proteínas
aas
Lactato
LDH?
Piruvato
LDH (4 subunidades)
H Heart
M Muscle
H4
M4
H2M2
H1M3
H3M1
Glicerol
Glicerol-3P
Glicose
DHAP
??
NAD+
G3P
Lactato
NAD+
LDH
NADH
NADH
Piruvato
1,3 BPG
Piruvato
PEP
Acetil-CoA
PEPCK
PC
Oxaloacetato
NADH
NAD+
PEPCK
PEP
Citrato
Oxaloacetato
aas
Isocitrato
MDH
Malato
Malato
Fumarato
α-Cetoglutarato
Succinil-CoA
CO2
CO2
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.
Glicose
Acetil CoA
??
G3P
NAD+
NADH
1,3 BPG
PEP
PEPCK
Acetil-CoA
Oxaloacetato
NADH
NAD+
MDH
Malato
Citrato (6C)
Oxaloacetato (4C)
Isocitrato (6C)
Malato (4C)
CO2
Fumarato (4C)
α-Cetoglutarato (5C)
Succinil-CoA
(4C)
CO2
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.
Acetoacetato
2C
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 o seu grupo já deve ter analisado o envolvimento do oxaloacetato e dos
diversos intermediários do ciclo de Krebs na síntese de glicose pela via glicogênica. 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?
Hexokinase
ΔG = -8 Kcal/mol
Phosphohexose
Isomerase
ΔG = -0,6 Kcal/mol
Phosphofruto
kinase
ΔG = -5,3 Kcal/mol
Aldolase
ΔG = -0,3 Kcal/mol
Triosephosphate
Isomerase
ΔG = + 0,6 Kcal/mol
Glyceraldehyde
3-phosphate
dehydrogenase
ΔG = -0,4 Kcal/mol
Phosphoglycerate
Kinase
ΔG = + 0,3 Kcal/mol
Phosphoglycerate
Mutase
ΔG = + 0,2 Kcal/mol
Enolase
ΔG = -0,8 Kcal/mol
Pyruvate Kinase
ΔG = - 4,0 Kcal/mol
10) Discuta o significado da regulação alostérica da piruvato carboxilase, da piruvato
desidrogenase, da citrato sintase, da acetil-Coa carboxilase e da carnitina aciltransferase 1:
a) Quando a gliconeogênese estiver inibida e com a esterificação de triacilgliceróis
predominando amplamente sobre a lipólise.
b) Quando a gliconeogênese estiver estimulada assim como a lipólise.
Discuta o que ocorreria com a síntese de ATP na mitocôndria nos dois casos acima.
TAGS
Glicose
Ác. Graxos
Síntese de
Ác. Graxos
Glicólise
Malonil CoA
+
PEP
Acetil CoA
Piruvato
Oxaloacetato
Citrato
Piruvato
-
PC
+
PDH
Acetil-CoA
CPT
Citrato (6C)
Oxaloacetato (4C)
Malato
Acetil CoA
Carboxilase
-Oxidação
-
Malato (4C)
-
NADH
TAGS
Glicose
Ác. Graxos
Lactato,
Glicerol,
Ác. Graxos,
AAs
Glicólise
PEP
Malonil CoA
-
Acetil CoA
Piruvato
Oxaloacetato
Acetil CoA
Carboxilase
Citrato
Piruvato
+
PC
-
+
PDH
Acetil-CoA
CPT
Citrato (6C)
Oxaloacetato (4C)
Malato
Malato (4C)
-Oxidação
11) Em 1980, Van Schaftingen e colaboradores descobriram uma substância capaz de
modificar a atividade da fosfofrutoquinase isolada de fígado, como mostra a figura
abaixo:
Essa substância é formada no fígado podendo atingir 20 µM em ratos bem alimentados e
destruída após tratamento com glucagon. Observou-se que esta mesma substância era
capaz de inibir a frutose 1,6 bisfosfatase com um Ki = 0.5 µM, que uma concentração
próxima daquela necessária para a metade da ativação máxima da fosfofrutoquinase.
Analise estes dados e procure integrá-los a um esquema metabólico mais geral.
12) Estes mesmos autores descobriram em 1981 uma enzima capaz de sintetizar frutose
- 2,6 BP a partir de frutose-6P as custas de ATP a semelhanca do que ocorria com a
fosfofrutoquinase anteriormente conhecida. Para evitar confusão foram denominadas
de fosfofrutoquinase-1 (PFK-1), a clássica, e fosfofrutoquinase-2 (PFK-2) a que sintetiza
frutose 2,6-bisfosfato.
Além disso, o mesmo grupo de trabalho em 1982 purificou de fígado de rato,
uma enzima capaz de transformar frutose 2,6-bisfosfato em frutose-6P. Observaram
ainda que uma fosforilação desta enzima pela proteína quinase AMPc dependente (PKA)
provocava um grande aumento em sua atividade. A PFK-2 também é substrato para PKA,
sendo o resultado da fosforilação um acentuado decréscimo de sua atividade. Por
muitos anos tentou-se isolar as duas enzimas, mas finalmente se descobriu que se
tratava de uma única cadeia polipeptídica capaz de catalisar uma ou outra reação
dependendo do seu estado de fosforilação. Com estes novos dados, procure analisar o
quadro metabólico quando a gliconeogênese encontra-se ativada ou inibida levando em
consideração todas as informações fornecidas.
PFK 1
F6P + ATP
F1,6BP + ADP
PFK 2
F6P + ATP
F2,6BP + ADP
F2,6BPase
F2,6P
F6P + Pi
13) A adrenalina age no músculo e no fígado através de sua ligação a receptores adrenérgicos o que resulta na ativação da proteína quinase A (PKA). Nos dois tecidos a
PKA catalisa a fosforilação da PFK-2. Entretanto os efeitos sobre a glicólise em cada um
dos tecidos são opostos: no fígado esta via é inibida enquanto no músculo esta via é
ativada. Tente sugerir uma explicação para estes achados.
14) Complete agora seu esquema metabólico, sabendo que a atividade da enzima
piruvato quinase (PK) é modificada pela presença de frutose 1,6 bisfosfato e pela
fosforilação promovida pela PKA.
Atribua a estes modificadores uma função (ativação ou inibição) sobre esta
enzima tal qual o permita construir um quadro metabólico coerente quando somado as
informações anteriormente fornecidas.
Fígado
Fígado
Músculo
 FBPase-2
 PFK-2
Igual ao Fígado
Acetil-CoA
Citrato
Oxaloacetato
Isocitrato
Malato
Fumarato
α-Cetoglutarato
Succinil-CoA
CO2
CO2
Acetil-CoA
Citrato (6C)
Oxaloacetato (4C)
Isocitrato (6C)
Malato (4C)
CO2
Fumarato (4C)
α-Cetoglutarato (5C)
Succinil-CoA
(4C)
CO2
Glicose
??
G3P
NAD+
NAD+
Lactato
LDH
NADH
NADH
1,3 BPG
Piruvato
PEP
Piruvato
PC
PEPCK
PEPCK
Oxaloacetato
NADH
NAD+
Oxaloacetato
PEP
MDH
Malato
Acetil-CoA
NAD+
MDH
Malato
NADH
Citrato
Oxaloacetato
Isocitra
Glicerol
Glicerol-3P
Glicose
DHAP
??
NAD+
G3P
Lactato
NAD+
LDH
NADH
NADH
1,3 BPG
Piruvato
Acetil-CoA
PEP
PEPCK
PC
Oxaloacetato
NADH
NAD+
Malato
Citrato
PEPCK
PEP
MDH
Piruvato
Oxaloacetato
aas
Isocitrato
Malato
Fumarato
α-Cetoglutarato
Succinil-CoA
CO2
CO2
Glicerol
Glicerol-3P
Glicose
DHAP
??
NAD+
G3P
Lactato
NAD+
LDH
NADH
NADH
1,3 BPG
Piruvato
Acetil-CoA
PEP
PEPCK
PC
Oxaloacetato
NADH
NAD+
Malato
Citrato
PEPCK
PEP
MDH
Piruvato
Oxaloacetato
aas
Isocitrato
Malato
Fumarato
α-Cetoglutarato
Succinil-CoA
CO2
CO2