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;
Glicose + NAD+ + 2 ADP + 2 Pi
2 Piruvato + NADH + H+
+ 2 ATP + 2 H2O
glicólise
 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
ADP
ATP
Mg2+
hexoquinase
ΔGo = -16,7 kJ/mol
• 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;
Glicose -6- Fosfato
Frutose -6- Fosfato
Mg2+
fosfoexone isomerase
ΔGo = -1,7 kJ/mol
Frutose -6-fosfafto
Frutose-1,6-Bifosfato
ADP
ATP
Mg2+
fosfofrutoquinase 1
• A frutose-6-fosfato é fosforilada a frutose-1,6-bifosfato
pela fosfofrutoquinase;
•Enzima reguladora da glicólise;
ΔGo = -14,2 kJ/mol
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
subsequentes.
Diidroxiacetona fosfato
pode
ser
degradado
pelos
passos
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
ΔGo = 6,3 kJ/mol
• 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.
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
enolase
ΔGo = 7,5 kJ/mol
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 Nobel
Derruba 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 Nobel
Descoberta 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
 Metabolismo do Etanol no fígado
Álcool
desidrogenase
(ADH)
Acetaldeído
desidrogenase
(ALDH)
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 etanol
Intolerância ao álcool:
- Sudeste asiático: ~ 50 % pop. possui o
alelo mutante ALDH2*2 (8% da atividade do
gene wt)
 Hexoquinase
Glicose + ATP HK Glicose 6-fosfato + ADP + H+
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 (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
hepatócito
Após refeição
Durante jejum
Vindo da gliconeogênese
Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa.
 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;
 Frutose-2,6-bifosfato
• 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).
 Regulação alostérica: enzima bifuncional 6-fosfofruto-2-quinase/frutose
2,6-bifosfatase
PFK2
Ativa 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.
 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)
Glicose-6-fosfato + H2O  glicose + Pi
(2)
Frutose-1,6-bisfosfato + H2O  frutose 6-fosfato + Pi
 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
T ip o de r eser va
receptor de
insulina
Glicogênio
Glicogênio
Glicose ( m M)
Lipídeos
Pr ot eín a
Hor m ôn io ou su bst r at o
( U)
I nsulina (mU/ m l)
Glu cagon ( pg/ m l)
r azão in su lin a:glucagon
Glicose ( m M)
Ácidos gr axos ( m M)
Acet oacet at o ( m M)
bHidr oxibut ir at o ( m M)
Lact at o ( m M)
Pir uvat o ( m M)
Alan ina ( m M)
AT P ( m M)
T ecido
Qu an t idade ( g)
f ígado
m úsculo
f lu idos cor por ais
t ecido adip oso
m úsculo
70
1 20
20
1 50 00
60 00
Muit o bem
alim en t ado
Pósabsor ção
( 1 2h )
Jeju m
3 dias
Jeju m
5 sem an as
40
80
0.50
6 .4
0.14
0.04
0.03
2 .5
0.25
0 .8
3 43
15
1 00
0.15
4 .8
0 .6
0.05
0.10
0.70
0.06
0.03
2 90
8
1 50
0.05
3 .8
1 .2
0 .4
1 .4
0.70
0.04
0 .3
3 80
6
1 20
0.05
3 .6
1 .4
1 .3
6 .0
0 .6
0.03
0 .1
5 37
Fo nt e: Ru der m an et al ., 1 9 7 6 .
Os dad os fo r am o bt id os d e i n divídu os no r m ais, ex cet o par a dados d e 5 sem an as em j eju m
qu e f or am ob t i dos de pacien t es o besos su bm et i dos a jej u m t er ap êut i co. O cálcu l o de
equ ivalen t es d e AT P f o i calcu l ado p ar a oxid ação co m pl et a de subst r at o s a CO 2 e H2 O.
 Efeito metabólico da insulina
• Armazena glicose em glicogênio
• Inibe a gliconeogênese e a glicogenólise
• Aumenta a expressão de transportadores GLUT-4
TRANSPORTADOR
Km par a glicose
( mM )
Dist r ibuição
Car act er íst icas
GLUT 1
1 -2
am pla, com alt a
con cent r ação no cér ebr o,
er it r óci t os e en dot élio
t r an sp or t ador
con st it u t ivo de glicose
GLUT 2
15 - 20
r in s, int est in o delgado,
f ígado e pân cr eas e cél ulas b
t r an sp or t ador de baixa
af inidade, f u ncion a
com o sensor de glicose
GLUT 3
10
n eu r ônios, placen t a
t r an spor t ador de alt a
afin idade
GLUT 4
5
m úsculos esquelét ico e
car díaco, t ecido adip oso
t r an sp or t ador
dep en dent e de in su lin a
GLUT 5
6 - 11
in t est in o delgado, esper m a,
r im , cér ebr o, adipóci t os e
m úsculo
t r an spor t ador de
f r u t ose, af in idade m u it o
baixa p ar a glicose
 Regulação da
transportadores
internalização
da
glicose
por
sequestro
de
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 b 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