REVISAO BLOCO II
Regulação da atividade enzimática
• Enz. alostéricas analogia com protéina alostérica (ex: Hb)
• Moduladores alostéricos (≠ de inibidores não-competitivos ou
mistos!!)
• Mudanças conformacionais entre forma ativa e inativa e
parámetros cinéticos diferentes (≠ do Michaelis-Menten)
• Dois tipos: enzimas homotrópicas (reguladas pelo substrato) e
heterotrópicas
Enzimas alostéricas... O que é isso?
Sistema multienzimático sequencial
Enzimas alostéricas... O que é isso?
Ex: Aspartato Transcarbamilase (AtCase) -síntese de pirimidinas
Aspartato + carbamil-fosfato

AtCase
N-carbamil aspartato
Citidina trifosfato
Uridina
trifosfato
Michaellis-Menten
Enzimas Alostéricas
Enzima Homotrópica
Efeito moduladores
Efeito moduladores
Exemplos de enzimas regulatórias
Fosfofrutokinase –1 (PFK-1):
ALOSTERIA
Glicogênio Fosforilase
ALOSTERIA
MODIFICAÇÃO COVALENTE
Modificação covalente reversível
Ativação Proteolítica
Fatores que afetam a velocidade enzimática

pH

Temperatura

Concentração de substratos

Concentração de cofatores

Presença de Inibidores e/ou ativadores

Modificações químicas: fosforilações, adenilações, etc

Concentração de enzima
Fontes de energia
Como esses alimentos
viram energia?
Fontes de energia
O Que é um carboidrato?
Carbono
Hidrato
• Poli-hidroxi-cetonas ou Poli-hidroxi-aldeídos
• Poli-hidroxi-cetonas ou Poli-hidroxi-aldeídos
Centros assimétricos:
CLASSIFICAÇÃO: de acordo com a
hidrólise
• Monossacarídeos
• Oligossacarídeos
• Polissacarídeos
Estruturas cíclicas
• Em solução, carbonos com 4 ou mais carbonos formam estruturas cíclicas
Oligossacarídeos
• Formados pela ligação de dois ou mais monossacarídeos.
• Os mais comuns são os dissacarídeos.
• São a principal forma de transporte dos carboidratos.
Açúcar de mesa (cana de açúcar)
Leite
Grãos em germinação
Polissacarídeos
•
•
•
•
Reserva energética
Formados pela ligação de mais de 20 monossacarídeos.
Podem formar cadeias lineares ou ramificadas.
Homopolissacarídeos: amido, glicogênio, celulose, quitina
Heteropolissacarídeos: peptidoglicanas (parede de bactérias)
Fontes de energia
Como a glicose gera energia?
Energia de ativação (ΔG‡)
ΔG`° (Comoexergonica)
a
célula
armazena
essa energia?
O
H
H
Como a energia é armazenada na
célula?
Resp.: Nas ligações fosfato da molécula de ATP.
Como a célula usa a
energia armazenada
no ATP?
Destinos da glicose
Bloco III
Quebra da glicose:
Fases:
1.
Anaeróbica (glicólise): não necessita de oxigênio para
ocorrer e é realizada no citoplasma.
2.
Aeróbica (ciclo de Krebs e cadeira transportadora de
elétrons): requer e presença de oxigênio e ocorre
dentro das mitocôndrias
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 38 ATP
Glicólise – origem do nome
 Glycolysis tem a sua origem no Grego em que glyk = Doce + Lysis
= Dissolução
Na atualidade podemos definir
a Glicólise como a seqüência
de reações que converte a
Glicose em Piruvato, havendo a
produção de Energia sob a
forma de ATP
Glicólise
• Início do processo de oxidação de carboidratos
• Ocorre em todos os tecidos (exceto fígado em jejum)
• Principal substrato = GLICOSE
• Substratos secundários = Frutose e Galactose
• Possui 2 Fases:
• Investimento de Energia (-2 ATPs)
• Pagamento de Energia (+ 4ATPs + 2NADH)
Glicólise – visão geral
1 açúcar de 6 C
2 açúcares de 3 C
A partir deste
ponto as reações
são duplicadas
Saldo
2 moléculas de ATP
2 moléculas de
Piruvato (3C)
2 moléculas de
NADH
Etapas da glicólise
A Glicólise divide-se em duas etapas
principais:
1- Ativação ou Fosforilação da
Glicose
2- Transformação do Gliceraldeído
em Piruvato
1º passo: fosforilação da glicose
• Glicose
+
ATP
Glicose -6-Fosfato + ADP
ΔG`° = -16,7 kJ/mol
• Enzima: HEXOQUINASE
• Importância da fosforilação:
– Mantêm o açúcar dentro da célula
– Conserva energia
– Diminui a energia de ativação e aumenta a especificidade das
reações enzimáticas subseqüentes
2º: glicose 6-P para frutose 6-P
Glicose 6- Fosfato
Frutose -6-Fosfato
ΔG`° = +1,7 kJ/mol
• Enzima: FOSFOHEXOSE ISOMERASE
3º: fosforilação da frutose 6P
Frutose -6-Fosfato +
ATP
Frutose 1,6-Bifosfato + ADP
ΔG`° = -14,2 kJ/mol
• Enzima: FOSFOFRUTOQUINASE-1
4º: quebra da frutose 1,6P
Frutose 1,6-Bifosfato
Gliceraldeído 3-P
+ Dihidrocetona Fosfato
ΔG`° = +23,8 kJ/mol
• Enzima: ALDOLASE
5º: interconversão das trioses-P
Gliceraldeído 3-P
Dihidrocetona Fosfato
• Enzima: TRIOSE FOSFATO ISOMERASE
6º: oxidação do gliceraldeido 3-P
Gliceraldeído 3-P +
ATP
1,3 Bifosfoglicerato
ΔG`° = +6,3 kJ/mol
• Enzima: GLICERALDEIDO 3-FOFATO DESIDROGENASE
• Início da fase de pagamento
7º: transferência do P para ATP
1-3 Bisfosfoglicerato + ADP
3-Fosfoglicerato + ATP
ΔG`° = -18,5 kJ/mol
• Enzima: FOSFOGLICERATO QUINASE
8º: conversão do 3-P glicerato a 2-P gli
• 3-Fosfoglicerato
2-Fosfoglicerato
• Enzima: FOSFOGLICERATO MUTASE
9º: desidratação do 2-P glicerato
2-Fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato + H2O
ΔG`° = 7,5 kJ/mol
• Enzima: ENOLASE
10º: transferência do P para ATP
Fosfoenolpiruvato + ADP
• Enzima: PIRUVATO QUINASE
• Última reação da glicólise
Piruvato
+
ATP
Balanço geral da glicólise
Como os açúcares que ingerimos na
alimentação entram na via glicolítica?
Destinos do piruvato:
GLICOSE
PIRUVATO
Glicólise - Importância da regulação
< 2,5 mmol/L → coma hipoglicêmico
> 7 mmol/L → diabetes e riscos de doenças renais, vasculares e oculares.
Insulina
X
Glucagon
Estoca glicose na forma de
glicogênio e secreta quando
necessário.
Formas de regulação da atividade
enzimática:
Ativação/desativação por
Fosforilação/defosforilação
HEXOQUINASE (I e II – músculo)
Glicose  Glicose 6-P
• Inibida pelo produto da reação: glicose 6-fosfato desta
maneira a taxa de formação de glicose 6-P está em balanço
com a taxa de seu consumo.
Enzimas que fosforilam a glicose:
• Hexoquinase I
• Hexoquinase II
• Hexoquinase I e II
• Hexoquinase III
• Hexoquinase IV
ou Glicoquinase
Cérebro e Rins
Músculo esquelético
Fígado
Diversos Tecidos
Fígado e
células -pâncreas
HEXOQUINASE x GLICOQUINASE
•
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
Músculo – consome glicose para a produção de energia
Fígado – mantém o equilíbrio de glicose no sangue.
GLICOQUINASE - fígado
Hexoquinase IV é regulada pelo nível de glicose no sangue:
regulação por seqüestro no núcleo celular
Após refeição
Durante jejum
Vinda da gliconeogênese
Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa.
PFK-1
• Fru 6-P  Fru 1,6-bP a partir desse ponto o açúcar está
comprometido com a via glicolítica
• Reação altamente exergônica e irreversível. G0°= -13,8
kJ/mol
• Além do sítio ativo essa enzima possui diversos sítios onde
inibidores e ativadores alostéricos se ligam.
PFK-1
regulação alostérica
PFK-2
PFK-1 / PFK-2
insulina
Glicose
PFK-2
Fru 6-P
Fru 2,6-biP
FBPase-2
PFK-1
Fru 1,6-biP
Gli 3-P
glucagon
PFK-1
Por que a PFK é o ponto de regulação mais importante e não a hexoquinase?
PFK inibida =  [frutose 6-fosfato] =  [glicose 6-fosfato] = HXK inibida
logo, inibição da fosfofrutoquinase vai resultar na inibição da hexoquinase!
PIRUVATO QUINASE
•
•
•
•
•
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 PYK.
PIRUVATO QUINASE
• 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)
Aspectos clínicos - glicólise
1) Isquemia (Infarto do miocárdio):
Isquemia: falta de suprimento sangüíneo para um tecido orgânico
necrose do tecido por isquemia
2) Células tumorais: Otto Warburg – 1920
Células tumorais Ascites convertem glicose equivalente a 30%
do peso seco em lactato/h.
(Músculo esquelético humano = 6% do peso seco em lactato/h)
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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.
GLICOGÊNIO
• Glicogênio vai aumentar a disponibilidade de
glicose entre as refeições.
• Estoque energético de glicogênio: 600 Kcal
(homem 70 Kg)
• Estocado principalmente nos músculos e
fígado.
Glicogênio: forma polimérica da glicose
• Necessidade de uma
reserva energética de
Glicose + ATP
Glicose 6-fosfato + ADP + H+
fácil mobilização
hexoquinase
Glicose 6-fosfato
Glicose 1-fosfato
fosfoglicomutase
Glicose 1-fosfato + UTP
UDP-G + PPi
UDP-glicose
pirofosforilase
Estrutura
• Polímero ramificado de
radicais de glicose
• Presente em grânulos no
citoplasma
• Ligações α  polímeros
helicoidais abertos
Estrutura
• Glicídios Redutores e Não-Redutores:
– Os açúcares redutores possuem grupos aldeídos e cetonas livres na
cadeia e são chamados redutores por atuarem como agentes
redutores, isto é, que sofrem oxidação (doam elétrons). Açúcares não
redutores (como a sacarose) possuem esses grupamentos
interligados e tornam-se redutores a partir do momento em que
sofrem hidrólise (quebra).
Glicogenólise
• Glicogênio Fosforilase
– Catalisa a remoção sequencial de radicais glicose da extremidade
não redutora da molécula de glicogênio
– A clivagem fosforolítica do glicogênio é energeticamente vantajosa
Glicogenólise
Degradação do Glicogênio
Grupo prostético: piridoxal fosfato (derivado da vit B6)
Glicogenólise
• Glicogênio Fosforilase
– Mecanismo de ação:
PLP = Piridoxal Fosfato
Glicogenólise
• Enzima desramificadora:
2 tipos de atividades
Glicogenólise
• Fosfoglicomutase
No músculo a glicose 6-fosfato entra na via glicolítica,
porém no fígado ele tem outro destino.
Glicogenólise
• Glicose-6-fosfatase:
– Presente principalmente no fígado
– Está localizada no lado lumial da membrana do Retículo
Endoplasmático Rugoso
Glicogenólise
Glicogênese
Glicose 6-fosfato + ADP + H+
Glicose + ATP
hexoquinase
Glicose 6-fosfato
Glicose 1-fosfato
fosfoglicomutase
Glicose 1-fosfato + UTP
UDP-G + PPi
UDP-glicose
pirofosforilase
Glicogênese
• UDP-Glicose pirofosforilase:
Pirofosfatas
e inorgânica
2 Pi
Glicogênese
• Glicogênio Sintase
UDP-G + (Glicogênio)n resíduos de glicose
(Glicogênio)n+1 resíduos de glicose + UDP
glicogênio sintase
α-1,4
UDP + ATP
UTP + ADP
Nucleosídeo
difosfato quinase
Glicogênese
• Glicogênio Sintase
Glicogênese
• Glicogenina
– Possui um oligossacarídeo de unidades de glicose α-1,4 ligadas ao átomo de oxigênio
de um radical tirosina
UDP-Glicose
UDP
UDP-Glicose
UDP
Glicogênese
• Enzima ramificadora
UDP-Glicose
UDP
UDP-Glicose
UDP
Glicogênese
Ramificação: transferência de uma pequena
cadeia de 6 ou 7 resíduos de glicose.
Glicogênese
• Enzima ramificadora
Cadeia com pelo menos 11 oses
7 resíduos glicosil
4 resíduos glicosil
Glicogênese
Síntese do glicogênio
REGULAÇÃO
• Manter nível de glicose no sangue.
• Fornecer energia para trabalho muscular.
• Envolve mecanismos hormonais que ocorrem
também em outras vias metabolicas.
• Mostra isoenzimas desempenhando seus
papéis tecido-específicos.
GLICOGÊNIO FOSFORILASE
Fosfoproteina
fosfatase
(PP1)
Fosforilase b
quinase
Quebra de glicogênio
Regulação da Glicogenólise
GLICOGÊNIO FOSFORILASE
Cálcio:
Disparado na
contração
muscular ativa a
fosforilase b
kinase
(isoforma
muscular) que
apresenta um
domínio
calmodulina
AMP resultante
da quebra de ATP
quando a
musculatura está
sob contração
vigorosa ativa
alostericamente a
glicogênio
fosforilase
Amplificação do
sinal
GLICOGÊNIO FOSFORILASE
• A glicogênio fosforilase do
fígado não é ativada por
AMP.
GLICOGÊNIO FOSFORILASE
fígado
Glicogênio fosforilase = sensor da [glicose] no fígado
A glicogênio sintase mantem-se inativa por meio de
fosforilação de serinas: Glicogênio sintase quinase 3 (GSK3)
GLICOGÊNIO SINTASE
glicose 6-P liga-se a um sítio
alostérico na glicogênio sintase
aumentando o acesso da
fosfoproteína fosfatase
HORMÔNIOS
• Substâncias sinalizadoras sintetizadas pelo
sistema endócrino.
• Circulam em pequenas concentrações.
• Especificidade + Amplificação de sinal.
• Insulina, Glucagon e Epinefrina
CASCATA DE SINALIZAÇÃO
Regulação da síntese do glicogênio
Regulação da internalização
da glicose
por seqüestro de transportadores
transportador GLUT-4:
tecidos muscular e adiposo
X
transportador GLUT-2: Tecido
hepático- constitutivamente
exposto
GLUT-4 permanece
sequestrado em vesículas
no citoplasma até que a
Insulina sinalize para sua
exposição.
A regulação da insulina também ocorre a
nível transcricional
Músculo
Fígado
Fígado
Músculo
A respiração celular : fase aeróbica do catabolismo de açucares, lipideos, protéinas
Ao nível macroscópico, a respiração se refere as trocas gasosas entre um organismo multicelular
e seus meio ambiente (O2 consumido e CO2 produzido)
2 ADP
2 ATP
1glicose
HQ
2 piruvato
mitocôndria
citosol
As Reações do Ciclo de Krebs
Piruvato
NAD+
Mitocôndria
NADH
CO2
CoA-SH
O complexo Piruvato
Desidrogenase
Três tipos de enzimas em cópias múltiplas: E1, E2, E3
Ex: piruvato desidrogenase de E. coli contém 60 s-u
proteícas
Descarboxilação oxidativa
Complexo piruvato desidrogenase:
E1= piruvato desidrogenase (24 s-u)
E2= dihidrolipoil transacetilase (24 s-u)
E3= dihidrolipoil desidrogenase (12 s-u)
Regulação do complexo PDC
• Inibida quando [ATP/ADP], [NADH/NAD+] e [acetilCoA/CoA]
• Inibida por ácido graxos de cadeia longa (mod. alostérica)
• Por modificação covalente (mamíferos):
- piruvato desidrogenase cinase fosforila E1
inativa o PDC (ATP é um ativador alost. desta cinase)
- piruvato desidrogenase fosfatase : reativa o PDC
1° Reação:
2° Reação:
3° Reação:
Ocorre a primeira descarboxilação oxidativa com liberação com conservação de energia na forma de NADH
4° Reação:
5° Reação:
6° Reação:
Ocorre conservação de energia na forma de FAD reduzido.
A succinato desidrogenase é a única enzima do TCA que está ligada à matriz mitocondrial
7° Reação:
8° Reação:
Saldo final – Cada molécula de Acetil-CoA que entra no ciclo gera:
•3 NADH
•1 FADH2
•1 GTP ou ATP
Componentes do TCA são importantes intermediários anabólicos
Reações anapleróticas repõem os intermediários
A Regulação do Ciclo de Krebs
Piruvato carboxilase
Diabetes e formação dos corpos cetónicos...
A mitocôndria é capaz de oxidar os NADH’s do ciclo de
Krebs e que isso rendia ainda mais ATP que na via
glicolítica
Rendimento de ATP pela oxidação completa da Glicose
A mitocôndria...
Membrana
interna
Impermeável a maioria das
pequenas moléculas e íons,
incluindo H+. Componentes:
Cadeia respiratória
ADP-ATP trocador
ATP sintase
Outros transportadores
Membrana
externa
Complexo
piruvato
desidrogenase
Enzimas do ciclo
de krebs
Oxidação de
ácidos graxos e
aminoacidos
ATP, ADP, Mg++,
Ca++, K+
Permeável a íons e
pequenas moléculas
LANCADEIRA MALATO-ASPARTATO
• Como a membrana interna da mitocôndria é impermeável a NADH e NAD+, a oxidação
destes compostos produzidos pela via glicolítica não pode ser feita diretamente pela cadeia
de transporte de elétrons.
Os elétrons são transferidos para um composto citossólico, que transporta os elétrons na
matriz mitocondrial, onde é oxidado. O composto oxidado retorna ao cistossol, permitindo
a
continuidade do processo. = Sistema de Lançadeira. Existe diferente tipos de lançadeira.
Existe assim um “pool” mitocondrial de NADH e um “pool” cistossólico de NADH
 diferentes isoformas mito/citossólica
ISOFORMA= proteínas similares de mesmo função que possuem uma localização diferente
na célula.
A lançadeira malato-aspartato existe nas células hepáticas e cardíacas.
O NADH citossólico reduz o OAA no citossol, em malato (catalisada pela malato DH). O malato produzido
penetra na mitocôndria, onde é oxidado também por uma outra isoforma de malato DH, mitocondrial, que
utiliza o NAD+ como coenzima. O OAA produz pela mito não atravessa a membrana interna, mas pode
receber o grupo amino do glutamato  aspartato. Esse sai da mito, e no cistossol está regenerada em OAA
(por uma Asp aminotransferase) . A passagem do malato e aspartao através da mb interna é efetuada via os
translocadores (glutamato-Asp e de ácidos dicarboxílicos).
Saldo: o NADH produz no citossol é novamente formado na matriz mitocondrial.
O resto da lançadeira é responsável pela devolução do OAA do outro lado da mb.
ATP sintetase é formada por várias sub-unidades
Composto por dois componentes maiores: Fo (sensibilidade à oligomicina inibidor da FO ) e F1.
PARTE dentro da mb: Fo
passagem dos prótons (rotor)
Parte dentro da matriz: F1
síntese do ATP (stator)
F1: proteína contem 9 su (33) e vários sítio de ligação do ADP e ATP+ sítio catalítico de
síntese do ATP. Interage com Fo: 10-15 polipeptídeos (c1) formando um canal TM
para onde passam os prótons.
Como essa enzima transforma o potencial de oxido-redução em ATP?
Como é possível que a síntese de ATP (reação endergônica) é rapidamente reversível
na superfície da enzima? ADP + Pi = ATP + H20