Universidade Federal do Rio de Janeiro Bioquímica Glicólise 2º período - Enfermagem Éverton Dias D’Andréa Setembro 2011 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) 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 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 1) Isquemia (Infarto do miocárdio): Isquemia: falta de suprimento sangüíneo para um tecido orgânico necrose do tecido por isquemia