Bioquímica – Módulo II
GLICÓLISE, REGULAÇÃO E GLICONEOGÊNESE
ENFERMAGEM 2012/1 – PROFª AMANDA VICENTINO
O que acontece com a glicose que ingerimos???
 A glicose ocupa um importante papel no metabolismo de plantas, animais e muitos
microorganismos.
 Funciona como uma molécula combustível com grande capacidade de armazenar energia.
 Oxidação completa resulta na formação de CO2 e H2O.
 Estoque de glicose na forma de glicogênio
GLICÓLISE
 Glico = açúcar lise = quebra
 Na glicólise a molécula de glicose (6C) é degrada por uma cascata de reações enzimáticas
para gerar duas moléculas de piruvato (3C).
 A glicólise é a principal rota metabólica da glicose.
 Durante as reações sequencias da glicólise, a energia liberada da quebra da glicose é
conservada na forma de ATP a NADH.
 A glicólise ocorre em 10 etapas enzimáticas divididas em duas fases nas quais a primeira é
fase preparatória onde ocorre gasto de ATP e na segunda fase, nomeada de fase de pagamento,
ocorre ganho energetico e a formação de duas moléculas de ATP.
Transportador de glicose
T RANSPORT AD OR
Km p ar a gl i cose
(mM)
D ist r i b u i ção
Car act er íst i cas
GLUT 1
1 -2
am p l a, co m alt a
co n cen t r ação n o cér eb r o ,
er i t r ó ci t o s e en d o t él i o
t r an sp o r t ad o r
co n st i t u t i v o d e gl i co se
GLUT 2
15 - 20
r i n s, i n t est in o d el gad o ,
f ígad o e p ân cr eas e c él u l as b
t r an sp o r t ad o r d e b ai x a
af i n i d ad e, f u n ci o n a
co m o sen so r d e gl i co se
GLUT 3
10
n eu r ô n i o s, p l acen t a
t r an sp o r t ad o r d e alt a
af i n id ad e
GLUT 4
5
m ú scu l o s esq u el ét ico e
car d íaco , t eci d o ad ip o so
t r an sp o r t ad o r
d ep en d en t e d e i n su l in a
GLUT 5
6 - 11
in t est i n o d elg ad o , esp er m a,
r i m , cér eb r o , ad i p ó ci t o s e
m ú scu l o
t r an sp o r t ado r d e
f r u t o se, af i n i d ad e m u i t o
b ai x a p ar a gl i co se
As fases da glicólise:
Fase preparatória – gasto energético
hexoquinase
G0’ = - 16,7 kJ/mol
fosfoglicose isomerase
G0’ = + 1,7 kJ/mol
fosfofrutoquinase-1
G0’ = - 14,2 kJ/mol
aldolase
G0’ = + 23,8 kJ/mol
triose fosfato isomerase
G0’ = + 7,5 kJ/mol
As fases da glicólise:
Fase de pagamento – ganho energético
gliceraldeído 3-fosfato
desidrogenase
G0’ = + 6,3 kJ/mol
fosfoglicerato quinase
G0’ = - 18,8 kJ/mol
fosfoglicerato mutase
G0’ = + 4,4 kJ/mol
G0’ = + 7,5 kJ/mol
piruvato quinase
G0’ = - 31,4 kJ/mol
Hexoquinase
Cinase são enzimas que transferem grupos fosfato entre ATP e um metabólito
Fosfoglicose isomerase
Fosfofrutoquinase – PFK1
Aldolase
D-Glicose
Clivagem da hexose produzindo 2 trioses fosforiladas, que são interconvertíveis
Triose fosfato isomerase (TIM)
Gliceraldeido 3 fosfato desidrogenase
carboximetilcisteina
oxidação
Formação de ATP por transferência de fosfato
Geração de ATP
Equação geral da glicólise:
Glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 Piruvato + 2 ATP + 2H2O + 2NADH + 2H+
Produtos finais da via glicolítica:
Fase preparatória – gasto de duas moléculas de ATP
Fase de pagamento – formação de quatro moléculas de ATP
formação de duas moléculas de NADH
formação de duas moléculas de piruvato
2
Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi
2
2Piruvatos + 2ADP + 2NADH + H+ + 4ATP + H2O
2Piruvatos + 2NADH + H+ + 2ATP + H2O
Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?
- Muitos carboidratos além da glicose encontram seus destinos catabólicos após
serem transformados em intermediários da via glicolítica.
-
VIA
GLICOLÍTICA
Esta enzima catalisa o ataque do fosfato inorgânico ao resíduo glicosil não-reduzido do
glicogênio, liberando glicose 1-fosfato que entra na via glicolítica.
Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?
A frutose livre presente em frutos ou formada pela hidrolise da sacarose é fosofrilada pela
hexoquinase. Esta é a principal via pela qual a frutose entra na via glicolítica.
Frutose + ATP → frutose-6-fosfato + ADP
No fígado a frutose entra na via glicolítica através da frutoquinase que catalisa a
fosforilação do C1 da frutose.
Frutose + ATP → frutose-1-fosfato + ADP
A frutose-1-fosfato é clivada em gliceraldeído e diidroxicetona-fosfato pela frutose 1fosfato aldolase. A diidroxicetona-fosfato é convertida em gliceraldeído-3-fosfato e o
gliceraldeído é fosforilado. Portanto os produtos frutose-1-fosfato entram na via glicolítca
como gliceraldeído-3-fosfato.
Frutose-1-fosfato
Frutose-1-fosfato-aldolase
gliceraldeído + diidroxicetona-fosfato
Triose quinase
VIA
GLICOLÍTICA
Frutose-1-fosfato-aldolase
gliceraldeído-3-fosfato
Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?
Galactose é monossacarídeo resultante da
hidrolise da lactose (açúcar presente no leite
e seus derivados)
... RESUMINDO ...
Metabolismo do piruvato – regeneração do NAD+
Condições Anaeróbicas
Condições Anaeróbicas
Condições Aeróbicas
DESTINOS DO PIRUVATO EM ANAEROBIOSE
(ausência de oxigenio - no músculo esquelético superativado, tumores sólidos, bactérias anaeróbicas, algumas plantas)
Fermentação lática
Fermentação alcoólica
 Quando alguns tecidos não tem um suporte de
oxigênio suficiente, NADH produzido na glicólise é
regenerado à NAD através da redução do piruvato
em lactato.
 A redução do piruvato é catalizada pela lactato
desidrogenase.
 O equilíbrio da reação é todo favorecido em
direção a formação do lactato devido ao G
negativo da reação.
 Acontece
nos
eritrócitos
(ausência
de
mitocôndria) e no músculo esquelético em exercício
físico intenso.
DESTINOS DO PIRUVATO EM ANAEROBIOSE
(ausência de oxigenio - no músculo esquelético superativado, tumores sólidos, bactérias anaeróbicas, algumas plantas)
Fermentação lática
 Leveduras e outros organismos fermentam a
glicose, o que resulta na formação de etanol e CO2.
 O piruvato é convertido em etanol e CO2 através
de duas etapas. Na primeira o piruvato é
descarboxilado irreversivelmente pela piruvato
descarboxilase. Na segunda etapa o acetaldeído
formado é reduzido à etanol através da álcool
desidrogenase
NAD+.
ocorrendo
a
regeneração
do
Fermentação alcoólica
Metabolismo do Etanol no fígado:
ADH
Álcool
desidrogenase
ALDH
Acetaldeído
desidrogenase
A glicose tem um papel central no metabolismo pois é considerada um combustível universal
. Alguns tecidos dependem exclusivamente da glicose como fonte de energia. Desta forma, é
necessesário na baixa de glicose resintetiza-la a partir de moléculas que não sejam
carboidratos. Esta via é chamada de gliconeogenese.
PRECURSSORES DA GLICOSE → LACTATO, PIRUVATO, GLICEROL, ALANINA
A gliconeogenese ocorre majoritariamente no fígado, mas também pode ocorrer no cortex
renal. A glicose produzida entra na circulação sanguínea e supre os tecidos que necessitam de
glicose. O músculo e o cérebro não fazem gliconeogenese pois não têm as enzimas frutose1,6-bifosfatase e glicose-6-fosfatase.
A REGULAÇÃO METABÓLICA É UMA DAS CARACTERÍSTICAS MAIS
IMPRESCINDÍVEIS DOS ORGANISMOS VIVOS.
Regulação da atividade enzimática
Regulação da atividade enzimática
 Fluxo de metabólitos de uma via metabólica pode ser modulado por:


número de enzimas (por controles transcricionais/traducionais/protein turnover minutos até horas).
mudança da atividade enzimática das enzimas da via por
- controle por modificação covalente (via fatores de transcrição) ou ligação a
proteína reguladora (Hexoquinase IV)
- regulação alostérica (milisegundos)
- seqüestro da enzima ou do substrato em compartimentos diferentes
REGULAÇÃO DA GLICÓLISE
•
O fluxo da via glicolítica precisa se regulado em respostas às condições dentro e fora da célula.
•
Duas demandas principais:
– Produção de ATP
– Fornecimento de blocos para biossíntese.
•
Pontos de regulação: reações irreversíveis
•
3 enzimas-chaves
– Hexoquinase
– Fosfofrutoquinase
– Piruvato quinase
Regulação da entrada de glicose
GLUT 4
A glicose dentro da célula é convertida em glicose-6-fosfato pela hexoquinase:
Existem 4 isoformas da hexoquinase:
- hexoquinase I, II e II: presentes no músculo, exibe cinética michaeliana típica e alta
afinidade pela glicose. Funcionam sempre na velocidade máxima assegurando um
suprimento constante de glicose para as células estritamente dependentes deste açúcar. São
alostericamente inibidas pela aumento de glicose-6-fosfato que ocorre quando sua utilização
na via glicolítica diminui.
- hexoquinase IV ou glicoquinase: isoenzima majoritariamente encontrada no fígado
com menor afinidade pela glicose. Não é regulada pela glicose-6-fosfato e sim por uma
proteína reguladora acoplada a hexoquinase IV.
- é importante no fígado para garantir que glicose não seja desperdiçada quando estiver
abundante, sendo encaminhada para síntese de glicogênio e ácidos graxos.
- quando a glicose está escassa, garante que tecidos como cérebro e músculo tenham
prioridade no uso.
Hexoquinase IV é regulada pelo nível de glicose no sangue:
Quando a glicose é baixa, a atuação da hexoquinase IV é restringida, não só pela baixa
afinidade pelo substrato, mas também porque a enzima é bloqueada por uma proteína
acopladora que regula a atividade da hexoquinase IV por seqüestro para núcleo celular
Fosfofrutoquinase – PFK1
Moduladores alostéricos positivos → AMP, frutose-2,6-bifosfato
Moduladores alostéricos negativos → ATP, citrato
Glicólise no músculo
AMP => regulador alostérico positivo
Fosfofrutocinase PFK-1
Fosfofrutoquinase – PFK1
Moduladores alostéricos positivos → AMP, frutose-2,6-bifosfato
Moduladores alostéricos negativos → ATP, citrato
Frutose 2,6-bifosfato: presente no fígado e responsável por controlar atividade da glicólise versus
gliconeogênese
Frutose-6-fosfato
6-fosfofruto-2-quinase
Frutose-2,6-fosfato
Frutose-2,6-bifosfatase
Frutose-6-fosfato
(não é um intermediário da
glicólise e não participa de
via metabólica específica)
Frutose-6-fosfato
6-fosfofruto-2-quinase
Frutose-2,6-fosfato
Frutose-2,6-bifosfatase
Glicose sanguínea => F-2,6BP => ativa PFK
Frutose-6-fosfato
Fosfofrutoquinase-1
Frutose-1,6-bifosfatase
Frutose-1,6-fosfato
Gliconeogênese
Glicólise
Piruvato cinase do tipo L (liver)
Regulação alostérica
Regulação por controle covalente
Características comum as tipos L e M
- Frutose 1,6-bisfosfato: ativa
- ATP: inibe alostericamente
-Alanina: produzida a partir de piruvato, inibe a PFK.
Sinais de abundância de suplemento de energia
A isoforma L é inativada ao ser fosforilada quando o nível de glicose no sangue cai
(estímulo disparado pelo glucagon)
Regulação de PFK e piruvato cinase