Aula 3
Glicólise
O que acontece com a glicose que ingerimos?
Glicólise
 Glico (açúcar) + lise (quebra) = quebra de glicose (via catabólica, libera energia)
 1 molécula de glicose (6C) é degrada por uma cascata de 10 reações enzimáticas para
gerar 2 moléculas de piruvato (3C). Energia liberada é conservada na forma de ATP a
NADH.
 São 10 etapas enzimáticas catalisadas por enzimas livres no citosol divididas em duas
fases: 1ª fase = preparatória (gasto de ATP); 2ª fase = pagamento (ganho energético e
formação de ATP)
Visão geral da glicólise
Fase de pagamento
Fase preparatória
1ª Fase:
Etapa preparatória
1ª etapa – Fase preparatória: Dupla fosforilação da glicose à custa de 2 moléculas de ATP
(gasto energético)
1) Hexoquinase
G0’ = - 16,7 kJ/mol
2) Fosfoglicose isomerase
G0’ = + 1,7 kJ/mol
3) Fosfofrutoquinase-1
G0’ = - 14,2 kJ/mol
4) Aldolase
G0’ = + 23,8 kJ/mol
5) Triose fosfato isomerase
G0’ = + 7,5 kJ/mol
1ª Reação: Fosforilação da glicose
Enzima Hexoquinase
Exergônica. Irreversível nas
condições celulares!!
2ª Reação: Isomerização da glicose6P (aldose) em frutose6P (cetose)
Enzima Fosfohexose isomerase
Mg2+
Fosfohexose
isomerase
3ª Reação: Fosforilação da frutose6P em frutose1,6BP
Enzima Fosfofrutoquinase-1 (PFK-1)
Exergônica. Irreversível nas
condições celulares!!
4ª Reação: Quebra da frutose1,6BP em duas trioses: diidroxicetonaP (DHAP) e gliceraldeído3P
(GAP)
Enzima Aldolase
Enzima Aldolase
Ligação C-N
5ª Reação: Isomerização da DHAP a GAP
Enzima Triose fosfato isomerase
Fim da fase preparatória!
O que aconteceu até aqui??
Glicose
(6C)
GAP
(3C)
GAP
(3C)
2ª Fase:
Etapa de pagamento
2ª etapa – Fase de pagamento: Geração líquida de 2 moléculas de ATP
(Ganho energético)
6) Gliceraldeído 3-fosfato
desidrogenase
G0’ = + 6,3 kJ/mol
7) Fosfoglicerato
quinase
G0’ = - 18,8 kJ/mol
8) Fosfoglicerato
mutase
G0’ = + 4,4 kJ/mol
9) Enolase
G0’ = + 7,5 kJ/mol
10) Piruvato quinase
G0’ = - 31,4 kJ/mol
6ª Reação: Oxidação da GAP em 1,3BPglicerato gerando NADH
Enzima GAP desidrogenase
Coenzima NAD+ é reduzida a NADH
fosforólise
Oxidação pelo NAD+
(hemiacetal =
Aldeido + álcool)
Inibição de GAP desidrogenase
carboximetilcisteina
7ª Reação: Defosforilação do 1,3BPG e produção da 1ª molécula de ATP
Enzima: Fosofogliceratoquinase
Fosforilação ao nível do substrato!!
Exergônica. Irreversível nas
condições celulares!!
Lembrando que partimos de 2 GAP, então temos nesse momento 2 NADH e 2 ATP.
Reações 6 e 7 são acopladoras de energia.
Resumindo
Acoplamento das reações GAPDH e PGK:
GAP + Pi + NAD+
1,3-BPG + ADP
1,3-BPG + NADH
3PG + ATP
ΔG 0’ = +6.3 kJ/mol
ΔG 0’ = -18.5 kJ/mol
ΔG 0’ = -12.2 kJ/mol
Transferência dos grupos fosfato para ADP, formando 4 ATP e 2 piruvato.
8ª Reação: Conversão do 3Pglicerato em 2Pglicerato
Enzima Fosfoglicerato mutase
9ª Reação: Desidratação do 2Pglicerato a Fosfoenolpiruvato (PEP)
Enzima Enolase
10ª Reação: Produção da 2ª molécula de ATP
Enzima: Piruvato quinase (PK)
Exergônica. Irreversível nas
condições celulares!!
Fim da fase de pagamento, fim da glicólise!
O que aconteceu nessa fase?
GAP
Piruvato
GAP
GAP
Piruvato
Resumindo
 A glicólise é uma via quase que universal, onde 1
molécula de glicose é oxidada a 2 moléculas de piruvato
sendo a energia liberada conservada em 2 moléculas de
ATP e 2 moléculas de NADH
 Todas as enzimas da via glicolítica são citoplasmáticas e
seus intermediários são moléculas fosforiladas de 3 ou 6
átomos de carbono
 Na fase preparatória da glicólise, 2 moléculas de ATP
são consumidas
 Na fase de pagamento da glicólise, há produção de 1
molécula de NADH e 2 moléculas ATP para cada triose.
Balanço final 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 entram na célula?
Como a glicose entra na célula?
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 ócit 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,
fígado e pân cr eas e cél ulas b
t r an sp or t ador de baixa
af inidade, fu ncion a
como 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 ma,
r im, cér ebr o, adipócit os e
m úsculo
t r an spor t ador de
fr u t ose, afin idade mu it o
baixa p ar a glicose
Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?
Polissacarídeos derivados da alimentação
Hidrolisados no meio extracelular antes de serem absorvidos:
Ex: Amido
Amido
Oligossacarídeo
Amilase
salivar
Dissacarídeos:
Dissacarídeo
Monossacarídeo
Amilase
panceática
Monossacarídeos:
Monossacarídeo
Polissacarídeos intracelulares
Ex: Glicogênio (presente em tecido hepático, músculos, etc.)
Glicogênio fosforilase:
• Catalisa o ataque do fosfato
inorgânico ao resíduo glicosil nãoreduzido do glicogênio, liberando
glicose 1-fosfato que entra na via
glicolítica;
• Ativada em momentos de jejum ou de
necessidade energética (ex: exercícios
físicos).
VIA GLICOLÍTICA
Monossacarídeos: Frutose
• A frutose livre presente em frutos ou formada pela hidrólise
da sacarose é fosofrilada pela hexoquinase.
Frutose + ATP → frutose-6-P + ADP
• No fígado, a frutose entra na via glicolítica através da
frutoquinase que catalisa a fosforilação do C1 da frutose.
Frutose + ATP → frutose-1-P + ADP
• A frutose-1-fosfato é clivada em gliceraldeído e
diidroxicetona-fosfato pela frutose 1-fosfato aldolase. A
diidroxicetona-fosfato é convertida em gliceraldeído-3fosfato e o gliceraldeído é fosforilado. Portanto os produtos
frutose-1-fosfato entram na via glicolítca como gliceraldeído3-fosfato.
Frutose-1Frutose-1-fosfato
fosfato-aldolase
gliceraldeído + DHAP
Frutose-1fosfato-aldolase
Triose quinase
GAP
Monossacarídeos: Galactose
• Galactose é um monossacarídeo
resultante da hidrólise da lactose
(açúcar presente no leite e seus
derivados)
Uridina-difosfato glicose (UDP-glicose)
Resumindo:
Fermentação
Metabolismo do piruvato: Mecanismos de regeneração do NAD+
Condições anaeróbicas
Condições anaeróbicas
Condições aeróbicas
Histórico
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 (Efeito Pasteur)
Eduard Buchner
1907: Prêmio Nobel. A fermentação ocorre sem vida organizada
(fragmentos celulares).
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.
Via glicolítica:
Destinos do piruvato em anaerobiose
Lática
 Fermentação
Alcóolica
Fermentação lática
Fermentação alcoólica
• A redução do piruvato é catalizada pela lactato
desidrogenase.
• O equilíbrio da reação é favorecido em direção a
formação do lactato devido ao G negativo da reação.
• Acontece em bactérias anaeróbias, tecidos de plantas
(submersos); eritrócitos (ausência de mitocôndria para
o Ciclo de Krebs); músculo esquelético em exercício
físico intenso; células tumorais; células da retina.
Fermentação alcóolica
• Leveduras e outros organismos fermentam a glicose
com 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 ocorrendo a
regeneração do NAD+.
2 Ethanol
Metabolismo do etanol no fígado:
ADH
Álcool
desidrogenase
ALDH
Acetaldeído
desidrogenase
Pausa para respirar...
Gliconeogênese
• A glicose tem um papel central no metabolismo pois é considerada um combustível
universal.
• Alguns tecidos dependem exclusivamente da glicose como fonte de energia.
E se não tem GLICOSE?
•
É necessário resintetizá-la a partir de substratos não-carboidratos. Esta via é chamada
de gliconeogênese (glico = açúcar; neo = de novo; gênese = síntese)
• A gliconeogênese 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 frutose-1,6bifosfatase e glicose-6-fosfatase.
Glicose
TAG
Glicerol
+
Àc. Graxos
GLICOSE
Piruvato
Lactato
Glicogênio
PRECURSORES DA GLICOSE → GLICEROL, LACTATO, AMINOÁCIDOS
Proteínas
aas
Regulação da Via Glicolítica
Regulação da entrada de glicose na célula
GLUT 4:
Regulação da via glicolítica
Fluxo de metabólitos de uma via metabólica pode ser modulado por:
1. Número de enzimas (por controles transcricionais/traducionais; Ocorre em
minutos ou até horas).
2. Mudança da atividade enzimática (ocorre em segundos) por:
 Modificação covalente ou ligação a proteína reguladora
 Regulação alostérica
 Seqüestro da enzima ou do substrato em compartimentos diferentes
HK
PFK1
Pontos de regulação:
Reações Irreversíveis
PK
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.
•
3 enzimas-chave:
– Hexoquinase
– Fosfofrutoquinase-1
– Piruvato quinase
1. Hexoquinase
Fígado x Outros órgãos
Fígado:
GLUT-2 -> Km= 15-20 mM
Glicoquinase -> Km= 10 mM
Músculo:
GLUT-4 -> Km= 5 mM
Hexoquinase 1 -> Km= 0,1 mM
Relative transport activity
GLUT-4
GLUT-2
0
15
30
45
60
Hexoquinase muscular
Hexoquinase I:
• Km = 0,1mM
• [Glicose] plasmática 5 a 8 mM
• Enzima funciona sempre em Vmáx
• É inibida pelo produto (Glicose 6P)
Glicose + ATP
HK
Glicose6P + ADP + H+
Hexoquinase hepática
Hexoquinase IV (glicoquinase) :
• Km > 10 mM
• Não é inibida pelo produto (Glicose
6P)
• Pode ser inibida pela ligação a uma
proteína reguladora
• Quando a glicose está
escassa, garante que tecidos
como cérebro e músculo
tenham prioridade no uso!
Como estará a atividade da hexoquinase?
Órgão
Hipoglicemia
(< 3,5 mM)
Normoglicemia
(5 mM)
Hiperglicemia
(10mM)
Músculo
Fígado
Fígado:
GLUT-2 -> Km= 15-20 mM
Glicoquinase -> Km=10 mM
Músculo:
GLUT-4 -> Km= 5 mM
Hexoquinase I -> Km=0,1 mM
Como estará a atividade da hexoquinase?
Insulina
Órgão
Hipoglicemia
(< 3,5 mM)
Normoglicemia
(5 mM)
Hiperglicemia
(10mM)
Músculo
+
+
+
Fígado
-
-
+
Fígado:
GLUT-2 -> Km= 15-20 mM
Glicoquinase -> Km=10 mM
Músculo:
GLUT-4 -> Km= 5 mM
Hexoquinase I -> Km=0,1 mM
Hexoquinase hepática
Hexoquinase IV (glicoquinase) :
• Transportada para o núcleo da célula quando a concentração de glicose no
sangue é baixa ou se há acúmulo de frutose 6P.
• Presente no citosol quando a concentração de glicose aumenta.
Hepatócito
Após refeição
Durante jejum
2. Fosfofrutoquinase (PFK1)
• Baixa de energia:
AMP, ADP  estímulo da glicólise
• Alta de energia:
ATP  desaceleração da glicólise
Regulação por alosteria:
2. Fosfofrutoquinase (PFK1)
Regulação alostérica por frutose 2,6-bifosfato:
• Em 1980, foi observado por Van Schaftingen e
colaboradores
que
frutose
2,6-bisfosfato
ativava a PFK-1 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 enzima fosfofrutoquinase-2
(PFK-2).
Mas...
Glicólise
Gliconeogênese
A regulação de glicólise e gliconeogênese ocorre de maneira simultânea!
2. Fosfofrutoquinase (PFK1)
Regulação alostérica por frutose 2,6-bifosfato:
Glicólise
Glicólise
Gliconeogênese
Gliconeogênese
PFK 1
F6P + ATP
F1,6BPase
F1,6BP + ADP
F1,6P
PFK 2
F6P + ATP
Enzima ativa
PFK-1
F1,6BPase
PFK-2
F2,6BPase
F6P + Pi
F2,6BPase
F2,6BP + ADP
F2,6BP
F2,6P
Glicólise
F6P + Pi
Gliconeogênese
Regulador
Regulador
• Em 1981: Foi descoberta a
enzima capaz de fazer a
reação inversa, gerando F6P.
Glicneogênese
Glicólise
• Em 1980: A enzima capaz de
produzir F2,6BP foi nomeada
como PFK-2.
F6P + ATP
F1,6BP + ADP
F1,6BPase
F1,6BP
F6P + Pi
F2,6BP + ADP
F2,6BPase
F2,6BP
F6P + Pi
PFK 2
F6P + ATP
Enzima ativa
PFK-1
F1,6BPase
PFK-2
F2,6BPase
F2,6BP
Glicólise
Gliconeogênese
Regulador
Regulador
PFK 1
• Em 1981: Foi descoberta a
enzima capaz de fazer a
reação inversa, gerando F6P.
Glicneogênese
Glicólise
• Em 1980: A enzima capaz de
produzir F2,6BP foi nomeada
como PFK-2.
PFK 1
F6P + ATP
F1,6BP + ADP
F1,6BPase
F1,6BP
F6P + Pi
F2,6BP + ADP
F2,6BPase
F2,6BP
F6P + Pi
PFK 2
F6P + ATP
Enzima ativa
F2,6BP
PFK-1
Glicólise
Gliconeogênese
+
F1,6BPase
+
PFK-2
+
+
-
F2,6BPase
-
-
+
Regulador
Regulador
• Em 1981: Foi descoberta a
enzima capaz de fazer a
reação inversa, gerando F6P.
Glicneogênese
Glicólise
• Em 1980: A enzima capaz de
produzir F2,6BP foi nomeada
como PFK-2.
• Por muitos anos, tentou-se isolar a PFK-2 e a F2,6BPase… Até descobrirem
que elas eram uma única enzima, com duas porções reguladas de maneira
antagônica!
• A fosforilação da enzima bifuncional PFK-2/F2,6BPase estimula a atividade
F2,6BPase:
↓ F2,6 BP
↓ Glicólise
↑ Gliconeogênese
2. Fosfofrutoquinase (PFK1)
Regulação covalente por fosforilação:
Hepatócito:
• No fígado, a fosforilação da enzima PFK-2/F2,6BPase ocorre
no jejum e estimula a atividade F2,6BPase:
↓ [Glicose]
Jejum:
↓ F2,6 BP
↓ Glicólise ↑ Gliconeogênese
↑ Glucagon
P
Frutose 6P ↑
P
↑ cAMP
↑ PKA
– PFK-2
+ FBPase-2
X
Frutose 2,6BP ↓
– PFK-1
+ FBPase-1
↓Glicólise
↑ Gliconeogênese
• O mesmo acontece em outros momentos de demanda energética:
↓ F2,6 BP
↑ Glucagon
ou Adrenalina
↓ Glicólise ↑ Gliconeogênese
Hepatócito:
P
Frutose 6P ↑
P
↑ cAMP
↑ PKA
– PFK-2
+ FBPase-2
X
Frutose 2,6BP ↓
– PFK-1
+ FBPase-1
↓Glicólise
↑ Gliconeogênese
• Mas… faria sentido diminuir a glicólise em vários órgãos em momentos de
demanda energética (por exemplo, ao correr para fugir de uma situação de
perigo)?
↑ Glucagon
ou Adrenalina
Hepatócito:
P
Frutose 6P ↑
P
↑ cAMP
– PFK-2
↑ PKA
X
+ FBPase-2
Frutose 2,6BP ↓
– PFK-1
+ FBPase-1
↓Glicólise
↑ Gliconeogênese
Músculo:
↑ Adrenalina
P
Frutose 6P ↓
P
↑ cAMP
↑ PKA
+ PFK-2
– FBPase-2
Frutose 2,6BP ↑
+ PFK-1
– FBPase-1
↑ Glicólise
↓ Gliconeogênese
3. Piruvato quinase (PK)
 Último passo da via glicolítica. Fluxo de saída. Produz ATP e Piruvato.
 Apresenta diferentes isoformas em diferentes tecidos: Isoforma L (Liver = fígado) e
isoforma M (Muscle = músculo).
 Regulações alostéricas:
- Frutose 1,6-bisfosfato: ativa
- ATP: inibe alostericamente
- Alanina: produzida a partir de piruvato, inibe a PK.
• Diferença: regulação por modificação covalente: fosforilação.
• Isoforma L (hepática): inativada ao ser fosforilada (estímulo glucagon: ↓ Glicólise)
Hepatócito:
Outros órgãos:
Hexoquiinase
Glicose-6-fosfatase
Aspectos clínicos
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)
• Em muitos tumores, a taxa de entrada de glicose e a glicólise aumentam por um
fator 10.
Transformação de uma célula normal para tumoral:
• Mudança para um metabolismo glicolitico;
• Tolerância a baixo pH;
• Mais o tumor é agressivo maior é a sua taxa de fluxo glicolítico
(superxpressão de enzimas glicolíticas e dos transportadores)