Glicólise
Bioquímica para Enfermagem
Prof. Dr. Didier Salmon
MSc. Daniel Lima
Glicólise
• Oxidação da glicose a piruvato
Via Glicolítica
Citossol
Pode ser dividida em fases
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
Investimento de
energia
A glicose é
fosforilada duas
vezes e clivada para
gerar duas
moléculas de
gliceraldeído-3fosfato.
Pode ser dividida em fases
gliceraldeído 3-fosfato
desidrogenase
G0’ = + 6,3 kJ/mol
fosfoglicerato quinase
G0’ = - 18,8 kJ/mol
fosfoglicerato mutase
G0’ = + 4,4 kJ/mol
G0’
enolase
= + 7,5 kJ/mol
piruvato quinase
G0’ = - 31,4 kJ/mol
Recuperação de
energia
As duas moléculas
de gliceraldeído-3fosfato são
convertidas em 2
moléculas de
piruvato com a
produção de 4 ATPs,
tendo um saldo
líquido de 2 ATPs.
As Reações da Glicólise
1ª Etapa: Dupla fosforilação as custas de 2 ATPs
• Hexoquinase
As Reações da Glicólise
• Fosfoglicose isomerase
As Reações da Glicólise
• Fosfofrutoquinase-1 (PFK1)
As Reações da Glicólise
2ª Etapa: clivagem da hexose produzindo 2 trioses fosforiladas, que são interconvertíveis
• Aldolase
Nas concentrações pequenas
de reagentes a reação é reversível
Reação da Aldolase (Classe I)
As Reações da Glicólise
• Interconversão de trioses (Triose Fosfato Isomerase)
As Reações da Glicólise
As Reações da Glicólise
3ª etapa: oxidação e nova fosforilação das trioses fosfato (por Pi), formando 2 moléculas de 1
intermediário com 2 grupos fosfato
• Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase
As Reações da Glicólise
A oxidação do carbono torna a entrada do Pi favorável ...
1. Oxidação do aldeído (gliceraldeído 3-fosfato) a ácido carboxílico, com
redução de NAD. Reação termodinamicamente favorável.
2 R – CO – H + 2 NAD+ + 2 H2O → 2 R – CO – OH + 2 NADH + 2 H+
2. Ligação do Ác. Carboxílico com Pi, formando anidrido carboxílico-fosfórico,
que é endergônica.
2R – CO – OH + 2 HPO4-2 → 2 R – CO – O – PO3-2 + H2O
• As reações ocorrem acopladas por um intermediário rico em energia.
• Reação pode ser inibida pelo arseniato que compete com o fosfato
fosforólise
Oxidação pelo NAD+
Inibição de GAP desidrogenase
As Reações da Glicólise
4ª etapa: transferência dos grupos fosfato para ADP, formando 4 ATPs e 2 piruvatos.
• Fosfoglicerato quinase
– Formação de ATP por transferência de fosforila
Fosforilação ao nível do substrato!!
Acoplamento das reações GAPDH e PGK:
GAP + Pi + NAD+ → 1,3-BPG + NADH G 0’ = +6.3 kJ/mol
1,3-BPG + ADP → 3PG + ATP
G 0’ = -18.5 kJ/mol
G 0’ = -12.2 kJ/mol
As Reações da Glicólise
• Fosfoglicerato mutase
As Reações da Glicólise
• Enolase
– Reação de desidratação
As Reações da Glicólise
• Piruvato quinase
Duas partes:
- ADP ataca a fosforila do PEP formando ATP e enolpiruvato
- tautomerização do PEP a piruvato
Acoplamento das reações: -61.9 kJ/mol (hidrólise de PEP) suficiente para impulsionar a
síntese do ATP.
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.
Equação geral da glicólise
2
Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi
2
2Piruvatos + 2ADP + 2NADH + H+ + 4ATP + H2O
2Piruvatos + 2NADH + H+ + 2ATP + H2O
De onde vem a glicose circulante?
Gliconeogênese
Digestão de Carboidratos
• Inicia-se na boca
• a-amilase salivar: rompimento das ligações a(1→4)
• Amilopectina e glicogênio possuem ligações a(1→6), e sendo
assim, o produto da digestão da a-amilase contém uma mistura de
moléculas de oligossacarídeos menores e ramificados.
Digestão de Carboidratos
• A digestão dos carboidratos cessa temporariamente no estômago,
devido ao pH que inativa a a-amilase salivar
• O conteúdo gástrico é neutralizado pelo bicarbonato secretado pelo
pâncreas, e a a-amilase pancreática continua o processo digestivo
no intestino
Digestão de Carboidratos
• A digestão final ocorre pela ação de enzimas da mucosa intestinal –
dissacaridases e oligossacaridases
• Há a absorção de monossacarídeos pelas células da mucosa
intestinal
Estrutura e Papel dos Polissacarídeos
Como os açúcares que ingerimos na
alimentação entram na via glicolítica?
Frutose
• 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 1-fosfato 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-3fosfato.
Frutose
Frutose-1-fosfato-aldolase
Frutose-1-fosfato
gliceraldeído + diidroxicetona-fosfato
Triose
quinase
VIA GLICOLÍTICA
Frutose-1fosfato-aldolase
gliceraldeído-3fosfato
Como os açúcares que ingerimos na
alimentação entram na via glicolítica?
Galactose
Galactoquinase
• Galactose é um monossacarídeo
resultante da hidrolise da lactose
(açúcar presente no leite e seus
derivados)
Resumindo...
Os destinos do Piruvato
Condições anaeróbicas
Condições anaeróbicas
Condições aeróbicas
Um pouco de história...
•
Louis Pasteur
– 1861: crescimento de leveduras, por grama de glicose, maior
na presença do que na ausência de ar. “EFEITO PASTEUR”:
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.
Destinos do Piruvato em Anaerobiose
• Fermentação (Reoxidação do NADH)
– Alcoólica
– Lática
Lactato é um “beco sem saída”
Otto Meyerhof
• 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 50ºC e
conserva-se bem em gelo.
Você pode imaginar a
natureza desse ativador?
Para você é espantoso
que se obtenha um
ativador de músculo de
coelho a partir de
levedura?
Metabolismo do Etanol no Fígado
Álcool
desidrogenase
Ressaca
Acetaldeído
desidrogenase
Hipoglicemia pelo Etanol
Sensibilidade Diferencial ao Etanol
• 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”)
– Sudeste asíatico: ~ 50 % pop. possui o alelo mutante ALDH2*2 (8% da
atividade do gene wt)
– Alcoolismo (tolerância ao álcool)
– Populações europeias: alelos ADH2 e ADH3 menos ativas metabolizam
lentamente o etanol
Sensibilidade Diferencial ao Etanol
• Homens x Mulheres
Regulação da Glicólise
Regulação da Glicólise
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
G0’ = - 31,4 kJ/mol
G0’
= - 16,7 kJ/mol
Via glicolítica
• Reações irreversíveis
– Hexoquinase
– Fosfofrutoquinase-1
– Piruvato quinase
G0’ = - 14,2 kJ/mol
Gº muito negativo
Hexoquinase
• Glicose + ATP
HK Glicose-6-fosfato + ADP + H+
inibidor
Hexoquinase
• Isoformas
– I, II e III – cinética michaelliana
• Km < 0,1 mM
• [plasmática] de glicose = 5 a 8 mM
– Ou seja, isoformas I, II e III funcionam sempre na Vmáx
Glicoquinase
• 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.
Glicoquinase
• Não é inibida por glicose-6-fosfato
• Maior Km pela glicose: 10 mM
– Regulada pela [glicose]plasmática
– Regulação por sequestro no núcleo celular
Hepatócito
Estado Alimentado
> 10 mM
Glicose não é desperdiçada quando estiver abundante, síntese de glicogênio e ácidos graxos
Glicoquinase
• Não é inibida por glicose-6-fosfato
• Maior Km pela glicose: 10 mM
– Regulada pela [glicose]plasmática
– Regulação por sequestro no núcleo celular
Hepatócito
Jejum
< 10 mM
Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa. Prioridade cérebro e músculo
Fosfofrutoquinase-1 (PFK-1)
• Fru 6-F → Fru 1,6-bF
– A partir desse ponto o açúcar está comprometido com a via glicolítica
• Reação altamente exergônica e irreversível
– G0’ = - 14,2 kJ/mol
• Além do sítio ativo essa enzima possui diversos sítios onde inibidores e
ativadores alostéricos se ligam.
Reguladores Alostéricos da PFK-1
• Negativos: ATP (retroinibição) e Citrato (CK)
• Positivos: AMP (músc. Esq.) e frutose 2,6-bifosfato
Reguladores Alostéricos da PFK-1
• Negativos: ATP (retroinibição) e Citrato (CK)
• Positivos: AMP (músc. Esq.) e frutose 2,6-bifosfato
Reguladores Alostéricos da PFK-1
• Negativos: ATP (retroinibição) e Citrato (CK)
• Positivos: AMP (músc. Esq.) e frutose 2,6-bifosfato
Frutose-2,6-Bifosfato
•
O ativador mais potente da via glicolítica
Enzima bifuncional (PFK2/F2,6BPase)
• Atividades 6-fosfofruto-2-quinase e frutose-2,6-bifosfatase
• Regulação Alostérica
Citrato
Alta concentração de
precursores biossintéticos
PFK2
Regulação por Controle Covalente
Piruvato quinase
• Último passo da via glicolítica
• Fosfoenolpiruvato + ADP → ATP + piruvato
• Tetrâmero apresentando diferentes isoformas
– L (fígado) e M (músculo)
• Regulação Alostérica
Ativação anterógrada
ATP /
Piruvato quinase
• Último passo da via glicolítica
• Fosfoenolpiruvato + ADP → ATP + piruvato
• Regulação por controle covalente
Piruvato quinase
• Também é um tetrâmero apresentando diferentes isoformas em
diferentes tecidos.
• Isoforma L (fígado) e isoforma M (músculo).
• Diferença: regulação por ligação covalente (fosforilação)
Fígado deixa de fazer glicólise quando a [glicose] no sangue cai
Regulação da via
glicolítica
Via antagônica à glicólise:
Gliconeogênese
• Síntese de glicose a partir de compostos que não são carboidratos:
aminoácidos, lactato e glicerol
Fosfofrutoquinase-1 e Frutose-1,6Bifosfatase
Frutose-2,6-Bifosfato
Regulação Glicólise x Gliconeogênese
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)