Metabolismo de Carboidratos.
Profa.Dra. Leticia Labriola
Abril 2012
Oxidação Completa da Glicose
C6H12O6 + 6O2 +
6CO2 + 6H2O
36-38ADP + 36-38 Pi
+ 36-38ATP
Via glicolítica gastou: 1 glicose, 2 ADP, 2 Pi, 2 NAD+
gerou: 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr
Falta:
“Usar” Pyr → Formação de AcCoA e Krebs
“Reciclar” NADH → Transporte de elétrons
Gerar CO2 → Formação de AcCoA e Krebs
Formar ATPs → Fosforilação oxidativa
NAD – Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (coenzima)
NADH
FAD – Flavo Adenina Dinucleotídeo (grupo prostético)
(Vit B2)
aa
AGL
estágio 1
produção de
Acetil-CoA
Glicose
glicólise
A Respiração Celular ocorre em 3 estágios
1 – nutrientes são oxidados e geram Acetil-CoA
piruvato
(Glicólise, β-oxidação e oxidação de aminoácidos)
coenzimas são reduzidas
Acetil-CoA
estágio 2
oxidação de
Acetil-CoA
oxaloacetato
cadeia
respiratória
coenzimas são reduzidas
citrato
ciclo
de Krebs
transportadores de e-
2 – Acetil-CoA é oxidado a CO2 no Ciclo de Krebs
3 – Coenzimas são oxidadas, transferindo os e- para O2,
formando água e armazenando a energia envolvida na
forma de ATP, na Cadeia Respiratória (Cadeia de
Transporte de e- + Fosforilação Oxidativa
estágio 3
transferência de ee fosf. oxidativa
Coenzima A (CoA)
grupo reativo
tiol
adenina
β-mercaptoetilamina
ácido pantonênico
ribose 3´- fosfato
3´-fosfoadenosina difosfato
Acetil-CoA
o grupo acetil proveniente da descarboxilação do piruvato se une à CoA através do grupo
tiol desta
O piruvato proveniente da glicólise é uma das principais fontes de Acetil-CoA
Descarboxilação oxidativa
Remoção irreversível de um CO2 do piruvato, gerando o grupo acetil que se liga à
coenzima A (CoA), formando Acetil-CoA
piruvato desidrogenase
Piruvato
Complexo Multienzimático
3 enzimas (PDH)
piruvato desidrogenase
diidrolipoil transacetilase
diidrolipoil desidrogenase
Acetil-CoA
5 coenzimas
Formação de Acetil-CoA
Formação de Acetil-CoA
- 5 coenzimas / grupos prostéticos: tiamina pirofosfato (TPP)
FAD
Coenzima A
NAD
ácido lipóico
- 5 vitaminas: tiamina (B1)
riboflavina (B2)
ácido pantotênico (CoA) (B5)
niacina (nicotinamida) (B3)
ácido lipóico
Cofatores do Complexo da Piruvato Desidrogenase
Piruvato desidrogenase (E1)
• tiamina pirofosfato (TPP)
vitamina precurssora
tiamina (B1)
Diidrolipoil transacetilase (E2)
• coenzima A (CoA)
ácido pantotênico (B5)
Diidrolipoil desidrogenase (E3)
• flavina adenina dinucleotídeo (FAD)
• nicotinamida adenina dinucleotídeo
(NAD+)
Diidrolipoil transacetilase (E2)
• ácido lipóico
riboflavina (B2)
niacina (B3)/nicotinamida
não deriva de vitaminas
Formação de Acetil-CoA
Regulação da Piruvato Desidrogenase
-ATP, NADH, Acetil-CoA
+AMP, NAD+
Regulação do Complexo Piruvato Desidrogenase
(regulação alostérica e por modificação covalente)
O complexo é formado por 3 enzimas e 5 coenzimas
Os produtos da via, NADH e acetil-CoA, bem como ATP são efetores alostéricos
negativos das enzimas do complexo
As enzimas do complexo têm resíduos de serina, modificáveis por fosforilação
As enzimas do complexo quando fosforiladas (por quinases) são inativas
As enzimas do complexo quando desfosforiladas (por fosfatases) são ativas
Além das 3 enzimas, o complexo tem uma quinase e uma fosfatase associadas
NADH, Acetil-CoA e ATP ativam a quinase (e inibem o complexo)
A diminuição de NADH, Acetil-CoA e ATP ativam a fosfatase (e ativam o complexo)
A insulina ativa fosfatases no geral, tendo o mesmo efeito, bem como o Ca2+ e Mg2+
O excesso de acetil-CoA e NADH provenientes da β-oxidação durante o jejum inibem a
síntese de acetil-CoA a partir de piruvato, favorecendo a gliconeogênese
Oxidação Completa da Glicose
C6H12O6 + 6O2 +
6CO2 + 6H2O
36-38ADP + 36-38 Pi
+ 36-38ATP
Via glicolítica gastou: 1 glicose, 2 ADP, 2 Pi, 2 NAD+
gerou: 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr
Form. de Acetil-CoA gastou: 2 NAD+, 2 Pyr
gerou: 2 CO2, 2 NADH, 2 AcCoA
Reação Global - Ciclo de Krebs
Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi
2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + CoA
GTP + ADP
nucleosídeo difosfato quinase
GDP + ATP
Regulação do Ciclo de Krebs
- NADH, ATP
+ADP
citrato sintase
Acetil-CoA + OxAc
Citrato
CoASH
- NADH, ATP
+ADP
isocitrato desidrogenase
Isocitrato
NAD+
α cetoglutarato
NADH
- NADH, ATP
α cetoglutarato
α cetoglutarato desidrogenase
CoASH
NAD+
NADH
CO2
Succinil-CoA
Regulação do Ciclo de Krebs
piruvato
+
(piruvato desidrogenase)
-
Ca2+, Mg2+
*
Acetil-CoA
(citrato sintase)
-
oxaloacetato
malato
*
fumarato
*
succinato
ATP, Acetil-CoA, NADH
ATP
ATP aumenta o KM da
citrato sintase para acetilCoA
citrato
cis-aconitato
isocitrato
-
+
*
α-cetoglutarato
Succinil * + Ca
CoA
2+
*
Etapas que requerem coenzima
oxidada (NAD+ ou FAD)
(isocitrato
desidrogenase)
ATP
ADP, Ca2+
(α-cetoglutarato
desidrogenase)
Succinil-CoA
NADH, GTP, ATP
Regulação do Ciclo de Krebs
NADH, ATP
+ADP
+ADP
NADH, ATP
NADH, ATP
↓ ATP
Regulação Integrada
+ AMP
Frutose 6P
- citrato
(+ insulina no fígado)
Fosfofrutoquinase 2
ATP
ADP
Pi
Frutose 2,6 P
Frutose 2,6 P
Frutose 2,6 bisfosfatase
+ PEP
(+ glucagon no fígado)
Frutose 6P
Substrato do Ciclo de Krebs regulando Glicólise
GLICOSE
frutose 6-fosfato
ATP
(fosfofrutoquinase)
-
Citrato
ADP
PIRUVATO
frutose
1,6-difosfato
O excesso de citrato indica
abundância
de
precursores
biossintéticos, e portanto a não
necessidade de degradação de
glicose
Destinos Metabólicos do Citrato
Fonte de NADPH no
citossol, para
biossíntese redutora
Fonte de carbono para
processos citossólicos
biossintéticos, como ácidos
graxos e esteróides
(enzima málica)
(fonte de acetil-CoA)
citrato
Regulador de outras etapas
metabólicas
(-) fosfofrutoquinase
(+) Acetil-CoA carboxilase *
Ciclo de Krebs
Geração de Energia
*Acetil-CoA carboxilase é a enzima que catalisa a formação de malonil-CoA a partir de acetil-CoA, o
primeiro passo da síntese de ácidos graxos
Piruvato
NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
CoA
+AMP, NAD+
Piruvato desidrogenase
CO2
NADH
Acetil-CoA
Citrato sintase
Citrato
- NADH, ATP
Oxaloacetato
+ADP
↓ ATP
Regulação do Ciclo de Krebs
NADH, ATP
+ADP
+ADP
NADH, ATP
NADH, ATP
↑ ATP
Piruvato
NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
CoA
+AMP, NAD+
Piruvato desidrogenase
Piruvato
carboxilase
CO2
CO2
NADH
ATP
Acetil-CoA
(biotina)
+Acetil-CoA
ADP + Pi
Citrato sintase
Citrato
- NADH, ATP
Oxaloacetato
+ADP
↑ ATP
Piruvato
NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
CoA
+AMP, NAD+
Piruvato desidrogenase
Piruvato
carboxilase
glucagon
CO2
CO2
NADH
ATP
lipídeos
Acetil-CoA
(biotina)
+Acetil-CoA
ADP + Pi
Citrato sintase
- NADH, ATP
Oxaloacetato
+ADP
Citrato
Inibição do Ciclo de Krebs por Falta de Oxaloacetato
glicólise
(jejum, fígado, gliconeogênese)
PIRUVATO
β-oxidação
intensa
proteólise
GLICOSE
AMINOÁCIDOS
FOSFOENOLPIRUVATO
OXALOACETATO
OXALOACETATO
(malato
desidrogenase
citoplasmática)
NADH
NAD+
mitocôndria
citossol
O excesso de NADH da βoxidação
desloca
o
equilíbrio em direção ao
malato
cetogênese
(recicla CoA)
CITRATO
MALATO
MALATO
Esta oxidação gera NADH
citossólico que é transferido para
a matriz mitocondrial por
lançadeiras específicas
ACETIL CoA
SUCCINIL CoA
PORFIRINAS
(grupo heme)
α-CETOGLUTARATO
AMINOÁCIDOS
Piruvato
NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
CoA
+AMP, NAD+
Piruvato desidrogenase
Piruvato
carboxilase
CO2
CO2
NADH
ATP
Acetil-CoA
(biotina)
+Acetil-CoA
ADP + Pi
Citrato sintase
Citrato
- NADH, ATP
Oxaloacetato
+ADP
↓ ATP, ↓ Oxaloacetato
Regulação do Ciclo de Krebs
NADH, ATP
+ADP
+ADP
NADH, ATP
NADH, ATP
↓ ATP
Inibição do Ciclo de Krebs
Jejum ou Atividade Física Prolongada (fígado)
- Consumo do oxaloacetato para produção de glicose via gliconeogênese
- Acúmulo de Acetil-CoA e NADH proveniente da intensa β-oxidação
Abundância de aporte energético
- Inibição das enzimas por excesso de ATP (e falta de ADP) e excesso de coenzimas reduzidas
– NADH e FADH2 (falta de coenzimas oxidadas – NAD+, FAD)
Envenenamentos
O Arsênico na forma de sais de arsenito (AsO33-) ou sais orgânicos é tóxico porque se liga
covalentemente a sulfidrilas, especialmente as vicinais, como no caso das lipoamidas,
presentes na piruvato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase.
O fluoracetato (acetato fluorado), presente nas folhas de certas plantas venenosas na África,
Austrália e América do Sul é tóxico porque é convertido a fluoracetil-CoA e então convertido a
fluorcitrato pela citrato sintase. Inibe a aconitase e o transporte de citrato através da membrana
interna da mitocôndria.
Potentíssimo: LD50 = 0,2mg/Kg de peso corpóreo em ratos (ingerido, inalado ou absorvido pela
pele) – Produção, Comercialização e uso proibidos pela OMS
Regulação do Ciclo de Krebs em outros níveis
(isoformas, nível de expressão, transporte)
Há diferentes isoformas das enzimas do complexo piruvato desidrogenase
A expressão das isoformas parece ser tecido dependente e dieta dependente
Dietas ricas em lipídeos ativa algumas, enquanto outras são favorecidas por dietas
ricas em carboidratos – processo pouco compreendido!
Estas enzimas mitocondriais são produzidas no citossol. Não só o nível de
expressão influencia o ciclo, como também a velocidade de transporte destas para
a mitocôndria
Deficiência de Piruvato Desidrogenase
- Crianças com acidose lática, acúmulo de piruvato e alanina
- Geralmente em casamentos cossangüíneos
- Acometimento cerebral
- Dieta hipocalórica (predomínio de gorduras sobre carboidratos)
1. Indicar as vitaminas necessárias para a produção de acetil-CoA a partir de piruvato, e a localização intracelular
desta reação.
2. Indicar a localização celular das enzimas do ciclo de Krebs e descrever os passos irreversíveis do ciclo. Indicar as
vitaminas necessárias.
3. Escrever a reação global da metabolização da acetil-CoA pelo ciclo de Krebs.
4. Descrever a regulação do ciclo de Krebs em função das relações de ATP/ADP e NADH/NAD+. (Recorde também
quais os efeitos de mudanças nos níveis de ATP/ADP e NADH/NAD+ na glicólise e neoglicogênese.)
5. Quais dos compostos a seguir aumentam a concentração de oxaloacetato em uma suspensão de mitocôndrias:
acetil-CoA, piruvato, glutamato, citrato, ácidos graxos? Justifique, e explique porque estes compostos são
gliconeogênicos.
6. Descrever os mecanismos de regulação da piruvato desidrogenase e piruvato carboxilase. Como essa regulação
afeta a velocidade das reações do ciclo de Krebs? Como afeta a gliconeogênese?
7. Indicar a direção preferencial da reação catalisada pela aconitase se reagentes e produtos estiverem em
concentrações equivalentes. Qual o composto que se acumula quando o ciclo de Krebs é inibido por altas
relações ATP/ADP e NADH/NAD+? Relacionar a atividade da via glicolítica com a atividade da isocitrato
desidrogenase.
8. O beriberi, uma doença causada pela deficiência de tiamina (vitamina B1), é caracterizado pelo acúmulo de
piruvato, especialmente após refeições ricas em carboidratos. Explique porque ocorre este acúmulo.
9. A síndrome de Wernicke-Korsakoff é caracterizada por confusão mental, ataxia, oftalmoplegia e letargia,
observada normalmente em alcoólatras crônicos. Esta síndrome pode ser revertida completamente através
da administração de tiamina. Baseado nesses dados, explique a causa da doença e porque compromete
principalmente as funções cerebrais.
10. A deficiência de biotina, uma doença rara, causa intolerância a exercício e hipoglicemia de jejum. Explique esse
quadro clínico.