União de Ensino Superior de Campina Grande
Faculdade de Campina Grande – FAC-CG
Curso de Fisioterapia
Glicólise e Gliconeogênese
Profa. Dra. Narlize Silva Lira Cavalcante
Importância da Glicólise no
Metabolismo
♦ A glicose ocupa posição central no metabolismo de
plantas, animais e muitos microrganismos;
♦ Ela é relativamente rica em energia potencial e, por
isso, é um bom combustível;
♦ Por meio de armazenamento da glicose como um
polímero de alta massa molecular, a célula pode estocar
grandes quantidades de hexose, enquanto mantém a
osmolaridade citosólica relativamente baixa.
Importância da Glicólise no
Metabolismo
♦ Quando a demanda de energia aumenta, a glicose pode ser liberada desses
polímeros de armazenamento intracelulares e utilizada para produzir ATP
(Trifosfato de Adenosina);
♦ A glicose não é apenas um excelente
combustível, é também um precursor versátil,
capaz de suprir uma enorme variedade de
intermediários
metabólicos
em
reações
biossintéticas.
(LEHNINGER, 2011)
Importância da Glicólise no
Metabolismo
♦ Em animais e em vegetais vasculares, a glicose possui quatro destinos
principais:
Matriz extracelular e
polissacarídeos da
parede celular
Glicogênio, amido,
sacarose
Armazenamento
Síntese de polímeros
estruturais
Glicose
Oxidação pela via da
pentose-fosfato
Ribose-5-fosfato
Oxidação por glicólise
Piruvato
(LEHNINGER, 2011)
Fermentação
♦ É a degradação anaeróbica da glicose ou de outros nutrientes para obtenção
de energia, conservada como ATP;
♦ Como os organismos vivos surgiram inicialmente em uma atmosfera sem
oxigênio, a quebra anaeróbica da glicose provavelmente é o mecanismo
biológico mais antigo de obtenção de energia a partir de moléculas orgânicas
combustíveis;
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
♦ Do grego glykys, “doce” ou “açúcar”, e lysis,
“quebra”;
♦ É um processo no qual uma molécula de glicose é
degradada em uma série de reações catalisadas
por enzimas, gerando duas moléculas do composto
com três átomos de carbono, o piruvato;
Piruvato
Glicólise
♦ Durante as reações sequenciais da glicólise, parte da energia livre da glicose é
conservada na forma de ATP e NADH.
ATP (Adenosina Trifosfato)
NADH (Dinucleótido de nicotinamida
e adenina )
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase Preparatória
Uma Visão Geral: A glicólise tem duas fases
♦ A quebra da glicose, formada por seis
átomos de carbono, em duas moléculas de
piruvato, cada uma com três átomos de
carbonos, ocorre em 10 etapas, sendo que as
5 primeiras constituem a fase preparatória e
Fase de
Compensação
as 5 últimas a fase de compensação;
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase Preparatória
Uma Visão Geral: A glicólise tem duas fases
♦ Para cada molécula de glicose, dois ATPs são
consumidos na fase preparatória e quatro
ATPs são produzidos na fase de compensação,
dando um rendimento líquido de dois ATPs
por molécula de glicose convertida em
Fase de
Compensação
piruvato.
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Destinos do Piruvato:
Glicose
♦ Com exceção de algumas
variações, o piruvato formado
na glicólise é mais adiante
metabolizado por três rotas
catabólicas;
Hipoxia ou Condições
anaeróbias
2 Etanol + 2 CO2
2 Piruvato
Condições
anaeróbicas
Condições
aeróbicas
2 Lactato
2 CO2
Fermentação até etanol
na levedura
2 Acetil-CoA
Ciclo do ácido
cítrico
Fermentação até lactato no
músculo em contrações
vigorosa, nos eritrócitos, em
algumas outras células e em
alguns microorganismos
4 CO2 + 4 H2O
Animais, vegetais e muitas células
microbianas sob condições aeróbias
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase Preparatória da Glicólise:
Fase Preparatória
♦ Duas moléculas de ATP são consumidas, e a cadeia
carbônica da hexose é clivada em duas trioses-fosfato;
1. Fosforilação da Glicose:
♦ Na primeira etapa da glicólise, a glicose é ativada para
reações subsequentes, pela fosforilação em C-6 formando
Fase de
Compensação
glicose-6-fosfato, com ATP como doador de grupo fosforil:
Hexocinase
Glicose
Glicose-6-fosfato
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase Preparatória da Glicólise:
Fase Preparatória
2. Conservação de Glicose-6-fosfato a frutose-6-fosfato:
♦A
enzima
fosfo-hexose-isomerase
(fosfoglicose-
isomerase) catalisa a isomerização reversível da glicose6-fosfato, uma aldose, a frutose-6-fosfato, uma cetose:
Fase de
Compensação
Fosfo-hexoseisomerase
Glicose-6-fosfato
Frutose-6-fosfato
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase Preparatória da Glicólise:
Fase Preparatória
3.Fosforilação da frutose-6-fosfato a frutose-1,6-bifosfato:
♦ Na segunda das duas reações preparatórias da glicólise, a
enzima fosfofrutocinase-1 (PFK-1) catalisa a transferência
de um grupo fosforil do ATP para a frutose-6-fosfato,
formando frutose-1,6-bifosfato:
Fase de
Compensação
Fosfofrutocinase-1
(PFK-1)
Frutose-6-fosfato
Frutose-1,6-bifosfato
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase Preparatória da Glicólise:
Fase Preparatória
4. Clivagem da Frutose-1,6-bifosfato:
♦ A
enzima
frutose-1,6-bifosfato-aldolase,
frequentemente chamada simplesmente de aldolase,
catalisa uma condensação reversível. A frutose-1,6bifosfato é clivada para a formação de duas triosesfosfato diferentes, o gliceraldeído-3-fosfato, uma aldose, e
Fase de
Compensação
a diidroxiacetona-fostato, uma cetose:
Aldolase
Frutose-1,6-bifosfato
Diidroxiacetonafosfato
Gliceraldeído3-fosfato
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase Preparatória da Glicólise:
Fase Preparatória
5. Interconversão das Trioses-fosfato:
♦ Apenas uma das duas trioses-fosfato formada pela
aldolase, o gliceraldeído-3-fosfato, pode ser diretamente
degradada nas etapas subsequentes da glicólise. O outro
produto,
a
diidroxiacetona-fosfato,
é
rápida
e
reversivelmente convertida a gliceraldeído-3-fosfato pela
Fase de
Compensação
quinta enzima da sequência glicolítica a triose-fosfatoisomerase:
Triose-fosfatoisomerase
Diidroxiacetonafosfato
Gliceraldeído3-fosfato
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase de Compensação da Glicólise:
Fase Preparatória
♦ Inclui as etapas de fosforilação que conservam energia,
nas quais parte da energia química da molécula da glicose
é conservada na forma de ATP e NADH;
♦ A conversão das duas moléculas de gliceraldeído-3fosfato a duas moléculas de piruvato é acompanhada pela
Fase de
Compensação
formação de quatro moléculas de ATP a partir de ADP;
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase de Compensação da Glicólise:
Fase Preparatória
6. Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato a 1,3-bifosfoglicerato:
♦ A primeira etapa da fase de compensação é a oxidação
do gliceraldeído-3-fosfato a 1,3-bifosfoglicerato, catalisada
pela enzima gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase:
Fase de
Compensação
Gliceraldeído-3-fosfatodesidrogenase
Gliceraldeído-3fosfato
Fostato
inorgânico
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase de Compensação da Glicólise:
Fase Preparatória
7. Transformação de grupo fosforil de 1,3-bifosfoglicerato a ADP:
♦ A enzima fosfoglicerato-cinase transfere o grupo fosforil
de alta energia do grupo carboxil do 1,3-bifosfoglicerato
para o ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato:
Fase de
Compensação
Fosfogliceratocinase
1,3-Bifosfoglicerato
ADP
3-Fosfoglicerato
ATP
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase de Compensação da Glicólise:
Fase Preparatória
8. Conversão de 3-Fosfoglicerato a 2-Fosfoglicerato:
♦ A enzima fosfoglicerato-mutase catalisa o deslocamento
reversível do grupo fosforil entre C-2 e C-3 do glicerato,
Mg2+ é essencial para essa reação:
Fase de
Compensação
Fosfogliceratomutase
3-Fosfoglicerato
2-Fosfoglicerato
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase de Compensação da Glicólise:
Fase Preparatória
9. Desidratação de 2-Fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato:
♦ Segunda reação glicolítica que gera uma composto com
alto potencial de transferência de grupamento fosforil, a
enolase promove a remoção reversível de uma molécula
de água do 2-fosfoglicerato para gerar fosfoenolpiruvato:
Fase de
Compensação
Enolase
2-Fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Fase de Compensação da Glicólise:
Fase Preparatória
10. Tranasferência de um grupo fosforil do fosfoenolpiruvato
para ADP:
♦ A última etapa da glicólise é a transferência do grupo
fosforil do fosfoenolpiruvato ao ADP, catalisada pela
piruvato-cinase, que requer K+ e Mg2+ ou Mn2+:
Fosfoenolpiruvato
ADP
Piruvato
Fase de
Compensação
ATP
(LEHNINGER, 2011)
Glicólise
Balanço Geral – Ganho Líquido de ATP:
♦ No processo glicolítico em geral, uma molécula de glicose é convertida a duas
moléculas de piruvato (via do carbono);
♦ Duas moléculas de ADP e duas de Pi são convertidas a duas moléculas de ATP
(via dos grupos fosforil);
♦ Quatro elétrons, na forma de íons hidreto, são transferidos de duas moléculas
de gliceraldeído-3-fosfato para duas de NAD+ (via dos elétrons);
♦ A equação para o processo global é:
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi
2 Piruvato + 2 NADH + 2H+ + 2ATP + 2 H2O
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
Importância da Gliconeogênese para o Metabolismo:
♦ O papel central da glicose no metabolismo surgiu
cedo na evolução, e esse açúcar permanece sendo
combustível quase universal e unidade estrutural
nos
organismos
atuais,
desde
micróbios
até
humanos;
♦ Em mamíferos, alguns tecidos dependem quase
completamente
de
glicose
para
sua
energia
metabólica;
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
Importância da Gliconeogênese para o Metabolismo:
♦ Para o cérebro humano e o sistema nervoso, assim como para os eritrócitos,
os testículos, a medula renal e os tecidos embrionários, a é a principal ou única
fonte de combustível.
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
Importância da Gliconeogênese para o Metabolismo:
♦ No entanto, o suprimento de glicose a partir desses estoques não é sempre
suficiente, entre as refeições e durante períodos de jejum mais longos, ou após
exercício vigoroso, o glicogênio esgota-se;
♦ Para esses períodos, os organismos precisam de um método para sintetizar
glicose a partir de precursores que não são carboidratos;
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
Importância da Gliconeogênese para o Metabolismo:
♦ Isto
é
realizado
por
uma
via
chamada
de
Gliconeogênese, que converte em glicose o piruvato e
os compostos relacionados, com três e quatro carbonos;
♦ A gliconeogênese ocorre em todos os animais,
vegetais, fungos e microorganismos. As reações são
essencialmente as mesmas em todos os tecidos e em
todas as espécies;
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
Importância da Gliconeogênese para o Metabolismo:
♦ Os precursores mais importantes da glicose em
animais são os compostos de três carbonos como o
lactato, o piruvato e o glicerol, assim como certos
aminoácidos;
♦ Em
mamíferos,
a
gliconeogênese
ocorre
principalmente no fígado, em menor extensão no
córtex renal e nas células epiteliais que revestem
internamente o intestino delgado;
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
Glicólise e Gliconeogênese Vias Opostas Não Idênticas:
♦ A gliconeogênese e a glicólise não são vias idênticas correndo em direções
opostas, embora compartilhem várias etapas, sete das 10 reações enzimáticas
da gliconeogênese são o inverso das reações glicolíticas;
♦ No entanto, três reações da glicólise são essencialmente irreversíveis e não
podem ser utilizadas na gliconeogênese;
♦ Na gliconeogênese, as três etapas irreversíveis são contornadas por um grupo
distinto de enzimas, catalisando as reações que são irreversíveis no sentido da
síntese de glicose.
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
Reações de Contorno da Gliconeogênese :
♦ A primeira reação de contorno da gliconeogênese é a
conversão de piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP). Esta
reação não pode ocorrer por uma simples inversão da
reação da piruvato-cinase da glicólise;
1. Conversão de Piruvato em Fosfoenolpiruvato (PEP):
♦ A fosforilção do piruvato é alcançada por uma
sequência de reações de desvio que, em eucariotos,
requer enzimas existentes tanto no citosol como nas
mitocôndrias;
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
1. Conversão de Piruvato em Fosfoenolpiruvato (PEP):
♦ A piruvato-carboxilase é a primeira enzima de regulação na
via gliconeogênica;
♦ No citosol, oxaloacetato é convertido a fosfoenolpiruvato
pela PEP-carboxilase:
Oxaloacetato
PEPcarboxilase
Fosfoenolpiruvato
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
1. Conversão de Piruvato em Fosfoenolpiruvato (PEP) :
♦ Como a membrana mitocondrial não tem transportador
para o oxaloacetato, antes de ser exportado para o citosol o
oxaloacetato formado a partir do piruvato deve ser reduzido
a malato pela malato-desidrogenase mitocondrial, com o
consumo de NADH;
♦ Uma segunda possibilidade para a conversão de piruvato
em PEP predomina quando o lactato é o precursor
glicogênico;
♦ Esta via faz uso do lactato produzido pela glicólise nos
eritrócitos ou no músculo em anaerobiose.
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
1. Conversão de Piruvato em Fosfoenolpiruvato (PEP) :
♦ A conversão de lactato em piruvato no citosol de
hepatócitos gera NADH:
PEP
PEP-carboxilase
citosólica
Oxaloacetato
Malatodesidrogenase
citosólica
Malato
Malato
Malatodesidrogenase
mitocondrial
PEP
PEP-carboxilase
mitocondrial
Oxaloacetato
Oxaloacetato
Piruvatocarboxilase
Piruvatocarboxilase
Piruvato
Piruvato
Citosol
Piruvato
Piruvato
Lactatodesidrogenase
Lactato
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
2. Conversão de Frutose-1,6-bifostafo a Frutose-6-fosfato:
♦ Segunda reação glicolítica que não pode participar da gliconeogênese é a fosforilação da
frutose-6-fosfato pela PFK-1;
♦ Como essa reação é irreversível em células intactas, a geração de frutose-6-fosfato a
partir de frutose-1,6-bifosfato é catalisada por uma enzima diferente, dependente de
Mg2+, a frutose-1,6-bifosfatase (FBPase-1), que promove a hidrólise essencialmente
irreversível do fosfato em C-1:
Frutose-1,6-bifosfato + H2O
Frutose-6-fosfato + Pi
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
3. Conversão de Glicose-6-fosfato em Glicose:
♦ O terceiro contorno é a reação final da gliconeogênese, a desfosforilação, da glicose-6fosfato para formar glicose;
♦ A reação catalisada pela glicose-6-fosfatase não requer síntese de APT, sendo a hidrólise
simples de uma ligação éster fosfato:
Glicose-6-fosfato + H2O
Glicose + Pi
♦ A glicose produzida pela gliconeogênese no fígado, nos rins ou ingerida na dieta é
entregue a esses outros tecidos, inclusive o cérebro e os músculos, pela corrente
sanguínea.
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
A Gliconeogênese é Dispendiosa Energeticamente, mas Essencial:
♦ Para cada molécula de glicose formada a partir do piruvato, seis grupos fosfato de alta
energia são consumidos, quatro na forma de ATP e dois na forma de GTP;
♦ Além disso, duas moléculas de NADH são necessárias para a redução de duas moléculas
de 1,3-bifosfoglicerato;
♦ Sendo assim, a síntese de glicose a partir de piruvato é um processo relativamente
dispendioso. A maior parte desse alto custo energético é necessária para assegurar a
irreversibilidade da gliconeogênese.
(LEHNINGER, 2011)
Gliconeogênese
A Glicólise e Gliconeogênese são Mutuamente Reguladas:
♦ Se a glicólise (a conversão de glicose em piruvato) e a gliconeogênese (a conversão de
piruvato em glicose) ocorressem simultaneamente em altas taxas, o resultado seria o
consumo de ATP e a produção de calor;
♦ Essas duas reações enzimáticas, e várias outras nas duas vias, são reguladas
alostericamente e por modificações covalentes (fosforilação);
♦ Sensdo assim, a glicólise e a gliconeogênese são mutuamente reguladas para prevenir o
gasto operacional com as duas vias ao mesmo tempo .
(LEHNINGER, 2011)
União de Ensino Superior de Campina Grande
Faculdade de Campina Grande – FAC-CG
Curso de Fisioterapia
Glicólise e Gliconeogênese
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