FERMENTAÇÃO
Fermentação da glucose:
- Büchner (1899) - “sumo de levedura” fazia a transformação
glucose
álcool
- Harden & Young (1904) - “sumo” dialisado perdia actividade
- A.W. Hill - músculo em condições anaeróbias:
glicogénio
lactato
- Meyerhof - relaciona reacções de fermentação do músculo com
reacções da fermentação alcoólica.
- Warburg & Christian - NADP+ e NAD+
- Embden, Meyerhof & Parnas - glicólise
1
2 tipos de fermentação mais comuns:
1. Fermentação homoláctica
músculo em anaerobiose
C6H12O6 + 2Pi + 2 ADP
glucose
2CH3COOH + 2 ATP + 2H2O
lactato
10 reacções
2. Fermentação alcoólica
C6H12O6 + 2Pi + 2 ADP
glucose
11 reacções
2CH3CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP + 2H2O
etanol
Glucose
2 ADP + Pi
NAD+
2 ATP
NADH
2 piruvato
NAD+
Produtos de
fermentação
2
GLICÓLISE
GLICÓLISE: de glyco (doce) + lysis (desaparecimento)
Etanol
glicólise
Glucose
Lactato
Piruvato
ATP (pouco)
ciclo de
Krebs
6 CO2 + NADH
(algum FADH2)
O2
ADP + Pi
fosforilação
oxidativa
H2O
ATP
3
Alguns tipos de reacção que ocorrem na glicólise:
1. Transferência de um grupo fosforilo
2. Deslocação de um grupo fosforilo
3. Desidratação
4. Clivagem aldol
4
Condensação aldol:
Combinação de 2 compostos
carbonilo (p.ex., um aldeído e
uma cetona) para formar um aldol
(um composto β-hidroxicarbonilo)
5. Isomerização
5
Reacções da Glicólise
ENTRADA E METABOLIZAÇÃO DA GLUCOSE
fora
dentro
Glucose
6-P-Glucose
Glicó
Glicólise
Glicogé
Glicogénio
C. Krebs
Via das
Pentoses
Cadeia respirató
respiratória e
Fosforilaç
Fosforilação
Oxidativa
6
1. Fosforilação da glucose
hexocinase
Glucose
Glucose 6-fosfato
Fosforilação da glucose -Hexocinase e glucocinase
Músculo – consome glucose
Fígado – produz e distribui
glucose pelos outros tecidos
Hexocinase
•Hexocinase
(em todos os tecidos, em vá
várias isoformas)
isoformas)
- pode utilizar outras hexoses como substratos
– baixo valor de KM em relaç
relação à glucose (KM= 10-5M)
→ alta afinidade;
- inibida alostereamente pelo produto (6-P-glucose)
glucose)
(fígado e cé
célulaslulas-β pancreá
pancreáticas)
ticas)
- únicos substratos - glucose e manose
– alto valor de KM em relaç
relação à glucose → baixa afinidade;
Ex:
Ex: a seguir a
só actua para elevadas [glucose
[glucose]] no sangue
uma refeiç
refeição rica
- inibida por 66-P-frutose (não por 66-P-glucose)
glucose)
em glí
glícidos –
•Glucocinase
exessso transportado
para hepató
hepatócitos
7
Nota: oses fosforiladas são intermediários importantes no
metabolismo energético
Ex:
6-fosfato de glucose(6C)
3-fosfato de gliceraldeído (3C)
fosfato de di-hidroxiacetona (3C)
A pH 7.4 o grupo fosfato apresenta carga negativa (-),
o que permite:
- interacção com o centro activo de enzimas
- retenção no interior da célula
Éster
Anidrido
O-C-O-P-O-
O
Ligação éster
O-
-P-O-P-OO- O
O
2. Isomerização da G 6-P em F 6-P
Fosfoglucose
isomerase
Glucose 6-fosfato
Frutose 6-fosfato
Fosfoglucose
isomerase
Glucose 6-fosfato
Frutose 6-fosfato
8
3. Fosforilação da F 6-P
Fosfofrutocinase
Frutose 6-fosfato
Frutose 1,6-bisfosfato
4. Formação do gliceraldeído 3-P por
clivagem e isomerização
Aldolase
Dihidroxiacetona
fosfato
Gliceraldeído
3-fosfato
Frutose 1,6-bisfosfato
Triose fosfato
isomerase
Dihidroxiacetona
fosfato
Gliceraldeído
3-fosfato
9
5. Fosforilação e oxidação
do gliceraldeído 3-P
Gliceraldeído 3-P
Gliceraldeído 3-P
desidrogenase
1,3-bisfosfoglicerato
Fosfato de acilo
6. Formação de ATP a partir do 1,3-bisfosfoglicerato
1,3-bisfosfoglicerato
Fosfoglicerato
cinase
3-fosfoglicerato
10
7. Formação de piruvato e de um 2º ATP
Fosfogliceromutase
Enolase
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
Piruvato cinase
Fosfoenolpiruvato
Piruvato
A glicólise pode ser dividida em três fases:
A- fase de iniciação
B- fase de cisão
C- fase de oxidação-redução/fosforilação
11
A- fase de iniciação
hexocinase
Glucose 6-P
Glucose
Fosfoglucose
isomerase
Frutose 6-P
Fosfofrutocinase
Frutose 1,6-bisfosfato
B- fase de cisão
ou
Frutose 1,6-bisfosfato
Triose-P isomerase
Dihidroxiacetona
fosfato
Gliceraldeído 3-P
12
C- fase de
oxidaçãoredução/
fosforilação
Gliceraldeído 3-P
Gliceraldeído 3-P
desidrogenase
1,3-bisfosfoglicerato
Fosfoglicerato
cinase
Fosfogliceromutase
2-fosfoglicerato
3-fosfoglicerato
Piruvato cinase
Piruvato
Fosfoenolpiruvato
Lactato
desidrogenase
Lactato
modificação do
substrato em formas
metabolicamente
activas; geralmente
requer energia
conversão de
hexoses fosfato em
intermediários
metabólicos de
menores dimensões;
requer energia
(Glc)n - glicogénio
Glc - glucose
G6P - glucose 6-fosfato
F6P - frutose 6-fosfato
1,6-FBP - frutose 1.6-bisfosfato
DHAP - dihidroxiacetona fosfato
GAP - gliceraldeído 3-fosfato
1,3-BPG - 1,3-bisfosfoglicerato
13
continuação da
degradação em
metabolitos mais
simples; fornece
energia
1,3-BPG - 1,3-bisfosfoglicerato
3PG - 3-fosfoglicerato
2PG - 2-fosfoglicerato
PEP - fosfoenolpiruvato
PYR - piruvato
- 1 ATP-
- 1ATP
+ 2 ATP
Balanço
energético
(ATP)
+ 2ATP
+ 2 ATP
14
sem contar
com o ATP
G
barreiras energéticas;
só 2 (*) superadas
pelo ATP
sítios de conservação
de energia; só 2 (**)
usados para síntese
de ATP
requer energia
*
*
**
**
fase que
fornece
energia
com utilização
e produção de ATP
Para quem quiser saber mais sobre a glicólise, aqui
existem animações sobre cada uma das reacções (é
uma fantástica maneira de perceber os mecanismos e
“ver” os enzimas em acção)
http://www.iubmb-nicholson.org/animaps.html
15
Fermentação alcoólica e láctica
Glicólise - reacção global:
glucose
glucose + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+
piruvato
2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Reoxidação do NADH em NAD+ em condições de anaerobiose:
piruvato
descarboxilase
piruvato
álcool
desidrogenase
acetaldeído
etanol
Fermentação alcoólica - reacção global:
glucose + 2 Pi + 2 ADP + 2 H+
2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O
16
Glicólise - reacção global:
glucose
glucose + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+
piruvato
2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
lactato
desidrogenase
piruvato
L-lactato
Fermentação láctica - reacção global:
glucose + 2 Pi + 2 ADP
2 lactato + 2 ATP + 2 H2O
Balanço energético da fermentação homoláctica:
glucose
∆Go’1=-47.0 kcal/mol
(exergónica)
2 lactato
2 ADP + 2 Pi
2 ATP + 2 H2O
∆Go’2 =2x8=16 kcal/mol
(endergónica)
Global:
glucose + 2 Pi + 2 ADP
2 lactato + 2 ATP + 2 H2O
∆Go’= ∆Go’1 + ∆Go’2 = -47 +16 kcal/mol= -31 kcal/mol
17
16 x 100
= 34% da energia glucose → lactato é
47
conservada sob a forma de ATP
(na realidade mais ainda)
glicólise: glucose
2 lactato
∆Go’=-47.0 kcal/mol
Respiração
oxidação completa:
glucose + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O
∆Go’=-686.0 kcal/mol
Regulação
18
Estratégia metabólica da glicólise
• Adicionar grupos fosfato
• Converter metabolitos em metabolitos
fosforilados com…
– grupos fosfato de elevado potencial energético
– elevado potencial de transferência de grupos
fosfato
– baixa afinidade pelos grupos fosfato
• Transferir o fosfato destes metabolitos fosfato para o
ADP, formando ATP
Regulação da glicólise
Numa via metabólica, enzimas que
catalisam reacções essencialmente
irreversíveis são potenciais sítios de
controlo dessa via.
19
+
Pi
ATP
AMP, ADP,
Frutose 2,6-difosfato
AMP, ADP
+
+
1. Fosfofrutocinase
ATP
Frutose 6-P
ADP
Frutose 1,6-bisfosfato
- reacção praticamente irreversível
- ponto mais importante do controlo da glicólise
- inibida por elevados níveis de ATP (baixa a afinidade para o substrato):
regulação alostérica
- inibida por elevados níveis de citrato
- inibida por H+ (lactato/acidose)
(efeito contrariado pelo AMP)
20
2. Hexocinase
ATP
ADP
Glucose
Glucose 6-P
-inibida pela glucose 6-P
- estimulada por Pi
3. Piruvato cinase
Fosfoenolpiruvato + ADP + H+
Piruvato + ATP
- inibido alostericamente pelo ATP
- estimulado pela F1,6-BP (frutose 1,6-bisfosfato)
- controlado por fosforilação/desfosforilação:
piruvato cinase
fosforilada
(menos activa)
H2O
ADP
(-)
baixo nível de
glucose sanguínea
(+)
ATP
Pi
piruvato cinase
desfosforilada
(mais activa)
Fosfoenolpiruvato + ADP + H+
Piruvato + ATP
(+)
F1,6-BP
(-)
ATP
alanina
21
Papel da glicólise na síntese de intermediários
para a formação de lípidos e glicerol:
Glicerol fosfato
desidrogenase
Gliceraldeído
fosfato
para:
acilgliceróis
fosfoacilgliceróis
L-glicerol fosfato
Dihidroxiacetona
fosfato
glicerofosfatase glicerol
livre
piruvato
acetil CoA
ácidos
gordos
RELAÇÃO DA GLUCOSE COM AS VIAS MAIS
IMPORTANTES DO METABOLISMO DOS GLÍCIDOS
GLICOGÉNIO
Glicogenólise
Glicogénese
GLUCOSE
Glicólise
Gluconeogénese
LACTATO
22
CICLO DE CORI
Músculo
Fígado
Glucose
Glucose
Piruvato
Piruvato
Lactato
Lactato
Glicólise
Gluconeogénese
23