GLICLISE

DQB/FCULBioqumica II: 2013/2014

Tpicos

Glucose: papel central no metabolismo Breves apontamentos histricos Etapas da gliclise Balano energtico da gliclise

Papel central da glucose no metabolismo

Armazenamento

GlucognioAmido

Oxidao via gliclise

Piruvato5-fosfato de riboseNADPH

Oxidao via dos fosfatos de pentose

CO2 + H2OG = - 2 840 KJ/mol

Fonte de energia

Fonte de carbono

Papel central da glucose no metabolismo

Organismos fotossintticos(a partir do CO2)

Organismos no fotossintticos(a partir de C3 e C4)

Trioses

Glucose

Gluconeognese

Gliclise

do grego: glykys doce ou aucarlysis lise

G = - 2 840 kJ/molFermentao degradao anaerbia da glucose (ou outros nutrientes) para obter ATP importante fonte industrial de etanol e cido lctico

Gliclise: alguns apontamentos histricos1860 Louis Pasteur descobriu que os microrganismos so

responsveis pela fermentao

1897 Eduard BuchnerPN Qumica 1907 demonstrou que extractos de leveduras livres de clulas tambm

eram capazes de realizar a fermentao alcolica

golpe importante na teoria do vitalismo: no era necessrio a presena de clulas vivas para que ocorresse a libertao de CO2

Gliclise: alguns apontamentos histricos

foi a primeira via metablica a ser elucidada

demorou ~ 40 anos !

o estudo dos vrios passos envolvidos na via glicoltica em- extractos de levedura- extractos de msculos

desempenhou um papel central no desenvolvimento da disciplina da Bioqumica

as principais dificuldades encontradas residiram:- nos tempos de vida muito curtos- e nas concentraes reduzidas

dos vrios intermedirios da via glicoltica

acumulava-se um difosfato de hexose (ster de Harden-Young = 1,6-bisfosfato de frutose) 1 intermedirio da via a ser descoberto

aps dilise, o extracto de levedura apresentava duas fraces:

- apenas uma era sensvel ao calor

s ocorria fermentao com as duas fraces presentes

PN 1929

1905-1910 Harden e Young realizaram estudos sistemticos de

produo de etanol a partir de glucose em anaerobiose (fermentao) com extractos de levedura

o processo era estimulado pelo Pi

Alguns apontamentos histricos

PN 1931

1926 Otto Warburg e W. Christian relao entre oxidao-reduo e fosforilao

natureza da fraco estvel ao calor

1932 C. Neuberg

purificao e identificao do 6-P-frutose

1936 G.T. Cori, C.F. Cori (PN 1947) e S.P. Collowick purificao e identificao do 1-P-glucose

Alguns apontamentos histricos

Caracterizao dos enzimas envolvidos no processo (ex aldolase) Identificao de intermedirios Elucidao da sequncia de reaces

PN 1922PN 1929

Gliclise = via Embden-Meyerhof-Parnas & Warburg

Alguns apontamentos histricos

Da elucidao da gliclise ...

conceito de via metablica

desenvolvimento das metodologias de purificao e caracterizao de enzimas

descoberta e reconhecimento do papel importante dos coenzimas (NADH)

descoberta do papel central do ATP e de outros metabolitos fosforilados

A gliclise ...

a via central (quase) universal do catabolismo da glucose a via com maior fluxo em (quase) todas as clulas a nica via de fornecimento de energia em certos tipos de

clulas de mamfero (crebro, eritrcitos, esperma, ...) existem microrganismos anaerbios que dependem

exclusivamente desta via para obter energia

via extremamente conservada ao longo da evoluo, tanto do ponto de vista da qumica das reaces, como em termos de homologia estrutural dos enzimas da via

a via difere entre os vrios organismos principalmente ao nvel da sua regulao e no destino final do piruvato

A gliclise ocorre no citosol e tem duas fases

Fase I: fase endergnica (fase de preparao)fosforilao da glucose e sua converso em fosfatos de triose: 3-P-gliceraldedo

investe-se ATP mas aumenta o contedo energtico dos metabolitos

Fase II: fase exergnica Pay off

Oxidao do 3-P-gliceraldedo a piruvato

ocorre formao de NADH + H+ e ATP

(fosforilo ao nvel de substrato)

Passo 1. Fosforilao da glucose

Glucose 6-P-Glucose

Hexocinase

ster de Robinson

ocorre em C-6

o io magnsio essencial para a actividade do hexocinase

passo irreversvel na clula ponto importante de regulao da via reaces acopladas

Passo 1. Reaces acopladas

Passo 1. Fosforilao da glucose

substrato do hexocinase: complexo Mg2+-ATP

no h transportadores para os compostos fosforilados

O io magnsio essencial para a actividade do hexocinase

Passo 2. Converso a 6-P-frutose

isomerizao reversvel de uma aldose a cetose

este passo tem um papel crtico na qumica da via glicoltica:

o re-arranjo molecular essencial para garantir os passos seguintes

6-P-Glucose 6-P-Frutose

Fosfohexose isomerase

ster de Neuberg

Passo 2. Converso a 6-P-frutose

Fosfohexose isomerase

Passo 3. Fosforilao a 1,6-bisP-frutose

1,6-bisP-Frutose

6-P-Frutose

Fosfofrutocinase 1PFK-1

ster de Harden & Young

Reaco essencialmente irreversvel na clula o ponto mais importante de regulao da via glicoltica

PFK1 um dos enzimas de regulao mais complexos:

a sua actividade diminui quando a [ATP] elevada (!)

Passo 3. Fosforilao a 1,6-bisP-frutose

o passo do compromisso

o 1,6-bisP-frutose est de forma definitiva na via glicoltica

1,6-bisP-frutose

FosfofrutocinasePFK-1

Passo 4. Rutura do 1,6-bisP-frutose

1,6-bisP-Frutose

fosfato de dihidroxiacetona

1,6-bisP-frutose aldolase

3-P-gliceraldedo

ster de Fischer

GLICLISE

reaco reversvel com produo de dois fosfatos de triose

embora G seja positivo, a reaco ocorre no sentido directo nas condies intracelulares

Passo 5. Interconverso das trioses

Fosfato de dihidroxiacetona

Fosfato de triose

isomerase3-P-gliceraldedo

s o 3-P-gliceraldedo pode seguir na via glicoltica

reaco de isomerizao rpida e reversvel

Final da fase preparatria da glicliseA molcula de aldohexose foi fosforilada em C1 e C6 e sofreu

rutura, formando-se duas molculas de 3-P-gliceraldedo

Passos 4 e 5 da fase I da gliclise

Fosfato de triose isomerase

Passo 6. Oxidao a 1,3-bisfosfoglicerato

1,3-bisfosfoglicerato

3-P-gliceraldedo desidrogenase

3-P-gliceraldedo fosfato inorgnico

ster de Warburg-Negelein

X 2

reaco de oxidao e fosforilao

produo do coenzima reduzido NADH

(regenerado anaerobicamente a NAD+ durante a fermentao)

Alguns dos intermedirios fosforilados da gliclise

Formado no passo 6

G= - 49.3 kJ/mol

Passo 7. Transferncia do grupo fosforilo

1,3-bisfosfoglicerato

Fosfoglicerato cinase

3-fosfogliceratoster de Nilson

X 2 o nome do enzima reflecte a reaco inversa

juntamente com o passo anterior, forma um passo de acoplamento energtico cujo G= - 12.5 kJ/mol

ocorre formao de ATP:

fosforilao ao nvel do substrato

Passo 8. Converso a 2-fosfoglicerato

2-fosfoglicerato

Fosfoglicerato mutase

3-fosfoglicerato

X 2

a reaco enzimtica depende da existncia de 2,3-bisfosfoglicerato em quantidades vestigiais

este metabolito necessrio para o incio do ciclo cataltico do enzima

Passo 9. Desidratao a fosfoenolpiruvato

2-fosfoglicerato

Enolase

fosfoenolpiruvato

X 2

remoo reversvel de uma molcula de H2O a partir do 2-fosfoglicerato

a perda de molcula de H2O leva redistribuio de energia no susbtrato, aumentando significativamente a energia que resultar da hidrlise do grupo fosforilo

Alguns dos intermedirios fosforilados da gliclise

Formado no passo 9

G= - 61.9 kJ/mol

Passo 10. Transferncia do grupo fosforilo

piruvato

Piruvato cinase

fosfoenolpiruvato

X 2

o nome do enzima reflecte a reaco inversa

o enzima requer Mg2+ e K+

ocorre formao de ATP:

fosforilao ao nvel do susbtrato

a reaco irreversvel e constitui um ponto importante de regulao da via

DCA-inibidor

Passo 10. Hidrlise do fosfoenolpiruvato

o produto piruvato surge primeiro na sua forma enlica

o piruvato tautomeriza no enzimaticamente na sua forma ceto (pH 7.0)

Passo 10. Reaces acopladas

Sumrio da gliclise: 10 passos

...

...

Hexocinase

Fosfohexose isomerase

Fosfofrutocinase

Aldolase

Triose fosfato isomerase

3-P-gliceraldedo desidrogenase

Fosfoglicerato cinase

Fosfoglicerato mutase

Enolase

Piruvato cinase

...

Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O

ATP

Via de Embden-Meyerhof-Parnas & Warburg