aula03 bioqii-cfbio glioconeogenese1

Aula deAula de Bioquímica II Bioquímica II –– SQM0424SQM0424BachareladoBacharelado emem CiênciasCiências FísicasFísicas e e BiomolecularesBiomoleculares

Tema:Tema:

GliconeogêneseGliconeogênese

Glicogênio: Glicogênio: GlicogenóliseGlicogenólise, Síntese e Regulação , Síntese e Regulação

Prof. Dr. Júlio César BorgesProf. Dr. Júlio César BorgesDepto. de Química e Física Molecular Depto. de Química e Física Molecular –– DQFMDQFM

Instituto de Química de São Carlos Instituto de Química de São Carlos –– IQSCIQSC

Universidade de São Paulo Universidade de São Paulo –– USPUSP

EE--mailmail: [email protected]: [email protected]


�� SSíntese de Glicose a partir de precursores não glicídiosíntese de Glicose a partir de precursores não glicídios

-- Necessidade diária de Glicose: 160 gNecessidade diária de Glicose: 160 g

-- Cérebro: 120 gCérebro: 120 g

-- OutrosOutros tecidostecidos: : eritrócitoseritrócitos, , testículostestículos, , medulamedula renal e renal e tecidostecidos embrionáriosembrionários..

�� Quantidade disponível: no plasma e armazenada como glicogênio via Quantidade disponível: no plasma e armazenada como glicogênio via GlicogenóliseGlicogenólise: 190g: 190g�� Quantidade disponível: no plasma e armazenada como glicogênio via Quantidade disponível: no plasma e armazenada como glicogênio via GlicogenóliseGlicogenólise: 190g: 190g

�� No jejum, a No jejum, a gliconeogênesegliconeogênese fornece glicose para o cérebrofornece glicose para o cérebro

Principais precursores:Principais precursores:

PIRUVATO, OXALOACETATO E DIPIRUVATO, OXALOACETATO E DI--HIDROXIACETONA FOSFATOHIDROXIACETONA FOSFATO

-- LactatoLactato

-- Aminoácidos Aminoácidos glicogênicosglicogênicos: :

-- GlicerolGlicerol


�� Precursores de glicose em animais e plantasPrecursores de glicose em animais e plantas

�� LactatoLactato

-- PiruvatoPiruvato

�� Aminoácidos Aminoácidos glicogênicosglicogênicos: :

-- PiruvatoPiruvato

-- Intermediários do ciclo de KrebsIntermediários do ciclo de Krebs-- Intermediários do ciclo de KrebsIntermediários do ciclo de Krebs

�� GlicerolGlicerol

�� Ácidos graxos e Aminoácidos Ácidos graxos e Aminoácidos cetogênicoscetogênicos

não SÃO precursores para Glicosenão SÃO precursores para Glicose


Aminoácidos precursores para a síntese de GlicoseAminoácidos precursores para a síntese de Glicose

Aminoácidos “Aminoácidos “GlicogênicosGlicogênicos””

Os aminoácidos são desaminados na mitocôndria e dão origem a intermediários da via do Os aminoácidos são desaminados na mitocôndria e dão origem a intermediários da via do

ácido cítrico que são convertidos a ácido cítrico que são convertidos a OxaloacetatoOxaloacetato..

* Aminoácidos também

cetogênicos


�� NãoNão é a simples reversão da é a simples reversão da

GlicóliseGlicólise

-- 7 reações enzimáticas são 7 reações enzimáticas são

compartilhadascompartilhadas

-- Os 3 passos “irreversíveis” Os 3 passos “irreversíveis”

da da glicóliseglicólise precisam ser precisam ser

contornados.contornados.

1)1) Formação do PEPFormação do PEP

2)2) Formação da F6Formação da F6--PP

3)3) Formação de GlicoseFormação de Glicose


�� Não é a simples reversão da Não é a simples reversão da GlicóliseGlicólise

�� As 3 As 3 etapasetapas dada GlicóliseGlicólise muitomuito exergônicasexergônicas precisamprecisam ser ser contornadascontornadas


1) A formação de PEP a partir de PIRUVATO1) A formação de PEP a partir de PIRUVATO

-- Reação direta irreversível contornada por 2 passos enzimáticosReação direta irreversível contornada por 2 passos enzimáticos

-- FormaForma--se se PEPPEP a partir de a partir de PIRUVATOPIRUVATO com com OXALOACETATOOXALOACETATO como intermediáriocomo intermediário

-- OXALOACETATOOXALOACETATO é intermediário do ciclo do ácido cítrico e porta de entrada para alguns é intermediário do ciclo do ácido cítrico e porta de entrada para alguns

aminoácidos aminoácidos glicogênicosglicogênicos

�� 1º Reação: catalisada pela PIRUVATO CARBOXILASE1º Reação: catalisada pela PIRUVATO CARBOXILASE

�� 2º Reação: catalisada pela PEP CARBOXIQUINASE2º Reação: catalisada pela PEP CARBOXIQUINASE

SOMATÓRIA DA REAÇÃOSOMATÓRIA DA REAÇÃO


1)1) A formação de PEP a partir de PIRUVATOA formação de PEP a partir de PIRUVATO

�� 1º Reação: catalisada pela PIRUVATO CARBOXILASE1º Reação: catalisada pela PIRUVATO CARBOXILASE

�� 1º Etapa: formação do 1º Etapa: formação do CarboxiCarboxi--FosfatoFosfato

�� 2º Etapa: 2º Etapa: carboxilaçãocarboxilação da Biotina à custas da Biotina à custas

de 1 ATPde 1 ATP

�� 3º Etapa: 3º Etapa: CarboxilaçãoCarboxilação do do PiruvatoPiruvato�� 3º Etapa: 3º Etapa: CarboxilaçãoCarboxilação do do PiruvatoPiruvato

�� A A PIRUVATO CARBOXILASE PIRUVATO CARBOXILASE possui a possui a

biotina como grupo prostético: carreador de biotina como grupo prostético: carreador de

COCO2 2 ativadoativado


�� PIRUVATO CARBOXILASEPIRUVATO CARBOXILASE

-- Enzima MitocondrialEnzima Mitocondrial

1)1) A formação de PEP a partir de A formação de PEP a partir de

PIRUVATOPIRUVATO

-- Sofre ativação Alostérica pela Sofre ativação Alostérica pela AcetilAcetil--CoACoA ��

sinaliza uso de ácidos graxos como combustívelsinaliza uso de ácidos graxos como combustível

-- o o PIRUVATOPIRUVATO precisa entrar na mitocôndriaprecisa entrar na mitocôndria

-- O O OXALOACETATOOXALOACETATO precisa sair da mitocôndria precisa sair da mitocôndria

via via MALATOMALATO

-- LançadeiraLançadeira de de MalatoMalato!!!!!!!!

-- Via alternativaVia alternativa

PEP é formado dentro da mitocôndriaPEP é formado dentro da mitocôndria


1)1) A formação de PEP a partir de PIRUVATOA formação de PEP a partir de PIRUVATO

�� 2º Reação: catalisada pela PEP CARBOXIQUINASE2º Reação: catalisada pela PEP CARBOXIQUINASE

�� PEP CARBOXIQUINASEPEP CARBOXIQUINASE

-- Catalisa a Catalisa a fosforilaçãofosforilação e e descarboxilaçãodescarboxilação concomitante do concomitante do

OxaloacetatoOxaloacetato

-- Doador de Doador de FosforilaFosforila �� GTPGTP

�� Duas ligações ricas em energia são consumidas para Duas ligações ricas em energia são consumidas para

converter converter PIRUVATOPIRUVATO em em PEPPEP na na GliconeogêneseGliconeogênese

PEP PEP �� PIRUVATO PIRUVATO ∆∆GG00’= ’= -- 7,5 kcal/mol7,5 kcal/mol

PIRUVATOPIRUVATO �� OXALOACETATO OXALOACETATO �� PEP PEP ∆∆GG00’= + 0,2 kcal/mol’= + 0,2 kcal/mol

A A DescarboxilaçãoDescarboxilação Guia a termodinâmica da conversãoGuia a termodinâmica da conversão


2) A formação de FRUTOSE 62) A formação de FRUTOSE 6--FOSFATO a partir de FRUTOSE 1,6FOSFATO a partir de FRUTOSE 1,6--BISFOSFATOBISFOSFATO

�� 9º Reação: catalisada pela FRUTOSE 1,69º Reação: catalisada pela FRUTOSE 1,6--BISFOSFATASEBISFOSFATASE

-- Importante ponto de regulação Importante ponto de regulação alostéricaalostérica

3) A formação de GLICOSE a partir de GLICOSE 63) A formação de GLICOSE a partir de GLICOSE 6--FOSFATOFOSFATO

�� 11º Reação: catalisada pela GLICOSE 611º Reação: catalisada pela GLICOSE 6--FOSFATASEFOSFATASE

-- Importante ponto de regulação Importante ponto de regulação alostéricaalostérica


3) A formação de GLICOSE a partir de GLICOSE 63) A formação de GLICOSE a partir de GLICOSE 6--FOSFATOFOSFATO

�� Em muitos tecidos a Em muitos tecidos a GliconeogêneseGliconeogênese pára na GLICOSE 6pára na GLICOSE 6--FOSFATOFOSFATO

-- Somente nos tecidos importantes para a Somente nos tecidos importantes para a homeostasehomeostase de Glicose de Glicose –– Fígado, Rins e Intestino Fígado, Rins e Intestino

–– existe a GLICOSE 6existe a GLICOSE 6--FOSFATASEFOSFATASE

-- Cérebro e músculo não a possuem Cérebro e músculo não a possuem �� não liberam Glicosenão liberam Glicose


O balanço Reacional da produção de 1 GLICOSE a partir de 2 O balanço Reacional da produção de 1 GLICOSE a partir de 2 PIRUVATOSPIRUVATOS


O balanço energético da produção de 1 GLICOSE a partir de 2 O balanço energético da produção de 1 GLICOSE a partir de 2 PIRUVATOSPIRUVATOS

A simples reversão da A simples reversão da GlicóliseGlicólise é um processo desfavorável termodinamicamente.é um processo desfavorável termodinamicamente.

�� A A gliconeogênesegliconeogênese necessita de acoplamento de necessita de acoplamento de REAÇÕESREAÇÕES FAVORÁVEISFAVORÁVEIS para contornar as para contornar as

etapas desfavoráveis etapas desfavoráveis

�� Energia Livre é fornecida na forma de 4 moléculas de ATP por glicose produzidaEnergia Livre é fornecida na forma de 4 moléculas de ATP por glicose produzida

GlicóliseGlicólise e e GliconeogêneseGliconeogênese

São reciprocamente reguladasSão reciprocamente reguladas

�� Em Condições normais, uma via Em Condições normais, uma via

está relativamente inativa enquanto a está relativamente inativa enquanto a

outra está ativa.outra está ativa.

--Se ambas as vias estiverem ativas Se ambas as vias estiverem ativas ��

consumo de 4 ATP por ciclo de reaçãoconsumo de 4 ATP por ciclo de reação

--Ambas as vias são ExergônicasAmbas as vias são Exergônicas

Se a Carga Energética é:Se a Carga Energética é:

Baixa Baixa �� GlicóliseGlicólise

Alta Alta �� GliconeogêneseGliconeogênese

Depende da presença de Glicose, Depende da presença de Glicose,

ATP/AMP e blocos de construçãoATP/AMP e blocos de construção


São reciprocamente reguladasSão reciprocamente reguladas�� FOSFOFRUTOQUINASEFOSFOFRUTOQUINASE--2 e FRUTOSE BISFOSFATASE2 e FRUTOSE BISFOSFATASE--22

-- ENZIMA BIFUNCIONALENZIMA BIFUNCIONAL HEPÁTICAHEPÁTICA

-- Atua com Atua com quinasequinase sobre a Frutose 6sobre a Frutose 6--Fosfato Fosfato

-- Atua como Atua como fosfatasefosfatase sobre a Frutose 2,6sobre a Frutose 2,6--bisfosfatobisfosfato

Depende de regulação por modificação covalente Depende de regulação por modificação covalente no domínio Nno domínio N--terminal terminal regulatórioregulatórioregulatórioregulatório



GLICOSE GLICOSE ESCASSAESCASSA

(Glicólise inativa)

GLICOSE FARTAGLICOSE FARTA(Glicólise ativa)

Frutose 2,6-Bisfosfato

Frutose 6-Fosfato(Não estimula

PFK)



�� CICLOS DE SUBSTRATOSCICLOS DE SUBSTRATOS

-- Apesar de reciprocamente reguladas, a Apesar de reciprocamente reguladas, a GlicóliseGlicólise e e

GliconeogêneseGliconeogênese ocorrem concomitantemente em níveis ocorrem concomitantemente em níveis

diferentesdiferentes

-- Foi tida como “Foi tida como “ciclo fútilciclo fútil” devido à “” devido à “imperfeiçãoimperfeição” do ” do

sistema.sistema.

�� Servem como sistemas de amplificação de sinalServem como sistemas de amplificação de sinal

O Início de uma atividade física aumenta a O Início de uma atividade física aumenta a GlicóliseGlicólise num num

fator de 1.000 xfator de 1.000 x

�� Pode servir para a produção de Calor!!! Pode servir para a produção de Calor!!!


Metabolismo anaeróbico Metabolismo anaeróbico –– GlicóliseGlicólise -- no músculo e no músculo e hemáceashemáceas produz produz LACTATOLACTATO

LACTATO LACTATO no Fígado no Fígado –– GliconeogêneseGliconeogênese –– produz produz GLICOSEGLICOSE

ALANINA ALANINA no Fígado no Fígado –– GliconeogêneseGliconeogênese –– produz produz GLICOSEGLICOSE

Ciclo de Ciclo de CoriCori: : Mantêm a reciclagem de glicose a partir de Mantêm a reciclagem de glicose a partir de LactatoLactato


Cooperação numa arrancada muscularCooperação numa arrancada muscular

GlicogênioGlicogênio

�� GLICOGÊNIOGLICOGÊNIO

-- Não é tão reduzido como ácidos graxos;Não é tão reduzido como ácidos graxos;

-- Mas é Mas é RAPIDAMENTERAPIDAMENTE mobilizado para formar mobilizado para formar

glicose para o cérebro;glicose para o cérebro;

-- Glicose libera energia na ausência de OGlicose libera energia na ausência de O22;;

�� PapelPapel no no fígadofígado: : TampãoTampão de de glicoseglicose..

�� PapelPapel no no músculomúsculo: : NecessidadeNecessidade própriaprópria..

Glicogênio: SÍNTESEGlicogênio: SÍNTESE

A GLICOGÊNIO é sintetizado a partir de A GLICOGÊNIO é sintetizado a partir de UDPUDP--GlicoseGlicose

-- UDPUDP--GlicoseGlicose é uma forma ativa de glicose.é uma forma ativa de glicose.

Reação catalisada pela UDPReação catalisada pela UDP--glicose fosforilaseglicose fosforilase


A GLICOGÊNIO SINTASE transfere glicose da A GLICOGÊNIO SINTASE transfere glicose da UDPUDP--GlicoseGlicose parapara o o glicogênioglicogênio

EnzimaEnzima ramificadoraramificadora criacria as as ligaçõesligações αα--11��66

A A GLICOGENINAGLICOGENINA é o “primer” para o início da síntese de é o “primer” para o início da síntese de Glicogênio.Glicogênio.

-- É uma glicosil transferase diméricaÉ uma glicosil transferase dimérica-- Catalisa a adição de 8 unidades de Glicose na outra Catalisa a adição de 8 unidades de Glicose na outra

cadeiacadeia


A A GLICOGENINAGLICOGENINA é o “é o “primerprimer” para o início da síntese de Glicogênio.” para o início da síntese de Glicogênio.

-- É uma É uma GlicosilGlicosil TransferaseTransferase -- DiméricaDimérica-- Catalisa a adição de 8 unidades de Glicose Catalisa a adição de 8 unidades de Glicose

na outra cadeiana outra cadeia

GlicogenóliseGlicogenólise

Quebra Quebra FosforolíticaFosforolítica do glicogêniodo glicogênio

�� Ocorre em 4 etapasOcorre em 4 etapas

1) Fosforólise;1) Fosforólise;

2) Remodelamento;2) Remodelamento;

3) Desramificação;3) Desramificação;

4) Conversão.4) Conversão.


Fosforólise: Quebra fosforolítica do glicogênioFosforólise: Quebra fosforolítica do glicogênio

1) GLICOGÊNIO FOSFORILASE1) GLICOGÊNIO FOSFORILASE

Catalisa a remoção sequencial de glicose Catalisa a remoção sequencial de glicose αα--11��4 4 da extremidade redutora do glicogênioda extremidade redutora do glicogênio

-- Enzima processiva: fosforila várias glicoses sem dissociar do substratoEnzima processiva: fosforila várias glicoses sem dissociar do substrato

CoenzimaCoenzima: : PIRIDOXALPIRIDOXAL--FOSFATOFOSFATO –– PLP PLP PIRIDOXALPIRIDOXAL--FOSFATOFOSFATO –– PLP PLP


1) 1) GLICOGÊNIOGLICOGÊNIO FOSFORILASEFOSFORILASE

ProdutoProduto dada reaçãoreação é a Glicoseé a Glicose--11--fosfatofosfato

[PO[PO4433--]/[G]/[G--11--P] = 3,6 P] = 3,6

PLPPLP

-- Ativa o ortfosfatoAtiva o ortfosfato

-- Atua como Atua como catalisador ácidocatalisador ácido--basebase

-- Ausência da águaAusência da água


As ligações glicosídicas As ligações glicosídicas αα--11��6 dos pontos de ramificação devem ser quebradas6 dos pontos de ramificação devem ser quebradas

�� TRANSFERASE TRANSFERASE �� RemodelamentoRemodelamento

-- Transfere polimeros de 3 unidades de glicose da ramificação para a cadeia principalTransfere polimeros de 3 unidades de glicose da ramificação para a cadeia principal

�� αα--11��6 GLICOSIDADE 6 GLICOSIDADE �� DesramificaçãoDesramificação

Hidrolisa a ramificação Hidrolisa a ramificação αα--11��6 da cadeia principal6 da cadeia principal


FOSFOGLICOMUTASE FOSFOGLICOMUTASE �� converte Glicose 1converte Glicose 1--fosfato em Glicose 6fosfato em Glicose 6--fosfatofosfato

Destinos para a Glicose 6Destinos para a Glicose 6--fosfato formada:fosfato formada:

No músculo No músculo �� permanece na célula permanece na célula �� Glicólise Glicólise

No fígado No fígado �� Glicose 6Glicose 6--fosforilase fosforilase �� Glicose exportada para a corrente sanguíneaGlicose exportada para a corrente sanguínea

GlicogenóliseGlicogenólise: REGULAÇÃO: REGULAÇÃO

A GLICOGÊNIO FOSFOLIRASE é o principal centro de regulaçãoA GLICOGÊNIO FOSFOLIRASE é o principal centro de regulação

-- Regulação por modificação covalente: Regulação por modificação covalente: fosforilaçãofosforilação//desfosforilaçãodesfosforilação

FosforilaseFosforilase a a �� fosforiladafosforilada �� AtivaAtiva �� estado R favorecidoestado R favorecido

FosforilaseFosforilase b b �� desfosforiladadesfosforilada �� InativaInativa �� estado T favorecidoestado T favorecido

Glicogenólise: REGULAÇÃOGlicogenólise: REGULAÇÃO

A GLICOGÊNIO FOSFOLIRASE é o principal centro de regulaçãoA GLICOGÊNIO FOSFOLIRASE é o principal centro de regulação

-- Regulação por alosteria Regulação por alosteria –– retroalimentaçãoretroalimentação

Regulação diferencial para o músculo e fígadoRegulação diferencial para o músculo e fígado

Músculo Músculo FígadoFígado


A GLICOGÊNIO FOSFOLIRASE é fosforilada pela FOSFORILASE QUINASE (A GLICOGÊNIO FOSFOLIRASE é fosforilada pela FOSFORILASE QUINASE (αβγδ)αβγδ)44

�� A cadeia gama é a calmodulinaA cadeia gama é a calmodulina


Efeitos da Epinefrina e GlucagonEfeitos da Epinefrina e Glucagon

JEJUM JEJUM Baixa de GlicoseBaixa de Glicose

EXERCÍCIOEXERCÍCIO


Os efeitos da Epinefrina e Glucagon no metabolismo do GlicogênioOs efeitos da Epinefrina e Glucagon no metabolismo do Glicogênio

Glicogênio: REGULAÇÃOGlicogênio: REGULAÇÃO

A degradação e a síntese de glicogênio são reguladas de modo recíprocoA degradação e a síntese de glicogênio são reguladas de modo recíproco

EXERCÍCIO OU JEJUMEXERCÍCIO OU JEJUM

GlicogênioGlicogênio

sintasesintase aa

GlicogênioGlicogênio sintasesintase bb

((inativainativa))

FosforilaçãoFosforilação via via

Glicogênio Glicogênio sintasesintase QuinaseQuinase


A A PROTEÍNA PROTEÍNA FOSFATASEFOSFATASE 1 (PP1) tem papel central na síntese de glicogênio1 (PP1) tem papel central na síntese de glicogênio

-- A PP1 reverte os efeitos do A PP1 reverte os efeitos do GlucagonGlucagon e e EpinefrinaEpinefrina via PKAvia PKA

EXERCÍCIO OU JEJUMEXERCÍCIO OU JEJUM

REPOUSO OU APÓS REFEIÇÃOREPOUSO OU APÓS REFEIÇÃO


A A INSULINAINSULINA inativainativa a GLICOGÊNIO SINTASE QUINASEa GLICOGÊNIO SINTASE QUINASE


O papel do FÍGADO no controle da glicemia normal O papel do FÍGADO no controle da glicemia normal �� 6565--100mg/100mL 100mg/100mL –– 3,63,6--5,5 mM5,5 mM

A A FOSFORILASE aFOSFORILASE a é o sensor de glicose é o sensor de glicose �� inibidor alostéricoinibidor alostérico

1)1) Na presença de glicose, a Na presença de glicose, a FOSFORILASE aFOSFORILASE a é desfosforilada pela PP1 é desfosforilada pela PP1 �� FOSFORILASE bFOSFORILASE b

2)2) A A FOSFORILASE bFOSFORILASE b se dissocia da cadeia regulatória GL se dissocia da cadeia regulatória GL

3)3) A A PP1PP1 desfosforila a desfosforila a GLICOGENIO SINTASE bGLICOGENIO SINTASE b ativandoativando--a a �� GLICOGENIO SINTASE aGLICOGENIO SINTASE a

aula03 bioqii-cfbio glioconeogenese1

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