GLICÓLISE, REGULAÇÃO E GLICONEOGÊNESE
ENFERMAGEM 2012/1 – PROFª AMANDA VICENTINO
Bioquímica – Módulo II
O que acontece com a glicose que ingerimos???
A glicose ocupa um importante papel no metabolismo de plantas, animais e muitos
microorganismos. Funciona como uma molécula combustível com grande capacidade
de armazenar energia. Oxidação completa resulta na formação de CO2 e H2O. Estoque de glicose na forma de glicogênio
GLICÓLISE
Glico = açúcar lise = quebra Na glicólise a molécula de glicose (6C) é degrada por uma cascata de
reações enzimáticas para gerar duas moléculas de piruvato (3C). A glicólise é a principal rota metabólica da glicose. Durante as reações sequencias da glicólise, a energia liberada da
quebra da glicose é conservada na forma de ATP a NADH. A glicólise ocorre em 10 etapas enzimáticas divididas em duas fases
nas quais a primeira é fase preparatória onde ocorre gasto de ATP e na segunda fase, nomeada de fase de pagamento, ocorre ganho energetico e a formação de duas moléculas de ATP.
TRANSPORTADOR
Km para glicose (mM)
Distribuição Caracter ísticas
GLUT 1
1-2 ampla, com alta
concentração no cérebro, eritrócitos e endotélio
transportador constitutivo de glicose
GLUT 2
15- 20 rins, intestino delgado, fígado e pâncreas e células
transportador de baixa afinidade, funciona
como sensor de glicose
GLUT 3
10 neurônios, placenta
transportador de alta afinidade
GLUT 4
5 músculos esquelético e cardíaco, tecido adiposo
transportador dependente de insulina
GLUT 5
6- 11 intestino delgado, esperma, rim, cérebro, adipócitos e
músculo
transportador de frutose, afinidade muito
baixa para glicose
Transportador de glicose
As fases da glicólise:
Fase preparatória – gasto energético
hexoquinase
fosfoglicose isomerase
fosfofrutoquinase-1
triose fosfato isomerase
aldolase
G0’ = - 16,7 kJ/mol
G0’ = + 7,5 kJ/mol
G0’ = + 23,8 kJ/mol
G0’ = - 14,2 kJ/mol
G0’ = + 1,7 kJ/mol
As fases da glicólise:
Fase de pagamento – ganho energético
gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase
fosfoglicerato quinase
fosfoglicerato mutase
piruvato quinase
G0’ = + 4,4 kJ/mol
G0’ = - 18,8 kJ/mol
G0’ = + 6,3 kJ/mol
G0’ = + 7,5 kJ/mol
G0’ = - 31,4 kJ/mol
Hexoquinase
Cinase são enzimas que transferem grupos fosfato entre ATP e um metabólito
Fosfoglicose isomerase
Fosfofrutoquinase – PFK1
Aldolase
Clivagem da hexose produzindo 2 trioses fosforiladas, que são interconvertíveis
D-Glicose
Triose fosfato isomerase (TIM)
Gliceraldeido 3 fosfato desidrogenase
carboximetilcisteina
oxidação
Formação de ATP por transferência de fosfato
Geração de ATP
Equação geral da glicólise:Glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 Piruvato + 2 ATP + 2H2O + 2NADH + 2H+
Produtos finais da via glicolítica:
Fase preparatória – gasto de duas moléculas de ATPFase de pagamento – formação de quatro moléculas de ATP formação de duas moléculas de NADH formação de duas moléculas de piruvato
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi
2Piruvatos + 2NADH + H+ + 2ATP + H2O
Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi
2Piruvatos + 2ADP + 2NADH + H+ + 4ATP + H2O
2 2
Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?
- Muitos carboidratos além da glicose encontram seus destinos catabólicos após serem transformados em intermediários da via glicolítica.
-
Esta enzima catalisa o ataque do fosfato inorgânico ao resíduo glicosil não-reduzido do glicogênio, liberando glicose 1-fosfato que entra na via glicolítica.
VIA GLICOLÍTICA
Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?
A frutose livre presente em frutos ou formada pela hidrolise da sacarose é fosofrilada pela hexoquinase. Esta é a principal via pela qual a frutose entra na via glicolítica.
Frutose + ATP → frutose-6-fosfato + ADP
No fígado a frutose entra na via glicolítica através da frutoquinase que catalisa a fosforilação do C1 da frutose.
Frutose + ATP → frutose-1-fosfato + ADP
A frutose-1-fosfato é clivada em gliceraldeído e diidroxicetona-fosfato pela frutose 1-fosfato aldolase. A diidroxicetona-fosfato é convertida em gliceraldeído-3-fosfato e o gliceraldeído é fosforilado. Portanto os produtos frutose-1-fosfato entram na via glicolítca como gliceraldeído-3-fosfato.
Frutose-1-fosfatoFrutose-1-fosfato-aldolasegliceraldeído + diidroxicetona-fosfato
gliceraldeído-3-fosfato
Triose quinase Frutose-1-fosfato-aldolase
VIA GLICOLÍTICA
Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?
Galactose é monossacarídeo resultante da hidrolise da lactose (açúcar presente no leite e seus derivados)
... RESUMINDO ...
Metabolismo do piruvato – regeneração do NAD+
Condições Anaeróbicas
Condições Anaeróbicas
Condições Aeróbicas
DESTINOS DO PIRUVATO EM ANAEROBIOSE(ausência de oxigenio - no músculo esquelético superativado, tumores sólidos, bactérias anaeróbicas, algumas plantas)
Fermentação lática Fermentação alcoólica Quando alguns tecidos não tem um
suporte de oxigênio suficiente, NADH produzido na glicólise é regenerado à NAD através da redução do piruvato em lactato.
A redução do piruvato é catalizada pela lactato desidrogenase.
O equilíbrio da reação é todo favorecido em direção a formação do lactato devido ao G negativo da reação.
Acontece nos eritrócitos (ausência de mitocôndria) e no músculo esquelético em exercício físico intenso.
DESTINOS DO PIRUVATO EM ANAEROBIOSE(ausência de oxigenio - no músculo esquelético superativado, tumores sólidos, bactérias anaeróbicas, algumas plantas)
Fermentação láticaFermentação alcoólica Leveduras e outros organismos
fermentam a glicose, o que resulta na
formação de etanol e CO2.
O piruvato é convertido em etanol e
CO2 através de duas etapas. Na
primeira o piruvato é descarboxilado irreversivelmente pela piruvato descarboxilase. Na segunda etapa o acetaldeído formado é reduzido à etanol através da álcool desidrogenase ocorrendo a regeneração do NAD+.
Álcool desidrogenase
Acetaldeído desidrogenase
ALDH
ADH
Metabolismo do Etanol no fígado:
A glicose tem um papel central no metabolismo pois é considerada um combustível universal . Alguns tecidos dependem exclusivamente da glicose como fonte de energia. Desta forma, é necessesário na baixa de glicose resintetiza-la a partir de moléculas que não sejam carboidratos. Esta via é chamada de gliconeogenese.
PRECURSSORES DA GLICOSE → LACTATO, PIRUVATO, GLICEROL,
ALANINA
A gliconeogenese ocorre majoritariamente no fígado, mas também pode ocorrer no cortex renal. A glicose produzida entra na circulação sanguínea e supre os tecidos que necessitam de glicose. O músculo e o cérebro não fazem gliconeogenese pois não têm as enzimas frutose-1,6-bifosfatase e glicose-6-fosfatase.
A REGULAÇÃO METABÓLICA É UMA DAS CARACTERÍSTICAS MAIS IMPRESCINDÍVEIS DOS
ORGANISMOS VIVOS.
Regulação da atividade enzimática
Fluxo de metabólitos de uma via metabólica pode ser modulado por:
número de enzimas (por controles transcricionais/traducionais/protein turnover -minutos até horas).
mudança da atividade enzimática das enzimas da via por - controle por modificação covalente (via fatores de
transcrição) ou ligação a proteína reguladora (Hexoquinase IV) - regulação alostérica (milisegundos) - seqüestro da enzima ou do substrato em compartimentos
diferentes
Regulação da atividade enzimática
REGULAÇÃO DA GLICÓLISE• O fluxo da via glicolítica precisa se regulado em respostas às condições
dentro e fora da célula.
• Duas demandas principais:– Produção de ATP– Fornecimento de blocos para biossíntese.
• Pontos de regulação: reações irreversíveis
• 3 enzimas-chaves– Hexoquinase – Fosfofrutoquinase– Piruvato quinase
GLUT 4
Regulação da entrada de glicose
A glicose dentro da célula é convertida em glicose-6-fosfato pela hexoquinase:
Existem 4 isoformas da hexoquinase:
- hexoquinase I, II e II: presentes no músculo, exibe cinética michaeliana típica e alta afinidade pela glicose. Funcionam sempre na velocidade máxima assegurando um suprimento constante de glicose para as células estritamente dependentes deste açúcar. São alostericamente inibidas pela aumento de glicose-6-fosfato que ocorre quando sua utilização na via glicolítica diminui.
- hexoquinase IV ou glicoquinase: isoenzima majoritariamente encontrada no fígado com menor afinidade pela glicose. Não é regulada pela glicose-6-fosfato e sim por uma proteína reguladora acoplada a hexoquinase IV. - é importante no fígado para garantir que glicose não seja desperdiçada quando estiver abundante, sendo encaminhada para síntese de glicogênio e ácidos graxos. - quando a glicose está escassa, garante que tecidos como cérebro e músculo tenham prioridade no uso.
Hexoquinase IV é regulada pelo nível de glicose no sangue:
Quando a glicose é baixa, a atuação da hexoquinase IV é restringida, não só pela baixa afinidade pelo substrato, mas também porque a enzima é bloqueada por uma proteína acopladora que regula a atividade da hexoquinase IV por seqüestro para núcleo celular
Fosfofrutoquinase – PFK1
Moduladores alostéricos positivos → AMP, frutose-2,6-bifosfato
Moduladores alostéricos negativos → ATP, citrato
Glicólise no músculo
AMP => regulador alostérico positivo
Fosfofrutocinase PFK-1
Moduladores alostéricos positivos → AMP, frutose-2,6-bifosfato
Moduladores alostéricos negativos → ATP, citrato
Fosfofrutoquinase – PFK1
Frutose 2,6-bifosfato: presente no fígado e responsável por controlar atividade da glicólise versus gliconeogênese
Frutose-6-fosfato Frutose-2,6-fosfato 6-fosfofruto-2-
quinase (não é um intermediário da glicólise e não participa de via metabólica específica)
Frutose-2,6-bifosfatase
Frutose-6-fosfato
Frutose-6-fosfato Frutose-2,6-fosfato 6-fosfofruto-2-
quinase
Frutose-2,6-bifosfatase
Frutose-6-fosfato
Fosfofrutoquinase-1
Frutose-1,6-fosfato
Glicólise
Frutose-1,6-bifosfatase
Gliconeogênese
Glicose sanguínea => F-2,6BP => ativa PFK
Piruvato cinase do tipo L (liver)
Características comum as tipos L e M- Frutose 1,6-bisfosfato: ativa- ATP: inibe alostericamente- Alanina: produzida a partir de piruvato,
inibe a PFK.A isoforma L é inativada ao ser fosforilada quando o nível de glicose no sangue cai (estímulo disparado pelo glucagon)
Regulação por controle covalente
Regulação alostérica
Sinais de abundância de suplemento de energia
Regulação de PFK e piruvato cinase