Glicogénese, glicogenólise e gliconeogénese

Introdução

Glicogénese, glicogenólise e gliconeogénese

Glicose 6-P

Glicogénio

PiruvatoOxaloacetatoGlicerol

Gliconeogénese

Glicogénese

Glicogenólise

– sequência e regulação coordenada –

GlicogénioPolissacárido;Pouco solúvel (não provoca aumento da pressão

osmótica);Bastante ramificado;Constituído exclusivamente por monómeros de glicose

unidos entre si por ligações 1,4 (e 1,6 nas ramificações):

Glicogénese, glicogenólise e gliconeogénese

Glicose 6-P

Glicogénio

PiruvatoOxaloacetatoGlicerol

Gliconeogénese

Glicogénese

Glicogenólise

Glicogenólise– Esquema geral –

Glicogenólise1ª Reacção

Remoção de um resíduo de glicose terminal de um ramo do glicogénio:

Glicogenólise2ª Reacção

Desramificação do glicogénio:

Glicogenólise3ª Reacção

Remoção do resíduo de glicose final

Glicogenólise4ª Reacção

Conversão da glicose 1-P em glicose 6-P:

fosfoglicomutase

Glicogénese1ª Reacção

Conversão da glicose 6-P em glicose 1-P:

fosfoglicomutase

Glicogénese2ª Reacção

Conversão da glicose 1-P em UDP-glicose:

Glicogénese3ª Reacção

Ligação da UDP-glicose a uma molécula de glicogénio:

glicogénio sintase

Glicogénese

Formação de uma molécula nova de glicogénio

• Adição de UDP-glicose ao grupo hidroxilo do Tyr da glicogenina;• Adição de mais 6 resíduos de glicose;

Glicogénese A ramificação das cadeias de glicogénio é feita por uma enzima

“ramificadora” (amilo (1,4) para-(1,6)-transglicosilase ou glicosil-(4–>6)-transferase)

Glicogénese– Estrutura do Glicogénio –

A regulação dá-se essencialmente a nível da glicogénio sintase (glicogénese) e da glicogénio fosforilase (glicogenólise).

Glicogénese e Glicogenólise– Regulação –

Glicogenólise– Regulação –

Glicogénio fosforilase é…

…activada por:• Epinefrina • Glicagina (fígado)• Ca2+ (músculo)• [AMP] (músculo)

…inibida por:• [ATP]• PP1• [Glicose] (fígado)

Glicogénese– Regulação – Glicogénio sintase é…

…activada por:• Insulina• [Glicose 6-P]• [Glicose]

…inibida por:• Glicagina (fígado)• Epinefrina

Síntese do glicuronato Ocorre no figado É uma alternativa à oxidação da

glicose, mas não leva à formação de ATP

O UDP-glicuronato é a forma activa do glicuronato nas reacções que envolvem a incorporação de glicuronato em proteoglicanos ou em reacções em que é conjugado a substractos.

O glicorunato pode formar xilulose e consequente xilulose 5-P que é um intermediário da via das fosfopentoses

A UDP-xilose controla a actuação da desidrogenase

Glicose 6P

ATP

ADP

Glicose

Hexocinase

2NADH + H+ +

CO22NADH + 2H+

Glicose 1P

UDP-glicose

Mutase

UDP-glicuronato

UDP-glicose pirofosforilase

UTP

PPi

UDP- glicose Desidrogenase

Glicuronato

H2O

UDP

Glicurono-conjugados

(destoxificação)

Xiulose 5P

(via das fosfopentoses)

Xiulose P

UDP-xilose

Proteoglicanos

CO2

(-)

Glícidos conjugadosSão oligossacarídios ligados covalentemente

a outras biomoléculas (proteínas e lípidos) dando origem a uma biomolécula activa.

Glícidos complexos de elevado peso molecular, constituídos por aminoaçúcares e uronatos, em sequências repetitivas de dissacáridos;

Um ou mais dos grupos hidroxilo do aminoaçúcar estão esterificados com sulfato (GAG sulfatado), com excepção do hialuronato;

Hialuronato é também excepção porque não se liga covalentemente a proteínas.

Glicosaminoglicanos (GAG)

Exemplos de Glicoseaminoglicanos: Hialuronato; Sulfato de Condroitina; Sulfato de Queratano; Heparina

Glicosaminoglicanos

ProteoglicanosMucopolissacáridos;Proteínas unidas por ligação covalente a uma

ou mais cadeias de glicosaminoglicanos;Existem associados aos elementos estruturais

dos tecidos (ósseo e conjuntivo);macromoléculas da superfície celular ou da

matriz extracelular.

SínteseFormam-se através de uma ligação

covalente indirecta através de uma ponte de trissacáridos (azul) entre o glicosaminoglicano (condroitino- sulfato) e um resíduo de serina da cadeia peptídica.

O resíduo de serina liga-se a um dos terminais da ponte

O glicosaminoglicano liga-se ao outro terminal

Proteoglicanos

Biossíntese de Proteoglicanos Síntese da proteína central no retículo endoplasmático (RE)

Ligação à proteína central, no RE pode ser de 3 tipos:

Ligação O-glicosídica entre xilose (Xyl) e serina (Ser) → transfere-se uma Xyl da UDP-Xyl para a serina e adicionam-se mais 2 galactose (Gal) → Gal-Gal-Xyl-Ser

Ligação O-glicosídica entre GalNAc (N-acetilgalactosamina) e Ser (ou treonina (Thr)) (presente no sulfato de queratano II) → transfere -se uma GalNAc da UDP-GalNAc para a Ser (ou thr)

Ligação N-acetilglicosamina entre GlcNAc e o grupo amina da asparagina (Asn) (síntese usa oligossacárido-PP-dolicol)

Biossíntese de Proteoglicanos

No Aparelho de Golgi (AG), alongamento da cadeia, com açúcares de nucleótidos e glicosil-transferases específicas → existe uma enzima para cada ligação criada.

Terminação da cadeia: progressão e sulfatação da cadeia GAG em crescimento.

Depois de formados os GAG, no AG, outras modificações ocorrem: adição de grupos sulfato a N-Acetilgalactosamina (GalNAc) (por

sulfotransferases, usando 3’-fosfoadenosina-5’-fosfosulfato (PAPS) como dador de grupos sulfato);

epimerização de ácido glicorónico (GlcUA) a ácido idurónico (IdUA) (por uma epimerase).

Glicoproteínas

são proteínas unidas por ligações covalentes a quantidade variável de oligossacáridos (com menos de 15 resíduos glicídicos cada) isolados ou dispersos ao longo da molécula proteica.

Existem em quase todos os seres vivos nos meios intracelular (complexo de golgi, no retículo endoplasmático (onde são formadas), nos lisossomas e em glândulas secretórias) e extracelular na folha externa da membrana, no sangue e na matriz extracelular.

Exemplos de glicoproteínas: maioria das plasmáticas, na membrana celular (ex.: determinantes dos grupos sanguíneos), hormonas,…

Classificação das GlicoproteínasClassificação é feita de acordo com as ligações entre os péptidos e os oligossacáridos:

1.Ligação O-glicosídica entre o OH de um resíduo de serina ou treonina e um açúcar como a N-acetilgalactosamina (GalNAc-Ser[Thr]), ligando-se neste caso ao oxigénio;

Serina ou Treonina + N-Acetilgalactosamina 2.Ligação N-glicosídica: entre o NH2 de um resíduo de asparagina (Asn) e N-acetilglicosamina (GlcNAc-Asn), ligando-se neste caso ao azoto.

Asparagina + N-Acetilglicosamina

Biossíntese de Glicoproteinas com ligações O-glicosídicas

Transferência de açúcares provenientes de açucares-nucleótidos (NDP-Gi) apropriados, envolvendo um conjunto de glicosiltransferases de glicoproteina ligadas à membrana actuando de forma sequencial; cada transferase é geralmente específica para um tipo particular de ligação

As enzimas envolvidas estão localizadas em vários subcompartimentos do aparelho de Golgi

A O-glicosilação ocorre pós-tradução, em determinados resíduos de Ser ou Thr.

nxNDP-monossacáridos

Proteína

Glicosiltransferases de glicoproteína

Glicoproteína

Remodelação e alongamento dos olidossacáridosLocalização intracelular ou exocitose

Biossíntese de Glicoproteinas com ligações N-glicosídicas

Glicoproteínas N-ligadas possuem uma ligação Asn-GlcNAc

É a maior classe de glicoproteínas

Inclui glicoproteínas de membrana e circulantes A sua síntese é diferente da das glicoproteínas O-ligadas.

Principais classes das N-ligadas: complexas híbridas ricas em manose

Estas classes possuem em comum um pentassacárido Man3GlcNAc2, mas diferem nas restantes ramificações → no início, todas estas classes começam pela síntese deste pentassacárido

Fases da biossíntese:A. Síntese e transferência do

oligossacárido-PP-dolicol

O) O Dolicol deve ser fosforilado, pela dolicol cinase, usando ATP como doador de fosfato

1 ) Forma-se GlcNAc-PP-dolicol a partir de Dol-P e UDP-GlcNAc como doador. Este é um lípido que actua como aceptor de glícidos na síntese de oligossacárido-PP-dolicol, sendo sintetizado na membrana do RER

2) Um 2º resíduo de GlcNAc é adicionado ao primeiro, utilizando a UDP-GlcNAc

3) 5 resíduos de Man são adicionados, utilizando GDP-Manose como doador

4) 4 resíduos de Man são adicionados utilizando Dol-P-Man como doador.

5) 3 resíduos de glicose são doados pelo Dol-P-Glc 6)Forma-se Glc3Man9GlcNAc2-PP-dolicol

Dolicol P

ATP

ADP

Dolicol

Dolicol cinase

N-Acetilglicosamina-dolicol PP

UDP-N-acetilglicosamina

UMPGlicosil transferase

2(N-Acetilglicosamina)-dolicol PP

5(manose) 2(N-Acetilglicosamina)-dolicol PP

9(manose) 2(N-Acetilglicosamina)-dolicol PP

3(glicose) 9(manose) 2(N-Acetilglicosamina)-dolicol PP

Glicoproteína

UDP-N-acetilglicosamina

UDP

5(GDP-Manose)

5 UDP

4(Dolicol P-Manose)

4 Dolicol-P

3(Dolicol P-Glicose)

3 Dolicol-P

Proteína

Dolicol PP

Remodelação e alongamento dos olidossacáridosLocalização intracelular ou exocitose

Biossíntese de Glicoproteinas com ligações O-glicosídicas e N-glicosídicas

GlicolípidosFolha exterior da membrana celularReconhecimento e contacto entre as células Equilíbrio da estrutura

gangliósidos

Síntese de Ceramida

sintetizada no retículo endoplasmático,a partir do aminoácido serinasinalização molecularconstituinte dos gangliósidos

Síntese de Gangliósidos

– sequência, regulação não hormonal e pontos comuns –

e diferentes com a glicólise

Glicogénese, glicogenólise e gliconeogénese

Glicose 6-P

Glicogénio

PiruvatoOxaloacetatoGlicerol

Gliconeogénese

Glicogénese

Glicogenólise

Gliconeogénese- Precursores do piruvato -

Gliconeogénese- comparação com Glicólise -

A gliconeogénese e glicólise não são exactamente idênticas:

• A gliconeogénese não ocorre só no citosol;

• Sete das dez reacções da glicólise são reversíveis (∆G ≈ 0) e inversas às da gliconeogénese;

• As restantes três são irreversíveis (∆G << 0 – muito exergónicas) => são necessárias enzimas e reacções diferentes ;

Gliconeogénese- comparação com Glicólise -

Reacções globais:

Gliconeogénese

Glicólise

1) Conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP);

2) Conversão frutose 1,6-bisfosfato em frutose 6-fosfato;

3) Conversão da glicose 6-fosfato em glicose.

Gliconeogénese- Reacções Irreversíveis -

Gliconeogénese- Reacções Irreversíveis -

1)Conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP):

Via principal: inicia-se na mitocôndria; o piruvato provém do citosol ou da transaminação da alanina;

Gliconeogénese- Reacções Irreversíveis -

1ª Reacção:

A piruvato carboxilase é uma enzima da mitocôndria que requer a biotina como coenzima (transportador de HCO3

– activado).

2ª Reacção:

Necessita de NADH mitocondrial.

Piruvato carboxilase

Malato desidrogenase

mitocondrial

Gliconeogénese- Reacções Irreversíveis -

3ª Reacção (no citosol):

É formado NADH citosólico

4ª Reacção:

A PEP carboxicinase citosólica requer Mg2+.

Malato desidrogenase

citosólica

PEP carboxicinase

citosólica

Gliconeogénese- Reacções Irreversíveis -

Via principal:

Reacção global:

∆G = -25 kJ/mol => reacção irreversível

Permite que NADH seja “transportado” da mitocôndria para o citosol

Gliconeogénese- Reacções Irreversíveis -

Via Alternativa:

Utiliza o lactato como precursor.

1.Lactato é convertido a piruvato pela lactato desidrogenase (com formação de NADH);2.Piruvato entra na mitocôndria e é convertido a oxaloacetato pela piruvato carboxilase;3.Oxaloacetato é convertido em PEP pela PEP carboxicinase mitocodrial e passa para o citosol.

Gliconeogénese- Reacções Irreversíveis -

2)Conversão frutose 1,6-bisfosfato em frutose 6-fosfato:

A Frutose 1,6-bisfosfatase é Mg2+ dependente.

Frutose1,6-bisfosfatase

Gliconeogénese- Reacções Irreversíveis -

3)Conversão da glicose 6-fosfato em glicose:

A Glucose 6-fosfatase é activada por Mg2+ e só se encontra nas células hepáticas e renais.

Glucose6-fosfatase

Gliconeogénese- Reacções Irreversíveis -

Os ciclos da glicose ‐ lactato (ciclo de Cori) e glicose ‐ alanina são casos especiais da gliconeogénese, entre tecidos especialmente carenciados em glicose e o tecido hepático;

Gliconeogénese- Casos especiais -

Gliconeogénese- Ciclo da glicose – alanina -

Gliconeogénese- Ciclo da glicose – lactato -

(ciclo de Cori)

Gliconeogénese- regulação alostérica -

Piruvato carboxilase Promovida pela acetil-CoA

[acetil-CoA] : • Devido à degradação de AG em grande quantidade ;• As necessidades energéticas da célula estão satisfeitas fosforilação oxidativa [NADH] ciclo Krebs

Inibida por ADP

Frutose 1,6-bisfosfatase Inibida por AMP Inibida por frutose 2,6-fosfato