Universidade Federal de UberlândiaUniversidade Federal de Uberlândia Instituto de Genética e BioquímicaInstituto de Genética e Bioquímica Disciplina de Bioquímica – Curso de BiomedicinaDisciplina de Bioquímica – Curso de Biomedicina

Metabolismo de Metabolismo de Carboidratos 2Carboidratos 2

Amélia HamaguchiAmélia Hamaguchi

maio/2008maio/2008

RevisãoRevisão Via comum da glicólise Via comum da glicólise

anaeróbica e aeróbicaanaeróbica e aeróbica

10 enzimas citosólicas10 enzimas citosólicas 4 estágios4 estágios

1)1) Fosfatação e isomerização de Fosfatação e isomerização de hexose hexose (gasto de 2 ATP)(gasto de 2 ATP)

2)2) Clivagem de hexose em trioses Clivagem de hexose em trioses e interconversão de triosese interconversão de trioses

3)3) Oxidação eOxidação e Fosfatação Fosfatação (produção de 2 NADH)(produção de 2 NADH)

4)4) Defosfatação Defosfatação (produção de 4 (produção de 4 ATP)ATP)

22

33

44

Gli + 2 ATP → 2 Piruvato + 4 ATP + 2 NADHGli + 2 ATP → 2 Piruvato + 4 ATP + 2 NADH

Regulação de Vias Metabolicas Controle da atividade de enzimas

1) Disponibilidade de substratos e energia (ATP)2) Controle alostérico 3) Modificação covalente ( fosfatação e defos- fatação)

4) Controle genético ( enzimas indutivas)

Nota: Em termos temporais:- Os 3 primeiros mecanismos têm respostas

rápidas- O último pode levar algumas horas

Controle da via GlicolíticaControle da via Glicolítica HistóricoHistórico - - Louis Pasteur (1822-1895):Louis Pasteur (1822-1895): “Em “Em

condições anaeróbicas o consumo de Glicose condições anaeróbicas o consumo de Glicose é muito maior do que em condições aeróbicas”é muito maior do que em condições aeróbicas”

Explicação do Efeito Pasteur: Explicação do Efeito Pasteur: Condições anaeróbicas:Condições anaeróbicas:

1mol de Glicose produz 2 ATP1mol de Glicose produz 2 ATP Condições aeróbicas: Condições aeróbicas:

Glicose + OGlicose + O22 → CO→ CO22 + H+ H22O + ATP O + ATP 1 mol de Glicose produz mais de 30 ATP1 mol de Glicose produz mais de 30 ATP Controle energético:Controle energético: A manutenção do A manutenção do

equilíbrio energético das células requer um equilíbrio energético das células requer um balanço entre gasto e produção de ATP balanço entre gasto e produção de ATP

Enzimas Regulatórias da GlicóliseEnzimas Regulatórias da GlicóliseEm ordem de importância:Em ordem de importância:

1) 1) FosfofrutoquinaseFosfofrutoquinase

Frutose 6-P + ATP Frutose 6-P + ATP → Frutose 1,6-Bi-P→ Frutose 1,6-Bi-P

2)2) Hexoquinase Hexoquinase

Glicoquinase (Fígado)Glicoquinase (Fígado)

Glicose + ATP Glicose + ATP → Glicose 6-P + ADP→ Glicose 6-P + ADP

3)3) Piruvato quinasePiruvato quinase

Fosfoenolpiruvato + ADP Fosfoenolpiruvato + ADP → Piruvato + ATP→ Piruvato + ATP

1. Fosfofrutoquinase 1. Fosfofrutoquinase (Principal etapa regulatória)(Principal etapa regulatória)

Frutose 6-P + ATP Frutose 6-P + ATP ⇨⇨ Frutose 1,6-Bi-P + ADP Frutose 1,6-Bi-P + ADP irreversívelirreversível

Inibidores alostéricosInibidores alostéricos Ativadores alostéricosAtivadores alostéricos ↑ ↑ [ATP][ATP]

↑ ↑ [Citrato][Citrato]

↑ ↑ Frutose 2,6-Bi-PFrutose 2,6-Bi-P

↑ ↑ [AMP] e [ADP][AMP] e [ADP]

Fosfofrutoquinase (PFK-1): Fosfofrutoquinase (PFK-1): Regulada por níveis de ATP, ADP e AMPRegulada por níveis de ATP, ADP e AMP

Alta concentração de Alta concentração de ATP inibe alosteri-ATP inibe alosteri-camente a PFK-1camente a PFK-1

Por sua vez, altas Por sua vez, altas concentrações de concentrações de ADP e AMP ativam ADP e AMP ativam alostericamente a alostericamente a enzima enzima

Nas células: [ATP] + [ADP] + [AMP] = Cte.

Há 2 enzimas que fosfatam Frutose 6-PHá 2 enzimas que fosfatam Frutose 6-P

ATPATP

Fosfofrutokinase 2 + MgFosfofrutokinase 2 + Mg+2+2

ADPADP

Frutose 2,6-Bi-P Frutose 6-P + PiFrutose 2,6-Bi-P Frutose 6-P + PiFrutose 2,6Bi-P Frutose 2,6Bi-P

2-Fosfatase2-Fosfatase

Fosfofrutoquinase 2 e Frutose 2,6-Bi-P 2-Fosfatase fazem Fosfofrutoquinase 2 e Frutose 2,6-Bi-P 2-Fosfatase fazem parte de um complexo enzimático (com 2 sítios ativos).parte de um complexo enzimático (com 2 sítios ativos).

A regulação das atividades é feita por fosfatação ( inibe a A regulação das atividades é feita por fosfatação ( inibe a atividade fosfatase e ativa a quinase) e defosfataçãoatividade fosfatase e ativa a quinase) e defosfatação. .

2.Regulação da Hexoquinase2.Regulação da HexoquinaseGlicose + ATP Glicose + ATP → → Glicose 6-P + ADPGlicose 6-P + ADP

Catalisada por Hexoquinases I, II, III e IV (irreversível)Catalisada por Hexoquinases I, II, III e IV (irreversível)No fígado:No fígado: Glicoquinase (Hexoquinase IV)Glicoquinase (Hexoquinase IV)

Hexoquinase I, II e III:Hexoquinase I, II e III: inibição alostérica pelo produtoinibição alostérica pelo produto Km: ~ 0,1mMKm: ~ 0,1mM

Glicoquinase:Glicoquinase: Induzida pela insulinaInduzida pela insulina Km: ~ 5mM Km: ~ 5mM

Glicemia Basal ( estado de jejum ): ~ 5mM Glicemia Basal ( estado de jejum ): ~ 5mM No estado de jejum:No estado de jejum:

- - a hexoquinase está operando próximo da V máx. a hexoquinase está operando próximo da V máx. No estado pós-prandialNo estado pós-prandial (glicemia ~ 10mM):(glicemia ~ 10mM):

- a glicoquinase é induzida e a hexoquinase é - a glicoquinase é induzida e a hexoquinase é inibida pelo produto.inibida pelo produto.

3) Piruvato Quinase3) Piruvato Quinase

Fosfoenolpiruvato + ADP Fosfoenolpiruvato + ADP →→ Piruvato + ATP Piruvato + ATP

(irreversível)(irreversível)

Regulação: Regulação: - Ativada alostericamente por Frutose 1,-Bi-P- Ativada alostericamente por Frutose 1,-Bi-P

- Ativada por fosfatação- Ativada por fosfatação

- Inibida pelo - Inibida pelo ↑ [Alanina]↑ [Alanina]

- Inibida por defosfatação- Inibida por defosfatação

Destino do PiruvatoDestino do Piruvato

Ciclo de Ciclo de KrebsKrebs

Leveduras Leveduras e bactériase bactérias

OO22

↓ ↓ OO22

LactatoLactato

Fermentação láticaFermentação lática

Ocorre nas células em Ocorre nas células em condições anaeróbicascondições anaeróbicas

Ex:Ex: Eritrócitos e Eritrócitos e músculo esquelético músculo esquelético em atividade intensaem atividade intensa

A redução doA redução dopiruvato rege-piruvato rege-nera o NAD+ nera o NAD+ possibilitandopossibilitando a viaa via

Fermentação alcoólicaFermentação alcoólica

Ocorre em organis-Ocorre em organis-mos capazes de mos capazes de produzir Etanolproduzir Etanol

ExEx: Leveduras e algumas : Leveduras e algumas bactériasbactérias

Piruvato Piruvato → Acetoaldeído→ Acetoaldeído

NADHNADH + H+ H++

NADNAD++

EtanolEtanol

Glicólise AeróbicaGlicólise Aeróbica

Destino do PiruvatoDestino do Piruvato

Destino do Piruvato na aerobioseDestino do Piruvato na aerobiose - - MitocôndriaMitocôndria

- - Piruvato sofre reações Piruvato sofre reações dede DescarboxiçãoDescarboxição e e Oxidação. Oxidação.

- O Acetato formado é- O Acetato formado é ligado a Coenzima Aligado a Coenzima A

Oxidação do Piruvato a acetil-CoAOxidação do Piruvato a acetil-CoACatalisada por um Complexo Multienzi-Catalisada por um Complexo Multienzi-

mático:mático: Complexo Piruvato Desidroge-Complexo Piruvato Desidroge-nasenase

E1E1 = = Piruvato desidrogenase ( Piruvato desidrogenase ( AlostéricaAlostérica )) E2E2 = = Diidrolipoil TrancetilaseDiidrolipoil Trancetilase E3E3 = = Diidrolipoil DesidrogenaseDiidrolipoil Desidrogenase

Requer 5 coenzimas:Requer 5 coenzimas: Tiamina pirofosfato –Tiamina pirofosfato – E1E1 Lipoato –Lipoato – E2E2 Coenzima ACoenzima A Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD) -Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD) - E3E3 Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (NADNicotinamida Adenina Dinucleotídeo (NAD++))

Tiamina PirofosfatoTiamina Pirofosfato é derivada da é derivada da Vitamina B1Vitamina B1 (Tiamina) (Tiamina)

TPP: Reações deTPP: Reações de Transferência de radicaisTransferência de radicais

HidroxietilHidroxietil

-- Participa em reações de Oxido-redução ( Eq. Redutores: 2 H ) e Transferência de radicais.

- É considerado “Pseudovitamina”

Oxidada Reduzida Acetilada

CoA é uma Coenzima DinucleotídicaCoA é uma Coenzima Dinucleotídica derivada de Ac. Pantotênicoderivada de Ac. Pantotênico (Vitamina(Vitamina)

Ligação à CoA é uma Ligação à CoA é uma forma de Ativar forma de Ativar Radicais de ÁcidosRadicais de Ácidos

Oxidação do Piruvato em Acetato

- Ao final da reação, oAo final da reação, o Radical AcetilRadical Acetil é ligado é ligado àà Coenzima ACoenzima A e os Equivalentes Redutores e os Equivalentes Redutores são transferidos parasão transferidos para NADNAD++

Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD) Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD) é é derivada da Vitamina B2derivada da Vitamina B2 (Riboflavina) (Riboflavina)

FAD recebe e doaFAD recebe e doa Equivalentes Equivalentes RedutoresRedutores na forma de 2 Hna forma de 2 H

Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo ( NAD+)é derivada da Niacina (Nicoti-namida ou ác. Nicotínico)

NADNAD++ capta e doa capta e doa Equivalente RedutoresEquivalente Redutores na forma de íon Hidreto ( Hna forma de íon Hidreto ( H- - ))

Complexo Piruvato Desidrogenase (PDH)

De E. coli

- Reação com várias etapas

Multietapas da Reação Catalisada pelo Multietapas da Reação Catalisada pelo Complexo PDHComplexo PDH

1)1) PiruvatoPiruvato + + E1-TTPE1-TTP

2)2) E1-TTP-CH(OH)-CH3E1-TTP-CH(OH)-CH3 + + COCO22

3)3) E2-E2-Lipoato-SLipoato-S-CO-CH-CO-CH33

4)4) CoA-SCoA-S-CO-H-CO-H33 + + Lipoato Lipoato Oxidado Oxidado + + E3-FADHE3-FADH22

5)5) E3-FADE3-FAD + + NADH +HNADH +H++

Destino do Destino do Piruvato na Piruvato na MitocôndriaMitocôndria

Ciclo de KrebsCiclo de Krebs Cadeia Cadeia

Respiratória Respiratória Fosforilação Fosforilação

OxidativaOxidativa

Os Átomos de C do Piruvato são oxidados Os Átomos de C do Piruvato são oxidados a COa CO2 2 pelo Ciclo de Krebspelo Ciclo de Krebs

1) Piruvato 1) Piruvato → Acetil-CoA→ Acetil-CoA

2) Ciclo de Krebs2) Ciclo de Krebs

Albert Lehninger ( 1917-1986 ) 1917:1917: Nasceu em Nasceu em

Bridgeport, Connecticut Bridgeport, Connecticut 1942:1942: University of University of

Wisconsin e University of Wisconsin e University of Chicago Chicago

1943:1943: descobriu que o descobriu que o C. C. de Krebs, Cadeia Respi-de Krebs, Cadeia Respi-ratória e Foforilação Oxi-ratória e Foforilação Oxi-dativadativa ocorriam na mito-ocorriam na mito-côndriacôndria

1952- 86:1952- 86: Johns Hopkins Johns Hopkins University School of University School of Medicine, BaltimoreMedicine, Baltimore

Oxidações Oxidações BiológicasBiológicas

O catabolismo O catabolismo de macronutri-de macronutri-entesentes (Lipídeos (Lipídeos Carboidratos, e Carboidratos, e Proteínas)Proteínas) com-com-vergem para overgem para o Ciclo de Krebs.Ciclo de Krebs.

No ciclo de No ciclo de Krebs os Krebs os átomos de átomos de C do aceta-C do aceta-toto são Oxi- são Oxi-dados em dados em COCO22

Os Os Equi-Equi-valentes valentes RedutoresRedutores são tansfe-são tansfe-ridos para ridos para coenzimascoenzimas (NAD (NAD++ e FAD) e FAD)

Hans Adolf Krebs, Sir (1900 - 1981) 1900:1900: Nasceu em Nasceu em

Hildesheim (Alemanha)Hildesheim (Alemanha)

1933: Reino Unido1933: Reino Unido

1936:1936: Sheffield Sheffield University, elucidou oUniversity, elucidou o o ciclo do ácido cítricoo ciclo do ácido cítrico

1953:1953: P. NobelP. Nobel de de Fisiologia e Medicina Fisiologia e Medicina (dividido com Fritz (dividido com Fritz Albert Lipmann, que Albert Lipmann, que descobriu a CoA)descobriu a CoA)

1954-1981:1954-1981: Oxford Oxford University University

FimFim

29/05/0829/05/08