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BLOCO IV
Wagner Seixas da Silva
Professor Adjunto do Instituto de Bioquímica MédicaBloco E- Sala 038
Integração do Metabolismo
22/06 - Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 1 a 12)23/06 - Módulo 1 - Constructore – Livre
28/06 - 8:30h Mini-Teste Módulo 1 (1,0 Ponto) 10:30h Módulo 1 - Constructore - Livre29/06 - 8:30h Apresentações do Módulo 1 - (2,5 Pontos) 10:30h Regulação da Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 13 e 14)30/06 - Via das pentoses - Roteiro de discussão 2 Insulina - Roteiro de discussão 3
05/07 - 8:30h Insulina (continuação) 10:00h Mini-Teste Regulação da Gliconeogênese (1,0 Ponto) 10:30h Estudo dirigido - Diabetes e Inflamação – (2,0 Pontos) 06/07 - 8:30h Mini-Teste Insulina e Diabetes (1,0 Ponto) 10:30h Módulo 2 - Constructore - Livre07/07 - 8:30 h Apresentações do Módulo 2 - (2,5 Pontos) 10:30h Glicocorticóides - Roteiro de discussão 4
12/07 - Outros Hormônios (Leptina, grelina, neuropeptídeo Y, triiodotironina)13/07 - Prova
Calendário do Bloco IV
Cálculo da Média do Bloco IV
Total de pontos das apresentações/Mini-teste/Estudo Dirigido (TPAC): 10,0 Pontos
Nota da Prova (NP): Máximo de 10,0 Pontos
Média do bloco IV = (NP X 2) + (TPAC) 3
1) Com base no dados da tabela abaixo, construa um gráfico que relacione o tempo em jejum (em dias, no eixo x) com as concentrações plasmáticas de glicose (em mM, no eixo y) (tabela 1). Agora, construa um novo gráfico com os valores de concentração plasmática de glicose após administração deste nutriente (teste de tolerância à glicose) em um indivíduo normal ou com diabetes.
Tabela 1: Concentração de glicose no paciente
Dias em jejum -0,3 0 3 10 17 24 31 35 Glicose* 4,95 4,79 3,63 3,70 3,76 3,76 3,78 3,70
Tabela 2: Concentração de glicose nos pacientes
Roteiro 1
Níveis Séricos de Glicose (mg/dL)Valores após a injeção intraperitoneal de 25 g
minutos 0a 10 20 30 40 50 60Paciente 1
65.9 199.8
163.7
139 120 105.4
92.7
Paciente 2
168.8
340 330 328 320 317 310aO tempo zero representa a glicemia após 12 horas de jejum.
Perfil da Glicemia durante o Jejum
0 5 10 15 20 25 30 35 400.00
0.75
1.50
2.25
3.00
3.75
4.50
5.25
Dias de jejum
GLI
CO
SE (m
M)
Teste de Tolerância a Glicose
0 10 20 30 40 50 600
50
100
150
200
250
300
350
400
Paciente 2Paciente 1
Minutos
Nív
el S
éric
o de
Glic
ose
(mg/
dL)
Teste de Tolerância a Glicose
0 10 20 30 40 50 600
50
100
150
200
250
300
350
400
Paciente 2Paciente 1
Minutos
Nív
el S
éric
o de
Glic
ose
(mg/
dL)
2) Em torno de 1930, Carl Ferdinand Cori e Gerty Thereza Cori demonstraram que é possível sintetizar glicose (e glicogênio) a partir de lactato. Quais poderiam ser as etapas envolvidas nesta via? Alguma via já estudada por você poderia estar envolvida? Lembre-se de que algumas reações podem ser reversíveis dependendo das condições celulares. Haveria necessidade de vias alternativas? Justifique sua resposta.
Glicose (Glicogênio)Lactato
Piruvato
NAD+
NADH
ΔG = -8 Kcal/molHexokinase
PhosphohexoseIsomerase
Phosphofrutokinase
Aldolase
TriosephosphateIsomerase
Glyceraldehyde3-phosphate
dehydrogenase
PhosphoglycerateKinase
PhosphoglycerateMutase
Enolase
Pyruvate Kinase
ΔG = -0,6 Kcal/mol
ΔG = -5,3 Kcal/mol
ΔG = -0,3 Kcal/mol
ΔG = + 0,6 Kcal/mol
ΔG = -0,4 Kcal/mol
ΔG = + 0,3 Kcal/mol
ΔG = + 0,2 Kcal/mol
ΔG = -0,8 Kcal/mol
ΔG = - 4,0 Kcal/mol
ΔG = -8 Kcal/molHexokinase
PhosphohexoseIsomerase
Phosphofrutokinase
Aldolase
TriosephosphateIsomerase
Glyceraldehyde3-phosphate
dehydrogenase
PhosphoglycerateKinase
PhosphoglycerateMutase
Enolase
Pyruvate Kinase
ΔG = -0,6 Kcal/mol
ΔG = -5,3 Kcal/mol
ΔG = -0,3 Kcal/mol
ΔG = + 0,6 Kcal/mol
ΔG = -0,4 Kcal/mol
ΔG = + 0,3 Kcal/mol
ΔG = + 0,2 Kcal/mol
ΔG = -0,8 Kcal/mol
ΔG = - 4,0 Kcal/mol
3) Fracionando-se o tecido hepático e incubando-se separadamente as frações subcelulares isoladas (mitocôndria, retículo endoplasmático, membrana plasmática, citoplasma e núcleo, etc) na presença (14C) lactato, não se verificou incorporação significativa de 14C em glicose em nenhuma das frações isoladas. Que hipótese isto lhe sugere e que experiência você propõe para comprová-la?
GliconeogêneseMitocôndria, Retículo, Citosol
4) A Gliconeogênese foi definida como síntese líquida de glicose a partir de precursores de origem não glicídica. Baseado nos conhecimentos por você adquiridos, quais precursores poderiam ser indicados? Que reações e quais intermediários vocês esperariam que estivessem envolvidos? Justifique.
Glicose
Piruvato
Lactato
Proteínas
aas
TAGGlicerol
Àc. Graxos+
Glicogênio
GLICOSE
Glicose
Piruvato
Lactato
Proteínas
aas
TAGGlicerol
Àc. Graxos+
Citrato
Succinil- CoA
Fumarato
Malato
OxaloacetatoIsocitrato
α- CetoglutaratoCO2
CO2
Acetil- CoA
Citrato
Succinil- CoA
Fumarato
Malato
OxaloacetatoIsocitrato
α- CetoglutaratoCO2
CO2
Acetil- CoA
Lactato
Piruvato
Malato
LDHLDH
PEPPEPCKPEPCK
PEP
PEPCKPEPCK
PEP
PEPCKPEPCK
Piruvato
PCPC
1,3 BPG1,3 BPG
NAD+
NADH
Oxaloacetato
MDHMDH
NADH
NAD+
Oxaloacetato
MDHMDH
NADH
NAD+
NAD+
NADH
G3PNAD+
NADH
G3P
GlicoseGlicose??
Glicerol
Glicerol- 3P
DHAP
aasaas
Lactato PiruvatoLDH?
LDH (4 subunidades)H HeartM Muscle
H4M4H2M2H1M3H3M1
Citrato
Succinil- CoA
Fumarato
Malato
OxaloacetatoI socitrato
α- CetoglutaratoCO2
CO2
Acetil- CoA
Citrato
Succinil- CoA
Fumarato
Malato
OxaloacetatoI socitrato
α- CetoglutaratoCO2
CO2
Acetil- CoAPCPC
Malato
PEP
PEPCKPEPCK
PEP
1,3 BPG
Lactato
Piruvato
LDHLDH NAD+
NADH
NAD+
NADH
G3P
Glicose??
Glicerol
Glicerol-3P
DHAP
aas
Piruvato
PEPCKPEPCK
Oxaloacetato
MDHMDH
NADH
NAD+
5) O consumo de álcool, especialmente por um indivíduo mal alimentado, pode causar hipoglicemia. O álcool ingerido é convertido a acetaldeído no citoplasma do hepatócito, em reação catalisada pela enzima álcool desidrogenase:
CH3-CH2-OH + NAD+ CH3-COH + NADH.H+
Utilizando seus conhecimentos sobre a gliconeogênese, tente justificar a hipoglicemia causada pela ingestão de álcool.
6) Foi verificado na década de 20 que animais alimentados com dieta hipercalórica, exclusivamente composta por lipídeos, apresentavam uma baixa glicemia e eram incapazes de repor suas reservas de glicogênio hepático. Isso aconteceu apesar de apresentarem uma alta concentração de ácidos graxos livres e de corpos cetônicos circulantes no plasma. Tente justificar por que estes metabólitos não poderiam ser usados para síntese de glicose e para reposição de glicogênio hepático.
Citrato (6C)
Succinil- CoA(4C)
Fumarato (4C)
Malato (4C)
Oxaloacetato (4C)I socitrato (6C)
α- Cetoglutarato (5C)CO2
CO2
Acetil- CoA
Malato
PEP
PEPCKPEPCK
PEP
PEPCKPEPCK
1,3 BPG1,3 BPG
Oxaloacetato
MDHMDH
NADH
NAD+
Oxaloacetato
MDHMDH
NADH
NAD+
NAD+
NADH
G3PNAD+
NADH
G3P
GlicoseGlicose?? Acetil CoA
7) Em 1930, Weil-Marlherbe e colaboradores observaram, provocando um certo escândalo no meio científico, que a adição de acetoacetato (precursor de Acetil-CoA) provocava um aumento na formação de glicose em fatias de rim de rato quando incubadas na presença de lactato. Quais são as maneiras possíveis de uma substância estimular uma reação? Agora discuta a sua resposta com base nos resultados encontrados por Weil-Marlherbe.
Acetoacetato2C
8) Mais tarde, 1951, Merton Utter descobriu a seguinte reação:
Piruvato + CO2 + ATP Oxaloacetato + ADP + Pi
E verificou que ela é catalisada por uma enzima dependente de biotina e ativada alostericamente por Acetil-CoA. Como você explicaria agora os resultados de Weil-Malherbe?
9) Até agora o seu grupo já deve ter analisado o envolvimento do oxaloacetato e dos diversos intermediários do ciclo de Krebs na síntese de glicose pela via glicogênica. Por outro lado, a partir de (3H) PEP é possível obter (3H) glicose com os mesmos intermediários da via glicolítica que você já conhece e através da localização citosólica. Quais seriam os eventos que você procuraria descobrir para estabelecer um elo entre esse conjunto de fatos e desta forma apresentar e discutir as diferentes etapas da gliconeogênese?
ΔG = -8 Kcal/molHexokinase
PhosphohexoseIsomerase
Phosphofrutokinase
Aldolase
TriosephosphateIsomerase
Glyceraldehyde3-phosphate
dehydrogenase
PhosphoglycerateKinase
PhosphoglycerateMutase
Enolase
Pyruvate Kinase
ΔG = -0,6 Kcal/mol
ΔG = -5,3 Kcal/mol
ΔG = -0,3 Kcal/mol
ΔG = + 0,6 Kcal/mol
ΔG = -0,4 Kcal/mol
ΔG = + 0,3 Kcal/mol
ΔG = + 0,2 Kcal/mol
ΔG = -0,8 Kcal/mol
ΔG = - 4,0 Kcal/mol
ΔG = -8 Kcal/molHexokinase
PhosphohexoseIsomerase
Phosphofrutokinase
Aldolase
TriosephosphateIsomerase
Glyceraldehyde3-phosphate
dehydrogenase
PhosphoglycerateKinase
PhosphoglycerateMutase
Enolase
Pyruvate Kinase
ΔG = -0,6 Kcal/mol
ΔG = -5,3 Kcal/mol
ΔG = -0,3 Kcal/mol
ΔG = + 0,6 Kcal/mol
ΔG = -0,4 Kcal/mol
ΔG = + 0,3 Kcal/mol
ΔG = + 0,2 Kcal/mol
ΔG = -0,8 Kcal/mol
ΔG = - 4,0 Kcal/mol
10) Discuta o significado da regulação alostérica da piruvato carboxilase, da piruvato desidrogenase, da citrato sintase, da acetil-Coa carboxilase e da carnitina acil-transferase 1:
a) Quando a gliconeogênese estiver inibida e com a esterificação de triacilgliceróis predominando amplamente sobre a lipólise.
b) Quando a gliconeogênese estiver estimulada assim como a lipólise.
Discuta o que ocorreria com a síntese de ATP na mitocôndria nos dois casos acima.
Citrato (6C)
Malato (4C)
Oxaloacetato (4C)
Acetil- CoA
Citrato (6C)
Malato (4C)
Oxaloacetato (4C)
Acetil- CoA
NADH
Glicose
PEP
Piruvato
Piruvato+
-PDH
PC
Citrato (6C)
Malato (4C)
Oxaloacetato (4C)
Acetil- CoA
Citrato (6C)
Malato (4C)
Oxaloacetato (4C)
Acetil- CoA
-
-
-Malato
Oxaloacetato
Glicólise
CitratoAcetil CoA
Malonil CoA
Ác. GraxosTAGS
+
-
Acetil CoACarboxilase
CPT
-Oxidação
Síntese de Ác. Graxos
Citrato (6C)
Malato (4C)
Oxaloacetato (4C)
Acetil- CoA
Citrato (6C)
Malato (4C)
Oxaloacetato (4C)
Acetil- CoA
Glicose
PEP
Piruvato
Piruvato
+- PDH
PC
Malato
Oxaloacetato
Glicólise
CitratoAcetil CoA
Malonil CoA
Ác. GraxosTAGS
- Acetil CoACarboxilase
CPT
-Oxidação
+
Lactato, Glicerol, Ác. Graxos, AAs
11) Em 1980, Van Schaftingen e colaboradores descobriram uma substância capaz de modificar a atividade da fosfofrutoquinase isolada de fígado, como mostra a figura abaixo:Essa substância é formada no fígado podendo atingir 20 µM em ratos bem alimentados e destruída após tratamento com glucagon. Observou-se que esta mesma substância era capaz de inibir a frutose 1,6 bisfosfatase com um Ki = 0.5 µM, que uma concentração próxima daquela necessária para a metade da ativação máxima da fosfofrutoquinase. Analise estes dados e procure integrá-los a um esquema metabólico mais geral.
12) Estes mesmos autores descobriram em 1981 uma enzima capaz de sintetizar frutose - 2,6 BP a partir de frutose-6P as custas de ATP a semelhanca do que ocorria com a fosfofrutoquinase anteriormente conhecida. Para evitar confusão foram denominadas de fosfofrutoquinase-1 (PFK-1), a clássica, e fosfofrutoquinase-2 (PFK-2) a que sintetiza frutose 2,6-bisfosfato.
Além disso, o mesmo grupo de trabalho em 1982 purificou de fígado de rato, uma enzima capaz de transformar frutose 2,6-bisfosfato em frutose-6P. Observaram ainda que uma fosforilação desta enzima pela proteína quinase AMPc dependente (PKA) provocava um grande aumento em sua atividade. A PFK-2 também é substrato para PKA, sendo o resultado da fosforilação um acentuado decréscimo de sua atividade. Por muitos anos tentou-se isolar as duas enzimas, mas finalmente se descobriu que se tratava de uma única cadeia polipeptídica capaz de catalisar uma ou outra reação dependendo do seu estado de fosforilação. Com estes novos dados, procure analisar o quadro metabólico quando a gliconeogênese encontra-se ativada ou inibida levando em consideração todas as informações fornecidas.
PFK 1F6P + ATP F1,6BP + ADP
PFK 2F6P + ATP F2,6BP + ADP
F2,6BPaseF2,6P F6P + Pi
13) A adrenalina age no músculo e no fígado através de sua ligação a receptores -adrenérgicos o que resulta na ativação da proteína quinase A (PKA). Nos dois tecidos a PKA catalisa a fosforilação da PFK-2. Entretanto os efeitos sobre a glicólise em cada um dos tecidos são opostos: no fígado esta via é inibida enquanto no músculo esta via é ativada. Tente sugerir uma explicação para estes achados.
14) Complete agora seu esquema metabólico, sabendo que a atividade da enzima piruvato quinase (PK) é modificada pela presença de frutose 1,6 bisfosfato e pela fosforilação promovida pela PKA.
Atribua a estes modificadores uma função (ativação ou inibição) sobre esta enzima tal qual o permita construir um quadro metabólico coerente quando somado as informações anteriormente fornecidas.
Fígado
Músculo
Igual ao Fígado
FBPase-2 PFK-2
Fígado
Citrato
Succinil-CoA
Fumarato
Malato
OxaloacetatoIsocitrato
α-CetoglutaratoCO2
CO2
Acetil-CoA
Citrato (6C)
Succinil-CoA(4C)
Fumarato (4C)
Malato (4C)
Oxaloacetato (4C)Isocitrato (6C)
α-Cetoglutarato (5C)CO2
CO2
Acetil-CoA
Citrato
Succinil- CoA
Fumarato
Malato
OxaloacetatoIsocitrato
α- CetoglutaratoCO2
CO2
Acetil- CoA
Citrato
Succinil- CoA
Fumarato
Malato
OxaloacetatoIsocitrato
α- CetoglutaratoCO2
CO2
Acetil- CoAOxaloacetato
Malato
PEP
Malato
Oxaloacetato
PEP
PEPCKPEPCK
MDHMDHMDHMDH
PEPCKPEPCK PiruvatoPCPC
1,3 BPG
Lactato
Piruvato
LDHLDH NAD+
NADH
NADH
NAD+
NAD+
NADH
NAD+
NADH
G3P
Glicose??
Citrato
Succinil- CoA
Fumarato
Malato
OxaloacetatoIsocitrato
α- CetoglutaratoCO2
CO2
Acetil- CoA
Citrato
Succinil- CoA
Fumarato
Malato
OxaloacetatoIsocitrato
α- CetoglutaratoCO2
CO2
Acetil- CoA
Lactato
Piruvato
Malato
LDHLDH
PEP
PEPCKPEPCK
PEP
PEPCKPEPCK
Piruvato
PCPC
1,3 BPG
NAD+
NADH
Oxaloacetato
MDHMDH
NADH
NAD+
NAD+
NADH
G3P
Glicose??
Glicerol
Glicerol-3P
DHAP
aas
Citrato
Succinil- CoA
Fumarato
Malato
OxaloacetatoIsocitrato
α- CetoglutaratoCO2
CO2
Acetil- CoA
Citrato
Succinil- CoA
Fumarato
Malato
OxaloacetatoIsocitrato
α- CetoglutaratoCO2
CO2
Acetil- CoA
Lactato
Piruvato
Malato
LDHLDH
PEP
PEPCKPEPCK
PEP
PEPCKPEPCK
Piruvato
PCPC
1,3 BPG
NAD+
NADH
Oxaloacetato
MDHMDH
NADH
NAD+
NAD+
NADH
G3P
Glicose??
Glicerol
Glicerol-3P
DHAP
aas