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