Bioquímica II

1ro Semestre 2008/2009

Gluconeogénese

Rui de Albuquerque Carvalho

Departamento de BioquímicaFCTUC

Na glicólise existem três reacções essencialmente irreversíveis, que não podemser usadas no processo de gluconeogénese

i) Glucose + ATP → Glucose-6-fosfato (Hexocinase)ii) Frutose-6-fosfato + ATP → Frutose-1,6-bisfosfato (Fosfofrutocinase-1)iii) PEP + ADP → Piruvato + ATP (Piruvato cinase)

Estas três reacçõs são catalizadas por enzimas distintas no processode gluconeogénese

i) Glucose-6-fosfato + H2O → Glucose + Pi (Glucose-6-fosfatase)ii) Frutose-1,6-bisfosfato + H2O → Frutose-6-fosfato + Pi

(Frutose-1,6-bisfosfatase)iii) Piruvato + ATP + GTP +HCO3

- → PEP + ADP + GDP + Pi + CO2

Piruvato + ATP+ HCO3- → OAA + ADP + Pi (Piruvato carboxilase)

OAA + NADH + H+ → L-malato + NAD+ (Malato desidrogenase)L-malato (mitocondria) → L-malato (citosol) (transportador

malato-α-cetoglutarato)L-Malato + NAD+ → OAA + NADH + H+ (Malato desidrogenase)OAA + GTP → PEP + CO2 + GDP (PEP-carboxicinase)

[NADH]/[NAD+] (citosol) = 8 x 10-4

Cerca de 105 vezes mais baixa que na mitocondria

O transporte de malato da mitocondria para o citosol e a sua reconversão emoxaloacetato no citosol, permite um efectivo transporte de equivalentesredutores para o citosol, onde são necessários ao processo gluconeogénico.

Sequência de carboxilação-descarboxilação permite uma activação do piruvatona medida em que a descarboxilação do oxaloacetato facilita a formação de PEP.

[NADH]/[NAD+]no citosol

“Malate-aspartate Shuttle” : usada normalmente para transportarequivalentes redutores do citosol para a mitocondria; contudo poderá tambémconduzir ao transporte de equivalentes redutores da mitocondria para o citosolse funcionar em sentido reverso.

A saída de malato da mitocondria e posterior conversão em OAA conduz a uma transferência efectiva de equivalentes redutores da matriz mitocondrialpara o citosol.

“Shuttle” do malato-aspartato

Gluconeogénese requer energia

2 Piruvato + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 4 H2O →→→→Glucose + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2NAD + + 2H+

Glicólise produz energia

Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD + →→→→2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2H+ + 2 H2O

A energia consumida no processo gluconeogénico permite q ue o processo seja essencialmente irreversível nas condições i ntracelulares;

i) a conversão de piruvato a PEP requer duas reacções exergónicas

Mitocondria

Citosol

AsparaginaAspartato

FenilalaninaTirosina

IsoleucinaMetioninaTreoninaValina

ArgininaGlutamatoGlutaminaHistidinaProlina

PiruvatoAlaninaCisteínaGlicinaSerinaTriptofano

Papel da frutose-2,6-bisfosfato na regulaçãoda glicólise e da gluconeogénese

Síntese de glucose no fígado a partir de lactato produzido no músculo: ciclo de Cori

Glicogénio

Lactato

Músculo(glicólise)

ADP

ATP

Lactato (fígado)

ATP

ADP

Glucose

Fígado(gluconeo-génese)

Glucose →→→→ Lactato →→→→ Glucose

Ciclo de Cori

Triglicerídeos

Lipase

Glicerol + Ácidos Gordos

Glicerol cinaseATP

ADP

Glicerol-3-fosfatoGlicerol-3-fosfatodesidrogenase

NAD+

NADH + H+

Dihidroxiacetona-fosfato

Incorporação de equivalentes redutoresno processo de gluconeogénese

i) Fumarase

Fumarato ↔ Malato

O protão H6S na glucose deriva desta incorporação. Assim, numaexperiência em que tenhamos presente água deuterada (D2O), o aparecimento de deutério na posição H6S é indicativo da contribuição de intermediários do ciclo, ou de aminoácidos glucogénicos que osoriginam, para a produção de glucose;

ii) Triose fosfato isomerase

G-3-P ↔ DHAP

Incorporação de deutério nas posições 2 e 5

iii) Hexose fosfato isomerase

F-6-P ↔ G-6-P

Incorporação de deutério na posição 2

Estudo da gluconeogénese e glicogenólise nofígado recorrendo a marcadores de isótopos-estáveis

ÁcidosGordos

PiruvatoLactato

Glutamato

Glicogénio

Glucose G-6-P

F-6-P

G-3-P

DHAP Glicerol

PEPAc-CoA

OAA

Malato

Fumarato

Succ-CoA

Propionato

αααα-cetoglutarato

Citrato

Isocitrato

D2O

D2O

D2O

1

2

3

46

57

1 2 3(6)(5) (4)

[U-13C]propionato

[1,3-13C]glicerol

2 14OAA

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5 6Glucose

Glutamato

3

FBP

a)

b)

c)

Estudo da gluconeogénese e glicogenólise nofígado recorrendo a 2H2O

5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 PPM

2H5

2H6R2H6S

2H42H3

2H2

2H1

i) Todas as moléculas de glucose produzidas de novo apresentammarcação na posição 2 a um nível equivalente ao do enriquecimento em2H2O da água corporal.

ii) As moléculas de glucose produzidas a partir do ciclo de Krebs apresentam marcação na posição 6s, pelo que a razão 2H6s/2H2 dá-nosa fracção de moléculas de glucose que tiveram a sua origem no ciclo de Krebs.

iii) As moléculas de glucose com origem no glicerol ou no ciclo de Krebs vão estar marcadas na posição 5, pelo que a razão 2H5/2H2 representaa contribuição destas duas fontes e consequentemente a razão (2H5-2H6s)/2H2 representa a contribuição de glicerol.

iv) As moléculas de glucose com origem no glicogénio não apresentammarcação na posição 5 e como tal a sua contribuição será dada por 1-2H5/2H2.