Glicólise

Metabolismo da glicose

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

ΔG’o = -2.870 kJ/mol

Glicólise

• primeira via do catabolismo da glicose;

• via central que ocorre em todo as as células;

• ocorre no citoplasma das células;

glicóliseglicólise

Glicose + NAD+ + 2 ADP + 2 Pi

2 Piruvato + NADH + H+ + 2 ATP + 2 H2O

Glicólise pode ocorrer em duas vias:

• Anaerobiose – O produto final é Piruvato que posteriormente é fermentado em Acido Láctico ou Etanol.

• Aerobiose – O produto final é o piruvato que depois, por processos posteriores à glicólise, é oxidado em CO2 e H2O.

Fase Preparatória

• utilização de 2 moléculas de ATP.

• formação de gliceeraldeído-3-fosfato e diidroxiacetona fosfato.

Fase de Pagamento

• oxidação do gliceraldeído-3-fosfato.

• formação de 4 moléculas de ATP.

• formação de 2 moléculas de NADH.

• formação de piruvato.

Glicose Glicose -6-Fosfato

• A glicose é uma molécula quimicamente inerte, assim para se iniciar a sua degradação é necessário que seja ativada;

• Depois de entrar na célula a glicose é fosforilada pela hexocinase produzindo glicose-6-fosfato pela transferência do fosfato do ATP;

• A glicose-6-fosfato não é transportado através da membrana Plasmática;

• Reação irreversível;

hexoquinase

Mg2+

ADPATP

ΔGo = -16,7 kJ/mol

Glicose -6- Fosfato Frutose -6- Fosfato

fosfoexone isomeraseΔGo = -1,7 kJ/mol

Frutose -6-fosfafto Frutose-1,6-Bifosfato

fosfofrutoquinase 1Mg2+

ADPATP

ΔGo = -14,2 kJ/mol

• A frutose-6-fosfato é fosforilada a frutose-1,6-bifosfato pela fosfofrutoquinase;

•Enzima reguladora da glicólise;

Mg2+

Frutose-1,6-bifosfato Gliceraldeído-3-fosfato Diidroxiacetona fosfato

aldolase

ΔGo = 23,8 kJ/mol

• A frutose-1,6-bifosfato é dividida pela aldolase em duas trioses fosfatadas ficando cada uma com um fosfato.

• Apenas o gliceraldeído-3-fosfato pode ser degradado pelos passos subsequentes.

Diidroxiacetona fosfato Gliceraldeído-3-fosfato

Triose fosfato isomerase ΔGo = 7,5 kJ/mol

• Diidroxiacetona fosfato é rapidamente convertido em gliceraldeído-3-fosfato.

+

Gliceraldeído-3-fosfato Pi 1,3-Bifosfoglicerato

+NAD+

NADH + H+

gliceraldeído-3-fosfoato desidrogenase

• O Gliceraldeído-3-fosfato é convertido num composto intermédio.

• Grupo Aldeído (-CHO) é oxidado em Grupo Carboxílico (-COOH).

• O grupo fosfato deriva de um fosfato inorgânico.

ΔGo = 6,3 kJ/mol

1,3-Bifosfoglicerato ADP 3-Fosfoglicerato ATP

++

Mg2+

fosfoglicerato quinase

ΔGo = -18,5 kJ/mol

3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato

Mg2+

fosfoglicerato mutase

ΔGo = 4,4 kJ/mol

2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato

H2O

ΔGo = 7,5 kJ/molenolase

Fosfoenolpiruvato Piruvato ADP ATP

Mg2+, K+

piruvato quinase

ΔGo = -31,4 kJ/mol

• Reação exergônica irreversível;

• Transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP;

Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?

Destinos do piruvato

Fermentação alcoólica Fermentação láctica

Louis Pasteur

1861: crescimento de leveduras, por grama de glicose, maior na presença do que na ausência de ar. Glicose consumida mais lentamente na presença de ar do que na ausência.

• Teoria vitalista (“força vital”)

Eduard Buchner

1907 – Prêmio NobelDerruba a Teoria vitalista – a fermentação ocorre sem vida organizada – Zimases.

Harden e Young

1909: isolamento do primeiro intermediário da via glicolítica.

1929: Arthur Harden - Prêmio NobelDescoberta de um procedimento para acelerar a fermentação: adição de Pi ao meio.

Otto Meyerhoff (1922): Prêmio Nobel – Descoberta da correlação entre o consumo de oxigênio e o metabolismo do ácido lático nos músculos de coelho.

Ativador: obtido por autólise de levedura. O ativador perde a atividade se aquecido por 1 minuto a 50 ºC e conserva-se bem em gelo.

Células tumorais: Otto Warburg – 1920

Células tumorais malignas convertem glicose equivalente a 30% do peso seco em lactato/h.(Músculo esquelético humano = 6% do peso seco em lactato/h)

22

Álcool desidrogenase

(ADH)

Acetaldeído desidrogenase

(ALDH)

Metabolismo do Etanol no fígado

Hipoglicemia

gliconeogênese

Sensibilidade diferencial ao álcool

Consumo de álcool segundo diferentes padrões levou a uma evolução divergente.

Existem várias enzimas ADH no homem: dímeros (5 genes). ADH são essenciais pois quebram e metabolizam as moléculas de álcool (tóxico) que é absorvida para o sangue.

População do Sudeste Asiático: maior intolerância ao álcool – acúmulo de acetaldeído – rubor alcoólico (“Asian flush”)

Alcoolismo (tolerância ao álcool)-Populações européias:alelos ADH2 e ADH3 menos ativas metabolizam lentamente o etanolIntolerância ao álcool:- Sudeste asiático: ~ 50 % pop. possui o alelo mutante ALDH2*2 (8% da atividade do gene wt)

Glicose + ATP Glicose 6-fosfato + ADP + H+HK

inibidor

Isoformas I, II e III: cinética michaeliana com Km < 0,1 mM, ou seja, funcionam sempre em Vmáx. [glicose] plasm = 5 a 8 mM

Hexoquinase

• Hexoquinase (músculo): I, II, e III

• Glicoquinase ou Hexoquinase IV – presente no fígado: menor afinidade pela glicose.• Ligada a uma proteína reguladora forma um complexo inativo.

Hexoquinase IV é regulada pelo nível de glicose no sangue:regulação por seqüestro no núcleo celular

Após refeição

Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa.

Durante jejumVindo da gliconeogênese

hepatócito

HEXOQUINASE IV

• Glicoquinase (Hexoquinase IV) não é inibida por glicose 6-fosfato e tem maior Km pela glicose.

• É importante no fígado para garantir que glicose não seja desperdiçada quando estiver abundante, sendo encaminhada para síntese de glicogênio e ácidos graxos.

• Além disso, quando a glicose está escassa, garante que tecidos como cérebro e músculo tenham prioridade no uso

Fosfofrutoquinase-1

• Frutose-1,6-bifosfato a partir desse ponto, o açúcar está comprometido com a via glicolítica;

• Reação altamente exergônica e irreversível, ΔG0’ = - 14,2 kJ/mol;

• Além do sítio catalítico, esta enzima possui diversos sítios onde inibidores e ativadores alostéricos se ligam;

• Em 1980, foi observado que frutose-2,6-bisfosfato ativava a

fosfofrutoquinase aumentando sua afinidade pelo substrato frutose-6-fosfato.

• Frutose 2,6-bisfosfato é um ativador alostérico que desloca o equilíbrio

conformocional da enzima para sua forma ativa.

• É produzido pela FOSFOFRUTOQUINASE 2 (PFK 2).

Frutose-2,6-bifosfato

Regulação alostérica: enzima bifuncional 6-fosfofruto-2-quinase/frutose 2,6-bifosfatase

PFK2Ativa PFK1

+ glicólise

• Regulação por controle covalente: substrato para proteína quinase A (PKA)

Piruvato quinase

ADP

+

ATP

• Regulação por controle covalente

• Último passo da via glicolítica. Fluxo de saída.• Produz ATP e Piruvato.• Também é um tetrâmero apresentando diferentes isoformas em

diferentes tecidos.• Isoforma L (fígado) e isoforma M (músculo).• Muitas propriedades em comum:

- Frutose 1,6-bisfosfato: ativa- ATP: inibe alostericamente- Alanina: produzida a partir de piruvato, inibe a PIK.

• No entanto, as isoformas L (fígado) e M (músculo) diferem na regulação por modificação covalente: fosforilação.

• A isoforma L é inativada ao ser fosforilada quando o nível de glicose no sangue cai (estímulo disparado pelo glucagon)

Exercícios

• A transformação da glicose em lactato nos músculos libera apenas 7% da energia livre obtida quando a glicose é completamente oxidada em CO2 e H2O. Isso significa que a glicólise anaeróbica no músculo é um desperdício de glicose? Explique.

• A concentração de glicose no sangue é mantida ao redor de 5 mM. O que acontece com a glicose assim que penetra nas células? Em certas situações médicas a glicose é administrada intravenosamente para nutrir pacientes. Como a transformação da glicose em glicose-6-fosfato consome ATP, por que não administrar diretamente a glicose-6-fosfato na veia dessas pessoas?

• O efeito do ATP na enzima alostérica PFK-1 é mostrada a seguir. Para uma dada concentração de frutose-6-fosfato, a atividade de PFK-1 cresce com concentrações aumentadas de ATP, mas é atingido um ponto acima do qual aumentos na concentração de ATP provocam a inibição da enzima.

a) Explique por que o ATP pode ser tanto um substrato quanto um inibidor da PFK-1. Como esta enzima é regulada pelo ATP?

b) Como a concentração de ATP regula a glicólise?

c) A diminuição da PFK-1 por ATP é diminuída quando a concentração de ADP é alta. Explique por que.

• Um paciente apresenta vômitos e diarréia pouco depois de ingerir leite. Um teste de tolerância à lactose é efetuado da seguinte forma: o paciente ingere uma certa quantidade de lactose e, a seguir, tem suas concentrações sanguíneas de glicose e galactose medidas em intervalos de tempo. Nos indivíduos normais, sem intolerância à lactose, esses níveis aumentam até um máximo em, mais ou menos, uma hora e depois declinam. Explique as causas desse fato. Os níveis de glicose e galactose do paciente não aumentam durante o teste. Explique a causa disso.

Regulação da via glicolítica

Gliconeogênese: via antagônica à glicólise

Síntese de glicose a partir de compostos que não são carboidratos: aminoácidos, lactato e glicerol.

Alguns tecidos dependem quase completamente de glicose para energia metabólica depleção de glicose gliconeogênese

Conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato

Alanina e Glutamina

Conversão de frutose-1,6-fosfato a frutose-6-fosfato

Conversão de glicose-6-fosfato a glicose

Vesículas com glicose do retículo unem-se com a membrana plasmática ocorrendo, assim a liberação da glicose para a corrente sanguínea.

Frutose-1,6-bisfosfato + H2O frutose 6-fosfato + Pi

Glicose-6-fosfato + H2O glicose + Pi

O músculo e o cérebro não contêm as enzimas (1) glicose-6-fosfatase e o músculo liso e cardíaco não contêm (2) frutose-1,6-bifosfatase. Por isso estes órgãos têm prioridade na captação de glicose.

(1)

(2)

Regulação recíproca da gliconeogênese e da glicose

Frutose-2,6- bifosfato

Necessidade de glicose

Tecidos dependentes de glicose

• cérebro

• hemácias

Requerimento de glicose diário no adulto

160 gramas (glicemia normal 75 a 99 mg/dl)

• 120 gramas – cérebro

• 40 gramas – outros tecidos

Controle da Glicemia por Regulação Endócrina

• Necessidade de uma reserva energética de fácil mobilização

Insulina X

Glucagon

Estoca glicose na forma de glicogênio e secreta quando necessário.

Homeostase da glicose

Insulina

• Hormônio polipeptídico (cadeia A; cadeia B)

• União por duas pontes dissulfeto

Controle da liberação de insulina

• Queda de glicose plasmática

• Alimentação rica em proteína

receptor de insulina

Tipo de reserva

Tecido Quantidade (g)

Glicogênio fígado 70 Glicogênio músculo 120 Glicose (mM) fluidos corporais 20 Lipídeos tecido adiposo 15000 Proteína músculo 6000

Hormônio ou substrato (U)

Muito bem alimentado

Pós-absorção

(12h)

Jejum 3 dias

Jejum 5 semanas

Insulina (U/ ml) 40 15 8 6 Glucagon (pg/ml) 80 100 150 120 razão insulina:glucagon 0.50 0.15 0.05 0.05 Glicose (mM) 6.4 4.8 3.8 3.6 Ácidos graxos (mM) 0.14 0.6 1.2 1.4 Acetoacetato (mM) 0.04 0.05 0.4 1.3 Hidroxibutirato (mM) 0.03 0.10 1.4 6.0 Lactato (mM) 2.5 0.70 0.70 0.6 Piruvato (mM) 0.25 0.06 0.04 0.03 Alanina (mM) 0.8 0.03 0.3 0.1 ATP (mM) 343 290 380 537

Fonte: Ruderman et al., 1976. Os dados foram obtidos de indivíduos normais, exceto para dados de 5 semanas em jejum que foram obtidos de pacientes obesos submetidos a jejum terapêutico. O cálculo de equivalentes de ATP foi calculado para oxidação completa de substratos a CO2 e H2O.

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

Efeito metabólico da insulina

• Armazena glicose em glicogênio

• Inibe a gliconeogênese e a glicogenólise

• Aumenta a expressão de transportadores GLUT-4

Regulação da internalização da glicose por sequestro de transportadores

GLUT-4 permanece sequestrado em

vesículas no citoplasma até que a Insulina sinalize para

sua exposição.

Diabetes Mellitus: comum no Brasil (prevalência 7,6 % da população brasileira entre 30 e 69 anos)

Apresentam hiperglicemia

Tipo I: insulino-dependente ou juvenil. É uma doença auto-imune que provoca a destruição de células das ilhotas do pâncreas.

Tipo II: não insulino-dependente (resistente a insulina, e por secreção deficiente de insulina). 80% estão acima do peso adequado Síndrome Metabólica

No diabetes o organismo comporta-se como no jejum prolongado.

Um dos métodos de monitoramento da hiperglicemia é o exame que mede a Hemoglobina glicosilada (HbA1c): em diabetes essa taxa pode ser até 3 X maior.

Regulação da síntese do glicogênio

A glicogênio sintase mantém-se inativa por meio de fosforilação de serinas: Glicogênio sintase quinase 3 (GSK3)

glicose 6-P liga-se a um sítio alostérico na glicogênio sintase aumentando o acesso da fosfoproteína fosfatase

A regulação da insulina a nível transcricional

Efeitos metabólicos do glucagon

Metabolismo do carboidrato

Aumento imediato da glicemia

• degradação do glicogênio hepático

• estímulo para gliconeogênese

Epinefrina

Secretado em momentos de stress, prepara o organismo para grandes esforços físicos, estimula o coração e eleva a tensão arterial.

Aumenta a glicemia muscular.

Ciclo de Cori

Cooperação metabólica entre o fígado e o músculo durante um exercício vigoroso (escassez de oxigênio – condição anaeróbica).

1) Isquemia (Infarto do miocárdio):

Isquemia: falta de suprimento sangüíneo para um tecido orgânico necrose do tecido por isquemia