Universidade Federal do Rio de Janeiro

Bioquímica

Glicólise

Éverton Dias D’Andréa

2º período - Enfermagem

Setembro 2011

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)

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)

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

1) Isquemia (Infarto do miocárdio):

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