METABOLISMO ANAERÓBICO DE CARBOIDRATOS

Apresentação em tema: "METABOLISMO ANAERÓBICO DE CARBOIDRATOS"— Transcrição da apresentação:

1 METABOLISMO ANAERÓBICO DE CARBOIDRATOS
Profa. Gabriela Macedo

2 Introdução Digestão e absorção de carboidratos Via catabólica central
Glicólise Introdução Digestão e absorção de carboidratos Via catabólica central Como a energia armazenada em moléculas como a glicose é usada para realizar trabalho? Única fonte em algumas células Precursores para várias sínteses A via De glicose a piruvato 2 fases, 9 reações Todos os organismos fazem: citoplasma Glicólise ou Embden Meyerhoff

3 AS REAÇÕES DE CLIVAGEM SÃO CATALIZADAS POR ENZIMAS.
DIGESTÃO PROCESSOS PELOS QUAIS AS MOLÉCULAS INGERIDAS SÃO CONVERTIDAS PARA FORMAS QUE PODEM SER ABSORVIDAS. AS REAÇÕES DE CLIVAGEM SÃO CATALIZADAS POR ENZIMAS.

4 ABSORÇÃO PROCESSOS PELOS QUAIS AS MOLÉCULAS DOS ALIMENTOS SÃO TRANSPORTADAS ATRAVÉS DAS CÉLULAS EPITELIAIS QUE REVESTEM O APARELHO GASTROINTESTINAL PARA PENETRAREM NO SANGUE OU LINFA .

5 α- amilase (ptialina salivar)
Enzimas α- amilase (ptialina salivar) Glicogênio maltose maltotriose Dextrinas α- limite(maltodextrina) (o suco gástrico inativa a enzima)

6 No estômago não haverá nenhuma digestão adicional de carboidratos

7 α- amilase pancreática
Possuí as mesmas funções da ptialina Oligossacaridases Borda em escova do epitélio do duodeno e do jejuno

8 Lactase – lactose em glicose e galactose
Sacarase – sacarose em glicose e frutose Isomaltase – dextrinas em glicose Glico-amilase – malto oligossacarídeos em maltose (glicose + glicose)

9 A velocidade de absorção é decrescente Duodeno Jejuno proximal
Jejuno distal Íleo (boa absorção de glicose, galactose e frutose)

10 Digestão e absorção de carbohidratos

11 Digestão e absorção de amido (~glicogênio)

12 Digestão e absorção de amido (~glicogênio)

13 Digestão e absorção de outros carbohidratos:
enzimas do I. D. (borda-em-escova)

14 METABOLISMO CELULAR CAMPBELL. Bioquímica. 3 ed. p. 396

15 Glicólise È um processo universal com 10 reações catalizadas por diferentes enzimas. Todos os organismos realizam a glicólise no citoplasma O processo pode ser visto como a oxidação de uma molécula de 6 C em moléculas de 3C : glucose e piruvato, gerando energia térmica, ATP ( química) e NADH

16 Visão Geral Glicólise Fase preparatória Fase do pagamento Glicose ATP
ADP 1 Glicose-6-fosfato Fase preparatória 2 Frutose-6-fosfato ATP ADP 3 Frutose-1-6-bifosfato 4 Dihidroxiacetona-fosfato + Gliceraldeído-3-fosfato 2 NADH +H+ 2 NAD 2 Pi 5 6 1,3-Bifosfoglicerato (2) 2 ATP 2 ADP 7 3-Fosfoglicerato (2) 8 Fase do pagamento 2-Fosfoglicerato (2) 9 Fosfoenolpiruvato (2) 2 ATP 2 ADP 10 Piruvato (2)

17 Visão Geral Fase Preparatória Fase do Pagamento 2 fosforilações
Glicólise Visão Geral Fase Preparatória 2 fosforilações Quebra de 1 hexose em 2 trioses ATP é hidrolisado para formar compostos com maior energia livre Fase do Pagamento Armazenamento da energia livre na forma de 2 ATP por mol de glicose Se não fosse os ATPs, o balanço seria maior e a energia seria dissipada em calor. Apenas 5.2% da energia de oxidação da glicose foram liberados. O restante permanece nas moléculas de piruvato.

18 Enzimas Transferência de fosforil Mudança de posição do fosforil
Glicólise Enzimas Transferência de fosforil Mudança de posição do fosforil Isomerização Clivagem aldol Quinase Mutase Isomerase Aldolase

19 Reações Glicose Hexoquinase Glicose 6 Fosfato Fosfohexose isomerase
Glicólise Reações Glicose ATP Hexoquinase Mg2+ 1 DG0’ = KJ/mol ADP 6 5 Glicose 6 Fosfato 4 1 3 2 Fosfohexose isomerase 2 DG0’ = 1.7 KJ/mol 1 6 5 Frutose 6 fosfato 2 4 3

20 Reações Frutose 6 fosfato Fosfofrutoquinase-1 Frutose 1,6 bifosfato
Glicólise Reações Frutose 6 fosfato ATP Fosfofrutoquinase-1 3 Mg2+ DG0’ = KJ/mol ADP - Frutose 1,6 bifosfato Aldolase 4 DG0’ = 23.8 KJ/mol + - Dihidroxiacetona fosfato Gliceraldeido 3 fosfato

21 Reações DHAP Triose fosfato isomerase G3P Fase 1 Fase 2
Glicólise Reações DHAP 5 Triose fosfato isomerase DG0’ = 7.5 KJ/mol G3P - Fase 1 + Fase 2 NAD+ Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase 6 NADH + H+ DG0’ = 6.3 KJ/mol 1,3 Bifosfoglicerato

22 Reações Gliceraldeido 3 fosfato Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase
Glicólise Gliceraldeido 3 fosfato Reações - SH Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase NAD+ Cys NAD+ Cys H+ NADH Cys NAD+ 1,3BPG NADH + H+ NAD+ Cys

23 Reações 1,3 bifosfoglicerato Fosfoglicerato quinase 3 fosfoglicerato
Glicólise Reações 1,3 bifosfoglicerato + Fosfoglicerato quinase 7 Mg2+ DG0’ = KJ/mol 3 fosfoglicerato +

24 Reações 3 fosfoglicerato Fosfoglicerato mutase 2 fosfoglicerato
Glicólise Reações 3 fosfoglicerato 8 Fosfoglicerato mutase Mg2+ DG0’ = 4.4 KJ/mol 2 fosfoglicerato enolase 9 DG0’ = 7.5 KJ/mol H2O + Fosfoenolpiruvato

25 Reações PEP Piruvato quinase Piruvato Acetaldeído Etanol Lactato
Glicólise Reações PEP + Adenosina P P Piruvato quinase 10 Mg2+,K+ DG0’ = KJ/mol Adenosina P P P + Piruvato Piruvato descarboxilase Desidrogenase láctica Desidrogenase alcoólica Acetaldeído Etanol Lactato

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28 Piruvato Respiração aeróbica: Ciclo Krebs e Cadeia Respiratória
Glicólise Piruvato Respiração aeróbica: Ciclo Krebs e Cadeia Respiratória Fermentação Láctica Alcoólica Efeito Pasteur Efeito Crabtree

29 Fermentação láctica A última reação da glicólise anaeróbica é a
redução do piruvato a lactato. Este pode ser convertido a glicose via gliconeogênese.

30 Fermentação alcoólica
Destino alternativo do piruvato em anaerobiose Enzimas: Piruvato – Acetaldeido: piruvato descarboxilase Acetaldeido a etanol: álcool desidrogenase Bolhas na Cerveja e Vinhos espumantes

31 Considerações O processo global é exergônico, que emprega energia para as fases endergônicas O grande objetivo da glicólise é obter ATP e regenerar NAD 2 ADP ATP NAD+ NADH 2 Pi

32 Efeito Pasteur Algumas bactérias usam o mesmo compostos como fonte de energia ou para construção de blocos. Para isso, precisam regular o balanço da produção e utilização de ATP. Em aerobiose, a molécula faz glicólise e entra no ciclo de Krebs onde é completamente oxidada. Os elétrosn removidos servem para regenerar NAD como NADH e gerar ATP.

33 Efeito Pasteur Contudo, em anaerobiose, não se chega ao Ciclo de Krebs, (gera muitos NADH) e esta célula recorre à fermentação. Muito menos ATP é produzido e então a célula tenta compensar “ comendo “ mais glicose mais depressa..

34 Efeito Pasteur A mudança de metabolismo lento aeróbico para rápido consumo anaeróbico de glucose foi notado a primeira vez por Pasteur. Esta mudança ocorre toda vez que não existe suprimento de O2 na mitocôndria, o consumo de glucose aumenta e tende a produzir ATP por fermentação láctica que se acumula em seus músculos.

35 Efeito Crabtree A fermentação de açúcares a etanol é um processo fermentativo. Contudo, etanol tem sido encontrado em processo aerados quando a concentração de açúcar é muito alta. Este é o Efeito Crabtree que foi mpor muitos anos considerado uma repressão metabólica. Acreditava-se que o excesso de glucose reprimia seu uso em metabolismos que geravam etanol. Recentemente se mostrou que o que ocorre é uma super saturação do processo respiratório. A levedura não pode usar o excesso de glucose pela via majoritária então procura uma alternativa que produz etanol.

36 Comparação da fermentação láctica e respiração
Efeito Crabtree Comparação da fermentação láctica e respiração

37 This phenomenom is referred to as the Crabtree or Glucose effect.
Fermentation Kinetics Biomass and Product Formation The Crabtree Effect In the following figure, the lactic fermentation of glucose and respiration are compared. Fermentation Kinetics Biomass and Product Formation The Crabtree Effect In the following figure, the lactic fermentation of glucose and respiration are compared.                                                                                                                                                   Which pathway will lead to the fastest rate of NADH reoxidation? Which pathway will lead to the fastest rate of NADH reoxidation? The figure shows that conversion of pyruvate to lactic acid is a considerably simpler and thus faster pathway for NADH oxidation than is respiration. Through fermentation, cells are able to recover NAD+ for substrate oxidation at a faster rate than by respiration. Through fermentation, cells are able to utilize substrates, generate ATP and thus grow at faster rates as compared to respiration. The ability to switch from respiration to fermentation even in the presence of high dissolved oxygen concentrations gives facultative anaerobes an advantage over strict aerobes in mixed culture ecosystems. The triggering factor which will cause facultative anaerobes to ferment rather than respire is the availability of a high concentration of a readily available substrate. This phenomenom is referred to as the Crabtree or Glucose effect. The figure shows that conversion of pyruvate to lactic acid is a considerably simpler and thus faster pathway for NADH oxidation than is respiration. Through fermentation, cells are able to recover NAD+ for substrate oxidation at a faster rate than by respiration. Through fermentation, cells are able to utilize substrates, generate ATP and thus grow at faster rates as compared to respiration. The ability to switch from respiration to fermentation even in the presence of high dissolved oxygen concentrations gives facultative anaerobes an advantage over strict aerobes in mixed culture ecosystems. The triggering factor which will cause facultative anaerobes to ferment rather than respire is the availability of a high concentration of a readily available substrate. This phenomenom is referred to as the Crabtree or Glucose effect. A figura mostra que a conversão de piruvato a lactato é mais simples e mais rápida para oxidação do NADH do que o processo respiratório. Através da fermentação, as células são aptas a regenerar NAD+ para oxidações mais rapidamente do que na respiração. Através da fermentação, as células são capazes de utilizar substratos, gerar ATP e crescer mais rapidamente do que na respiração. A habilidade de escolher entre a fermentação e respiração, mesmo na presença de altas concentrações de oxigênio dissolvido, é a anaerobiose facultativa, vantagem sobre os aeróbios restritos. A escolha pela fermentação ao invés da respiração é causada pela oferta excessiva de algum substrato tipo glicose ou sacarose. Este fenômeno é chamado de Efeito Crabtree ou Efeito Glicose.

38 O Efeito Crabtree nas bactérias fermentativas
Quando a concentração de substrato é alta, este organismos produzem lactato em altas concentrações. Quando a concentração de substrato é baixa, menos lactato é produzido e mais acetato é produzido. Este fenômeno ocorre em bactérias anaeróbias e lacticas.

39 Controle Metabólico do Efeito Crabtree em Bácterias fermentativas
Bactérias lácticas e anaeróbias são capazes de gerar um mol extra de ATP na produção de acetato. Contudo, a formação de acetato é mais lenta que a formação de lactato. A formação de lactato requer a ação de uma simples enzima: lactato desidrogenase é um processo muito rápido. A formação de lactato é o processo melhor para a regeneração de NADH quando as células estão crescendo muito rápido.

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41 Pense nisso... O que a aula de hoje tem a ver com a produção de cerveja, com as cáries dentárias e com os músculos doloridos após intenso exercício físico?

42 Vias Secundárias Produção de pentoses -fosfato e NADPH
Glicólise Vias Secundárias Produção de pentoses -fosfato e NADPH Ribose  síntese de nucleotídios NADPH  síntese de ácidos graxos G6P + 2NADP+ Ribose-5-P + 2NADPH + 2H+

43 Vias de entrada Polissacarídios Glicogênio Glicólise
Fosforilase: fosforólise Glicose-1-fosfato Fosfoglicomutase Enzima de transferência Duas atividades sucessivas 4 1 6 Fosforilase do glicogênio G1P glucotransferase G1P a 16 glicosidase glicose G6P

44 Vias de entrada Monossacarídios Frutose Glicólise
Músculos e rim: frutose + ATP  frutose-6-fosfato + ADP (hexoquinase) Fígado: frutose + ATP  frutose-1-fosfato + ADP (frutoquinase) 1 1 2 2 3 3 4 + Glicólise Frutose-1-fosfato aldolase 5 4 6 5 ATP 6 ADP Triose quinase

45 UDP glicose:galactose-1-P
Glicólise Vias de entrada Monossacarídios Galactose galactose galactose-1-fosfato (galactoquinase) UDP glicose:galactose-1-P uridiltransferase glicose-1-fosfato UDP-glicose-4- epimerase UDP-galactose UDP-glicose

46 Glicólise Vias de entrada

47 Regulação Situações diversas Etapas consumo oferta de O2
Glicólise Regulação Situações diversas consumo oferta de O2 estado estacionário manutenção porajustes em vias Etapas Limitadas por substrato Limitadas pela atividade enzimática funcionam como válvulas sem influência da ação das massas etapa limitante moduladores; mudança na conc. da enzima

48 Regulação coordenada Músculo Fígado
Glicólise Regulação coordenada Músculo Função: fornecer ATP para contração Fosforilase do glicogênio adrenalina  AMPc  fosforila fosforilase quinase  fosforila fosforilase do glicogênio regulação alostérica - rápida : ATP/AMP Fígado Função: manter o nível de glicose circulante constante mecanismo semelhante ativado por glucagon (consequência de baixa glicose) regulação alostérica: glicose expõe os sítios à desfosforilação

49 Regulação Enzimas Hexoquinase Glicoquinase Piruvato quinase
Glicólise Regulação Enzimas Hexoquinase Inibição alostérica pelo produto Km baixo - em condições de glicemia normal, trabalha em VMAX. Glicoquinase KM mais alto que a glicemia - responde a aumento de concentração inibida por F6P, inibição anulada por F1P Piruvato quinase Inibição alostérica por ATP, acetil-CoA e ácidos graxos Fosfofrutoquinase-1 ATP  afinidade por F6P Citrato  efeito do ATP F2,6bP, ADP, AMP estimulam G G6P F6P Prot. Reg. - F1P +