Exemplificando com uma situação extrema...

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1 Exemplificando com uma situação extrema...
: tratamento da obesidade com jejum prolongado assistido

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3 Variações metabólicas durante o jejum
plasma

4 Variações metabólicas durante o jejum
plasma

5 PKA P HSL TAG glycerol + fatty acids albumin perilipin

6 fatty acids ADIPOSE TISSUE storage lipids CO2 fatty acids fatty acids
ADP + Pi ATP fatty acids ADP + Pi fatty acids fatty acids ATP ADP + Pi CO2 LIVER CO2 ATP MUSCLE

7 Variações metabólicas durante o jejum
plasma

8 músculo rim fígado cérebro succinyl-CoA thiolase succinate
β-hydroxybutyrate acetoacetate β-hydroxybutyrate dehydrogenase β-ketoacyl-CoA transferase thiolase + CoA succinyl-CoA succinate acetyl-CoA músculo rim cérebro

9 Variações metabólicas durante o jejum
plasma

10 Variações metabólicas durante o jejum
plasma fígado

11 fatty acids ERYTHROCYTE BRAIN ADIPOSE TISSUE storage lipids lactate
ADP + Pi ERYTHROCYTE BRAIN ADIPOSE TISSUE ATP storage lipids lactate glucose glucose CO2 CO2 fatty acids ADP + Pi ATP glucose fatty acids ADP + Pi glucose fatty acids fatty acids ATP ADP + Pi glycogen CO2 LIVER CO2 ATP MUSCLE

12 Variações metabólicas durante o jejum
plasma fígado

13 Gliconeogênese Síntese nova glicose

14 Por que precisamos sintetizar glicose?
Em humanos... principal reserva Por que precisamos sintetizar glicose?

15 Células dependentes de glicose como nutriente
CÉLULAS ANAERÓBICAS hemácias células do cristalino algumas células da retina células da medula renal glicose lactato ADP ATP células do cérebro (BHE) células embrionários (BP) CÉLULAS COM ISOLAMENTO SELETIVO DA CIRCULAÇÃO SISTÊMICA glicose CO2 ADP ATP

16 Lactato pode ser convertido em glicogênio no fígado
(Laureados com Prêmio Nobel em 1947) Gerty Theresa Cori Carl Ferdinand Cori Journal of Biological Chemistry, 1929

17 Lactato desidrogenase (LDH)
reação reversível em condições fisiológicas enzima tetramérica dois tipos de subunidades: M (músculo esquelético), H (coração) M4 (músculo esquelético) M3H1 M2H2 M1H3 H4 (coração) diferentes valores de Km para os substratos lactato e piruvato

18 fosfo-hexose isomerase Go´ = -0.6 kcal/mol
hexocinase Go´ = -8.0 kcal/mol fosfo-hexose isomerase Go´ = -0.6 kcal/mol fosfofrutoocinase Go´ = -5.3 kcal/mol aldolase Go´ = -0.3 kcal/mol triose-fosfato isomerase Go´ = +0.6 kcal/mol gliceraldeído3P isomerase Go´ = -0.4 kcal/mol fosfogliceratocinase Go´ = +0.3 kcal/mol fosfoglicerato mutase Go´ = +0.2 kcal/mol enolase Go´ = -0.8 kcal/mol piruvatocinase Go´ = -4.0 kcal/mol

19 Reações para conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato (PEP)
(para reversão da reação da piruvato cinase)

20 G3P piruvato 1,3BPG PEP piruvato PEP oxaloacetato oxaloacetato malato
G3PDH NAD+ NADH piruvato PEP PEPCK piruvato oxaloacetato PIRUVATO CARBOXILASE PEP PEPCK oxaloacetato MDH NAD+ NADH malato MDH NAD+ NADH malato

21 Requerimento diário de glicose = 120g Lactato pode gerar 40 g
G3P lactato NAD+ NADH NAD+ NADH G3PDH piruvato 1,3BPG PEP PEPCK piruvato oxaloacetato PIRUVATO CARBOXILASE oxaloacetato MDH NAD+ NADH PEP PEPCK malato MDH NAD+ NADH malato

22 G3P malato oxaloacetato piruvato 1,3BPG PEP piruvato aas PEP
NAD+ malato PEPCK MDH NAD+ NADH oxaloacetato piruvato NADH G3PDH 1,3BPG PEP piruvato aas PIRUVATO CARBOXILASE PEP PEPCK oxaloacetato malato α-cetoglutarato fumarato succinato succinil-CoA

23 F1,6BP glicerol-P DHAP G3P piruvato 1,3BPG PEP piruvato PEP
NAD+ piruvato NADH G3PDH 1,3BPG PEP piruvato PEPCK PIRUVATO CARBOXILASE PEP PEPCK oxaloacetato oxaloacetato NADH MDH MDH NADH NAD+ malato NAD+ malato

24 acil-CoA de cadeia ímpar ácido graxo de cadeia ímpar
piruvato oxaloacetato PIRUVATO CARBOXILASE PEP malato PEPCK MDH 1,3BPG G3P G3PDH lactato aas fumarato succinil-CoA α-cetoglutarato succinato DHAP F1,6BP glicerol-P acil-CoA de cadeia ímpar acetil-CoA propionil-CoA ácido graxo de cadeia ímpar

25 fosfo-hexose isomerase Go´ = -0.6 kcal/mol
hexocinase Go´ = -8.0 kcal/mol fosfo-hexose isomerase Go´ = -0.6 kcal/mol fosfofrutoocinase Go´ = -5.3 kcal/mol aldolase Go´ = -0.3 kcal/mol triose-fosfato isomerase Go´ = +0.6 kcal/mol gliceraldeído3P isomerase Go´ = -0.4 kcal/mol fosfogliceratocinase Go´ = +0.3 kcal/mol fosfoglicerato mutase Go´ = +0.2 kcal/mol enolase Go´ = -0.8 kcal/mol piruvatocinase Go´ = -4.0 kcal/mol

26 Reação para conversão de frutose-1,6-bisfosfato a frutose-6-P
(para reversão da reação da fosfofrutocinase) frutose-1,6-bisfosfatase frutose-1,6-bisfosfato frutose-6-P Pi

27 Reação para conversão de glicose-6-P a glicose
(para reversão da reação da hexocinase) glicose-6-fosfatase glicose glicose-6-P Pi expressa somente no fígado e no cortex renal

28 F1,6BP F6P G6P glicose lactato glicerol-P DHAP 1,3BPG G3P piruvato PEP
F1,6BPase G6Pase lactato glicerol-P DHAP 1,3BPG G3P G3PDH piruvato PEP PEPCK piruvato aas oxaloacetato PIRUVATO CARBOXILASE PEP PEPCK oxaloacetato MDH MDH malato malato α-cetoglutarato fumarato succinato succinil-CoA

29 Requerimento diário de glicose: 120 g
lactato 40 g glicerol 20 g aminoácidos 60 g

30 O consumo de álcool, especialmente por um indivíduo mal alimentado, pode causar hipoglicemia. O álcool ingerido é convertido a acetaldeído no citoplasma do hepatócito, em reação catalisada pela álcool desidrogenase: CH3CH2OH CH3COH Utilizando seus conhecimentos sobre a gliconeogênese, tente justificar a hipoglicemia causada pela ingestão de álcool.

31 piruvato oxaloacetato PEP malato 1,3BPG G3P lactato fumarato
PIRUVATO CARBOXILASE PEP malato PEPCK MDH NAD+ NADH 1,3BPG G3P G3PDH lactato fumarato succinil-CoA α-cetoglutarato succinato aas

32 De onde vêm os precursores para a síntese de glicose?
NEURÔNIO HEMÁCIA glicose CO2 glicose lactato lactato TAG glicerol glicerol + glicose ácidos graxos ácido graxo ADIPÓCITO proteínas aas aminoácidos HEPATÓCITO CÉLULA MUSCULAR

33 Em 1930, Weil-Marlherbe e colaboradores observaram, provocando um certo escândalo no meio científico, que a adição de acetoacetato provocava um aumento na formação de glicose em fatias de rim de rato incubadas na presença de lactato. Por que esses dados pareceram estranhos? Tente explicá-los imaginando de que maneiras uma substância pode estimular uma reação? Agora discuta a sua resposta com base nos resultados encontrados por Weil-Marlherbe.

34 1980, Van Schaftingen e colaboradores descobriram uma substância capaz de modificar a atividade da fosfofrutocinase isolada de fígado, como mostra a figura abaixo: Esta substância é formada no fígado podendo atingir 20M em ratos bem alimentados e destruída após tratamento com glucagon. Observou-se que esta mesma substância era capaz de inibir a frutose 1,6-bisfosfatase com um ki = 0,5M, que é uma concentração próxima daquela necessária para a metade da ativação máxima da fosfofrutocinase. Analise estes dados e procure integrá-los a um esquema metabólico mais geral.

35 Os mesmos autores descobriram, em 1981, uma enzima capaz de sintetizar frutose-2,6-BP a partir de frutose-6P às custas de ATP, à semelhança do que ocorria na reação catalisada pela fosfofrutocinase anteriormente conhecida. Para evitar confusão as duas enzimas foram denominadas fosfofrutocinse-1 (PFK-1), a clássica, e fosfofrutocinase-2 (PFK-2), a que sintetiza frutose-2,6-bisfosfato. Além disso, o mesmo grupo de trabalho em 1982 purificou de fígado de rato, uma enzima capaz de transformar frutose-2,6-BP em frutose-6P. Observaram ainda que a forforilação desta enzima pela proteína cinase AMPc dependente (PKA) provocava um grande aumento em sua atividade. A PFK-2 também é substrato para PKA, sendo o resultado da fosforilação um acentuado decréscimo de sua atividade.

36 Fosforilação de proteínas
sinal / estímulo Rec AC Gs α Gs α GTP   GDP PKA ATP cAMP cAMP cAMP GTP AMP - + Fosforilação de proteínas PFK2 / F2,6Pase P Gliconeogênese piruvato quinase P - - + acetil-CoA carboxilase P lipase P glicogênio sintase P glicogênio fosforilase P + - Lipólise Degradação de Glicogênio

37 A adrenalina age no músculo e no fígado através de sua ligação a receptores -adrenérgicos, o que resulta na ativação da PKA. Nos dois tecidos, a PKA catalisa a fosforilação da fosfofrutocinase2/frutose 2,6-bisfosfatase. Entretanto, os efeitos sobre a glicólise em cada um dos tecidos são opostos: no fígado esta via é inibida, enquanto no músculo é ativada. Tente sugerir uma explicação para estes achados.

38 Hue e colaboradores, em 1981 (J. Biol. Chem
Hue e colaboradores, em 1981 (J. Biol. Chem. 256, ), estudaram os efeitos do glucagon no metabolismo de hepatócitos de rato e verificaram alterações dose-dependentes nos níveis de frutose-2,6-bifosfato e na atividade da fosforilase a (enzima que catalisa a degradação do glicogênio), como mostrado na figura abaixo. a) Interprete a figura, ressaltando os efeitos metabólicos do glucagon no fígado em função dos resultados observados. b) Quais seriam os resultados desta experiência se as células usadas fossem células musculares? c) E o que aconteceria nos dois tecidos se o hormônio usado fosse adrenalina?