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Prof. Didier Salmon MSc Cristiane S. Lessa

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Apresentação em tema: "Prof. Didier Salmon MSc Cristiane S. Lessa"— Transcrição da apresentação:

1 Prof. Didier Salmon MSc Cristiane S. Lessa
Glicólise Prof. Didier Salmon MSc Cristiane S. Lessa . Bioquímica para Enfermagem Dezembro 2015 16/12/15

2 O que acontece com a glicose que ingerimos?
Oxidação da glicose a piruvato Matriz extracelular e polissacarídeos da parede celular Glicogênio, amido, sacarose Armazenamento Síntese de polímeros estruturais GLICOSE O que acontece com a glicose que ingerimos? Essas são as principais vias de utilização da glicose. Embora não sejam os únicos destinos possíveis da glicose, essas quatro vias são as mais significativas em termos de quantidade de glicose que flui através delas a maioria das células. Oxidação pela via da pentose-fosfato Oxidação por glicólise Ribose-5-fosfato Piruvato

3 O que é a glicólise? Do grego antigo glykýs, adocicado e lýsis, quebra, degradação; É a sequência metabólica de oxidação da glicose; Possui 10 reações; Rota de produção de ATP; Presente em todos os tipos de tecido. O que acontece com a glicose que ingerimos?

4 Alguns açúcares e suas funções
Resuma o conteúdo da apresentação reafirmando os pontos importantes das lições. Do que você deseja que a audiência se lembre quando sair da sua apresentação? Salve sua apresentação em um vídeo para facilitar a distribuição (Para criar um vídeo, clique na guia Arquivo e clique em Compartilhar. Em Tipos de Arquivo, clique em Criar Vídeo.)

5 Glicólise Quebra do açúcar (‘glykys’ ‘lysis’)
Via fundamental para a oxidação da molécula de glicose em duas moléculas de piruvato, conservando energia na forma de ATP e NADH Possui duas fases: preparatória e pagamento Forneça uma breve visão geral da apresentação. Descreva o foco principal da apresentação e por que ela é importante. Introduza cada um dos principais tópicos. Para fornecer um roteiro para o público, você pode repita este slide de Visão Geral por toda a apresentação, realçando o tópico específico que você discutirá em seguida.

6 Microsoft Excelência em Engenharia
hexoquinase G0’ = - 16,7 kJ/mol Fase preparatória: fosforilação da glicose e conversão em gliceraldeído-3-fosfato fosfoglicose isomerase G0’ = + 1,7 kJ/mol fosfofrutoquinase-1 G0’ = - 14,2 kJ/mol aldolase G0’ = + 23,8 kJ/mol triose fosfato isomerase G0’ = + 7,5 kJ/mol gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase G0’ = + 6,3 kJ/mol Fase de pagamento: conversão oxidativa da gliceraldeído-3-fosfato em piruvato e formação acoplada de ATP e NADH fosfoglicerato quinase G0’ = - 18,8 kJ/mol fosfoglicerato mutase G0’ = + 4,4 kJ/mol enolase G0’ = + 7,5 kJ/mol piruvato quinase G0’ = - 31,4 kJ/mol Confidencial da Microsoft

7 Microsoft Excelência em Engenharia
As 3 reações irreversíveis tem grande ΔG negativa; As outras reações tem próximo de 0 (equilíbrio); Contorno das reações irreversíveis na gliconeogênese. hexocinase Fosfofrutocinase Piruvato-cinase Confidencial da Microsoft

8 Microsoft Excelência em Engenharia
1ª etapa – fase preparatória: dupla fosforilação da glicose à custa de 2 ATP Confidencial da Microsoft

9 Microsoft Excelência em Engenharia
Hexocinase Reação 1 O Mg2+ protege as cargas negativas do grupo fosforil do ATP, tornando o átomo de fósforo terminal um alvo mais fácil para o ataque nucleofílico por um grupo –OH da glicose Hexoquinase - catalisa reação exergônica, irreversível nas condições celulares Fosforilação da Glicose no carbono 6 A hexoquinase como muitas outras quinases, requer Mg para a sua atividade, pois seu verdadeiro substrato não é o ATP e sim o complexo MgATP. O Mg protege as cargas negativas do grupo fosforil do ATP, tornando o átomo de fósforo terminal um alvo mais fácil para o ataque nucleofílico por um grupo –OH da glicose. A água que é bloqueada de entrar com o ajuste induzido da enzima, poderia hidrolisar as ligações fosfoanidras (entre fosfatos) do ATP A glicose sofre fosforilação no carbono 6, formando glicose-6-fosfato, sendo ATP o doador do grupo fosfato. Confidencial da Microsoft

10 Microsoft Excelência em Engenharia
Fosfoglicose Isomerase Reação 2 A enzima catalisa a isomerização reversível da glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato Isomerização de uma aldose (glicose) em cetose (frutose) Isomerização de uma aldose em uma cetose (glicose em frutose) Ligação na enzima e abertura do anel Catálise ácida e formação da frutose-6-fosfato Dissociação e fechamento do anel Confidencial da Microsoft

11 Microsoft Excelência em Engenharia
Fosfofrutocinase-1 (PFK-1) Reação 3 Essa é a primeira etapa “comprometida” da via glicolítica; a glicose-6-fosfato e a frutose-6-fosfato tem outros destinos possíveis, mas a frutose-1,6-bifosfato é direcionada para a glicólise Etapa “comprometida” da via Direcionamento para a glicólise com a formação da frutose-1,6-bifosfato Essa é a primeira etapa “comprometida” da via glicolítica; a glicose-6-fosfato e a frutose-6-fosfato tem outros destinos possíveis, mas a frutose-1,6-bifosfato é direcionada para a glicólise Catálise da transferência do grupo fosforil do ATP para a frutose-6-fosfato Confidencial da Microsoft

12 Microsoft Excelência em Engenharia
2ª etapa: clivagem da hexose produzindo trioses fosforiladas, que são interconvertíveis Nas concentrações pequenas de reagentes a reação é reversível Confidencial da Microsoft

13 Microsoft Excelência em Engenharia
Aldolase Clivagem da hexose produzindo 2 trioses fosforiladas, que são interconvertíveis Catálise de condensação aldólica A clivagem da frutose-1,6-bifosfato gera duas trioses-fosfato: gliceraldeído-3-fosfato e di-hidroxiacetona-fosfato. Confidencial da Microsoft

14 Microsoft Excelência em Engenharia
Reação da Aldolase (classe I) Resíduos de lisina e tirosina da enzima se ligam covalentemente ao substrato, estabilizando o estado intermediário Formação da base de Schiff ocorre quando há ligação dupla carbono-nitrogênio Em aldolase de mamífero, os principais resíduos de aminoácidos envolvidos cataliticamente na reação são a lisina e a tirosina. A tirosina atua como um aceitador eficiente de hidrogénio enquanto a lisina covalentemente liga-se e estabiliza os intermediários. Uma base de Schiff (ou azometina), nomeada após Hugo Schiff, é um grupo funcional que contém uma ligação dupla carbono-nitrogênio com o átomo de nitrogênio conectado a um grupo arila ou alquila mas não há hidrogênio Animação da reação em (delocalização eletrônica + clivagem da ligação C-C) Confidencial da Microsoft

15 Triose-fosfato-isomerase
Reação 5 Interconversão de trioses Apenas uma das duas trioses-fosfato formada pela aldolase, o gliceraldeido-3-fosfato, pode ser diretamente degradada nas etapas subsequentes da glicólise. O outro produto, a di-hidroxiacetona-fosfato, é rápida e reversilvelmente convertido em gliceraldeido-3-fosfato pela triose-fosfato isomerase. O mecanismo de ação é similar ao da fosfoglico-isomerase (2ª reação)

16 Origem dos carbonos nos dois compostos de três carbonos
A origem dos carbonos nos dois compostos de três carbonos nas reações da aldose e da triose-fosfato-isomerase. O produto final das duas reações é 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato.

17 Energia conservada na forma de ATP e NADH
Fase de pagamento 3ª Etapa: Oxidação e nova fosforilação das trioses fosfato (por Pi), formando 2 moléculas de 1 intermediário com 2 grupos fosfato Energia conservada na forma de ATP e NADH

18 Microsoft Excelência em Engenharia
Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase Reação 6 Reaction #6 is catalyzed by glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. It contains the only oxidation reaction of glycolysis. Electrons from G3P are donated to NAD+ to form NADH. Note that an additional phosphate group is added to G3P in this reaction to form 1,3BPG. The overall Delta G zero prime is slightly positive. The amount of NAD+ is critical for determining the direction of this reaction. O grupo aldeído do gliceraldeído-3-fosfato é oxidado em um anidrido de ácido carboxílico com ácido fosfórico, chamado acil-fosfato. Confidencial da Microsoft

19 A oxidação do carbono torna a entrada do Fosfato inorgânico (Pi) mais favorável
Oxidação do aldeído (gliceraldeído 3-fosfato) a ácido carboxílico, com redução de NAD. Reação termodinamicamente favorável. As reações ocorrem acopladas por um intermediário rico em energia. 2. Ligação do Ác. Carboxílico com Pi, formando anidrido carboxílico-fosfórico, que é endergônica. Reação pode ser inibida pelo arseniato que compete com o fosfato

20 Reação da gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase
fosforólise Oxidação pelo NAD+ Inibição de GAP desidrogenase

21 Fase de pagamento 4ª Etapa: Transferência dos grupos fosfato para ADP, formando 4 ATPs e 2 piruvatos.

22 Microsoft Excelência em Engenharia
Fosfoglicerato-cinase Reação 7 A enzima catalisa a transferência do grupo fosforil de alta energia do grupo carboxil do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato Acoplamento das reações GAPDH e PGK (reações 6 e 7): GAP + Pi + NAD+ → 1,3-BPG + NADH DG 0’ = +6.3 kJ/mol 1,3-BPG + ADP → 3PG + ATP DG 0’ = kJ/mol DG 0’ = kJ/mol Confidencial da Microsoft

23 Fosfoglicerato-mutase
Reação 8 Deslocamento reversível do grupo fosforil Transferência do grupo fosforil entre o sítio ativo e o C-2 do substrato Transferência do grupo fosforil de C-3 para o sítio ativo da enzima

24 Fosfoglicerato-mutase
Transferência do grupo fosfato entre a His no sítio ativo da enzima e o Carbono2 (OH) do substrato. Em seguida, é realizada a transferência do grupo fosfato de C3 para a primeira His, permitindo que a segunda His devolva o H+ ao substrato, mas na posição C3. Uma primeira histidina (His) remove provisoriamente o H+ , permitindo que a segunda His transfira o grupo fosfato para o C2.

25 Enolase Reação 9 Desidratação reversível e formação do PEP Por que fazer a desidratação? Para obter um composto com alto potencial de transferência do grupo fosforil Por que fazer a desidratação? Para obter um composto com alto potencial de transferência do grupo fosforil. Conversão de um composto de baixo potencial de hidrólise (2-bifosfoglicerato ΔG’o -17,6kJ/mo) para um com alto potencial de hidrólise (PEP ΔG’o -61,9 kJ/mol)

26 Piruvato-cinase Formação de ATP por transferência do grupo fosforil
Reação 10 Formação de ATP por transferência do grupo fosforil Aproximadamente metade da energia liberada pela hidrólise de PEP Duas partes: ADP ataca a fosforila do PEP formando ATP e enolpiruvato - tautomerização do PEP a piruvato Metade da energia está armazenada durante a formação do ATP (∆G= kJ/mol) e o restante (∆G= -31,4 kJ/mol) serve para impulsionar a reação. Acoplamento das reações: kJ/mol (hidrólise de PEP

27 Resumindo... A glicólise é uma via quase que universal, onde 1 molécula de glicose é oxidada a 2 moléculas de piruvato sendo a energia liberada conservada em 2 moléculas de ATP e 2 moléculas de NADH Todas as enzimas da via glicolítica são citoplasmáticas e seus intermediários são moléculas fosforiladas de 3 ou 6 átomos de carbono Na fase preparatória da glicólise, 2 moléculas de ATP são consumidas Na fase de pagamento da glicólise, há produção de 1 molécula de NADH e 2 moléculas ATP para cada triose.

28 Equação geral da glicólise
2 2 Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi 2Piruvatos + 2ADP + 2NADH + H+ + 4ATP + H2O Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2Piruvatos + 2NADH + H+ + 2ATP + H2O Saldo final

29 De onde vem a glicose circulante?
Glicogênio 7% do peso líquido Quebra do glicogênio, alimentação ou gliconeogênese O glicogênio também está presente no músculo esquelético. Gliconeogênese

30 Digestão de Carboidratos
Inicia-se na boca a-amilase salivar: rompimento das ligações a(1→4) Amido = amilose a(1→4) e amilopectina Amilopectina e glicogênio possuem ligações a(1→6), e sendo assim, o produto da digestão da a-amilase contém uma mistura de moléculas de oligossacarídeos menores e ramificados. Como adquirimos os carboidratos da dieta? Digestão inicia-se na boca (digestão do amido -> amilase salivar) O amido contén dois tipos de polissacarídeos, a amilose composta por a(1→4) e a amilopectina que é altamente ramificada, composta por ligações a(1→4) e a(1→6) O glicogênio é como a amilopectina, porém é mais ramificado que ela e mais compacto que o amido.

31 Digestão de Carboidratos
A digestão dos carboidratos cessa temporariamente no estômago, devido ao pH que inativa a a-amilase salivar O conteúdo gástrico é neutralizado pelo bicarbonato secretado pelo pâncreas, e a a-amilase pancreática continua o processo digestivo no intestino A amilase pancreática gera maltose e dextrinas, que são degradadas até glicose por enzimas do epitélio intestinal com borda em escova. O glicogênio tem essencialmente a a mesma estrutura do amido e sua digestão segue a mesma via. Amilase pancreática gera maltose e dextrinas, que são degradadas até glicose por enzimas do epitélio intestinal com borda em escova

32 Digestão de Carboidratos
A digestão final ocorre pela ação de enzimas da mucosa intestinal –dissacaridases e oligossacaridases Há a absorção de monossacarídeos pelas células da mucosa intestinal Mono Glicose Di Maltose Tri Maltotriose No duodeno estes fragmentos são atacados, com maior eficiência, pela alfa-amilase presente no suco pancreático e são transformados no monossacarídeo glicose, no dissacarídeo maltose, no trissacarídeo maltotriose e nas chamadas dextrinas alfa-limite. A alfa-amilase é assim chamada, porque só quebra ligações glicosídicas do tipo alfa-1,4. A amilopectina (uma fração do amido) e o glicogênio são polissacarídeos ramificados, por isso contém, em sua estrutura, ligações glicosídicas alfa-1,6, além das ligações alfa-1,4. As ligações alfa-1,4 de unidades de glicose que servem como pontos de ramificação, não sofrem a ação da alfa-amilase, gerando as dextrinas alfa-limite, contendo uma média de oito unidades de glicose e uma ou mais ligações glicosídicas alfa-1,6. A hidrólise final de di- e oligossacarídeos a monossacarídeos é realizada por enzimas de superfície das células epiteliais do intestino delgado (lactase, maltase, alfa-1,6-glicosidase, sacarase) liberando monossacarídeos. Di-, oligo- e polissacarídeos que não são hidrolisados pela alfa-amilase e/ou enzimas de superfície das células epiteliais do intestino não podem ser absorvidos e na porção inferior do intestino são metabolizados por bactérias. O produto do metabolismo bacteriano são ácidos graxos de cadeia curta, lactato, hidrogênio, metano e dióxido de carbono. Os monossacarídeos, glicose, galactose, frutose e outros que ocorrem em menor quantidade, são absorvidos por um processo mediado por transportadores específicos. A entrada de glicose e galactose ocorre com a entrada concomitante de sódio, enquanto a entrada de frutose não é dependente da entrada de sódio.

33 Microsoft Excelência em Engenharia
Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica? Confidencial da Microsoft

34 Frutose A frutose livre presente em frutas ou formada pela hidrolise da sacarose é fosforilada pela hexoquinase. Esta é a principal via pela qual a frutose entra na via glicolítica. Frutose + ATP → frutose-6-fosfato + ADP No fígado a frutose entra na via glicolítica através da frutoquinase que catalisa a fosforilação do C1 da frutose. Frutose + ATP → frutose-1-fosfato + ADP A frutose-1-fosfato é clivada em gliceraldeído e diidroxicetona-fosfato pela frutose 1-fosfato aldolase. A diidroxicetona-fosfato é convertida em gliceraldeído-3-fosfato e o gliceraldeído é fosforilado. Portanto os produtos frutose-1-fosfato entram na via glicolítca como gliceraldeído-3-fosfato.

35 Microsoft Excelência em Engenharia
Frutose Frutose-1-fosfato  gliceraldeído + di-hidroxicetona-fosfato Frutose-1-fosfato-aldolase gliceraldeído-3-fosfato Triose quinase VIA GLICOLÍTICA Confidencial da Microsoft

36 Microsoft Excelência em Engenharia
Galactose é monossacarídeo resultante da hidrólise da lactose (açúcar presente no leite e seus derivados) Confidencial da Microsoft

37 Galactose Difosfato de uridina (UDP) Coenzima transportadora de grupos hexoses Galactoquinase Galactose é um monossacarídeo resultante da hidrolise da lactose (açúcar presente no leite e seus derivados) Deficiency of galactose conversion enzymes results in accumulation of galactose (from breakdown of lactose). Excess galactose is converted to galactitol (a sugar alcohol). Galactitol in the human eye lens causes it to absorb water and this may be a factor in formation of cataracts. Deficiência de enzimas? Gera acúmulo de galactose, sendo convertido a galactiol (açúcar alcoólico) Galactiol leva à formação de catarata

38 Galactosemia Ausência das enzimas de conversão da galactose;
Altas concentrações de galactose no sangue e urina; Conversão de galactose em galactitol; Acumulo de galactitol no cristalino causa catarata na infância. Deficiency of galactose conversion enzymes results in accumulation of galactose (from breakdown of lactose). Excess galactose is converted to galactitol (a sugar alcohol). Galactitol in the human eye lens causes it to absorb water and this may be a factor in formation of cataracts.

39 Microsoft Excelência em Engenharia
Onde o piruvato formado é utilizado? Confidencial da Microsoft

40 Destinos do piruvato em anaerobiose
Microsoft Excelência em Engenharia Destinos do piruvato em anaerobiose Fermentação alcoólica Fermentação lática Confidencial da Microsoft

41 Um pouco de história... Louis Pasteur
1861: crescimento de leveduras, por grama de glicose, maior na presença do que na ausência de ar. “EFEITO PASTEUR”: Glicose consumida mais lentamente na presença de ar do que na ausência. Teoria vitalista – fermentação era catalisada por uma ‘força vital’ dentro da célula (fermentos). Eduard Buchner 1907 – Prêmio Nobel Derruba a Teoria vitalista – a fermentação ocorre sem vida organizada – Zimases (enzima do levedo de cerveja, provocando degradação da glicose em álcool e CO2) Harden e Young 1909: isolamento do primeiro intermediário da via glicolítica 1929: Arthur Harden - Prêmio Nobel Descoberta de um procedimento para acelerar a fermentação: adição de Pi ao meio. O efeito Pasteur é um efeito inibidor de oxigénio sobre o processo de fermentação. O efeito foi descoberto em 1857 por Louis Pasteur, que mostraram que gaseificar caldo yeasted provoca o crescimento de células de levedura para aumentar, enquanto que, inversamente, a diminuição das taxas de fermentação. Explicação O efeito pode ser facilmente explicado; como o fermento sendo anaeróbios facultativos pode produzir energia usando duas vias metabólicas diferentes. Enquanto a concentração de oxigénio é baixo, o produto da glicólise, é transformado em etanol e dióxido de carbono, e a eficiência de produção de energia é baixo. Se a concentração de oxigénio aumenta, o piruvato é convertido em acetil CoA, que pode ser usado no ciclo do ácido cítrico, o que aumenta a eficiência de moles de ATP por mole de glucose. Portanto, cerca de 18 vezes mais glucose deve ser consumida por via anaeróbia como aerobicamente para produzir a mesma quantidade de ATP. Sob condições anaeróbicas, a taxa de metabolismo da glicose é mais rápido, mas a quantidade de ATP produzido é menor. Quando exposto a condições aeróbias, os aumentos de produção de ATP e a taxa de glicólise diminui, porque o ATP produzido actua como um inibidor alostérico para fosfofrutoquinase 1, a terceira enzima da via da glicólise. Assim, do ponto de vista da produção de ATP, é vantajoso para a levedura de sofrer o ciclo de Krebs, na presença de oxigénio, como mais ATP é produzido a partir da glicose menos. No século XIX, aquando do estudo da fermentação de açúcar a álcool em leveduras, Louis Pasteur concluiu que a fermentação era catalisada por uma força vital dentro das células, a que chamou "fermentos". Pensava-se então que os fermentos funcionavam apenas dentro de organismos vivos. Friedrich Wöhler Originalmente acreditava-se que a vida não era assunto para a ciência. Acreditava-se que apenas os seres vivos podiam criar as "moléculas das vida" (a partir de moléculas já existentes). Este pensamento começou a mudar a partir do ano de 1828 quando Friedrich Wöhler publicou um trabalho sobre a síntese de ureia, provando que compostos orgânicos podiam ser criados artificialmente e derrubando o vitalismo como base teórica para a distinção entre a matéria animada e inanimada. Em 1897, Eduard Buchner mostrou que o extrato obtido da maceração de leveduras, mesmo isento de microorganismos vivos, fermentava açúcares, e chamou este extrato de zimase, recebendo o Prêmio Nobel da Química em 1907. Em 1905 Arthur Harden e William Young mostraram que a zimase podia ser separada em 2 extratos: um contendo moléculas grandes e sensíveis ao calor (que hoje sabemos serem as enzimas) e uma fração de moléculas menores e pouco sensíveis ao calor (que sabemos hoje serem as coenzimas), e que estes só fermentavam o açúcar quando juntos. Harden recebeu o Prêmio Nobel da Química em 1929. A zimase podia ser separada em 2 extratos: um contendo moléculas grandes e sensíveis ao calor (as enzimas) e uma fração de moléculas menores e pouco sensíveis ao calor (as coenzimas), e que estes só fermentavam o açúcar quando juntos.

42 Um pouco de história... O efeito Pasteur é um efeito inibidor de oxigénio sobre o processo de fermentação Enquanto a concentração de oxigénio é baixo, o produto da glicólise, é transformado em etanol e dióxido de carbono, e a eficiência de produção de energia é baixo Se a concentração de oxigénio aumenta, o piruvato é convertido em acetil CoA, que pode ser usado no ciclo do ácido cítrico  Para cada molécula de glicose, terei 30 a 32 moléculas de ATP formadas Sob condições anaeróbicas, a taxa de metabolismo da glicose é mais rápido, mas a quantidade de ATP produzido é menor. Quando exposto a condições aeróbias, os aumentos de produção de ATP e a taxa de glicólise diminui, porque o ATP produzido atua como um inibidor alostérico para fosfofrutoquinase 1, a terceira enzima da via da glicólise.

43 Microsoft Excelência em Engenharia
Via Glicolítica Pouco fosfato, reduzida velocidade de reação enzimática Confidencial da Microsoft

44 Microsoft Excelência em Engenharia
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. Você pode imaginar a natureza desse ativador? Para você é espantoso que se obtenha um ativador de músculo de coelho a partir de levedura? Confidencial da Microsoft

45 Microsoft Excelência em Engenharia
Metabolismo do Etanol no fígado ADH Álcool produzido pela digestão e quebra de carboidratos (pouca quantidade) Por bactérias em nosso intestino (grande quantidade) Álcool desidrogenase ALDH Acetaldeído desidrogenase Ingestão de bebida alcoolica= aumento dos níveis de acetaldeído O álcool desidrogenase está presente no nosso corpo porque necessitamos metabolizar o álcool produzido em pequenas quantidades pela digestão e quebra dos carboidratos e, em grandes quantidades pelas bactérias em nosso intestino. Em altas concentrações, o acetaldeído é capaz de produzir efeitos tóxicos adversos (como taquicardia, sudorese, náusea e vômito); e, como estes sintomas também estão associados à ressaca, alguns pesquisadores têm sugerido que este metabólito pode contribuir para ressaca. Entretanto, alguns estudos mostram que o acetaldeído não é acumulado em concentrações tão altas no organismo durante a ressaca. Assim, o papel do acetaldeído na ressaca ainda não está bem estabelecido. Taquicardia, sudorese, náusea... Confidencial da Microsoft

46 Microsoft Excelência em Engenharia
Sensibilidade 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 europeias: alelos ADH2 e ADH3 menos ativas metabolizam lentamente o etanol - Sudeste asíatico: ~ 50 % pop. possui o alelo mutante ALDH2*2 (8% da atividade do gene wt) Confidencial da Microsoft

47 Regulação da Glicólise

48 Regulação da via glicolítica
Fluxo de metabólitos de uma via metabólica pode ser modulado por: 1. Número de enzimas (por controles transcricionais/traducionais; Ocorre em minutos ou até horas). 2. Mudança da atividade enzimática (ocorre em segundos) por: Modificação covalente ou ligação a proteína reguladora Regulação alostérica Seqüestro da enzima ou do substrato em compartimentos diferentes

49 Via glicolítica Reações irreversíveis Hexoquinase Fosfofrutoquinase-1
G0’ = - 31,4 kJ/mol G0’ = - 16,7 kJ/mol Reações irreversíveis Hexoquinase Fosfofrutoquinase-1 Piruvato quinase DGº muito negativo G0’ = - 14,2 kJ/mol O fluxo da via glicolítica precisa se regulado em respostas às condições dentro e fora da célula. Duas demandas principais: Produção de ATP, Fornecimento de blocos para biossíntese. enzimas-chave: Hexoquinase, Fosfofrutoquinase-1, Piruvato quinase

50 Hexoquinase HK Glicose + ATP Glicose-6-fosfato + ADP + H+ inibidor

51 Hexoquinase Isoformas I, II e III – cinética michaelliana
Km < 0,1 mM – alta afinidade [plasmática] de glicose = 4 a 5 mM Ou seja, isoformas I, II e III funcionam sempre na Vmáx

52 Glicoquinase 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.

53 Glicoquinase Não é inibida por glicose-6-fosfato
Maior Km pela glicose: 10 mM Regulada pela [glicose]plasmática Regulação por sequestro no núcleo celular Estado Alimentado Hepatócito > 10 mM Glicose não é desperdiçada quando estiver abundante, síntese de glicogênio e ácidos graxos

54 Glicoquinase Não é inibida por glicose-6-fosfato
Maior Km pela glicose: 10 mM Regulada pela [glicose]plasmática Regulação por sequestro no núcleo celular Jejum Hepatócito Músculo? < 10 mM Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa. Prioridade cérebro e músculo

55 Fosfofrutoquinase-1 (PFK-1)
Fru 6-F → Fru 1,6-bF A partir desse ponto o açúcar está comprometido com a via glicolítica Reação altamente exergônica e irreversível DG0’ = - 14,2 kJ/mol Além do sítio ativo essa enzima possui diversos sítios onde inibidores e ativadores alostéricos se ligam. Before this enzyme's reaction, glucose-6-phosphate can potentially travel down the pentose phosphate pathway, or be converted to glucose-1-phosphate for glycogenesis.

56 Reguladores Alostéricos da PFK-1
Negativos: ATP (retroinibição) e Citrato (CK) Positivos: AMP (músculo esquelético) e frutose 2,6-bifosfato Negativo= diminuição da velocidade de reação Positivo= aumento da velocidade de reação ATP – Alta de energia (diminuição glicolítica) ADP, AMP – Baixa de energia (aumento da via glicolítica)

57 Reguladores Alostéricos da PFK-1
Negativos: ATP (retroinibição) e Citrato (CK) Positivos: AMP (músculo esquelético) e frutose 2,6-bifosfato Regulação positiva – aumento da velocidade de reação De maneira pouco comum, o ATP, que é um substrato da enzima, também é um modulador alostérico negativo. A ligação do AMP reverte parcialmente a inibição provocada pelo ATP Regulação negativa – diminuição da velocidade de reação

58 Reguladores Alostéricos da PFK-1
Negativos: ATP (retroinibição) e Citrato (CK) Positivos: AMP (músc. Esq.) e frutose 2,6-bifosfato Quando a glicose é abundante, há um excesso de frutose-6-fosfato, que passa a ser fosforilada também pela PFK2, gerando frutose-2,6-bifosfato. Quando a glicose é abundante, há um excesso de frutose-6-fosfato, que passa a ser fosforilada também pela PFK2, gerando frutose-2,6-bifosfato. A f2,6p é um modulador alostérico da PFK-1, aumentando a atividade dessa enzima. A frutose2,6fosfato é um modulador alostérico da PFK-1, aumentando a atividade dessa enzima

59 Frutose-2,6-Bifosfato O ativador mais potente da via glicolítica
Ativa PFK-1 Aumenta a velocidade da via

60 Enzima bifuncional (PFK2/F2,6BPase)
Atividades 6-fosfofruto-2-quinase e frutose-2,6-bifosfatase Regulação Alostérica Citrato Alta concentração de precursores biossintéticos O que quer dizer a animação? Um ano após a descoberta da PFK2, descobriu-se uma enzima que catalisava a reação reversa, defosforilando a frutose-2,6-bifosfato em frutose-6-fosfato. Por muito tempo tentou-se isolar a PFK-2 e a F2,6BPase, até descobrirem que elas eram uma única enzima PFK2

61 Regulação por Controle Covalente
Quando o glucagon chega, ativa a proteína G, aumenta a produção de cAMP que ativa a PKA (proteína quinase A ou ptn quinase dependente de cAMP) que fosforila PFK-2, expõe o sítio catalítico defosforilador da PFK-2 E diminui a produção de frutose 2,6 bifosfato, isso leva a diminuição da atividade de PFK-1

62 Piruvato quinase Último passo da via glicolítica
Fosfoenolpiruvato + ADP → ATP + piruvato Tetrâmero apresentando diferentes isoformas L (fígado) e M (músculo) Regulação Alostérica Ativação anterógrada ATP /

63 Piruvato quinase Último passo da via glicolítica
Fosfoenolpiruvato + ADP → ATP + piruvato Regulação por controle covalente

64 Piruvato quinase Também é um tetrâmero apresentando diferentes isoformas em diferentes tecidos. Isoforma L (fígado) e isoforma M (músculo). Diferença: regulação por ligação covalente (fosforilação) This protein kinase phosphorylates liver pyruvate kinase to deactivate it. Muscle pyruvate kinase is not inhibited by epinephrine activation of protein kinase A. Glucagon signals fasting (no glucose available). Thus, glycolysis is inhibited in the liver but unaffected in muscle when fasting. An increase in blood sugar leads to secretion of insulin, which activates phosphoprotein phosphatase I, leading to dephosphorylation and activation of pyruvate kinase. These controls prevent pyruvate kinase from being active at the same time as the enzymes that catalyze the reverse reaction (pyruvate carboxylase and phosphoenolpyruvate carboxykinase), preventing a futile cycle Nos outros tecidos a via glicolitica não pode parar, já no fígado essa tem a velocidade diminuída quando a glicose no sangue cai para poder ativar a gliconeogênese. Fígado deixa de fazer glicólise quando a [glicose] no sangue cai

65 Regulação da via glicolítica

66 Via antagônica à glicólise: Gliconeogênese
Síntese de glicose a partir de compostos que não são carboidratos: aminoácidos, lactato e glicerol

67 Três reações precisam ser contornadas para se fazer o caminho inverso à glicólise (gliconeogênese)
Ênfase na etapa catalisada pela PFK-1. Assim como na PFK-2, existe uma enzima que catalisa a reação reversa: F1,6BPase.

68 Reações de contorno Gliconeogênese
Piruvato à fosfoenol piruvato: Piruvato + bicarbonato +ATP oxaloacetato + ADP + Pi Oxaloacetato + GTP Fosfoenolpiruvato + GDP + CO2 A membrana mitocondrial não tem transportador de membrana para o oxaloacetato. Oxaloacetato convertido em malato para deixar a mitocôndria; Malato novamente convertido em oxaloacetato. Piruvato-carboxilase PEP-carbocinase Três reações precisam ser contornadas para se fazer o caminho inverso à glicólise (gliconeogênese) Ênfase na etapa catalisada pela PFK-1. Assim como na PFK-2, existe uma enzima que catalisa a reação reversa: F1,6BPase.

69 Fosfofrutoquinase-1 e Frutose-1,6-Bifosfatase
Que também é regulada por F2,6BP, regulação em conjunto com a PFK-1 Inibição de Ciclo fútil

70 Frutose-2,6-Bifosfato Ativa PFK-1 Ativa frutose-1,6-bifosfatase
Inibe PFK-1

71 Reações de contorno Gliconeogênese
Glicose-6-fosfato à glicose: Glicose-6-fosfato + H2O Glicose + Pi Ultima reação de contorno; Enzima ativada por Mg2+ dos hepatócitos, células renais e epiteliais do intestino delgado; Fazem gliconeogênese o fígado e os rins; Outros tecidos são incapazes de fazer gliconeogênese; Glicose-6-fosfatase

72 Regulação Glicólise x Gliconeogênese

73 Aspectos clínicos

74 1) Isquemia (Infarto do miocárdio):
Isquemia (do grego ισχαιμία; isch- restrição, hema sangue) é a falta de suprimento sanguíneo para um tecido orgânico devido a obstrução causada por um trombo, seja ele formado por placas gordurosas ou por coágulos sanguíneos. Como o sangue, através das hemácias (glóbulos vermelhos), leva o oxigênio às células, a isquemia resulta em falta de glicose e de oxigenação nas células (hipóxia).1 O local mal oxigenado tende a ficar roxo e se não for tratado com urgência pode causar a morte. Segundo a OMS, em 2011 foi a maior causa de mortes no mundo, com mais de 7 milhões de mortes de isquemias cardíacas e pelo menos mais 3 milhões por isquemias cerebrais ou pulmonares. Isquemia: Falta de suprimento sangüíneo para um tecido orgânico; Necrose do tecido por isquemia

75 2) Células tumorais: Otto Warburg – 1920
Células tumorais Ascites convertem glicose equivalente a 30% do peso seco em lactato/h (Músculo esquelético humano = 6% do peso seco em lactato/h) Em muitos tumores, a taxa de entrada de glicose e a glicólise aumentam por um fator 10. Efeito Warburg – Células malignas (invasivas) tem a via glicolítica aumentada em torno de 200x Na tomografia de emissão de positrons podemos ver a captação de fluodeoxiglicose, mostrando localização de tumores com alta captação desse composto (Via glicolítica aumentada) Explicações para o efeito Warburg - The Warburg effect may simply be a consequence of damage to the mitochondria in cancer, or an adaptation to low-oxygen environments within tumors, or a result of cancer genes shutting down the mitochondria because they are involved in the cell's apoptosis program which would otherwise kill cancerous cells

76 Transformação de uma célula normal para tumoral:
Mudança para um metabolismo glicolitico; Tolerância a baixo pH; Mais o tumor é agressivo maior é a sua taxa de fluxo glicolítico (superxpressão de enzimas glicolíticas e dos transportadores)


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