Glicólise

Objetivos: Conhecer e Descrever Pormenorizadamente a Glicólise e a Oxidação do Piruvato, como etapas da respiração celular Relacionar estas vias Metabólicas com a Produção de Energia Do Organismo

Introdução necessidades energéticas elevadas. - Todas as células para gerar o seu metabolismo precisam de energia. Há células em que o consumo energético é moderado, como o caso das células do cérebro, no entanto, células como os glóbulos vermelhos, por não possuírem mitocôndrias, apresentam necessidades energéticas elevadas.

Introdução Em Suma, a energia é necessária e é nos alimentos que ela se encontra. Cabe-nos a nós, Seres Heterotróficos Obtê-la. A Glicólise, funciona assim: -Como o primeiro e principal Processo de degradação da glicose, uma molécula potencialmente energética.

2. Definição:  Glycolysis tem a sua origem no Grego em que glyk = Doce + Lysis = Dissolução Na atualidade podemos definir a Glicólise como a sequência de reações que converte a Glicose em Piruvato, havendo a produção de Energia sob a forma de ATP

3.  Onde Ocorre A Glicólise? Resposta: No Citoplasma das Células Anaerobiose  O produto final é Piruvato que posteriormente é fermentado em Acido Láctico ou Etanol Pode Ocorrer Em Dois meios diferentes  O produto final é o piruvato que depois, por processos posteriores à glicólise, é oxidado em CO2 e H2O Aerobiose

5. Importância Biomédica da Glicólise Principais Razões: 1 – Principal meio de degradação da Glicólise 2 – Obtenção de Energia mesmo em condições Anaeróbias 3 – Permite a degradação da Frutose e da Galactose Outras Razões: Os tecidos têm necessidade de transformar a energia contida na glicose em ATP A Glicólise é fundamental para a produção de Acetil-CoA A Glicólise foi um dos primeiros sistemas enzimáticos a ser esclarecido, contribuindo o seu estudo para a melhor compreensão dos processos enzimáticos e de metabolismo intermediário

6. Etapas Da Glicólise 1- Ativação ou Fosforilação da Glicose - A Glicólise divide-se em duas partes principais: 1- Ativação ou Fosforilação da Glicose 2- Transformação do Gliceraldeído em Piruvato

4. Esquema Geral da Glicólise Glicose + NAD + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + NADH + H + 2ATP + 2H2O 1 açúcar de 6 C 2 açúcares de 3 C A partir deste ponto as reações são duplicadas Saldo 2 moléculas de ATP 2 moléculas de NADH 2 moléculas de Piruvato (3C)

1a Fase - Preparatória - Utilização de ATP (2 Moléculas) Fosforilizão da Glicose - Utilização de ATP (2 Moléculas) Formação de duas Moléculas de Triose-Fosfato: Dihidroxicetona Fosfato e Gliceraldeído 3-Fosfato

Glicose + ATP Glicose -6-Fosfato + ADP Gasto de Energia  Depois de entrar na Célula a Glicose é fosforilada pela Hexocinase produzindo Glicose-6-P pela transferência do Fosfato Terminal do ATP para o grupo Hidroxilo da Glicose  reação Exorgônica  reação irreversível  Permite a entrada da Glicose no Metabolismo Intracelular dado que Glicose-6-P não é transportado através da membrana Plasmática

Glicose -6- Fosfato Frutose -6- Fosfato Gasto de Energia Conversão da Glicose -6- Fosfato em Frutose -6- Fosfato pela Fosfohexose Isomerase

Esta é a Primeira Reação Especifica da Glicólise Frutose -6-P + ATP Frutose 1,6-BiFosfato + ADP Gasto de Energia A Frutose -6-P é Fosforilada a Frutose -1,6-Bifosfato pela Fosfofructocianase Esta é a Primeira Reação Especifica da Glicólise

Frutose 1,6-BiFosfato Gliceraldeído 3-P + Dihidrocetona Fosfato Gasto de Energia A Frutose 1,6- Bifosfato é dividida pela aldoase em duas trioses fosfatadas ficando cada uma com um fosfato As duas trioses são: Gliceraldeído 3-Fosfato e a Dihidroxicetona Fosfato

Gliceraldeído 3-P Dihidrocetona Fosfato As Duas trioses são interconvertíveis por uma reação reversível catalizada pela Isomerase dos Fosfatos de Trioses ou Fosfotrioses Isomerase (TIM) Só o Gliceraldeído é Substrato das reações seguintes, por isso o isômero assegura que todos os 6 Carbonos Derivados da Glicose podem Prosseguir na Via Glicolítica

2a Fase - benefícios

Glicose -6- Fosfato Frutose -6- Fosfato Gasto de Energia Conversão da Glicose -6- Fosfato em Frutose -6- Fosfato pela Fosfohexose Isomerase

Esta é a Primeira Reação Especifica da glicólise Frutose -6-P + ATP Frutose 1,6-BiFosfato + ADP Gasto de Energia A Frutose -6-P é Fosforilada a Frutose -1,6-Bifosfato pela Fosfofructocianase Esta é a Primeira Reação Especifica da glicólise

6.2 Transformação do Gliceraldeído em Piruvato Nesta Segunda Fase temos: - Formação de ATP - Oxidação da Molécula do Gliceraldeído 3-P - Redução do NAD+ - Formação do Ácido Pirúvico

Enzima Interveniente: Desidrogenase do Gliceraldeído 3-P Gliceraldeído 3-P + NAD + Pi 1-3 Bisfosfoglicerato + NADH + H Produção de Energia O Gliceraldeído 3-P é Convertido num Composto intermédio potencialmente energético Enzima Interveniente: Desidrogenase do Gliceraldeído 3-P Grupo Aldeído (-CHO) oxidado em Grupo Carboxílico (-COOH) Grupo Carboxílico formado, forma uma ligaçao Anídrica com o fosfato O Grupo Fosfato deriva de um Fosfato Inorgânico O NADH intervirá na Formação de ATP

Nicotinamida adenina dinucleotídio ESTRUTURA DO NAD Nicotinamida adenina dinucleotídio NAD+ (oxidada) NADH (reduzida)

Enzima interveniente: quinase Fosfoglicerato 1-3 Bisfosfoglicerato + ADP 3-Fosfoglicerato + ATP Produção de Energia Formação de ATP Enzima interveniente: quinase Fosfoglicerato Fosforilação ao Nível do Substrato

(“Mutase”, pois muda o Grupo Fosfato de Posição dentro da Molécula) 3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato Produção de Energia O 3-Fosfoglicerato é Isomerado a 2-Fosfoglicerato pela Fosfoglicerato Mutase (“Mutase”, pois muda o Grupo Fosfato de Posição dentro da Molécula)

Há Desidratação e redistribuição da Energia 2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato + H O 2 Produção de Energia Há Desidratação e redistribuição da Energia A Enzima Responsável é a Enolase

É Catalizada pela quinase do Piruvato Fosfoenolpiruvato + ADP Piruvato + ATP Produção de Energia Ultima reação É Catalizada pela quinase do Piruvato reação Exorgônica Irreversível Transferência do Grupo Fosfato do Fosfoenolpiruvato para o ADP Produto intermediário Enol-Piruvato que é Convertido à forma Ceto Piruvato

7. controle Da Glicólise A necessidade glicolítica varia de acordo com os diferentes estados fisiológicos Há uma ativa degradação deste açúcar após uma refeição rica em hidratos de carbono, assim como uma acentuada redução durante o Jejum. Deste Modo, o grau de conversão de Glicose para o Piruvato é regulado, por forma a satisfazer as necessidades celulares

controle Da Glicólise  O Controle a Longo Prazo da Glicólise, particularmente no fígado, é efetuado a partir de alterações na quantidade de Enzimas glicolíticas. Este processoo terá reflexos nas taxas de síntese e degradação  O controle a Curto Prazo é feito por alteração alostérica (concentração de Produtos) reversível das enzimas e também pela sua fosforilação. As enzimas mais propensas a serem locais de controle são as que catalisam as reações irreversíveis: Hexoquinase Fosfofrutoquinase Piruvato quinase

Glicólise – função: A glicólise é uma via catabólica central que ocorre no citosol. Em algumas células, como nervosas e hemácias, é (juntamente com o Ciclo de Krebs na sequência nas células nervosas mas não nas hemácias) a principal fonte de energia. O processo de degradação da glicose é dividido em duas fases: Fase preparatória da glicose - de Glicose a Gliceraldeído-3-P + Dihidroxicetona. Fase de produção de energia - de Gliceraldeído-3-P a Piruvato.

Fase preparatória da glicose (de glicose a gliceraldeído-3-p + dihidroxicetona. Nesta fase, a glicose é ativada para que possa haver posterior quebra. Nesta ativação são gastos alguns ATPs. É como um investimento por parte do organismo para formar compostos com maior energia livre de hidrólise. São realizadas duas fosforilações, a primeira já na primeira reação da via. Isto é importante para que a célula não perca nenhum intermediário do ciclo após já ter investido energia na glicose, pois os compostos fosforilados (como o são todos os intermediários da glicólise) não atravessam as membranas livremente. Esta fase termina com a quebra da hexose em duas trioses.

Fase de produção de energia (de gliceraldeído-3-p a piruvato) Inicia com a primeira reação que fornece energia ao organismo (a recuperação do “investimento” tem mais de 60% de eficiência). Na verdade, a primeira etapa dessa fase (transformação de gliceraldeído- 3-P em 1,3-bifosfoglicerato) não produz nenhum ATP, mas nos organismos aeróbios, o NADH produzido representa ganho de 3ATPs, na cadeia transportadora de elétrons. Ocorrem duas reações de fosforilação em nível de substrato, assim denominadas porque a reação transfere não só energia livre ao ADP, mas também o próprio fosfato necessário à síntese de 1ATP. Apenas 5,2% da energia de oxidação da glicose foram liberados ao fim da glicólise,permanecendo todo o restante na forma de piruvato. Este por sua vez poderá ser completamente degradado para utilização desta energia pelo Ciclo do Ácido Cítrico, ou, quando não há disposição de oxigênio, ser encaminhado à fermentação.

Oxidação Do Piruvato

1. Introdução O Piruvato pode seguir dois caminhos diferentes após a sua Formação, dependendo das conduções do meio: Em condições Anaeróbias: - Formam-se produtos de Fermentação (Etanol e CO2 no caso da fermentação Alcoólica; Ácido Láctico na Fermentação Láctica). Em condições Aeróbias: - Forma-se o Acetil-CoA que vai entrar no Ciclo de Krebs

3. Onde Ocorre? Matriz Mitocôndrial

4. Etapas Da Oxidação do Piruvato (em Condições Aeróbias) Esquema Geral Piruvato + NAD + CoA Acetil-CoA + NADH + H + CO2 O Piruvato entra na Mitocôndria associado ao Transportador Do Piruvato II. Vai então ser Oxidativamente Descarboxilado Por acção de um complexo multienzimatico associado à membrana interna da Mitocôndria

5. ControlE da Oxidação do Piruvato A Oxidação do Piruvato é controlada por duas enzimas complementares, que integram também o complexo de desidrogenase do Piruvato. São elas: A  Quinase Piruvato Desidrogenase B  Fosfatase Piruvato Desidrogenase

7. Caso especial das Hemácias Os glóbulos vermelhos, não tem mitocôndrias. No entanto, tem uma enzima – Bifosfoglicerato mutase – que vai permitir a isomerização do 1,3 Bifosfoglicerato a 2,3 Bifosfoglicerato Por acção da 2,3 Bifosfoglicerato fosfatase perde um grupo fosfato e transforma-se em 3-Fosfoglicerato Isto não é acompanhado pela formação de ATP, mas traz duas importantes vantagens: 1- Processo mais económico, pois tem uma necessidade mínima de ATP 2- O 2,3 Bifosfoglicerato liga-se à Hemoglobina desalojando o Oxigénio, fazendo assim que o O2 passe para os Tecidos

8. Balanço Energético Da Glicólise Nota: 1 NADH = 3 ATP 2 NADH (Reação Catalizada pela do Gliceraldeído 3-P Desidrogenase) +2 ATP (Reação Catalizada pela Fosfoglicerato Quinase) +2 ATP (Reação Catalizada pela Piruvato Quinase) -2 ATP (Necessarios para as reacçoes catalizadas pela Hexocinase e Fosfrutocianase) 8 ATP = ?

Bibliografia - Berg J.M., Tymoczko J.L. and Stryer L.: Biochemistry. 5th. Ed.. International Edition. W.H. Freeman and Company. New York. 2002 - Nelson D.L., Cox M.M.: Lehningher Principles of Biochemistry (4th ED). W.H. Freeman and Company, New York. 2005. http://www.worthpublishers.com/lehninger/