Enfermagem 2012/1 – Profª Amanda Vicentino Bioquímica – Módulo II GLICÓLISE, REGULAÇÃO E GLICONEOGÊNESE Enfermagem 2012/1 – Profª Amanda Vicentino

O que acontece com a glicose que ingerimos??? A glicose ocupa um importante papel no metabolismo de plantas, animais e muitos microorganismos. Funciona como uma molécula combustível com grande capacidade de armazenar energia. Oxidação completa resulta na formação de CO2 e H2O. Estoque de glicose na forma de glicogênio

GLICÓLISE Glico = açúcar lise = quebra Na glicólise a molécula de glicose (6C) é degrada por uma cascata de reações enzimáticas para gerar duas moléculas de piruvato (3C). A glicólise é a principal rota metabólica da glicose. Durante as reações sequencias da glicólise, a energia liberada da quebra da glicose é conservada na forma de ATP a NADH. A glicólise ocorre em 10 etapas enzimáticas divididas em duas fases nas quais a primeira é fase preparatória onde ocorre gasto de ATP e na segunda fase, nomeada de fase de pagamento, ocorre ganho energetico e a formação de duas moléculas de ATP.

Transportador de glicose

As fases da glicólise: Fase preparatória – gasto energético hexoquinase G0’ = - 16,7 kJ/mol fosfoglicose isomerase G0’ = + 1,7 kJ/mol fosfofrutoquinase-1 G0’ = - 14,2 kJ/mol FIGURE 14-2 The two phases of glycolysis. For each molecule of glucose that passes through the preparatory phase (a), two molecules of glyceraldehyde 3-phosphate are formed; both pass through the payoff phase (b). Pyruvate is the end product of the second phase of glycolysis. For each glucose molecule, two ATP are consumed in the preparatory phase and four ATP are produced in the payoff phase, giving a net yield of two ATP per molecule of glucose converted to pyruvate. The numbered reaction steps are catalyzed by the enzymes listed on the right, and also correspond to the numbered headings in the text discussion. Keep in mind that each phosphoryl group, represented here as P, has two negative charges (—PO32–). aldolase G0’ = + 23,8 kJ/mol triose fosfato isomerase G0’ = + 7,5 kJ/mol

As fases da glicólise: Fase de pagamento – ganho energético gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase G0’ = + 6,3 kJ/mol fosfoglicerato quinase G0’ = - 18,8 kJ/mol fosfoglicerato mutase G0’ = + 4,4 kJ/mol FIGURE 14-2 The two phases of glycolysis. For each molecule of glucose that passes through the preparatory phase (a), two molecules of glyceraldehyde 3-phosphate are formed; both pass through the payoff phase (b). Pyruvate is the end product of the second phase of glycolysis. For each glucose molecule, two ATP are consumed in the preparatory phase and four ATP are produced in the payoff phase, giving a net yield of two ATP per molecule of glucose converted to pyruvate. The numbered reaction steps are catalyzed by the enzymes listed on the right, and also correspond to the numbered headings in the text discussion. Keep in mind that each phosphoryl group, represented here as P, has two negative charges (—PO32–). G0’ = + 7,5 kJ/mol piruvato quinase G0’ = - 31,4 kJ/mol

Hexoquinase Esse movimento mediante a ligação da glicose coloca o ATP muito próximo do C 6 da glicose e exclui a água do sítio ativo (catálise por efeito de proximidade) e impede a hidrólise do ATP (transferência do grupo fosfato para água). Cinase são enzimas que transferem grupos fosfato entre ATP e um metabólito

Fosfoglicose isomerase Isomerização da G-6P a F-6P

Fosfofrutoquinase – PFK1

Aldolase D-Glicose Clivagem da hexose produzindo 2 trioses fosforiladas, que são interconvertíveis

Triose fosfato isomerase (TIM) Tema estrutural barril alfa-beta: aldolase, enolase e piruvato cinase. 1. Oxidação do aldeído (gliceraldeído 3-fosfato) a Ac. Carboxílico, com redução de NAD. Reação termodinamicamente favorável. 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. In solution, this physiologically useless reaction is 100 times as fast as isomerization. Hence, TIM must prevent the enediol from leaving the enzyme. This labile intermediate is trapped in the active site by the movement of a loop of 10 residues (see Figure 16.5).

Gliceraldeido 3 fosfato desidrogenase Oxidação do aldeído (gliceraldeído 3-fosfato) a Ac. Carboxílico, com redução de NAD. Reação termodinamicamente favorável. 2. Ligação do Ác. Carboxílico com Pi, formando anidrido carboxílico-fosfórico, que é endergônica. As reações ocorrem acopladas por um intermediário rico em energia.

carboximetilcisteina oxidação

Formação de ATP por transferência de fosfato

Equação geral da glicólise: Geração de ATP Froma cetônica do piruvato é estável. Piruvato (forma enol) => piruvato (forma cetônica) chama-se tautomerização. Duas partes: - ADP ataca a fosforila do PEP formando ATP e enolpiruvato - tautomerização do PEP a piruvato Acoplamento das reações (: -61.9 kJ/mol suficiente para impulsionar a síntese do ATP. Equação geral da glicólise: Glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 Piruvato + 2 ATP + 2H2O + 2NADH + 2H+

Produtos finais da via glicolítica: Fase preparatória – gasto de duas moléculas de ATP Fase de pagamento – formação de quatro moléculas de ATP formação de duas moléculas de NADH formação de duas moléculas de piruvato 2 2 Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi 2Piruvatos + 2ADP + 2NADH + H+ + 4ATP + H2O Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2Piruvatos + 2NADH + H+ + 2ATP + H2O

Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica? Muitos carboidratos além da glicose encontram seus destinos catabólicos após serem transformados em intermediários da via glicolítica.

VIA GLICOLÍTICA Esta enzima catalisa o ataque do fosfato inorgânico ao resíduo glicosil não-reduzido do glicogênio, liberando glicose 1-fosfato que entra na via glicolítica.

Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?

Frutose + ATP → frutose-6-fosfato + ADP A frutose livre presente em frutos ou formada pela hidrolise da sacarose é fosofrilada 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. Frutose-1-fosfato Frutose-1-fosfato-aldolase gliceraldeído + diidroxicetona-fosfato Triose quinase Frutose-1-fosfato-aldolase VIA GLICOLÍTICA gliceraldeído-3-fosfato

Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?

Galactose é monossacarídeo resultante da hidrolise da lactose (açúcar presente no leite e seus derivados) Galactocinase = galactose => galactose 1 fosfato

... RESUMINDO ...

Condições Anaeróbicas Condições Anaeróbicas Metabolismo do piruvato – regeneração do NAD+ Condições Anaeróbicas Condições Anaeróbicas Condições Aeróbicas

Destinos do piruvato em anaerobiose (ausência de oxigenio - no músculo esquelético superativado, tumores sólidos, bactérias anaeróbicas, algumas plantas) Fermentação lática Fermentação alcoólica Quando alguns tecidos não tem um suporte de oxigênio suficiente, NADH produzido na glicólise é regenerado à NAD através da redução do piruvato em lactato. A redução do piruvato é catalizada pela lactato desidrogenase. O equilíbrio da reação é todo favorecido em direção a formação do lactato devido ao G negativo da reação. Acontece nos eritrócitos (ausência de mitocôndria) e no músculo esquelético em exercício físico intenso.

Destinos do piruvato em anaerobiose (ausência de oxigenio - no músculo esquelético superativado, tumores sólidos, bactérias anaeróbicas, algumas plantas) Fermentação lática Leveduras e outros organismos fermentam a glicose, o que resulta na formação de etanol e CO2. O piruvato é convertido em etanol e CO2 através de duas etapas. Na primeira o piruvato é descarboxilado irreversivelmente pela piruvato descarboxilase. Na segunda etapa o acetaldeído formado é reduzido à etanol através da álcool desidrogenase ocorrendo a regeneração do NAD+. Fermentação alcoólica

Acetaldeído desidrogenase Metabolismo do Etanol no fígado: ADH Álcool desidrogenase ALDH Acetaldeído desidrogenase

A glicose tem um papel central no metabolismo pois é considerada um combustível universal . Alguns tecidos dependem exclusivamente da glicose como fonte de energia. Desta forma, é necessesário na baixa de glicose resintetiza-la a partir de moléculas que não sejam carboidratos. Esta via é chamada de gliconeogenese. PRECURSSORES DA GLICOSE → LACTATO, PIRUVATO, GLICEROL, ALANINA A gliconeogenese ocorre majoritariamente no fígado, mas também pode ocorrer no cortex renal. A glicose produzida entra na circulação sanguínea e supre os tecidos que necessitam de glicose. O músculo e o cérebro não fazem gliconeogenese pois não têm as enzimas frutose-1,6-bifosfatase e glicose-6-fosfatase.

A regulação metabólica é umA das características mais imprescindíveis dos organismos vivos.

Regulação da atividade enzimática

Regulação da atividade enzimática Fluxo de metabólitos de uma via metabólica pode ser modulado por: número de enzimas (por controles transcricionais/traducionais/protein turnover -minutos até horas). mudança da atividade enzimática das enzimas da via por - controle por modificação covalente (via fatores de transcrição) ou ligação a proteína reguladora (Hexoquinase IV) - regulação alostérica (milisegundos) - seqüestro da enzima ou do substrato em compartimentos diferentes

REGULAÇÃO DA GLICÓLISE 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. Pontos de regulação: reações irreversíveis 3 enzimas-chaves Hexoquinase Fosfofrutoquinase Piruvato quinase

Regulação da entrada de glicose GLUT 4

A glicose dentro da célula é convertida em glicose-6-fosfato pela hexoquinase: Existem 4 isoformas da hexoquinase: - hexoquinase I, II e II: presentes no músculo, exibe cinética michaeliana típica e alta afinidade pela glicose. Funcionam sempre na velocidade máxima assegurando um suprimento constante de glicose para as células estritamente dependentes deste açúcar. São alostericamente inibidas pela aumento de glicose-6-fosfato que ocorre quando sua utilização na via glicolítica diminui. - hexoquinase IV ou glicoquinase: isoenzima majoritariamente encontrada no fígado com menor afinidade pela glicose. Não é regulada pela glicose-6-fosfato e sim por uma proteína reguladora acoplada a hexoquinase IV. - é importante no fígado para garantir que glicose não seja desperdiçada quando estiver abundante, sendo encaminhada para síntese de glicogênio e ácidos graxos. - quando a glicose está escassa, garante que tecidos como cérebro e músculo tenham prioridade no uso.

Hexoquinase IV é regulada pelo nível de glicose no sangue: Quando a glicose é baixa, a atuação da hexoquinase IV é restringida, não só pela baixa afinidade pelo substrato, mas também porque a enzima é bloqueada por uma proteína acopladora que regula a atividade da hexoquinase IV por seqüestro para núcleo celular

Fosfofrutoquinase – PFK1 Moduladores alostéricos positivos → AMP, frutose-2,6-bifosfato Moduladores alostéricos negativos → ATP, citrato

Glicólise no músculo Fosfofrutocinase PFK-1 AMP => regulador alostérico positivo

Fosfofrutoquinase – PFK1 Moduladores alostéricos positivos → AMP, frutose-2,6-bifosfato Moduladores alostéricos negativos → ATP, citrato

Frutose 2,6-bifosfato: presente no fígado e responsável por controlar atividade da glicólise versus gliconeogênese 6-fosfofruto-2-quinase Frutose-6-fosfato Frutose-2,6-fosfato (não é um intermediário da glicólise e não participa de via metabólica específica) Frutose-2,6-bifosfatase Frutose-6-fosfato FBPase-

Glicose sanguínea => F-2,6BP => ativa PFK Frutose-6-fosfato 6-fosfofruto-2-quinase Frutose-6-fosfato Frutose-2,6-fosfato Frutose-2,6-bifosfatase Glicose sanguínea => F-2,6BP => ativa PFK Frutose-6-fosfato Fosfofrutoquinase-1 Frutose-1,6-bifosfatase Frutose-1,6-fosfato Gliconeogênese Glicólise

Piruvato cinase do tipo L (liver) Regulação alostérica Regulação por controle covalente Características comum as tipos L e M - Frutose 1,6-bisfosfato: ativa - ATP: inibe alostericamente Alanina: produzida a partir de piruvato, inibe a PFK. Sinais de abundância de suplemento de energia A isoforma L é inativada ao ser fosforilada quando o nível de glicose no sangue cai (estímulo disparado pelo glucagon)

Regulação de PFK e piruvato cinase