Professora Associada do Instituto de Bioquímica Médica BLOCO IV Integração do Metabolismo Andrea T. Da Poian Professora Associada do Instituto de Bioquímica Médica sala E-18

Calendário do Bloco IV 22/11 - Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 1 a 12) 23/11 - Módulo 1 - Constructore – Livre 24/11 - 8:30h Mini-Teste (1,0 Ponto) 10:30h Módulo 1 - Constructore – Livre 29/11 - 8:30h Apresentações do Módulo 1 - (1,5 Pontos) 10:30h Regulação da Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 13 e 14) 30/11 – Mini-Teste Regulação da Gliconeogênese (1,5 Ponto) Via das pentoses - Roteiro de discussão 2 01/12 - 8:30h Insulina - Roteiro de discussão 3 Insulina 10:30h Estudo dirigido - Diabetes e Inflamação – (2,0 Pontos) 06/12- 8:30h Mini-Teste Insulina e Diabetes (1,5 Ponto) 10:30h Módulo 2 - Constructore - Livre 07/12 - 8:30 h Apresentações do Módulo 2 - (1,0 Ponto) 08/12 – Glicocorticóides - Roteiro de discussão 4 Estudo Dirigido (1,5 ponto)

Gliconeogênese Síntese nova glicose

Roteiro 1 1) Com base no dados da tabela abaixo, construa um gráfico que relacione o tempo em jejum (em dias, no eixo x) com as concentrações plasmáticas de glicose (em mM, no eixo y) (tabela 1). Agora, construa um novo gráfico com os valores de concentração plasmática de glicose após administração deste nutriente (teste de tolerância à glicose) em um indivíduo normal ou com diabetes. Tabela 1: Concentração de glicose no paciente Tabela 2: Concentração de glicose nos pacientes Níveis Séricos de Glicose (mg/dL) Valores após a injeção intraperitoneal de 25 g minutos 0a 10 20 30 40 50 60 Paciente 1 65.9 199.8 163.7 139 120 105.4 92.7 Paciente 2 168.8 340 330 328 320 317 310 aO tempo zero representa a glicemia após 12 horas de jejum.

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

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

Lactato pode ser convertido em glicogênio no fígado? 2) Em torno de 1930, Carl Ferdinand Cori e Gerty Thereza Cori demonstraram que é possível sintetizar glicose (e glicogênio) a partir de lactato. Quais poderiam ser as etapas envolvidas nesta via? Alguma via já estudada por você poderia estar envolvida? Lembre-se de que algumas reações podem ser reversíveis dependendo das condições celulares. Haveria necessidade de vias alternativas? Justifique sua resposta. 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

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

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

Perfil energético das reações da GLICÓLISE glicose Etapas 1, 3 e 10 são contornadas na via de Gliconeogênese 1 kJ = 0,24 kcal piruvato

3) Fracionando-se o tecido hepático e incubando-se separadamente as frações subcelulares isoladas (mitocôndria, retículo endoplasmático, membrana plasmática, citoplasma e núcleo, etc) na presença (14C) lactato, não se verificou incorporação significativa de 14C em glicose em nenhuma das frações isoladas. Que hipótese isto lhe sugere e que experiência você propõe para comprová-la? Gliconeogênese Mitocôndria, Retículo, Citosol

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

4) A Gliconeogênese foi definida como síntese líquida de glicose a partir de precursores de origem não glicídica. Baseado nos conhecimentos por você adquiridos, quais precursores poderiam ser indicados? Que reações e quais intermediários vocês esperariam que estivessem envolvidos? Justifique.

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

G3P lactato piruvato 1,3BPG PEP piruvato oxaloacetato oxaloacetato PEP 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

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

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

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

5) 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 enzima álcool desidrogenase: CH3-CH2-OH + NAD+ CH3-COH + NADH.H+ Utilizando seus conhecimentos sobre a gliconeogênese, tente justificar a hipoglicemia causada pela ingestão de álcool.

6) Foi verificado na década de 20 que animais alimentados com dieta hipercalórica, exclusivamente composta por lipídeos, apresentavam uma baixa glicemia e eram incapazes de repor suas reservas de glicogênio hepático. Isso aconteceu apesar de apresentarem uma alta concentração de ácidos graxos livres e de corpos cetônicos circulantes no plasma. Tente justificar por que estes metabólitos não poderiam ser usados para síntese de glicose e para reposição de glicogênio hepático.

7) Em 1930, Weil-Marlherbe e colaboradores observaram, provocando um certo escândalo no meio científico, que a adição de acetoacetato (precursor de Acetil-CoA) provocava um aumento na formação de glicose em fatias de rim de rato quando incubadas na presença de lactato. Quais são as maneiras possíveis de uma substância estimular uma reação? Agora discuta a sua resposta com base nos resultados encontrados por Weil-Marlherbe.

8) Mais tarde, 1951, Merton Utter descobriu a seguinte reação: Piruvato + CO2 + ATP Oxaloacetato + ADP + Pi E verificou que ela é catalisada por uma enzima dependente de biotina e ativada alostericamente por Acetil-CoA. Como você explicaria agora os resultados de Weil-Malherbe?

9) Até agora você já deve ter analisado o envolvimento do oxaloacetato e dos diversos intermediários do ciclo de Krebs na síntese de glicose pela via gliconeogênica. Por outro lado, a partir de (3H) PEP é possível obter (3H) glicose com os mesmos intermediários da via glicolítica que você já conhece e através da localização citosólica. Quais seriam os eventos que você procuraria descobrir para estabelecer um elo entre esse conjunto de fatos e desta forma apresentar e discutir as diferentes etapas da gliconeogênese?

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

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

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

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

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

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