Metabolismo de aminoácidos II: Gliconeogênese Bioquímica para Enfermagem – Bloco III Prof. Olavo Amaral/Ailton Borges Julho de 2013

Revisando a última aula...

Revisando a última aula... - Moléculas com grupamento amina, grupamento carboxila e cadeia lateral.

Revisando a última aula... - Aminoácidos podem formar outros compostos

Revisando a última aula... - Para formar carboidratos e lipídeos, é necessário perder o grupo amina.

Revisando a outra aula... - A transaminação e a desaminação possibilitam a remoção do grupo amina dos aminoácidos.

Revisando a última aula... - Fígado transforma o NH3 proveniente dos aminoácidos em ureia através do ciclo da ureia.

Revisando a última aula... - Aminoácidos como a alanina e a glutamina levam o nitrogênio para ser metabolizado pelo fígado.

Revisando a última aula... - Após a metabolização, ureia é excretada na urina, carregando o nitrogênio para fora do corpo.

OK, mas... - Como vamos usar a cadeia carbonada dos aminoácidos (-cetoácidos) para fazer outros compostos? Glicose Lipídeos

OK, mas... - O que sobra após perder o nitrogênio? Glicose Lipídeos

-cetoácidos - São os aminoácidos desprovidos de seu grupamento amina.

-cetoácidos - Para que via metabólica podem ir estes compostos?

-cetoácidos Todos os 20 aminoácidos, após perderem o grupo amino (e eventualmente serem metabolizados mais um pouco), são capazes de entrar no ciclo de Krebs!

-cetoácidos - Todos os -cetoácidos ou seus derivados são capazes de entrar no ciclo de Krebs.

Metabolismo de aminoácidos - Aminoácidos glicogênicos: formam compostos capazes de formar glicose (piruvato e intermediários do ciclo).

Metabolismo de aminoácidos - Aminoácidos cetogênicos: formam acetil-CoA, que não é capaz de formar glicose.

Começando pela glicose... - Como vamos usar este mecanismo para formar glicose?

Gliconeogênese - O que é?

Gliconeogênese - Formação de glicose a partir de substratos não-glicídicos Lactato Aminoácidos Glicose Glicerol

Gliconeogênese - Formação de glicose a partir de substratos não-glicídicos Lactato Aminoácidos Glicose Glicerol Ácidos graxos NÃO são substrato para a gliconeogênese! Piruvato desidrogenase – reação irreversível

Gliconeogênese Onde ocorre a gliconeogênese?

Gliconeogênese Onde ocorre a gliconeogênese? Fígado Rim Epitélio intestinal Fígado

Gliconeogênese Fígado é o principal responsável por produzir glicose para os órgãos que necessitam dela. Rim Epitélio intestinal Fígado

Gliconeogênese A gliconeogênese é um processo que fornece ou que consome energia?

Gliconeogênese A gliconeogênese é um processo que fornece ou que consome energia? Se quebrar glicose nos fornece energia, naturalmente formar glicose deve gastá-la...

Gliconeogênese Quem fornece energia para a gliconeogênese?

E a energia? Oxidação de ácidos graxos e aminoácidos no fígado!

Gliconeogênese - Vamos ver como funciona a transformação de aminoácidos em glicose, então?

Gliconeogênese - Aminoácidos glicogênicos perdem seu grupo amino e transformam-se em intermediários do ciclo de Krebs.

Gliconeogênese - Como os aminoácidos glicogênicos saem do ciclo de Krebs para formar glicose?

Gliconeogênese - Para sair do ciclo de Krebs, intermediários tem de formar oxaloacetato e sair da mitocôndria.

Mas... - O oxaloacetato não atravessa a membrana mitocondrial.

Lançadeira de malato Oxaloacetato é convertido em malato na mitocôndria, oxidando um NADH em NAD+.

Lançadeira de malato Malato é transportado para fora da mitocôndria e convertido em oxaloacetato novamente, gerando um NADH no citosol.

Lançadeira de malato Serve não só para transportar oxaloacetato, mas também para levar NADH da mitocôndria para o citosol. Assim, o NADH formado pela beta-oxidação e pelo ciclo de Krebs pode ser utilizado na gliconeogênese!

Já no citosol... Oxaloacetato é convertido em fosfoenolpiruvato pela ação da fosfoenolpiruvatocarboxiquinase (PEPCK) e consumindo GTP.

Já no citosol... O mesmo caminho pode ser usado para formar o fosfoenolpiruvato a partir do piruvato, “revertendo” o passo final da glicólise.

Mas... - A reação não é exatamente o oposto da glicólise! - Enzimas diferentes. - Intermediário extra. - Gasto de energia é maior do que o ganho na glicólise.

Consumo energético E E

Consumo energético E E E E

A glicólise ao contrário... A partir do fosfoenolpiruvato, as mesmas enzimas da glicólise são capazes de fazer as reações ao contrário até transformá-lo em frutose 1,6-bifosfato.

A glicólise ao contrário... Como esta é a fase de “pagamento” da glicose, se formos na direção contrária vamos gastar ATP e NADH!

E a energia? De onde vem o ATP e o NADH?

E a energia? Oxidação de ácidos graxos e aminoácidos e ciclo de Krebs estão acontecendo na mitocôndria!

Gliconeogênese Últimos dois passos da gliconeogênese não são o exato oposto da glicólise.

Gliconeogênese Substratos e produtos são os mesmos. Enzimas são diferentes. O ATP gasto na primeira fase da glicólise não é recuperado!

Gliconeogênese E os outros substratos?

Gliconeogênese Lactato pode formar piruvato no fígado, podendo se converter em oxaloacetato e entrar na gliconeogênese. Ciclo de Cori

Gliconeogênese Glicerol pode ser convertido em DHAP, entrando mais adiante no processo.

Gliconeogênese Assim, vários substratos convergem para a mesma via de gliconeogênese.

Em resumo... Gliconeogênese forma glicose a partir de piruvato/oxaloacetato.

Em resumo... Gliconeogênese forma glicose a partir de piruvato/oxaloacetato. Neste sentido, ela é um processo oposto à glicólise.

Em resumo... Gliconeogênese forma glicose a partir de piruvato/oxaloacetato. Neste sentido, ela é um processo oposto à glicólise. Três passos fundamentais são diferentes.

Em resumo... Gliconeogênese forma glicose a partir de piruvato/oxaloacetato. Neste sentido, ela é um processo oposto à glicólise. Três passos fundamentais são diferentes. O gasto de ATP é maior do que o que o ganho obtido com a glicólise.

Gliconeogênese vs. Glicólise Se fossem simétricos, a gliconeogênese não ocorreria, pois o G total da via seria positivo. Os ATPs extras gastos em relação ao oposto da glicólise mantém a via energeticamente favorável.

Consumo energético E E E E

Gliconeogênese vs. Glicólise Ambos os processos têm de ser regulados em conjunto! Caso contrário, teremos um ciclo fútil com gasto de energia.

Gliconeogênese vs. Glicólise Quais são os passos reguláveis das duas vias?

Gliconeogênese vs. Glicólise Quais são os passos reguláveis das duas vias? Passos irreversíveis, catalisados por enzimas diferentes nos dois processos!

Regulação - Quando queremos que ocorra cada processo?

Regulação - Depende do tecido...

Regulação Fígado

Regulação Fígado Glicólise: no estado alimentado. Gliconeogênese: no jejum.

Regulação Músculo

Regulação Músculo Glicólise: - no estado alimentado. ↓ ATP (exercício!)

Regulação Cérebro

Regulação Cérebro Glicólise: sempre.

Regulação Glicólise

Regulação Glicólise Estado alimentado (diversos tecidos) Jejum (somente em alguns) Glicose disponível Falta de ATP

Regulação Glicólise Gliconeogênese Estado alimentado (diversos tecidos) Jejum (somente em alguns) Glicose disponível Falta de ATP Gliconeogênese

Regulação Glicólise Gliconeogênese Estado alimentado (diversos tecidos) Jejum (somente em alguns) Glicose disponível Falta de ATP Gliconeogênese (principalmente no fígado e rim) Jejum Stress Substrato disponível ATP disponível

Regulação Glicólise Gliconeogênese Estado alimentado (diversos tecidos) Jejum (somente em alguns) Glicose disponível Falta de ATP Gliconeogênese (principalmente no fígado e rim) Jejum Stress Substrato disponível ATP disponível Como outras vias estudadas, a gliconeogênese será regulada por fatores sistêmicos (ex: dieta/jejum) e fatores locais (ex: disponibilidade de ATP e substrato).

Regulação - Quem pode sinalizar a regulação para o corpo todo?

Regulação hormonal - Quem pode sinalizar a regulação para o corpo todo? Hormônios - Insulina Glucagon Adrenalina

Regulação hormonal Mas: - O estímulo é um só, mas nem todos os tecidos devem responder da mesma maneira!

Regulação hormonal - Um exemplo?

Regulação hormonal - Um exemplo?

No exercício físico... - O músculo em exercício pode utilizar diversos tipos de substrato energético, dependendo da intensidade e duração. Corrida de 100 m ≠ Corrida à distância

No exercício físico... A quantidade de ATP no músculo é suficiente para manter a atividade contrátil intensa por menos de um segundo. Logo, temos que gerar ATP rapidamente no exercício!

Sistema creatina-fosfato Creatina-fosfato pode transferir um grupo fosfato para o ADP, gerando ATP rapidamente. No repouso, a creatina pode ser novamente fosforilada pela creatina quinase. Durante a atividade Durante a recuperação

Glicólise - Após se esgotar a reserva de creatina fosfato, a próxima forma mais rápida de gerar ATP vem da glicólise anaeróbica do glicogênio muscular. limitada 5 ou 6 seg

Glicólise - Ao contrário da beta-oxidação e do ciclo de Krebs, a glicólise pode gerar ATP independentemente da presença de oxigênio. ≠

Exercício aeróbico - Para distâncias maiores, os ácidos graxos passam a ser uma fonte de energia mais importante. - Como o ATP é produzido mais lentamente pela fosforilação oxidativa do que pela glicólise, o ritmo do exercício tem que diminuir.

Exercícios Desta forma, distâncias mais longas usam uma combinação de glicogênio muscular, glicose vinda da circulação e ácidos graxos como fonte energética.

Exercícios Desta forma, distâncias mais longas usam uma combinação de glicogênio muscular, glicose vinda da circulação e ácidos graxos como fonte energética. OK?

Voltando ao exemplo... - Como a glicólise e a gliconeogênese estarão reguladas nos diferentes tecidos em uma corrida de média distância?

Regulação hormonal - No músculo?

Regulação hormonal - No músculo? Glicólise! (preciso de ATP!)

Regulação hormonal - No fígado? Glicólise! (preciso de ATP!)

Regulação hormonal - No fígado? Gliconeogênese Glicólise! (o corpo precisa de glicose!) Glicólise! (preciso de ATP!)

Regulação hormonal - Logo, o mesmo estímulo pode levar a consequências diferentes em diferentes tecidos... Gliconeogênese (o corpo precisa de glicose!) Glicólise! (preciso de ATP!)

Regulação hormonal Logo, o mesmo estímulo pode levar a consequências diferentes em diferentes tecidos... Como isso acontece?

Passos reguláveis Glicose 6-fosfato  Glicose Frutose 1,6-bisfosfato  Frutose 6-fosfato Piruvato  Fosfoenolpiruvato

Regulação hormonal Insulina - Onde vai agir a insulina?

Regulação hormonal Insulina - Estimula a síntese da hexoquinase, enzima do primeiro passo da glicólise. - Estimula a PFK-2 a produzir a frutose 2,6 bifosfato, um estimulador alostérico da PFK-1 que estimula a glicólise. - Inibe a síntese da PEPCK, responsável pelo primeiro passo da gliconeogênese.

Regulação hormonal Glucagon - Onde age o glucagon?

Regulação hormonal Glucagon (e adrenalina) - Estimula a síntese da glicose-6-fosfatase, último passo da gliconeogênese. - Inibe a síntese de frutose 2,6-bifosfato pela PFK-2, inibindo a PFK-1 e a glicólise. - Estimula a síntese da PEPCK, responsável pelo primeiro passo da gliconeogênese. - No fígado, inibe a piruvato quinase, último passo da glicólise.

Regulação hormonal Glucagon (e adrenalina) - No músculo, no entanto, enzimas da glicólise como a piruvato quinase são estimuladas por adrenalina.

Regulação local? - Que fatores locais vão influenciar a glicólise e a gliconeogênese?

Regulação local? Que fatores locais vão influenciar a glicólise e a gliconeogênese? Balanço energético Disponibilidade de substrato/produto

Regulação local - Que substratos/produtos podem regular a glicólise e a gliconeogênese?

Regulação local Acetil-CoA Inibe a conversão de piruvato em acetil-CoA e estimula sua transformação em oxaloacetato. Inibe a piruvato-quinase, último passo da glicólise.

Regulação local Glicose Hexoquinase é estimulada pela glicose (todas) e inibida pela glicose-6-fosfato (exceto no fígado) Hexoquinase-IV (fígado): Km mais alto, não é inibida por glicose 6-fosfato Glicose

Regulação local - Que fatores energéticos podem regular a glicólise e a gliconeogênese?

Regulação local ATP Inibe a PFK-1, inibindo a glicólise. Inibe a piruvato-quinase, último passo da glicólise.

Regulação local ADP e AMP Estimulam a síntese da hexoquinase. Estimulam a PFK-1.

Regulação local Contração muscular No músculo, a contração muscular também estimula a síntese da hexoquinase.

Regulação No fígado, a regulação da piruvato quinase por hormônios (insulina e glucagon) é mais importante do que a regulação por fatores locais (ATP, acetil-CoA)

Regulação No músculo, a regulação pela disponibilidade energética é mais importante.

OK? Regulação é complexa, em diversos passos, por vários fatores, variando conforme o tecido. Mas todos eles fazem sentido, não?

Outros destinos de aminoácidos - No jejum, glicogênicos formarão glicose, mas os cetogênicos formarão corpos cetônicos.

Outros destinos de aminoácidos - Aminoácidos cetogênicos formam acetil-CoA. - Com os processos de síntese inibidos e o oxaloacetato indo para a gliconeogênese, acetil-CoA forma corpos cetônicos.

Metabolismo de aminoácidos - Em excesso na dieta, todos os aminoácidos podem acabar oxidados a CO2 ou transformados em ácidos graxos.

Metabolismo de aminoácidos - Cetogênicos formam acetil-CoA, que entra no ciclo de Krebs ou vai para a síntese de ácidos graxos.

Metabolismo de aminoácidos - Glicogênicos formam piruvato/oxaloacetato, que com a gliconeogênese inibida podem formar acetil-CoA.

OK, mas onde tudo isso vai dar? - Qual o objetivo dessa complicação toda?

Disponibilidade de energia - Através do balanço entre anabolismo e catabolismo, corpo consegue construir reservas e sobreviver mesmo a um jejum prolongado!

Este artigo quantifica as concentrações de insulina, hormônio do crescimento, glicose, ácidos graxos livres, glicerol, β-hidroxibutirato, acetoacetato, lactato, piruvato glicerol, amino ácidos carbonados e nitrogênio em 11 indivíduos obesos durante jejum prolongada de 5-6 semanas.

- Glicemia se mantém estável!

Manutenção da glicemia - Glicemia se mantém estável, a partir de várias fontes. fed postabsorptive gluconeogenic prolonged 40 30 20 10 Exogenous (glucose from diet) glucose from gluconeogenesis (lactate + amino acids) Glucose Used g/hr glucose from gluconeogenesis glucose from liver glycogen 4 8 12 16 2 7 42 HOURS DAYS

Dúvidas? Nosso conteúdo específico acaba aqui! Revisaremos na próxima aula, em todo caso.

Hora do descanso! - Voltaremos para o estudo dirigido...