Metabolismo de aminoácidos II: Gliconeogênese e Integração Metabólica Bioquímica para Enfermagem – Bloco III Prof. Olavo Amaral Junho de 2010

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 uréia através do ciclo da uréia.

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, uréia 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

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

-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 - Formação de glicose a partir de outras substâncias Lactato Aminoácidos Glicose Glicerol

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

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 reduzido para o citosol, aonde ele será importante para a 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.

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.

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

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.

Gliconeogênese vs. Glicólise Ambos os processos tem 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 - Como ocorre a regulação?

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. durante exercício anaeróbico.

Regulação Cérebro

Regulação Cérebro Glicólise: sempre.

Regulação Glicólise

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

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

Regulação Glicólise Gliconeogênese Estado alimentado (no fígado) (todos os tecidos) Jejum (somente em alguns) Glicose disponível Falta de ATP Gliconeogênese (no fígado) Jejum Substrato disponível ATP disponível

Regulação Glicólise Gliconeogênese Estado alimentado (no fígado) (todos os tecidos) Jejum (somente em alguns) Glicose disponível Falta de ATP Gliconeogênese (no fígado) Jejum Substrato disponível ATP disponível Insulina/Glucagon Disponibilidade de substrato Relação ATP/ADP

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

Passos reguláveis Piruvato  Fosfoenolpiruvato - Síntese da PEPCK é estimulada por glucagon e inibida por insulina.

Passos reguláveis Piruvato  Fosfoenolpiruvato - Além disso, disponibilidade de acetil-CoA define se piruvato vai ser convertido em acetil-CoA ou oxaloacetato.

Passos reguláveis Piruvato  Fosfoenolpiruvato - Piruvato quinase é inibida por glucagon no fígado, mas estimulada por epinefrina no músculo.

Passos reguláveis Piruvato  Fosfoenolpiruvato - Nos outros tecidos, é regulada por concentração de substrato, produto e ATP.

Passos reguláveis Frutose 1,6-bisfosfato  Frutose 6-fosfato - PFK-1 e FBPase-1 são reguladas pela concentração de ATP, ADP e AMP

Passos reguláveis Frutose 1,6-bisfosfato  Frutose 6-fosfato - Frutose 2,6-bisfosfato estimula a glicólise e inibe a gliconeogênese por regulação alostérica

Passos reguláveis Frutose 1,6-bisfosfato  Frutose 6-fosfato - Produção de frutose 2,6-bisfosfato é estimulada por insulina e inibida por glucagon.

Passos reguláveis Glicose 6-fosfato  Glicose Hexoquinase é regulada pelos níveis de glicose (todas) e glicose-6-fosfato (exceto hexoquinase-IV).

Passos reguláveis Glicose 6-fosfato  Glicose Síntese da hexoquinase é estimulada por insulina e  demanda de energia ( ATP,  AMP, contração muscular). Síntese da glicose-6-fosfatase é estimulada por glucagon.

OK? Regulação em diversos passos, por vários fatores. 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.

Vamos voltar à integração?

Vamos voltar à integração? - Com as vias metabólicas estudadas, podemos compreender melhor o processo como um todo.

Estado alimentado

Estado alimentado No fígado...

Estado alimentado No fígado Aumento da captação de glicose. Glicólise ativada (gliconeogênese inibida). Síntese de glicogênio ativada (glicogenólise inibida). Síntese de ácidos graxos a partir de acetil CoA ativada (beta-oxidação inibida). Exportação de lipídeos via VLDL.

Estado alimentado No músculo...

Estado alimentado No músculo Aumento da captação de glicose. Utilização de ácidos graxos e glicose para energia. Glicólise ativada. Síntese de glicogênio ativada (glicogenólise inibida). Síntese de proteínas a partir de aminoácidos.

Estado alimentado No tecido adiposo...

Estado alimentado No tecido adiposo Captação de glicose. Captação de ácidos graxos e triglicerídeos provindos da dieta (quilomícrons) e do fígado (VLDL). Síntese de ácidos graxos a partir de acetil-CoA. Síntese de triglicerídeos a partir de ácidos graxos.

Estado alimentado No cérebro...

Estado alimentado No cérebro Captação de glicose. Glicólise ativada. Utilização de glicose como fonte de energia.

Estado alimentado

Estado de jejum

Estado de jejum No fígado...

Estado de jejum No fígado Captação de aminoácidos, glicerol, lactato e outros substratos de gliconeogênese. Gliconeogênese ativada (glicólise inibida). Glicogenólise ativada (glicogênese inibida). Beta-oxidação de ácidos graxos ativada (síntese inibida). Síntese de corpos cetônicos a partir de acetil-CoA.

Estado de jejum No músculo...

Estado de jejum No músculo Diminuição da captação de glicose. Beta-oxidação de ácidos graxos ativada. Glicólise ativada somente no exercício. Glicogenólise ativada somente no exercício. Degradação de proteínas para gliconeogênese.

Estado de jejum No tecido adiposo...

Estado de jejum No tecido adiposo Hidrólise de triglicerídeos em ácidos graxos. Beta-oxidação de ácidos graxos ativada. Exportação de ácidos graxos para a corrente sanguínea.

Estado de jejum No cérebro...

Estado de jejum No cérebro Captação de glicose e corpos cetônicos. Glicólise ativada. Utilização de glicose e corpos cetônicos como fonte de energia.

Estado de jejum

Manutenção da glicemia - Como está a glicemia durante todo este processo?

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?

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