Professor Adjunto do Instituto de Bioquímica Médica BLOCO IV Integração do Metabolismo Wagner Seixas da Silva Professor Adjunto do Instituto de Bioquímica Médica Bloco E- Sala 038

Calendário do Bloco IV 22/06 - Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 1 a 12) 23/06 - Módulo 1 - Constructore – Livre 28/06 - 8:30h Mini-Teste Módulo 1 (1,0 Ponto) 10:30h Módulo 1 - Constructore - Livre 29/06 - 8:30h Apresentações do Módulo 1 - (2,5 Pontos) 10:30h Regulação da Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 13 e 14) 30/06 - Via das pentoses - Roteiro de discussão 2 Insulina - Roteiro de discussão 3 05/07 - 8:30h Insulina (continuação) 10:00h Mini-Teste Regulação da Gliconeogênese (1,0 Ponto) 10:30h Estudo dirigido - Diabetes e Inflamação – (2,0 Pontos) 06/07 - 8:30h Mini-Teste Insulina e Diabetes (1,0 Ponto) 10:30h Módulo 2 - Constructore - Livre 07/07 - 8:30 h Apresentações do Módulo 2 - (2,5 Pontos) 10:30h Glicocorticóides - Roteiro de discussão 4 12/07 - Outros Hormônios (Leptina, grelina, neuropeptídeo Y, triiodotironina) 13/07 - Prova

Cálculo da Média do Bloco IV Total de pontos das apresentações/Mini-teste/Estudo Dirigido (TPAC): 10,0 Pontos Nota da Prova (NP): Máximo de 10,0 Pontos Média do bloco IV = (NP X 2) + (TPAC) 3

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.

Piruvato Glicose (Glicogênio) Lactato 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 Piruvato NAD+ NADH Glicose (Glicogênio)

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

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.

Glicose TAG Glicerol Àc. Graxos + Piruvato Glicogênio GLICOSE Lactato Proteínas aas

Glicose Glicerol TAG + Piruvato Àc. Graxos Lactato Proteínas aas

LDH? Lactato Piruvato LDH (4 subunidades) H Heart M Muscle H4 M4 H2M2 H1M3 H3M1

?? Glicose aas Glicerol Glicerol-3P DHAP Lactato Piruvato LDH NAD+ NADH NAD+ NADH G3P 1,3 BPG Piruvato PEP PC PEPCK Oxaloacetato MDH NADH NAD+ PEP PEPCK aas Malato

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.

Acetil CoA

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.

Acetoacetato 2C

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 o seu grupo já deve ter analisado o envolvimento do oxaloacetato e dos diversos intermediários do ciclo de Krebs na síntese de glicose pela via glicogênica. 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?

10) Discuta o significado da regulação alostérica da piruvato carboxilase, da piruvato desidrogenase, da citrato sintase, da acetil-Coa carboxilase e da carnitina acil-transferase 1: a) Quando a gliconeogênese estiver inibida e com a esterificação de triacilgliceróis predominando amplamente sobre a lipólise. b) Quando a gliconeogênese estiver estimulada assim como a lipólise. Discuta o que ocorreria com a síntese de ATP na mitocôndria nos dois casos acima.

+ - + - - - - TAGS Glicose Ác. Graxos Glicólise Malonil CoA PEP Síntese de Ác. Graxos Malonil CoA Acetil CoA Carboxilase PEP + Acetil CoA Piruvato Citrato - Oxaloacetato Piruvato PDH + - CPT PC -Oxidação Malato - - - NADH

- - + + TAGS Glicose Ác. Graxos Glicólise Malonil CoA PEP Acetil CoA Lactato, Glicerol, Ác. Graxos, AAs Glicólise Malonil CoA Acetil CoA Carboxilase PEP - Acetil CoA Piruvato Citrato Oxaloacetato Piruvato - PDH + + CPT PC -Oxidação Malato

11) Em 1980, Van Schaftingen e colaboradores descobriram uma substância capaz de modificar a atividade da fosfofrutoquinase isolada de fígado, como mostra a figura abaixo: Essa substância é formada no fígado podendo atingir 20 µM em ratos bem alimentados e destruída após tratamento com glucagon. Observou-se que esta mesma substância era capaz de inibir a frutose 1,6 bisfosfatase com um Ki = 0.5 µM, que uma concentração próxima daquela necessária para a metade da ativação máxima da fosfofrutoquinase. Analise estes dados e procure integrá-los a um esquema metabólico mais geral.

12) Estes mesmos autores descobriram em 1981 uma enzima capaz de sintetizar frutose - 2,6 BP a partir de frutose-6P as custas de ATP a semelhanca do que ocorria com a fosfofrutoquinase anteriormente conhecida. Para evitar confusão foram denominadas de fosfofrutoquinase-1 (PFK-1), a clássica, e fosfofrutoquinase-2 (PFK-2) a que sintetiza frutose 2,6-bisfosfato. Além disso, o mesmo grupo de trabalho em 1982 purificou de fígado de rato, uma enzima capaz de transformar frutose 2,6-bisfosfato em frutose-6P. Observaram ainda que uma fosforilação desta enzima pela proteína quinase AMPc dependente (PKA) provocava um grande aumento em sua atividade. A PFK-2 também é substrato para PKA, sendo o resultado da fosforilação um acentuado decréscimo de sua atividade. Por muitos anos tentou-se isolar as duas enzimas, mas finalmente se descobriu que se tratava de uma única cadeia polipeptídica capaz de catalisar uma ou outra reação dependendo do seu estado de fosforilação. Com estes novos dados, procure analisar o quadro metabólico quando a gliconeogênese encontra-se ativada ou inibida levando em consideração todas as informações fornecidas.

PFK 1 F6P + ATP F1,6BP + ADP PFK 2 F6P + ATP F2,6BP + ADP F2,6BPase F2,6P F6P + Pi

13) A adrenalina age no músculo e no fígado através de sua ligação a receptores -adrenérgicos o que resulta na ativação da proteína quinase A (PKA). Nos dois tecidos a PKA catalisa a fosforilação da PFK-2. Entretanto os efeitos sobre a glicólise em cada um dos tecidos são opostos: no fígado esta via é inibida enquanto no músculo esta via é ativada. Tente sugerir uma explicação para estes achados.

14) Complete agora seu esquema metabólico, sabendo que a atividade da enzima piruvato quinase (PK) é modificada pela presença de frutose 1,6 bisfosfato e pela fosforilação promovida pela PKA. Atribua a estes modificadores uma função (ativação ou inibição) sobre esta enzima tal qual o permita construir um quadro metabólico coerente quando somado as informações anteriormente fornecidas.

Fígado

Fígado Músculo  FBPase-2  PFK-2 Igual ao Fígado

Citrato Succinil-CoA Fumarato Malato Oxaloacetato Isocitrato α-Cetoglutarato CO2 Acetil-CoA

Acetil-CoA Citrato (6C) Oxaloacetato (4C) Isocitrato (6C) Malato (4C) CO2 α-Cetoglutarato (5C) Fumarato (4C) Succinil-CoA (4C) CO2

?? Glicose NAD+ G3P Lactato Piruvato LDH NAD+ NADH NADH 1,3 BPG PEP PEPCK PC PEPCK Oxaloacetato Oxaloacetato NADH PEP NAD+ MDH MDH NAD+ NADH Malato Malato

?? Glicose aas Glicerol Glicerol-3P DHAP Lactato NAD+ NADH G3P NAD+ LDH NADH Piruvato 1,3 BPG Piruvato PEP PEPCK PC Oxaloacetato MDH NADH NAD+ PEPCK aas PEP Malato

?? Glicose aas Glicerol Glicerol-3P DHAP Lactato NAD+ NADH G3P NAD+ LDH NADH Piruvato 1,3 BPG Piruvato PEP PEPCK PC Oxaloacetato MDH NADH NAD+ PEPCK aas PEP Malato