Universidade Federal do Rio de Janeiro Bioquímica Glicólise 2º período - Enfermagem Meu nome é Éverton Dias D’Andréa, sou candidato ao doutorado pelo Programa de Pós-Graduação em Química Biológica do IBqM da UFRJ, sob orientação do Prof. Dr. José Ricardo Murari Pires no Centro Nacional de Ressonância Magnética Nuclear. Para a apresentação deste memorial, intitulado Estudos de interação entre proteínas e ligantes para o desenho de novos compostos com atividade biológica, eu farei a aprensentação das minhas atividades desenvolvidas durante o mestrado e sobre o projeto para o doutorado. Éverton Dias D’Andréa Setembro 2011

2 Piruvato + NADH + H+ + 2 ATP + 2 H2O Metabolismo da glicose C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O ΔG’o = -2.870 kJ/mol Glicólise primeira via do catabolismo da glicose; via central que ocorre em todo as as células; ocorre no citoplasma das células; glicólise Glicose + NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Piruvato + NADH + H+ + 2 ATP + 2 H2O

Glicólise pode ocorrer em duas vias: Anaerobiose – O produto final é Piruvato que posteriormente é fermentado em Acido Láctico ou Etanol. Aerobiose – O produto final é o piruvato que depois, por processos posteriores à glicólise, é oxidado em CO2 e H2O.

Fase Preparatória utilização de 2 moléculas de ATP. formação de gliceeraldeído-3-fosfato e diidroxiacetona fosfato. Fase de Pagamento oxidação do gliceraldeído-3-fosfato. formação de 4 moléculas de ATP. formação de 2 moléculas de NADH. formação de piruvato.

Glicose Glicose -6-Fosfato ADP ATP Mg2+ hexoquinase ΔGo = -16,7 kJ/mol A glicose é uma molécula quimicamente inerte, assim para se iniciar a sua degradação é necessário que seja ativada; Depois de entrar na célula a glicose é fosforilada pela hexocinase produzindo glicose-6-fosfato pela transferência do fosfato do ATP; A glicose-6-fosfato não é transportado através da membrana Plasmática; Reação irreversível;

Glicose -6- Fosfato Frutose -6- Fosfato Mg2+ fosfoexone isomerase ΔGo = -1,7 kJ/mol Frutose -6-fosfafto Frutose-1,6-Bifosfato ADP ATP Mg2+ fosfofrutoquinase 1 ΔGo = -14,2 kJ/mol A frutose-6-fosfato é fosforilada a frutose-1,6-bifosfato pela fosfofrutoquinase; Enzima reguladora da glicólise;

Triose fosfato isomerase Frutose-1,6-bifosfato Gliceraldeído-3-fosfato Diidroxiacetona fosfato + aldolase ΔGo = 23,8 kJ/mol A frutose-1,6-bifosfato é dividida pela aldolase em duas trioses fosfatadas ficando cada uma com um fosfato. Apenas o gliceraldeído-3-fosfato pode ser degradado pelos passos subsequentes. Diidroxiacetona fosfato Gliceraldeído-3-fosfato Triose fosfato isomerase ΔGo = 7,5 kJ/mol Diidroxiacetona fosfato é rapidamente convertido em gliceraldeído-3-fosfato.

gliceraldeído-3-fosfoato desidrogenase Gliceraldeído-3-fosfato Pi 1,3-Bifosfoglicerato NADH + H+ NAD+ + gliceraldeído-3-fosfoato desidrogenase ΔGo = 6,3 kJ/mol O Gliceraldeído-3-fosfato é convertido num composto intermédio. Grupo Aldeído (-CHO) é oxidado em Grupo Carboxílico (-COOH). O grupo fosfato deriva de um fosfato inorgânico.

fosfoglicerato quinase fosfoglicerato mutase 1,3-Bifosfoglicerato ADP 3-Fosfoglicerato ATP Mg2+ + + fosfoglicerato quinase ΔGo = -18,5 kJ/mol 3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato Mg2+ fosfoglicerato mutase ΔGo = 4,4 kJ/mol

2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato H2O ΔGo = 7,5 kJ/mol enolase

Fosfoenolpiruvato ATP ADP Mg2+, K+ piruvato quinase ΔGo = -31,4 kJ/mol Reação exergônica irreversível; Transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP;

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

Destinos do piruvato

Fermentação alcoólica Fermentação láctica

Louis Pasteur 1861: crescimento de leveduras, por grama de glicose, maior na presença do que na ausência de ar. Glicose consumida mais lentamente na presença de ar do que na ausência. Teoria vitalista (“força vital”) Eduard Buchner 1907 – Prêmio Nobel Derruba a Teoria vitalista – a fermentação ocorre sem vida organizada – Zimases.

Harden e Young 1909: isolamento do primeiro intermediário da via glicolítica. 1929: Arthur Harden - Prêmio Nobel Descoberta de um procedimento para acelerar a fermentação: adição de Pi ao meio.

Otto Meyerhoff (1922): Prêmio Nobel – Descoberta da correlação entre o consumo de oxigênio e o metabolismo do ácido lático nos músculos de coelho. Ativador: obtido por autólise de levedura. O ativador perde a atividade se aquecido por 1 minuto a 50 ºC e conserva-se bem em gelo.

Células tumorais: Otto Warburg – 1920 Células tumorais malignas convertem glicose equivalente a 30% do peso seco em lactato/h. (Músculo esquelético humano = 6% do peso seco em lactato/h)

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Álcool desidrogenase (ADH) Acetaldeído desidrogenase (ALDH) Metabolismo do Etanol no fígado Álcool desidrogenase (ADH) Acetaldeído desidrogenase (ALDH) Hipoglicemia gliconeogênese

Alcoolismo (tolerância ao álcool) Sensibilidade diferencial ao álcool Consumo de álcool segundo diferentes padrões levou a uma evolução divergente. Existem várias enzimas ADH no homem: dímeros (5 genes). ADH são essenciais pois quebram e metabolizam as moléculas de álcool (tóxico) que é absorvida para o sangue. População do Sudeste Asiático: maior intolerância ao álcool – acúmulo de acetaldeído – rubor alcoólico (“Asian flush”) Alcoolismo (tolerância ao álcool) Populações européias:alelos ADH2 e ADH3 menos ativas metabolizam lentamente o etanol Intolerância ao álcool: - Sudeste asiático: ~ 50 % pop. possui o alelo mutante ALDH2*2 (8% da atividade do gene wt)

Hexoquinase HK Glicose + ATP Glicose 6-fosfato + ADP + H+ inibidor Isoformas I, II e III: cinética michaeliana com Km < 0,1 mM, ou seja, funcionam sempre em Vmáx. [glicose] plasm = 5 a 8 mM

regulação por seqüestro no núcleo celular Hexoquinase (músculo): I, II, e III Glicoquinase ou Hexoquinase IV – presente no fígado: menor afinidade pela glicose. Ligada a uma proteína reguladora forma um complexo inativo. Hexoquinase IV é regulada pelo nível de glicose no sangue: regulação por seqüestro no núcleo celular Após refeição Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa. Durante jejum Vindo da gliconeogênese hepatócito

HEXOQUINASE IV Glicoquinase (Hexoquinase IV) não é inibida por glicose 6-fosfato e tem maior Km pela glicose. É importante no fígado para garantir que glicose não seja desperdiçada quando estiver abundante, sendo encaminhada para síntese de glicogênio e ácidos graxos. Além disso, quando a glicose está escassa, garante que tecidos como cérebro e músculo tenham prioridade no uso

Fosfofrutoquinase-1 Frutose-1,6-bifosfato a partir desse ponto, o açúcar está comprometido com a via glicolítica; Reação altamente exergônica e irreversível, ΔG0’ = - 14,2 kJ/mol; Além do sítio catalítico, esta enzima possui diversos sítios onde inibidores e ativadores alostéricos se ligam;

Frutose-2,6-bifosfato Em 1980, foi observado que frutose-2,6-bisfosfato ativava a fosfofrutoquinase aumentando sua afinidade pelo substrato frutose-6-fosfato. Frutose 2,6-bisfosfato é um ativador alostérico que desloca o equilíbrio conformocional da enzima para sua forma ativa. É produzido pela FOSFOFRUTOQUINASE 2 (PFK 2).

Regulação alostérica: enzima bifuncional 6-fosfofruto-2-quinase/frutose 2,6-bifosfatase PFK2 Ativa PFK1 + glicólise Regulação por controle covalente: substrato para proteína quinase A (PKA)

Regulação por controle covalente Piruvato quinase Regulação por controle covalente ADP + ATP

Último passo da via glicolítica. Fluxo de saída. Produz ATP e Piruvato. Também é um tetrâmero apresentando diferentes isoformas em diferentes tecidos. Isoforma L (fígado) e isoforma M (músculo). Muitas propriedades em comum: - Frutose 1,6-bisfosfato: ativa - ATP: inibe alostericamente - Alanina: produzida a partir de piruvato, inibe a PIK.

No entanto, as isoformas L (fígado) e M (músculo) diferem na regulação por modificação covalente: fosforilação. A isoforma L é inativada ao ser fosforilada quando o nível de glicose no sangue cai (estímulo disparado pelo glucagon)

Regulação da via glicolítica

Gliconeogênese: via antagônica à glicólise Síntese de glicose a partir de compostos que não são carboidratos: aminoácidos, lactato e glicerol.

Alguns tecidos dependem quase completamente de glicose para energia metabólica  depleção de glicose  gliconeogênese

Conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato Alanina e Glutamina

Conversão de frutose-1,6-fosfato a frutose-6-fosfato

Conversão de glicose-6-fosfato a glicose Vesículas com glicose do retículo unem-se com a membrana plasmática ocorrendo, assim a liberação da glicose para a corrente sanguínea.

O músculo e o cérebro não contêm as enzimas (1) glicose-6-fosfatase e o músculo liso e cardíaco não contêm (2) frutose-1,6-bifosfatase. Por isso estes órgãos têm prioridade na captação de glicose. (1) Glicose-6-fosfato + H2O  glicose + Pi (2) Frutose-1,6-bisfosfato + H2O  frutose 6-fosfato + Pi

Necessidade de glicose Tecidos dependentes de glicose cérebro hemácias Requerimento de glicose diário no adulto 160 gramas (glicemia normal 75 a 99 mg/dl) 120 gramas – cérebro 40 gramas – outros tecidos

1) Isquemia (Infarto do miocárdio): Isquemia: falta de suprimento sangüíneo para um tecido orgânico necrose do tecido por isquemia 45