Oxidação Metabólica das Hexoses

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1 Oxidação Metabólica das Hexoses
Metabolismo e Endocrinologia 2º Semestre 2007/2008 IST/FML Professor João Martins e Silva Ana Ferreira (58446),Catarina Palma (57786),Marta Meneses (58415) Mestrado em Engenharia Biomédica

2 Glicólise Na glicólise, uma molécula de glicose é degradada através de uma série de reacções de oxi-redução catalisadas por enzimas dando origem ao piruvato. Este processo pode dar-se aerobicamente ou anaerobicamente. FASE PREPARATÓRIA É um processo que tem duas fases: Fase Preparatória (Reacção 1 a 5) São necessárias 2 moléculas de ATP para activar o processo; É aumentado o valor da energia livre dos intermediários, fazendo com que o equilíbrio das reacções se desloque no sentido da formação do gliceraldeído 3-fosfato. Fase “Payoff” (Reacção 6 a 10) É nesta fase que ocorre o ganho energético. O ganho de energia é de 2 ATPs, pois os outros dois foram investidos para iniciar o processo. FASE DE PAYOFF

3 Glicólise Objectivos Produzir energia metabólica sob a forma de ATP;
Produzir piruvato como produto final que será metabolizado por uma de três vias catabólicas diferentes; Permitir aos tecidos armazenar grandes quantidades de glicose no interior das células que os constituem.

4 Fase Preparatória da Glicólise Reacção 1 Fosforilação da Glicose

5 Fase Preparatória da Glicólise Reacção 1 Fosforilação da Glicose
O ATP é hidrolisado e origina ADP e um grupo fosforilo ATP + H2O ADP + Pi ; Dá-se a quebra de uma ligação fosfoanidrido do ATP; O grupo fosforilo promove a fosforilação da glicose a glicose 6-fosfato, activando-a para a via metabólica; Dá-se a formação de uma ligação fosfoéster na glicose; É uma reacção irreversível e catalisada pela enzima Hexocinase; Esta enzima requer o ião Mg2+ como cofactor.

6 Fase Preparatória da Glicólise Reacção 2 Conversão da Glicose 6-Fosfato na Frutose 6-Fosfato

7 Fase Preparatória da Glicólise Reacção 2 Conversão da Glicose 6-Fosfato na Frutose 6-Fosfato
Dá-se a isomerização reversível da glicose 6-fosfato a frutose 6-fosfato pela enzima glicose-fosfato-isomerase; A reacção pode prosseguir em qualquer das direcções devido ao baixo valor de energia livre; E uma reacção importante para as reacções seguintes devido aos rearranjos no grupo carbonilo e hidroxilo nos carbonos 1 e 2.

8 Fase Preparatória da Glicólise Reacção 3 Fosforilação da Frutose 6-Fostato a Frutose 1,6-Difosfato

9 Fase Preparatória da Glicólise Reacção 3 Fosforilação da Frutose 6-Fostato a Frutose 1,6-Difosfato
O ATP é hidrolisado e origina ADP e um grupo fosforilo ATP + H2O ADP + Pi ; É libertado um grupo fosforilo que actua sobre a Frutose 6-Fosfato; A Frutose 6-Fosfato é catalisada a Frutose 1,6-Difosfato pela enzima fosfofrutocinase 1; O Mg2+ é utilizado como cofactor da enzima; Esta reacção é irreversível.

10 Fase Preparatória da Glicólise Reacção 4 Cisão da frutose 1,6-difosfato em trioses – fosfato

11 Fase Preparatória da Glicólise Reacção 4 Cisão da frutose 1,6-difosfato em trioses – fosfato
A cisão da frutose 1,6 difosfato por acção da enzima aldolase origina gliceraldeído – 3 – fosfato e di-hidroxiacetona-fosfato; A reacção é catalisada por uma isomerase; Trata-se de uma reacção reversível, apesar da energia livre ser fortemente positiva no sentido da cisão da frutose; É um equilíbrio químico que se vai deslocando gradualmente no sentido da formação do gliceraldeído – 3 – fosfato.

12 Fase Preparatória da Glicólise Reacção 5 Interconversão das Trioses Fosfato

13 Fase Preparatória da Glicólise Reacção 5 Interconversão das Trioses Fosfato
O gliceraldeído-3-fosfato pode ser degradado directamente nos passos seguintes da glicólise. A di-hidroxiacetona-fosfato é convertida em gliceraldeído-3-fosfato pela enzima triose-fosfato isomerase. Esta reacção completa a Fase Preparatória da Glicólise.

14 Fase “Payoff” da Glicólise Reacção 6 A Oxidação do Gliceraldeído 3-Fosfato em Ácido 1,3-difosfoglicérico

15 Fase “Payoff” da Glicólise Reacção 6 A Oxidação do Gliceraldeído 3-Fosfato em Ácido 1,3-difosfoglicérico É a primeira reacção da fase “Payoff”; É uma reacção catalizada pela enzima gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase; É a primeira das duas reacções da glicólise em que há conservação da energia; O gliceraldeído 3-fosfato é transformado, através de uma série de intermediários, em ácido 1,3-difosfoglicérico que tem uma energia livre de hidrólise muito elevada; O aceitador de hidrogénio nesta reacção é o NAD+ que fica reduzido; A molécula de gliceraldeído 3-fosfato fica ligada covalentemente à enzima durante a reacção

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17 Fase “Payoff” da Glicólise Reacção 7 Transferência de um grupo fosforilo do ácido 1,3-difosfoglicérico para o ADP

18 Fase “Payoff” da Glicólise Reacção Transferência de um grupo fosforilo do ácido 1,3-difosfoglicérico para o ADP A enzima fosfoglicerato-cinase promove a transferência de um grupo fosforilo do ácido 1,3-difosfoglicérico para o ADP, formando ATP e ácido 3-fosfoglicérico; A enzima catalisa as reacções nas duas direcções; Nesta reacção ocorre uma fosforilação “à custa do substrato”.

19 Fase “Payoff” da Glicólise Reacção 8 Conversão do Ácido 3-Fosfoglicérico em Ácido 2-Fosfoglicérico

20 Fase “Payoff” da Glicólise Reacção 8 Conversão do Ácido 3-Fosfoglicérico em Ácido 2-Fosfoglicérico
A enzima fosfoglicerato-mutase cataliza a mudança do grupo fosforilo do Carbono 3 para o Carbono 2 do ácido fosfoglicérico; O Mg2+ é essencial para esta reacção. Esta reacção ocorre em dois passos: Um grupo fosforilo é transferido da enzima para o grupo hidroxilo no Carbono 2 do ácido 3-fosfoglicérico formando o ácido 2,3-difosfoglicérico; O grupo que está no Carbono 3 volta a ligar-se à enzima, produzindo Ácido 2-fosfoglicérico.

21 Fase “Payoff” da Glicólise Reacção 9 Desidratação do Ácido 2-Fosfoglicérico para Ácido Fosfoenol – Pirúvico

22 Fase “Payoff” da Glicólise Reacção 9 Desidratação do Ácido 2-Fosfoglicérico para Ácido Fosfoenol – Pirúvico A enzima enolase promove a remoção de uma molécula de água de ácido 2-fosfoglicérico para originar fosfoenol – pirúvico; A reacção possui um valor de energia livre relativamente baixa; Trata-se de uma reacção reversível.

23 Fase “Payoff” da Glicólise Reacção 10 Transferência do Grupo Fosforilo do Fosfoenol pirúvico para o ADP

24 Fase “Payoff” da Glicólise Reacção 10 Transferência do Grupo Fosforilo do Ácido Fosfoenol-Pirúvico para o ADP O grupo fosforilo do Fosfoenol-pirúvico é transferido para o ADP; A reacção catalizada pela enzima piruvato-cinase; A reacção requer o ião K+ e Mg2+ ou Mn2+; O ácido pirúvico começa por aparecer na forma enol e depois sofre um rearranjo para dar a forma cetónica.

25 Produtos Finais da Glicólise e Rendimento Energético

26 Oxidação de Outras Hexoses

27 Oxidação da Frutose Participação na via glicolítica depende do local onde decorre o metabolismo Músculos e Rins: Fosforilação pela Hexocinase: Frutose + ATP Frutose – 6 – fosfato + ADP Fígado: Fosforilação pela Frutocinase: Frutose + ATP Frutose – 1 – fosfato + ADP Gliceraldeído di-hidroxiacetona- fosfato Gliceraldeído e di - hidroxiacetona- fosfato são transformados em Gliceraldeído – 3 – fosfato Incorporado na Glicólise

28 Oxidação da Galactose Digerida no Fígado
Fosforilação pela galactocinase, com gasto de ATP Conversão da Galactose 1-fosfato no seu epímero glicose-1-fosfato Glicose 1-fosfato é transformada em glicose-6-fosfato pela enzima fosfoglicomutase

29 Oxidação da Manose Ingerida na forma de polissacáridos ou de glicoproteínas Fosforilação pela enzima hexocinase Manose – 6 – fosfato pode ser isomerizada em frutose – 6 – fosfato, por acção da enzima fosfomanose isomerase.

30 Regulação Não-Hormonal da Glicólise
A Glicólise processa-se no citosol e é regulada por 3 enzimas: Hexocinase Regula a entrada de glicose na via Fosfofrutocinase Regulam a via glicolítica Piruvato-cinase As hexocinases I, II e III são inibidas pelo produto da reacção, glicose-6-fosfato Mecanismo de inibição alostérica A hexocinase IV não sofre inibição alostérica pelo produto inibida por uma proteína específica, que pode ser dissociada pela molécula de glicose

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32 Fosfofrutocinase 1

33 Piruvato- cinase Catalisa a última reacção da via, a conversão de fosfoenolpiruvato em piruvato Regulação Alostérica: Activador: frutose - 1,6-bisfosfato Inibidores -ATP, - Acetil-CoA, - Ácidos gordos de cadeia longa (indicadores da presença de fontes de energia) -Alanina (que pode ser sintetizada a partir do piruvato por transaminação).

34 Relação NAD+/NADH É necessário uma reoxidação do NADH, para obtenção do NAD+ Em aerobiose: Sistema transportador de electrões Em anaerobiose: Produção de ácido láctico Fermentação Alcoólica Formação do α-glicerofosfato e do glicerol

35 Via das Fosfopentoses

36 1. Objectivos da Via Formação de NADPH;
Produção de ribose-5-fosfato (a partir da glicose) necessária para a síntese de nucleótidos.

37 Processo exclusivamente aeróbio;
A oxidação não necessita de ATP; Ocorre no citosol (citoplasma).

38 2. Processo FASE OXIDANTE 1º- enzima: glicose-6-fosfato-desidrogenase
6-fosfo-gluconolactona 2º- enzima: lactonase 6-fosfogluconato 3º- enzima: 6-fosfogluconato-desidrogenase D-ribulose-5-fosfato 4º- enzima: fosfopentose-isomerase D-ribose-5-fosfato PRODUTOS FINAIS: Ribose-5-fosfato (precursor na síntese de nucleóti- dos) 2 moléculas de NADPH

39 2º- enzima: transcetolase (transcetolização)
FASE NÃO OXIDANTE Apenas ocorre se a célula precisar de NADPH e não precisar de ribose-5-fosfato. 1º- epimerização da ribulose-5-fosfato em xilulose-5-fosfato (enzima: fosfopentose-isomerase); 2º- enzima: transcetolase (transcetolização)

40 3º- enzima: transaldolase (transaldolisação)
4º- enzima: transcetolase

41 3. Produtos e Destinos Ribose-5-fosfato (fim da fase oxidante) NADPH
Precursor da síntese de nucleótidos para incorporação nos ácidos nucleicos. NADPH Manutenção do ambiente redutor no interior da célula; Elemento fundamental nas reacções de biossíntese redutora de ácidos gordos e outras moléculas (agente redutor). Frutose-6-fosfato e Gliceraldeído-3-fosfato (fim da fase não oxidante) Podem incorporar-se na via glicolítica, tanto no sentido da glicólise como no sentido da gliconeogénese.

42 4. Regulação Regulação hormonal Insulina Glicémia elevada
V. das fosfopentoses activada Glicémia baixa V. das fosfopentoses inibida

43 ii) Relação NADP+/NADPH
Factor mais importante na regulação da via. Se houver um aumento da relação, a actividade da via diminui e a glicose-6-fosfato é utilizada para a glicólise; Se houver uma diminuição da relação, aumento do fluxo de glicose-6-fosfato na via.

44 Bibliografia Nelson, David L.; Cox, Michael M. – Principles of Biochemistry- W.H. Freeman (2004) Campos, Luís S – Entender a Bioquímica – Escolar editora (2002)