BIOQUÍMICA.

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1 BIOQUÍMICA

2 Glicólise e Oxidação do Piruvato
Faculdade de Medicina da Universidade do Porto Docente: Dr. Mário Mendanha Ano Lectivo: 2006/2007 Glicólise e Oxidação do Piruvato Trabalho realizado por: Nivalda Pereira Sandra Fontes Ano: Turma: 21

3 Balanço energético da glicólise Regulação da glicólise
A abordar: Metabolismo Glicose Glicemia Respiração Celular Glicólise Oxidação do Piruvato Balanço energético da glicólise Regulação da glicólise Aspectos Clínicos

4 Conjunto de reacções químicas que ocorrem nas células
METABOLISMO Conjunto de reacções químicas que ocorrem nas células Catabolismo Obtenção de energia obtida a partir da oxidação dos nutrientes pelo O2. Anabolismo Produção de novos componentes celulares em processos que geralmente utilizam a energia obtida pelo catabolismo de nutrientes.

5 Existe uma grande variedade de vias metabólicas
Existe uma grande variedade de vias metabólicas. Nos humanos, as vias metabólicas mais importantes são: · glicólise · ciclo de Krebs · fosforilação oxidativa · via das pentoses-fosfato · ciclo da ureia · b-oxidação dos ácidos gordos · gluconeogénese As diversas vias metabólicas relacionam-se entre si de forma complexa, de forma a permitir uma regulação adequada. Este relacionamento envolve a regulação enzimática de cada uma das vias, o perfil metabólico característico de cada órgão e controlo hormonal.

6 GLICOSE A glicose ou dextrose é um hidrato de carbono do tipo monossacarídeo cuja fórmula molecular é C6H12O6. Encontra-se na natureza na forma livre ou combinada. Juntamente com a frutose e a galactose, trata-se do hidrato de carbono mais importante relativamente aos maiores, como a sacarose e maltose. Amido e celulose são polímeros de glicose. É encontrada nas uvas e em vários frutos. Industrialmente é obtida a partir do amido. Sua degradação química durante o processo de respiração celular dá origem a energia química (armazenada em moléculas de ATP - entre 36 e 38 moléculas de ATP por moléculas de glicose), gás carbónico e água.

7 Apresenta fórmula empírica: CH2O
Fórmula estrutural:

8 Glicogénio O glicogénio é o polissacarídeo de armazenamento mais importante nas células animais. É um polímero de subunidade de glicose unidas por meio de ligações. Apresenta uma ramificação a cada 8 a 10 unidades. Encontram-se intracelularmente como grandes agregados ou grânulos. Esses apresentam-se numa forma intimamente unida às enzimas responsáveis pela sua síntese e degradação. A síntese de glicogénio é o processo pelo qual a glicose é polimerizada a glicogénio. É acumulado nas células em quantidades variáveis de acordo com o tipo celular, funcionando aí como depósito de energia acessível à célula. Em determinadas células, como nas do fígado e músculo, este processo pode ser intenso e ocorrem extensos depósitos de glicogénio. O glicogénio hepático é degradado no intervalo das refeições mantendo constante o nível de glicose no sangue ao mesmo tempo em que fornecem este metabólico as outras células do organismo. O glicogénio muscular, ao contrário, só forma glicose para a contracção muscular.

9 GLICEMIA A glicemia é a concentração da glicose no sangue.
Apesar dos longos intervalos entre refeições ou do consumo ocasional de refeições com uma carga pesada de hidratos de carbono, o nível glicémico em humanos normalmente fica dentro de uma faixa estreita de valores. Na maioria das pessoas, os valores variam de 70 mg/dL a 110 mg/dL, excepto bem logo após de se alimentar quando ocorre um aumento temporário da glicemia (menor a 150mg/dL). Este efeito homeostático é resultado de vários factores, sendo o mais importante a regulação hormonal. Existem dois grupos de hormonas metabólicos de efeitos antagónicos que afectam o nível de glicose sanguíneo: - hormonas catabólicas, por exemplo a hormona do crescimento e as catecolaminas, que aumentam a glicemia, e; - hormonas anabólicas - insulina -, que reduzem a glicemia ao promover o ingresso da glicose nas células. A manutenção de uma concentração mais ou menos constante de glicose no sangue é essencial para aqueles que dependem da glicose como principal fonte de energia.

10 RESPIRAÇÃO CELULAR Respiração – acto de inalar e exalar ar através da boca ou das cavidades nasais. Do ponto de vista da fisiologia, respiração é o processo pelo qual um organismo vivo troca oxigénio e dióxido de carbono com o seu meio ambiente. Do ponto de vista da bioquímica, respiração celular é o processo de conversão das ligações químicas de moléculas ricas em energia de modo a serem usadas nos processos vitais. O processo básico da respiração celular é a oxidação da glicose, que se pode expressar pela seguinte equação química: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia Os fenómenos da respiração celular processa-se segundo duas sequências básicas: Glicólise; Oxidação do piruvato através de um de dois processos: a) Respiração aeróbica b) Respiração anaeróbica

11 GLICÓLISE Os organismos primitivos originaram-se num mundo cuja atmosfera carecia de O2 e, por isto, a glicólise é considerada como a via metabólica mais primitiva, estando portanto presente em todas as formas de vida actuais. Glicólise deriva do grego e significa: dissolução do açúcar, ou seja, degradação desse para produzir energia. As células têm que gerar energia metabólica e para este fim têm que degradar os nutrientes exógenos (glicose, ácidos gordos, aminoácidos) ou as reservas armazenadas (glicogénio). Todas as células podem gerar energia metabólica a partir da glicose, no entanto os neurórios e os eritrócitos dependem quase ou exclusivamente dela para as suas necessidades energéticas. A glicólise ou glucólise é a via principal para a utilização da glicose, encontrada no citosol de todas as células eucarióticas. Pode utilizar o O2, se disponível, através da cadeia respiratória nas mitocôndrias (via aeróbia), ou então pode funcionar na total ausência de O2 (via anaeróbia).

12 A glicólise é uma via metabólica em que a glicose é, num processo exergónico, convertida em piruvato (ou lactato) e se forma, concomitantemente e num processo endergónico, ATP a partir de ADP+Pi. As enzimas da glicólise permitem a acoplagem dos dois processos. A entrada da glicose no sangue para as células ocorre por transporte mediado por “uniporters” e a energia envolvida no processo é a que corresponde ao gradiente de concentração da própria glicose. Reacções da glicólise Reacção 1: α- D – glicose → α- D – glicose – 6 – P presença do catião Mg2+; fosforilação da glicose irreversível; desfosforilação de ATP; inibição enzimática; reacção exergónica.

13 Reacção 2: α- D – glicose – 6 – P → α- D – frutose – 6 – P isomerização aldose-cetose. Reacção 3: α- D – frutose – 6 – P + ATP → D – frutose – 1,6 – bisfosfato + ADP 1ª reacção específica da glicólise; presença do catião Mg2+; desfosforilação de ATP; fosforilação da glicose irreversível; inibição enzimática; gasto de duas moléculas de ATP.

14 Reacção 4: D – frutose – 1,6 – bisfosfato → D – gliceraldeido 3 – P + dihireocetona fosfato formação de duas trioses-fosfato Reacção 5: D – gliceraldeido 3 – P ↔ dihireocetona fosfato trioses interconvertíveis; reacção revesível; equilíbrio D – frutose – 1,6 – bisfosfato ↔ D – gliceraldeido 3 – P ↔ dihireocetona fosfato

15 Reacção 6: D – gliceraldeido 3 – P + NAD+ + Pi → 1,3 – bisfosfoglicerato + NADH + H+ oxidação exergónica (grupo aldeído a grupo carboxílico); formação endergónica da ligação anídrica arsenato (AsO43-)

16 Reacção 7: 1,3 – bisfosfoglicerato + ADP ↔ 3- fosfoglicerato + ATP fosforilação ao nível do substrato Papel da via alternativa do 2,3-bisfosfoglicerato nos eritrócitos (hemácias): - Os eritrócitos possuem uma enzima extra a bisfosfoglicerato Mutase, que forma uma espécie de passagem alternativa à reacção catalizada pela cinase do fosfoglicerato. - Esta enzima converte o 1,3-bisfosfoglicerato em 2,3-bisfisfoglicerato que por sua vez é desfosforilado a 3-fosfoglicerato pela 2,3-bisfosfoglicerato fosfatase. - A existência deste intermediário (2,3-bisfosfoglicerato) pode ser uma maneira de permitir a continuação da glicólise mesmo quando as necesidades energéticas são mínimas (ou seja, há muito ATP disponível), porque a sua formação implica a não produção de ATP.

17 Reacção 8: 3- fosfoglicerato ↔ 2- fosfoglicerato isomeria de posição Reacção 9: 2- fosfoglicerato ↔ fosfoenolpiruvato + H2O enolase dependente das quantidades de Mg2+ e de Mn2+; inibição de enolase pelo fluoreto Reacção 10: fosfoenolpiruvato + ADP → piruvato + ATP última reacção da glicólise; presença do catião Mg2+; reacção exergónica; reacção fisiologimamente irreversível.

18 OXIDAÇÃO DO PIRUVATO Em condições de aerobiose
Após a glicólise, o piruvato pode ter vários destinos: em condições aeróbias; em condições anaeróbias. Em condições de aerobiose Para que o piruvato possa progredir nas restantes reacções de oxidação tem que entrar na mitocôndria por acção de um transportador específico que se encontra na membrana mitocondrial interna. Seguidamente, ocorre uma descarboxilação oxidativa formando acetil-CoA. Este é o elo de ligação entre a glicólise e o ciclo de Krebs, e para além de ser uma reacção fisiologicamente irreversível, é catalisado por um complexo multienzimático – complexo da Desidrogénase do Piruvato.

19 A desidrogénase do piruvato permite:
o aumento da eficiência das reacções elimina reacções secundárias E, é composto por 5 tipos diferentes de proteínas: desidrogénase do piruvato transacetílase do dihidrolipoato desidrogénase do dihidrolipoato cínase do piruvato fosfatase do piruvato

20 Piruvato + NAD+ + CoA → Acetil-CoA + NADH + H+ + CO2
Reacção geral: Piruvato + NAD+ + CoA → Acetil-CoA + NADH + H+ + CO2 Para além dos grupos prostéticos, firmemente ligados às respectivas enzimas, são também necessários como co-factores da reacção a Coenzima A e o NAD+. Sequência das reacções: o piruvato é descarboxilado enquanto e encontra ligado ao Pirofosfatovde tiamina, com o auxílio da enzima piruvato desidrogénase, formando-se hidroxietil; o hidroxilo resultante reage com a lipoamida oxidada sob a acção da enzima Transacetílase do dihidrolipoato formando a acetil lipoamida; a acetil lipoaida reage com a Coenzima A para formar a Acetil Coezima A e lipoamida reduzida (dihidrolipoamida); a reacção é completada quando a dihidrolipoamida é reoxidada por uma flavoproteína que contém FAD na presença da enzima desidrogénase do dihidrolipoato, reduzindo o FAD a FADH2. Finalmente o FADH2 é oxidado pelo NAD+ que deste modo é reduzido a NADH + H+.

21 Existem determinadas situações em que a desidrogénase do piruvato está inibida, sendo essas:
quando há um excesso dos seus produtos – acetil- CoA e NADH quando a carga energética da célula é elevada, ou seja, há um aumento das razões ATP/ADP, Acetil-CoA/CoA e NADH/NAD+ quando os ácidos gordos estão a ser oxidados

22 Piruvato + NADH + H+ → Lactato + NAD+
Em condições de anaerobiose Para a obtenção de ATP através da glicólise o produto final é o piruvato. No entanto, este depressa se esgota pelo gasto sem reposição do NAD+. Assim, a solução irá ceder o H+ do NADH ao grupo cetona do piruvato formando lactato sob a acção da enzima desidrogénase do lactato. Piruvato + NADH + H+ → Lactato + NAD+ A regeneração do NAD+ na redução do piruvato a lactato ou etanol mantém a operação continuada da glicólise em condições anaeróbias. Se o NAD+ não fosse regenerado, a glicólise não poderia continuar para além do gliceraldeído 3-fosfato, o que signiifca que nenhum ATP seria gerado.

23 BALANÇO ENERGÉTICO DA GLICÓLISE
Em aerobiose A transformação duma molécula de glicose em 2 moléculas de ácido pirúvico faz-se acompanhar, portanto, dum ganho de 8 moléculas de ATP.

24 Em anaerobiose A glicólise anaeróbia tem um balanço energético de apenas 2 ATP, logo só é aceitável em células com poucas necessidades energéticas: eritrócitos adultos não têm mitocôndrias nem actividade biossintética, logo só necessitam de energia para a manutenção do gradiente iónico através da membrana, sendo a glicólise a fonte de energia suficiente. as células musculares durante o exercício físico intenso tem que aumentar a produção de ATP várias vezes. Nestas condições o fornecimento de oxigénio pode não ser o suficiente e o tecido passa depende, em grande parte, da glicólise anaeróbia da glicose e principalmente de reservas de glicogénio, assim a concentração de lactato sanguíneo nestas condições tende a aumentar. Durante um período de hipoxia (diminuição do teor de O2 do sangue) há estimulação da glicólise, mas como não há oxidação mitocondrial do piruvato e do NADH, a glicólise anaeróbia ajuda a sobreviver durante um pequeno período de tempo. No entanto, será também a acidificação do meio causada pela acumulação de ácido láctico que será responsável pela morte dos tecidos e pela sua necrose.

25 REGULAÇÃO DA GLICÓLISE
A necessidade da actividade glicolítica varia de acordo com os diferentes estados fisiológicos. A glicólise tem um papel duplo: degrada a glicose para gerar ATP, e dá os blocos de construção para as reacções de síntese (ácidos gordos, aminoácidos), logo o grau de conversão de glicose para o piruvato é regulado de modo a ir de encontro com estas duas necessidades celulares. O controlo a longo prazo da glicólise, particularmente no fígado, é efectuado a partir de alterações na quantidade de enzimas glicolíticas. Estas alterações reflectem diferentes taxas de síntese e degradação enzimática (controlo transcripcional – horas). O controlo a curto prazo é feito por alterações alostérica reversível das enzimas e também pela sua fosforilação. As enzimas mais propensas a serem locais de controlo são as que catalisam as reacções irreversíveis: Hexocinase Fosfofrutocinase Cinase do piruvato

26 Hexocinase Fosfofrutocinase Cinase do piruvato
Não é o regulador da glicólise No entanto, no fígado e nos ilhéus pancreáticos a fosforilação da glicose é realizada por intermédio da glucocinase O papel da glucocinase é remover a glicose do sangue depois e uma refeição, assim a glucocinase fosforila a glicose mas com a finalidade de armazená-la na forma de glicogénio. Fosfofrutocinase É a enzima mais importante no controlo a curto prazo da glicólise Cinase do piruvato Controla o efluxo da via metabólica

27 ASPECTOS CLÍNICOS Há um pequeno número de enfermidades nas quais as enzimas da glicólise (por exemplo, a cínase do piruvato) apresentam baixa actividade. Estas condições manifestam-se principalmente como anemias hemolíticas (deficiência de cínase de piruvato) ou como fadiga quando ocorrem no músculo esquelético (fosfofrutocinase). Em células cancerosas de crescimento rápido, a glicólise ocorre à velocidade muito maior do que a necessária para o funcionamento do ciclo do ácido cítrico. Assim, é produzido um excesso de piruvato em relação à quantidade que pode ser metabolizada. Esta condição, por sua vez, acarreta uma produção excessiva de lactato que favorece um ambiente relativamente ácido no local do tumor, uma situação que pode ter implicações no tratamento de certos tipos de cancro. A acidose láctica pode resultar de várias causas, incluindo a deficiência da desidrogénase do piruvato.

28 BIOQUÍMICA FIM 23/10/06