3 introdução ao metabolismo e glicólise - aula 3 - profa. nídia
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Profa. Nídia Alice Pinheiro
Profa. Nídia Alice Pinheiro
Introdução ao MetabolismoIntrodução ao Metabolismo
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Metabolismo
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Vias metabólicas
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Processo geral por meio do qual os sistemas vivos adquirem, armazenam e usam energia livre e a transformação de precursores obtidos do meio em compostos característicos de cada organismo, é efetuado através de uma intrincada rede de reações químicas (e constitui o Metabolismo).
Metabolismo
Proteínas Carboidratos Lipídeos
ácidos graxos, glicerolAmino ácido glicose
CO2NH3 H20
Macronutrientes
Componentes mais importantes
da dieta.
Unidades constituintes
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Transformação da matéria e da energia.
A seqüência das reações enzimáticas são chamadas de rota ou via metabólica.
Nas rotas metabólicas o produto de uma reação é o substrato da reação subseqüente.
As reações metabólicas ocorrem essencialmente no citoplasma ou na mitocôndria (compartimentalização).
Metabolismo
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- - Catabolismo: reações que convertem energia para as formas biologicamente utilizáveis
(Alimento = CO2 + H2O + energia utilizável)
- Anabolismo: necessitam de energia para ocorrerem (síntese de glicose, DNA, lipídeos)
Metabolismo
Catabolismo – degradação - libera energia - Oxidativo
Anabolismo – biossíntese - requer energia - Redutivo
- Anfibolismo: o elo de ligação entre as vias catabólicas e anabólicas. (Onde se é promovida a quebra de moléculas para a liberação de energias livres no organismo e o consumo de tais energias na síntese de outras moléculas).
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Carboidratos Proteínas Gorduras
Digestão e absorção
Açucares simples(principalmente
glicose)
AminoácidosÁcidos gordos
+ glicerol
Catabolismo
Acetil-CoA
Ciclo do Ácido Citrico
oxidado
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Metabolismo – reações de oxi-redução
Em geral as reações redox das vias metabólicas envolvem a clivagem de ligação C-H, com a perda de 2 elétrons ligados ao átomo de C.
Tais elétrons são transferidos a um aceptor de elétrons como o NAD+.
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Metabolismo (co-enzimas)
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Metabolismo (co-enzimas)
Derivada das Vitaminas Nicotinamida
Presente nas células em concentrações limitantes.
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NAD+
Nicotinamida adenina dinucleotídeo Principal aceptor de elétrons
NADH + H+
NAD+ forma reduzida (NADH+H+)Aceita 1 íon H.
Nicotinamida
Ribose
Adenina
Nuc
leot
ídeo
de
Nic
otin
amid
a
Nucleotídeo de Adenina
Atua em oxidação associada a processos
catabólicos.
Atua em reduções associada a processos
anabólicos.
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Metabolismo (co-enzimas)Metabolismo (co-enzimas)
NADP: análogo da NAD+;
2 nucleotideos ligados por seu grupo fosfato via uma ligação fosfoanidrido.
Grupo hidroxila esterificado com fosfato.
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Metabolismo (co-fator)Metabolismo (co-fator)
Derivada das Riboflavinas
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Metabolismo (co-fator)Metabolismo (co-fator)
Flavina adenina dinucleotídeoFlavina adenina dinucleotídeo(FAD)(FAD)
FADFAD++ aceptor de aceptor de elétrons elétrons
Aceita 2 hidrogênios Aceita 2 hidrogênios (prótons e elétrons). (prótons e elétrons).
Unidade FMN (Flavina Mononucleotídeo)
Flavina
Participam em maior diversidade de rações
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MetabolismoMetabolismo
Nucleotídeo responsável pelo armazenamento de energia em suas ligações químicas.
Fornece energia – é a “moeda” de energia da célula;
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ATP + H2O = ADP + Pi + H+ ∆G= - 7,3
kcal/mol
ATP + H2O = AMP + PPi + H+ ∆G= - 7,3
kcal/mol
Doador de grupos fosforila.
• Essa molécula é formada pela união de:
uma adenina e uma ribose aderida a três radicais fosfato
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Metabolismo (co-enzimas)Metabolismo (co-enzimas)
Uma molécula de coenzima A que leva um grupo acetilo é chamada de Acetil-CoA;Quando a Coenzima A se une ao Acetil, ela permite que ele seja degradado pelas enzimas do ciclo de krebs;
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Metabolismo - regulaçãoSinais regulatórios: • Hormônios• Sistema Nervoso• Disponibilidade de Nutrientes
Sinais provenientes de dentro da célula: • Ativado por substrato• Inibidores e ativadores alostéricos• Elicitam respostas rápidas – regulação momento a momento
Sinais entre células: Sinais entre células: • Elicitam respostas mais lentasElicitam respostas mais lentas• Mediada por contato superfíciesMediada por contato superfícies• SinalizaçãoSinalização química (hormônios ou neurotransmissoresquímica (hormônios ou neurotransmissores)
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Vias metabólicas
Consistem em uma série de reações enzimáticasrelacionadas que produzem produtos específicos
Os reagentes, os intermediários e os produtos são chamados metabólitos
Há mais de 2 mil reações metabólicas conhecidas, cada uma catalisada por uma enzima diferente
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Vias metabólicas
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Visão geral do catabolismo
Os catabólitos complexos são inicialmente degradados até suas unidades monoméricas.
E depois a Acetil-CoA, comum a todos.
O grupo acetil é oxidado a CO2 pelo Ciclo do àcido Citrico com a concomitante redução de NAD+ e FAD.
A reoxidação pelo O2 durante a fosforilação oxidativa produz H2O e ATP
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Controle da rota metabólica
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Perguntas para orientação do estudo:
1. Quais os substratos iniciais da via?
2. Quais são seus produtos?
3. Quais sãos as reações irreversíveis?
4. Como a via é regulada?
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GlicóliseGlicólise
Profa. Nídia Alice Pinheiro
Profa. Nídia Alice Pinheiro
Metabolismo dos CarboidratosMetabolismo dos Carboidratos
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A glicose é o carboidrato mais importante da biologia, pois as células a utilizam como fonte de energia e intermediária do metabolismo.Como é a maior fonte de energia, o organismo transforma todos os carboidratos dos alimentos ingeridos em glicose.
carboidratos
amidosacarose e lactose
Piruvato
CO2 e ATP
Oxidaçãoparcial
Cél. Anaeróbicas10% - 200KJ.mol-1
Cél. Aeróbicas2.870KJ.mol-1
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CITOSOL
ATP
H+ + e-
Piruvato
coenzimas
Glicogênio, amido e sacarose
Armazenagem
Oxidação pela Via das
pentoses fosfato
Oxidação pela
Glicólise
Ribose – 5 - fosfato
Piruvato3C
Glicose
Polissacáridios ou sacarose
•Ac.Nucl.•NADH
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• A célula necessita, para produzir energia, de
oxigênio e de nutrientes
• Na respiração celular a célula utiliza o oxigênio e liberta
energia contida nos nutrientes, produzindo
dióxido de carbono, vapor de água e outros produtos tóxicos
Respiração Celular/ GlicóliseRespiração Celular/ Glicólise
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Como a energia é armazenada na célula?
Nas ligações fosfato da molécula de ATP.
Respiração Celular/ GlicóliseRespiração Celular/ Glicólise
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Glicólise/HistóricoGlicólise/Histórico1. Algumas Considerações Históricas:1. Algumas Considerações Históricas:
No decurso da primeira metade do séc. XX, a Glicólise foi estudada por alguns dos mais renomeados Bioquímicos:
1860: Pasteur postula que a Fermentação é catalisada por enzimas indissociáveis das estruturas celulares
1897: Buchner descobre que as enzimas da fermentação podem atuar independentemente das estruturas celulares
1905: Harden e Young identificam uma Hexose-bisfosfato como intermediária da Glicólise e verificaram a necessidade de certas coenzimas (NAD, ADP e ATP)
Anos 30: Embden postulou a separação da Frutose 1,6 - bisfosfato
1938 – Warburg et al. Demonstraram a capacidade de conservar energia sob a forma de ATP
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GlycolysisGlycolysis tem a sua origem no Grego em que glykglyk = Doce + LysisLysis = Dissolução
Na atualidade podemos definir a Glicólise como a seqüência de reações que converte a Glicose em Piruvato, havendo a produção de Energia sob a forma de ATP
Glicólise/DefiniçãoGlicólise/Definição
Piruvato3C
Glicose
2 ATP
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•Via central, quase universal do catabolismo da glicose;
•Via pela qual ocorre o maior fluxo de carbono;
• Ocorre em todos os tecidos (exceto fígado em jejum);
• Início do processo de oxidação de carboidratos;
• Principal substrato = GLICOSE;
• Substratos 2ários = Frutose e Galactose;
• Possui 2 Fases:
- Investimento de Energia (-2 ATPs)
- Pagamento de Energia (+ 4ATPs + 2NADH)
Glicólise/DefiniçãoGlicólise/Definição
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1 – Principal meio de degradação da Glicólise1 – Principal meio de degradação da Glicólise
2 – Obtenção de Energia mesmo em condições Anaeróbias2 – Obtenção de Energia mesmo em condições Anaeróbias
3 – Permite a degradação da Frutose e da Galactose3 – Permite a degradação da Frutose e da Galactose
Principais Razões:Principais Razões:
• Outras Razões:Outras Razões:
-Os tecidos têm necessidade de transformar a energia contida na glicose em ATP
-A Glicólise é fundamental para a produção de Acetil-CoA
-A Glicólise foi um dos primeiros sistemas enzimáticos a ser esclarecido, contribuindo o seu estudo para a melhor compreensão dos processos enzimáticos e de metabolismo intermediário
Glicólise/ImportânciasGlicólise/Importâncias
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Na glicólise se obtém a fragmentação da molécula de açúcar em 2 moléculas de Piruvato. A energia obtida é colocada à disposição das funções celulares sob a forma de ATP.
Em organismos aeróbios, a glicólise se constitui no segmento inicial da degradação da glicose, sendo sucedida pela respiração celular;
Nos organismos anaeróbios ( e aeróbios em certas circunstâncias) , a glicólise é sucedida pelo processo de fermentação.
Glicólise/Visão GeralGlicólise/Visão Geral
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GLICÓLISE - importânciaGLICÓLISE - importânciaEtapas da Glicólise
- A Glicólise divide-se em duas partes principais:
1- Ativação ou Fosforilação da Glicose: Investimento de energia. A glicose é fosforilada e clivada para gerar duas moléculas de triose gliceraldeído-3-fosfato (GAP). Processo que consome 2 ATPs.
2- Transformação do Gliceraldeído em Piruvato: Recuperação de energia. As duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato (GAP) são convertidas em 2 moléculas de piruvato com a produção de 4 ATPs, tendo um saldo líquido de 2 ATPs.
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1- Ativação ou Fosforilação da Glicose
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1- Ativação ou Fosforilação da Glicose
Hexoquinase – a primeira utilização do ATP
Reação 1: transferência de um grupo fosfato do ATP para a glicose, formando glicose-6-fosfato (G6P)
Hexoquinase
glicose glicose-6-fosfato (G6P)
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Hexoquinase – requer Mg2+ - MgATP2+
A hexoquinase catalisa a fosforilação de hexoses como D-glicose, D-manose e D-frutose
O substrato para a hexoquinase é o complexo Mg2+-ATP;O acoplamento da hidrólise do ATP e da fosforilação da glicose é exergônica e praticamente irreversível.
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Mudança conformacional da hexoquinase na presença da glicose
Ajuste Induzido.
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Reação 2: é a conversão da G6P em frutose-6-fosfato (F6P) por meio da fosfoglicose-isomerase (PGI) – isomerização de uma aldose para uma cetose.
A segunda reação
Fosfohexose isomerase
glicose-6-fosfato (G6P) Frutose-6-fosfato (G6P)
aldose cetose
isomerização
Rearranjo dos grupos carbonila e hidroxila nos carbonos C1 e C2 – é critica para os dois passos seguintes!
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Na reação 3, a fosfofrutoquinase (PFK) fosforila F6P para formar frutose-1,6-bifosfato (FBP ou F1,6P)
A terceira reação
Esta enzima catalisa o ataque nucleofílico do grupo C1- OH sobre o átomo eletrofílico -fósforo do complexo Mg2+-ATP;
A fosfofrutoquinase desempenha um papel fundamental no controle da glicólise porque catalisa uma das reações determinantes do fluxo dessa via;
Pode ter a atividade aumentada pelo AMP e inibida pelo ATP e citrato.
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Fosfofrutoquinase(PFK-1) também é uma enzima reguladora e representa o ponto principal de regulação da glicólise.
A terceira reação
Fosfofrutoquinase(PFK-1)
Frutose-6-fosfato (G6P)
Frutose 1-6-bifosfato (G6P)
Baixo ATP – atividade de PFK-1 aumentada.
Excesso de produtos de hidrólise de ATP - PFK-1 aumentada.
Alto ATP
PFK-1 inibida
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As três primeiras reações da glicólise
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A quarta reaçãoA aldolase catalisa a quarta reação ; Cliva a frutose-1,6-bifosfato para formar duas trioses :
gliceraldeído-3-fosfato (GAP) e diidroxiacetona-fosfato (DHAP)
Fruto 1, 6, bifosfato aldolase
2 trioses isoméricas
gliceraldeído-3-fosfato (GAP)
diidroxiacetona-fosfato (DHAP)
Frutose 1,6-bifosfato (G6P)
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gliceraldeído-3-fosfato (GAP)
diidroxiacetona-fosfato (DHAP)
Frutose 1,6-bifosfato (G6P)
Rápido e reversivelmente convertida em
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Triose-fosfato-isomerase (TIM)
Interconversão das trioses fosfatos
Somente um dos produtos da reação, o gliceraldeído-3-fosfato, continua na via glicolítica;
Ambos, gliceraldeído-3-fosfato (GAP) e diidroxiacetona fosfato (DHAP), são isômeros cetose-aldose, assim como a F6P e a G6P;
GAP e DHAP são interconvertidos por uma reação de isomerização com um intermediário enediol.
A quinta reação
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Reação de isomerização pela TIM
A triose-fosfato-isomerase catalisa esse processo na reação 5 da glicólise, a reação final da etapa 1 ( a fase preparatória da glicólise).
diidroxiacetona-fosfato (DHAP)
gliceraldeído-3-fosfato (GAP)
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Uma molécula de glicose foi transformada em duas moléculas
de gliceraldeido 3 – fosfato (GAP);
2 ATPs foram consumidos na geração de intermediários
Fosforilados;
O investimento de energia ainda não foi compensado.
Balanço da etapa 1 da glicólise
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A reação 6Gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase (GAPDH)
Formação do primeiro intermediário de alta energia;
A reação 6 é a oxidação e a fosforilação do GAP por NAD+ e Pi
catalisada pela GAPDH;
Reação exergônica que promove a síntese do acilfosfato de alta
energia, 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG);
acil-fosfato – compostos com alto potencial de transferência de
grupos fosfato.
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Síntese do 1,3-bifosfoglicerato
Reação 6 – primeira reação da segunda etapa
Gliceraldeído-3-fosfato-
desidrogenase (GAPDH)gliceraldeído-
3-fosfato (GAP)
Fosfato inorgânico
1,3 -bifosfoglicerato
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A reação 7
Fosfoglicerato-quinase (PGK)
Primeira geração de ATP;
A reação 7 produz ATP junto com 3-fosfoglicerato (3PG), em uma
reação catalisada pela fosfogliceratoquinase;
Esta mesma quinase realiza a reação inversa, que é uma
transferência de grupo fosfato do ATP para o 3PG, formando 1,3-
BPG.
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A reação realizada pela Fosfoglicerato-quinase (PGK)
1,3-bifosfogliceratotransferência de grupo fosfato do 1,3
bifosfoglicerato para o ADP gerando ATP.
Fosfoglicerato-quinase
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Acoplamento entre as reações de GAPDH e PGK
Uma reação levemente desfavorável pode ser acoplada a uma reação altamente favorável, de forma que ambas ocorram no sentido direto;
Nas reações 6 e 7, o 1,3-BPG é o intermediário comum
Exemplo de fosforilação ao nível do substrato
processo no qual o grupo fosfato de um composto químico é removido e adicionado diretamente ao ADP
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A reação 8
Na reação 8, o 3-fosfoglicerato é convertido em 2-fosfoglicerato (2PG)
pela fosfoglicerato-mutase (PGM);
As mutases catalisam a transferência de um grupo funcional de uma
posição para outra em uma mesma molécula;
Esta reação é uma preparação para a próxima reação da via.
Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato
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3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato
fosfoglicerato-mutase
A Fosfoglicerato-mutase catalisa a transferência reversível do grupo fosfato entre o C-2 e o C-3 do glicerato.
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A reação 9
Desidratação do 2 – fosfoglicerato em fosfoenolpiruvato
Formação do segundo intermediário de alta energia; Na reação 9, o 2-fosfoglicerato é desidratado a fosfoenolpiruvato (PEP).
2 – fosfoglicerato fosfoenolpiruvato
Enolase
Composto fosfato de super alta energia
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A reação 10
Segunda geração de ATP ;
Na reação 10, a reação final, a PK
acopla a energia livre da clivagem do
fosfoenolpiruvato a síntese de ATP
durante a formação do piruvato
Transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP
Piruvato quinase (PK)
Piruvato quinase
Reação irreversível e importante sítio de
regulação.
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Piruvato quinase (PK)A reação é altamente exergônica, fornecendo energia livre suficiente para promover a síntese de ATP;
Outro exemplo de fosforilação ao nível do substrato;
O alto potencial de transferência de grupo fosfato do PEP reflete a alta liberação de energia livre ao converter o produto enolpiruvato em piruvato.
Reação de tautomerização - ocorre pelo rearranjo de elétrons e prótons na molécula
Forma enol Forma ceto
tautomerização
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O investimento da primeira etapa é pago em dobro na segunda
etapa;
Duas unidades C3 fosforiladas são transformadas em dois piruvatos,
com a síntese acoplada de 4 ATPs;
Avaliação da etapa 2 da glicólise
GLICOSE + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 PIRUVATO + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4H
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Fase de investimentoGlicólise:
1
2
3
4
2 x Glyceraldehyde 3-phosphate
Glicoquinaseouhexoquinase
fosfohexose isomerase
fosfofrutokinase 1
aldolase
triose fosfato isomerase
5
(6C)
(2x 3C)
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6
7
8
9
10
Glyceraldehyde 3-phosphate+Dihydroxyacetone phosphate
Fase de pagamentoGlicólise:
5 triose fosfato isomerase
gliceraldeído 3P deidrogenase
Fosfoglicerato quinase
Fosfoglicerato mutase
enolase
piruvato kinase
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![Page 63: 3 Introdução ao Metabolismo e Glicólise - Aula 3 - Profa. Nídia](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081508/5571f80c49795991698c8429/html5/thumbnails/63.jpg)
![Page 64: 3 Introdução ao Metabolismo e Glicólise - Aula 3 - Profa. Nídia](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081508/5571f80c49795991698c8429/html5/thumbnails/64.jpg)
2 açúcares de 3 C
1 açúcar de 6 C
A partir deste ponto as reações são
duplicadas
2 moléculas de Piruvato (3C)
Saldo:
2 moléculas de ATP
2 moléculas de NADH
Glicose + 2NAD + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 2NADH + 2H + 2ATP + 2HGlicose + 2NAD + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 2NADH + 2H + 2ATP + 2H22O O
Glicólise/Reação FinalGlicólise/Reação Final
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• A necessidade glicolítica varia de acordo com os diferentes estados fisiológicos
• Há uma ativa degradação deste açúcar após uma refeição rica em hidratos de carbono, assim como uma acentuada redução durante o Jejum.
• Deste Modo, o grau de conversão de Glicose para o Piruvato é regulado, por forma a satisfazer as necessidades celulares
Glicólise/ControleGlicólise/Controle
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O Controle a Longo PrazoLongo Prazo da Glicólise, particularmente no fígado, é efetuado a partir de alterações na quantidade de Enzimas glicolíticas. Esta ação refletirá nas taxas de síntese e degradação
O Controle a Curto PrazoCurto Prazo é feito por alteração alostérica (concentração de produtos) reversível das enzimas e também pela sua fosforilação.
As enzimas mais propensas a serem locais de controle são as que catalisam as reações irreversíveis:
-Hexocinase
-Fosfofrutocinase
-Cinase do Piruvato
Glicólise/ControleGlicólise/Controle
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Glicólise: via catabólica – degradação de glicose e outros açúcares a piruvato;
Glicólise: via de 10 passos, sendo 7 passos reversíveis e 3 irreversíveis (pontos
de regulação da via);
Uma molécula de glicose é convertida em duas moléculas de piruvato (via do
carbono);
Duas moléculas de ADP e duas de fosfato inorgânico são convertidas em duas
moléculas de ATP (via dos grupos fosforila);
Quatro elétrons (dois íons hidreto) são transferidos de 2 moléculas de
gliceraldeido 3 – fosfato para duas de NAD+ (a via dos elétrons);
Glicólise aeróbica: eficiência de produção de ATP por glicose é alta, velocidade
baixa;
![Page 68: 3 Introdução ao Metabolismo e Glicólise - Aula 3 - Profa. Nídia](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081508/5571f80c49795991698c8429/html5/thumbnails/68.jpg)
Glicólise/FasesGlicólise/Fases
• Glicose Glicose + ATP + ATP Glicose -6-Fosfato + ADP Glicose -6-Fosfato + ADP
• Glicose -6- Fosfato Glicose -6- Fosfato Frutose -6- FosfatoFrutose -6- Fosfato
![Page 69: 3 Introdução ao Metabolismo e Glicólise - Aula 3 - Profa. Nídia](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081508/5571f80c49795991698c8429/html5/thumbnails/69.jpg)
• Frutose -6-P + ATP Frutose -6-P + ATP Frutose 1,6-BiFosfato + ADP Frutose 1,6-BiFosfato + ADP
• Frutose 1,6-BiFosfato Frutose 1,6-BiFosfato Gliceraldeído 3-P + Dihidrocetona Gliceraldeído 3-P + Dihidrocetona FosfatoFosfato
Glicólise/FasesGlicólise/Fases
![Page 70: 3 Introdução ao Metabolismo e Glicólise - Aula 3 - Profa. Nídia](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081508/5571f80c49795991698c8429/html5/thumbnails/70.jpg)
• Gliceraldeído 3-P Gliceraldeído 3-P Dihidrocetona Fosfato Dihidrocetona Fosfato
Glicólise/FasesGlicólise/Fases
![Page 71: 3 Introdução ao Metabolismo e Glicólise - Aula 3 - Profa. Nídia](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081508/5571f80c49795991698c8429/html5/thumbnails/71.jpg)
• Gliceraldeído 3-P + NAD + PiGliceraldeído 3-P + NAD + Pi 1-3 Bisfosfoglicerato + NADH + H 1-3 Bisfosfoglicerato + NADH + H
• 1-3 Bisfosfoglicerato + ADP1-3 Bisfosfoglicerato + ADP 3-Fosfoglicerato + 3-Fosfoglicerato + ATPATP
Glicólise/FasesGlicólise/Fases
![Page 72: 3 Introdução ao Metabolismo e Glicólise - Aula 3 - Profa. Nídia](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081508/5571f80c49795991698c8429/html5/thumbnails/72.jpg)
• 3-Fosfoglicerato 3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato
• 2-Fosfoglicerato2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato + H O Fosfoenolpiruvato + H O2 2
Glicólise/FasesGlicólise/Fases