aula 2 glicolise 2014b

Marilvia Dansa - 2014

Sede extrema

Fome Dor de cabeça

Ir ao banheiro com frequência

Visão borrada

Pele seca

Sonolência Dor de

estômago

fraqueza

cansaço

Dor de cabeça

Fome

tontura

sudorese

Glicogênio, amido e sacarose

Via das pentoses fostato

Oxidação: catabolismo

Ribose 5-fosfato piruvato

Estoque: anabolismo

GLICOSE

glicólise

ou via de Embden-Meyerhoff

É a quebra parcial de uma molécula de glicose

Principal via metabólica dos processos fermentativos

Fermentação alcoólica ou fermentação láctica

Leveduras, bactérias, músculo e outras células do corpo

Primeira etapa do processo de respiração celular

“A fermentação é um movimento intestino de partículas ou princípios de cada

corpo, tendendo para a perfeição ou para a transformação em outro. As

partículas elementares postas em movimento, devido à sua própria natureza

ou ocasionalmente vibrando maravilhosamente, são aprisionadas e

transformam-se em outras: as sutis e mais ativas esforçam-se na tentativa de

escapar suavemente, mas estando entrelaçadas com outras mais espessas são

impedidas de fazê-lo. Também as mais espessas são mantidas unidas pelo

intento e expansão das mais sutis e são enfraquecidas até que cada uma

alcance sua própria grandeza e exaltação. Elas fixam em si a devida perfeição

ou completam as alterações e mutações designadas pela natureza.”

Willis, 1684

A fermentação é uma conseqüência da vida sem oxigênio

Com apenas 26 anos de idade, Pasteur fez uma descoberta sobre o desvio no plano

de polarização da luz que lhe valeu a concessão da Légion d'Honneur Francesa" .

Algum tempo após, atendeu a solicitação de alguns dos vinicultores e cervejeiros da

região que lhe pediram para descobrir como os vinhos e a cervejas azedavam.

Durante sua  investigação, através do uso de microscópio, ele pôde constatar que a

levedura ocasionava este processo. Solucionou este problema através de um

processo que originou a atual técnica de pasteurização dos alimentos.

A partir desta nova descoberta, ficou constatado que tanto nos processos de

fermentação quanto nos de decomposição orgânica, há a ação de microorganismos.

“O levedo de cerveja, quando disperso em água, quebra-se em um número infinito de

pequenas esferas. Se estas esferas são transferidas para uma solução aquosa de

açúcar, elas desenvolvem-se em pequenos animais. Estes animais são dotados de uma

espécie de trompa de sucção com a qual eles devoram o açúcar da solução. A digestão

é reconhecível clara e imediatamente por causa da descarga de excrementos. Estes

animais evacuam álcool etílico dos seus intestinos e dióxido de carbono dos seus órgãos

urinários. Deste modo pode-se observar que um fluido especificamente mais claro é

exudado de seu ânus e ascende verticalmente, ao passo que um jato de dióxido de

carbono é ejetado em intervalos muito curtos dos seus genitais enormemente grandes.”

Friedrich Woehler and Justus von Liebig (1893) Annals of Chemistry,

vol. 29)

Eduard Buchner. 1o prêmio Nobel de

Química em 1907 [Der Einfluss des

Sauerstoffs auf Gärungen (A influência

do oxigênio na fermentação) publicado

em 1885.

*1860, † 1917

No. Água(mL)

Sucofervido(mL)

Resíduo(mL)

Dialisado(mL)

Tempo(horas)

Dióxido decarbono(grama)

1

2

2500

250

0250

00

00

25

00

000

025

484848

4848

0,2530,5610,264

0,1540,251

Mistura da reação: 25 mL de suco de levedura + 20 mL de água + 5 g de glicose.Curva A: representa a fermentação na ausência de fosfato adicionado;Curvas B e C: representam o efeito da adição sucessiva de duas quantidades de 5 mL de fosfato de sódio (0.3 M)

C

A

B

“É uma fração termossensível, porque o aquecimento a 50o C por somente um minuto

resulta um considerável grau de inativação. (...) O ativador tem as propriedades de

uma enzima. Eu proponho, portanto, designá-la “hexoquinase”, pois ela atua

especificamente em hexoses fermentáveis. (...) Com certas variações, a velocidade

inicial de formação de ácido lático é proporcional à quantidade de hexoquinase.

Levedura é o único material do qual foi possível isolar o ativador. (...) A procura da

“hexoquinase” em leveduras lisadas foi baseada na idéia de que extratos de levedura

apresentam uma esterificação rápida das hexoses fermentáveis, com subseqüente

fermentação. Extrato de músculos, ao contrário, não apresenta qualquer acumulação

de ésteres. Esta diferença deve ser devido ao fato de o fator essencial para a

esterificação da glicose ser mais concentrada em leveduras. A validade desta hipótese

é ilustrada por observações simultâneas da formação de ácido lático e esterificação de

hexoses em extratos de músculo ativados.”

Otto Meyerhoff (1930) Conversion of fermentable hexoses with a yeast

catalyst (hexokinase)

Droga Efeito

1. Fluoreto de Sódio

2. Cloro-acetal-fosfato (CAP)

3. Iodoacetato

Acúmulo de 2-fosfoglicerato e, a seguir, de 3-fosfoglicerato

Acúmulo de dihidroxicetona fosfato e, a seguir, de frutose1,6 bisfosfato

Um súbito acúmulo de gliceraldeído 1,3 bisfosfato seguido de desaparecimento e de um grande acúmulo de frutose 1,6 bisfosfato

A partir desta experiência, usando apenas os intermediários conhecidos na época, Embden propôs a primeira versão da via glicolítica.

Quebra parcial de uma molécula de glicose

é uma via catabólicacatabólica

é a via dos processos fermentativos

é passagem obrigatória para outras vias

É uma etapa da respiração aeróbica

é uma via universal !!!universal !!!

além da glicose, manose, galactose e frutose podem

ser usados como substrato

Glicólise ou via glicolítica ou via de Embden-Meyerhof

Pode ser definida como a quebra parcial de uma molécula de glicose

Dez reações - as mesmas em todas as células - mas a velocidade

difere

Convergência adaptativa

Dez reações divididas em duas fases:

Primeira fase ou fase de investimento:

converte uma molécula de glicose (6C) em duas

moléculas de gliceraldeído 3-fosfato (G3P) (3C)

Segunda Fase ou fase de pagamento:

produz duas moléculas de piruvato, duas moléculas

de ATP e 2 moléculas de NADH.H+

Na fase de investimento a molécula de glicose é fosforilada e quebrada em 2 moléculas de gliceraldeído

3P

Fosforilação da

glicose e sua

conversão a

gliceraldeído 3-

fosfato

É uma reação ” preparatória” - ATP é consumido aqui

para mais tarde ser recuperado

Acoplamento de reações - ATP produz a fosforilação

espontânea da glicose

Hexoquinase (ou glicoquinase) age para fosforilar a

glicose e mantê-la dentro da célula

Glicose + ATP Glicose 6-fosfato + ADP

R1: Glicose + ATP Glicose 6-fosfato + ADP

Hexoquinase é regulada - alostericamente inibida pela glicose-6-P

(produto)

Duas enzimas: hexoquinase e glicoquinase

Km para glicose é 0.1 mM; célula tem 4 mM glucose

Portanto a hexoquinase normalmente está ativa!

Glicoquinase (Kmglucose = 10 mM) somente é ativada quando a

célula está rica em glicose

Primeiro passo da glicólise; G negativo

R2: Glicose-6-P Frutose-6-P

Asclepias meadii ( Asclepiadaceae)

PFK é o passo limitante da glicólise! A segunda reação preparatória

Etapa limitante e G muito negativo significa que a PFK é

altamente regulada

ATP inibe, AMP reverte a inibição

Citrate é também um inibidor alostérico

Frutose-2,6-bifosfato é um ativador alostérico

atividade da PFK aumenta quando o status energético (ou a

carga energética) está baixo

atividade da PFK diminui quando o status energético está alto

C6 quebrada em 2 C3s (DHAP, Gli-3-P)

Aldolases animais são aldolases da classe I

Aldolases da classe I formam ligações covalentes (base de

Schiff) intermediárias entre o substrato e uma lisina do

sítio ativo da enzima

6C 3C 3C+

DiHidroxicetona-P é convertida a Gli-3-P

Fosforilação da

glicose e sua

conversão a

gliceraldeído 3-

fosfato

2x GLICERALDEIDO3P

Fase de pagamento ou síntese de ATP

Nesta fase as 2 moléculas de gliceraldeído 3P são convertidas em 2 moléculas de piruvato

Conversão oxidativa

do gliceraldeído 3P a

piruvato e a formação

acoplada de ATP e

NADH

A energia liberada na quebra da glicose é convertida em 4

ATPs

O saldo de ATP na glicólise é de 2 ATP

A segunda fase envolve dois intermediários de alta energia

1,3 BPG

Fosfoenolpiruvato

Gli-3P é oxidado a 1,3-BPG

A energia formada da conversão de um aldeído em um ácido carboxílico

é usada para produzir 1,3-BPG e NADH.H+

1,3-bisfosfoglicerato – primeiro composto de alta energia1,3-bisfosfoglicerato – primeiro composto de alta energia

Síntese de ATP a partir de um fosfato de alta energia

Reação conhecida como “ fosforilação no nível do

substrato”

Transferência do grupo fosforil do C-3 para C-2

Racional desta enzima - reposicionar o fosfato para

produzir PEP (composto de alta energia)

Formação de um intermediário fosfo-histidina!

2-P-Gli a PEP

Enolase catalisa o rearranjo da molécula = mais energia

pode ser liberada por hidrólise

PEP é o segundo composto de alta energia

PEP a Piruvato produzindo ATP

Estes dois ATPs (de uma molécula de glicose) podem ser vistos

como o “pagamento” da glicólise

G - negativo - regulação!

Alostericamente ativado por AMP, F-1,6-biP

Alostericamente inibido por ATP e acetil-CoA

G nas células:

A maior parte dos valores são próximos de zero

3 das 10 reações têm G negativos

G muito negativos são os sítios de regulação G muito negativos são os sítios de regulação

A velocidade da via glicolítica pode ser regulada de várias

maneiras:

1. Disponibilidade de substratos

2. Concentração de enzimas responsáveis pelos passos

limitantes da via

3. Regulaçao alostérica das enzimas 3. Regulaçao alostérica das enzimas

4. Modificação covalente das enzimas (fosforilação)4. Modificação covalente das enzimas (fosforilação)

3 pontos de regulação, 3 enzimas-chaves

Hexoquinase

Fosfofrutokinase (PFK1)

Piruvato kinase (PK)

Hexoquinase – regulada pelo produto G6P (feed-back

Fosfofrutokinase (PFK1) – carga energéticaFosfofrutokinase (PFK1) – carga energética

Piruvato kinase (PK) – carga energéticaPiruvato kinase (PK) – carga energética

Fosfofrutokinase (PFK1) Fosfofrutokinase (PFK1) – inibida por ATP e citrato;

ativada por ADP e frutose2,6bisfosfato(F2,6bisP)

Piruvato kinase (PK) Piruvato kinase (PK) – inibida por acetil-CoA, ATP,

alanina e acidos graxos; ativada por frutose 1,6P

Regulação por hormônios:

Fosfofrutokinase (PFK1) – Fosfofrutokinase (PFK1) –

Piruvato kinase (PK) – Piruvato kinase (PK) –

A frutose 2,6 bisfosfato ativa a PFK1 e consequentemente a glicólise

A frutose 2,6 bisfosfato é convertida a frutose 6P em resposta a altos niveis de glucagon (baixo niveis de glicose sanguinea)

Caminho anaeróbico ou aeróbico?

NADH.HNADH.H++ é energia - dois possíveis destinos

metabólicos:

Em condições anaeróbicas, NADH.H+ é re-oxidado

fornecendo NAD+ para mais glicólise

Em condições aeróbicas, NADH.H+ é re-oxidado na

cadeia transportadora de elétrons, produzindo ATP por

fosforilação oxidativa

PiruvatoPiruvato também é energia - dois destinos

metabólicos possíveis:

Em condições anaeróbicas: transformação em um dos

produtos finais da fermentação (lactato ou etanol e CO2 )

Em condições aeróbicas: transformação em CO2 e H2O

Summary of relevant variations in the glucose-degrading pathways of archaea, as compared with the classical bacterial/eukaryal pathways. Pyr:Fd OR, pyruvate ferredoxin oxidoreductase; TCA, trichloroacetic acid. Adapted from Archives of Microbiology, Comparative analysis of the Embden–Meyerhof and Entner–Doudoroff glycolytic pathways in hyperthermophilic archaea and the bacterium Thermologa, Selig, M., Xavier, K. B., Santos, H. and Schönheit, P., 167, p. 230, Figure 11, 1997 © Springer-Verlag GmbH & Co. [5].

Frutose, manose e galactose

Frutose e manose entram na glicólise diretamente

Galactose - a via de Leloir "converte" galactose em

glicose

A glicólise constitui a maior parte das reações que compõem os processos

fermentativos

A glicólise é essencial para obtenção de energia em organismos anaeróbicos

A glicólise sustenta boa parte do aporte de energia muscular em atividade

intensa (anaerobicamente)

A glicólise é a primeira das 3 etapas que compõem a respiração celular

Alguns intermediários da via glicolítica são comuns a várias outras vias

metabólicas

O piruvato é um dos principais pontos de convergência das vias catabólicas

Glicose, frutose, manose ou galactose

Nas duas linhagens celulares, o consumo de glicose é reduzido na presença de oxigênio – o efeito Pasteur (P). Entretanto, a linhagem celular mais agressiva, MDA-MB-231, tem um consumo de glicose muito maior na presença de oxigênio que a celula MCF-7 de fenótipo não invasivo – o efeito Warburg (W). Why do cancers have high aerobic glycolysis?Robert A. Gatenby & Robert J. GilliesNature Reviews Cancer 4, 891-899 (November 2004)

Oncogene (2006) 25, 4633–4646

1. Hexoquiinase, gliceraldeído-3-P desidrogenase (GAPDH), e enolase –

enzimas envolvidas com regulação transcricional de proteína

(Niederacher and Entian, 1991; Herrero et al., 1995; Feo et al., 2000; Rodriguez et al., 2001; Zheng et

al., 2003).

2. Hexokinase e GAPDH podem regular apoptose

(Ishitani and Chuang, 1996; Shashidharan et al., 1999; Tajima et al., 1999; Dastoor and Dreyer,

2001; Gottlob et al., 2001; Pastorino et al., 2002; Rathmell et al., 2003; Majewski et al., 2004),

3. Glicose-6-P isomerase pode afetar a motilidade celular

(Liotta et al., 1986; Nabi et al., 1990; Watanabe et al., 1996; Niinaka et al., 1998; Sun et al., 1999).

1. Quais os substratos da glicólise?

2. Quais os produtos da glicólise?

3. Quais as enzimas chaves da glicólise?

4. Como a carga energética da célula regula a glicólise?

5. Por que organismos anaeróbicos fazem fermentação?

6. Em que circunstâncias organismos aeróbicos fazem

fermentação?