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Aula de Bioquímica II – SQM04242015201Bacharelado em Ciências Físicas e Biomoleculares

Tema:

Glicólise

Prof. Dr. Júlio César BorgesDepto. de Química e Física Molecular – DQFM

Instituto de Química de São Carlos – IQSCUniversidade de São Paulo – USP

E-mail: [email protected]

Metabolismo de carboidratos

Mastigação: fracionamento do alimento e mistura com a saliva;

Ação da amilase salivar: quebra do amido em maltoses e dextrinas.

Estômago: a digestão de carboidratos cessa temporariamente no estômago

devido a inativação da amilase salivar (pH);

Intestino: a amilase pancreática continua o processo digestivo no intestino;

A digestão final ocorre pela ação de enzimas da mucosa intestinal;

Finalmente, ocorre a absorção de monossacarídeos (glicose, frutose e galactose) no

intestino.

Metabolismo da Glicose

A Glicose tem papel central no metabolismo energético e de carboidratos

Metabolismo da Glicose

A Glicose tem papel central no metabolismo energético e de carboidratos

Principal substrato oxidável Fonte de energia universal

Única fonte de energia para as hemácias e cérebro (no curto prazo)*

Oxidação total da glicose ΔG0 = - 2.840 kJ/mol

Glicólise

Via de degradação de 1 molécula de Glicose em 2 de Piruvato

Piruvato pode seguir 3 caminhos:

11) Ser reduzido a Etanol

Fermentação alcoólica

2

2) Ser reduzido a Lactato

Fermentação Lática

3

3) Ser completamente oxidado a CO2 e H2O

Ciclo do ácido Cítrico

Glicólise

Envolve 10 reações enzimáticos

Citoplasma

11 metabólitos

Dividida em 3 Estágios

1) Investimento

- Aprisionamento e desestabilização

da glicose

2) Rendimento

- Conversão de DHAP em G3P

3) Extração - Pagamento

- Produção de 2 moléculas de ATP e

2 moléculas de NADH

Glicólise: Estágio 1

Formação de Frutose-1,6-Bisfosfato

O aprisionamento de Glicose dentro da

Célula e a sua desestabilização envolve o

investimento de:

2 moléculas de ATP


Aprisionamento de Glicose

HEXOQUINASE (n1) no músculo e GLICOQUINASE (n1) no fígado

O grupo Pi desloca o equilíbrio para seqüestro celular da glicose a partir do plasma

- A G-6P não se difunde pela Membrana plasmática

- Não existem transportadores para G6P

- O Grupo Pi aumenta a reatividade da Glicose


Aprisionamento de Glicose

HEXOQUINASE (n1) no músculo e GLICOQUINASE (n1) no fígado

A MUDANÇA CONFORMACIONAL NA ENZIMA INDUCED FIT


Formação de Frutose-1,6-Bisfosfato2 Passos reacionais

1) Isomerização da G-6P em F-6P: Aldose Cetose: FOSFOHEXOSE ISOMERASE (n2)

- Reação próximo ao equilíbrio químico

Reversível

Controlada pelo concentração de substrato/produtos


Formação de Frutose-1,6-Bisfosfato

1º Passo:

1) Isomerização da G-6P em F-6P: Aldose para Cetose

- Envolve a abertura do ciclo hexagonal

- Isomerização

- Fechamento do Ciclo pentagonal


Formação de Frutose-1,6-Bisfosfato2º Passo:

Fosforilação: FOSFOFRUTOQUINASE-1 (PFK-1) (n3)

- A PFK-1 é uma enzima alostérica e catalisa uma reação exergônica

Importante ponto de Regulação da Glicólise

Controla a velocidade da Glicólise

Irreversível em condições fisiológicas


Quebra de 1 carboidrato de 6 Carbonos em 2 de 3 Carbonos

ALDOLASE (n4)

- Reação reversível

- Somente o GAP entra na rota do Estágio 3 da Glicólise


Quebra de 1 carboidrato de 6 Carbonos em 2 de 3 Carbonos

ALDOLASE (n4)

Reação reversível em condições fisiológicas apesar do ΔG >>> 0

- Somente o GAP entra na rota do Estágio 3 da Glicólise

- O consumo do GAP desloca o equilíbrio no sentido direto da reação

- O consumo de DAHP também desloca o equilíbrio no sentido direto da reação

Glicólise: Estágio 2 Reaproveitamento da DAHP em GAP

A TRIOSE FOSFATO ISOMERASE – TIM (n5) Converte DAHP em GAP

Reação Rápida e Reversível

- No Equilíbrio: 96% da Triose fosfato está na forma de DHAP

- A remoção da GAP pelas reações subsequentes desloca o equilíbrio no sentido direto.

Glicólise: Estágio 2 Reaproveitamento da DAHP em GAP

A TRIOSE FOSFATO ISOMERASE – TIM (n5) Converte DAHP em GAP

Envolve Catálise ácido-base

TIM Barrel


Entrou uma molécula de Glicose

-6C

Consumo de 2 ATPs para a fosforilação da

Glicose

Saíram 2 moléculas de GAP

- 3C fosforilado

Glicólise: Estágio 3Fase 1 do PAGAMENTO

2 Moléculas de GAP entram nesta fase

GLICERALDEÍDO 3-FOSFATO DESIDROGENASE (n6)

Oxidação da GAP em 1,3-Bisfosfoglicerato (1,3-BPG)

- Etapa de preparação da GAP – baixo potencial fosforila – em um produto com alto

potencial fosforila

- Formação do primeiro intermediário de alta energia

- Reação exergônica em condições fisiológicas ↑ [GAP] e consumo do 1,3-BPG


Reação ocorre em duas

etapas

1) A GAP é oxidado pelo

NAD+

2) Fosforilação

GLICERALDEÍDO 3-FOSFATO

DESIDROGENASE (n6)


FOSFOGLICERATO QUINASE (n7)

1,3-Bisfosfoglicerato: Anidrito misto de ácido

fosfórico

- Possui alto potencial doador de Pi

- Fosforilação de ATP ao nível do substrato


2 GAP 2 moléculas de 3-FosfogliceratoAldeído Ácido carboxílico

2 moléculas de ATP formadas2 Moléculas de NADH formadas

Acoplamento das reações n6 e n7Intermediário comum 1,3-BPG

x2


2 Moléculas de 3-Fosfoglicerato entram nesta fase

3-fosfoglicerato é convertido a Piruvato com ‘formação’

de mais 2 ATP

Envolve 3 reações:

- Rearranjo do grupo Pi: preparação

- Desidratação: preparação

- Fosforilação de ADP ao nível do Substrato


FOSFOGLICERATO MUTASE (n8)

- Rearranjo do grupo Pi Isomerização

Essa reação é uma preparação para a próxima etapa da via

O efetor da hemoglobina!


ENOLASE (n9)

- Reação de rearranjo molecular: Desidratação

- A desidratação aumenta o potencial doador de fosforila

Formação do 2º intermediário de alta energia: Fosfoenolpiruvato - PEP

Catálise por íons metálicos

Mecanismo da Enolase Participação de Mg2+


PIRUVATO QUINASE (n10)

- Fosforilação

- PEP doa 1 Pi para o ADP: Fosforilação ao nível do substrato

- Piruvato Quinase é importante ponto de regulação

O Piruvato é mais estável do que o PEP

Apresenta Ressonância

GlicóliseBALANÇO GERAL DA GLICÓLISE

Cancelando os termos comuns

ATP utilizado como moeda energética

NADH em condições aeróbicas sofre oxidação pelo O2

produção de ATP e H2O na mitocôndria

NADH em condições anaeróbicas Glicólise cessa devido à ausência de NAD+

NADH

Carreador temporário de elétrons: precisa haver a reoxidação a NAD+ para ocorrer a

glicólise

Quantidade limitada de NAD+ nas células (derivado da vitamina niacina)

Regeneração de NAD+O metabolismo de Piruvato permite manter a glicólise em condições anaeróbicas

O Balanço Redox no citoplasma deve ser mantido

- A fermentação do piruvato permite regenerar NAD+

Fermentação do Piruvato- Fermentação Alcoólica - Fermentação Lática

Pouca energia é extraída da Glicose pela Fermentação

O 3º destino do piruvato permite extrair 20 x mais energia do que na Glicólise

Fermentação do Piruvato- Fermentação Alcoólica

Ausente no tecido de vertebrados

Presente em muitos organismos

que metabolizam álcool,

e em humanos(no fígado: oxidação do

etanol)

Tiamina pirofosfato (TPP)

- coenzima da enzima piruvato descarboxilase

- derivada da vitamina B1

- levedo de cerveja:fonte de vitamina B1!

- piruvato descarboxilase:em levedura (pão:

bolhas de CO2, cerveja,champagne)

Fermentação do Piruvato- Fermentação Lática

Catalisa a oxidação do

NADH e redução do piruvato a

lactato

Esta reação é reversível

- eritrócitos - músculo em contração

vigorosa- microrganismos:

Lactobacilos(abaixamento de pH:

iogurte)

O lactato pode ser exportado da célula ou convertido (novamente) a piruvato

Grande parte do lactato é transportado pelo sangue até o fígado, onde é usado na síntese

de glicose

Outras Hexoses na Glicose A glicose não é a única Hexose que entra na Glicólise

- Frutose e Galactose são substrato para a Glicólise

Outras Hexoses na GlicoseGalactose é convertida em Glicose por 4 passos enzimáticos

Outras Hexoses na GlicoseIntolerância à Lactose

- Alguns adultos não produzem a Lactase

Lactose Metabolizada lactato liberando a CH4 e H2 por bactérias intestinais

anaeróbicas Flatulência

Lactato provoca diarréia por questão osmótica

Deficiência da Galactose 1-Fosfato UridilTransferase mais comum

- Provoca retardo mental, hepatomegalia, icterícia, cirrose, atraso no crescimento e

catarata formação do Galctitol

- Tratamento evitar produtos lácteos

Galactosemia

Doença metabólica devido à incapacidade de metabolizar galactose

Regulação da Glicólise A via glicolítica tem papel duplo no metabolismo

Degradar Glicose para gerar ATP

Fornecer blocos de construção para nucleotídeos e ácidos graxos

A via glicolítica é rigidamente controlada Metabolismo energético primário

Três reações da glicólise são virtualmente irreversíveis

- Fosfofrutoquinase-1 n3

- Hexoquinase ou Glicoquinase n1

- Piruvato Quinase n10

Pontos potenciais de controle:

1) Alostérica milissegundos

2) Modificação covalente (hormonal) minutos

3) Controle da expressão de proteínas Horas

Regulação diferencial para o Músculo e Fígado

Regulação da Glicólise: Músculo FOSFOFRUTOQUINASE principal Ponto de Controle

- Enzima comprometida com a via glicolítica

- HEXOQUINASE e PIRUVATO QUINASE atuam sobre metabólitos de outras vias

FOSFOFRUTUQUINASE-1: Sensível à Carga Energética

Alta [ATP] Inibida alto teor energéticoAlta [AMP] Ativada baixo teor energéticoAlta [H+] Inibida presença de Lactato proteção

Regulação da Glicólise: Músculo

[Alanina]- Sintetizada a

partir do Piruvato

Regulação da Glicólise: Músculo

Carga energética

baixa

Estimulação Anterógrada

Regulação da Glicólise: Fígado Função de “tamponar” glicose para o Cérebro e Rins

Também fornece blocos para construção diversos a partir de Carboidratos

FOSFOFRUTOQUINASE-1

Regulada por [ATP] e [AMP] de maneira similar à enzima muscular

[H+] não tem efeito fígado não produz lactato

[Citrato] indica a presença de blocos de construção inibe

Frutose 2,6-Bisfosfato ATIVADOR formada pela FOSFOFRUTOQUINASE-2

Se existe alta [Frutose 6-fosfato], a síntese de Frutose 2,6-Bisfosfato será favorecida



GLICOQUINASE

Isoenzima da hexoquinase hepática

Menos ativa sobre a glicose Afinidade 50 x menor do que a Hexoquinase

- Fosforila glicose somente quando esta é farta no fígado

- Não é inibida pela Glicose 6-fosfato – Sem retroalimentação negativa

- Fornece Glicose 6-fosfato para síntese de glicogênio.



PIRUVATO QUINASE

Sujeita à regulação hormonal via modificação covalente.

Também sofre regulação alostérica anterógrada por F1,6-BP e inibição por ATP

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