exemplificando com uma situação extrema... 1960-1970: tratamento da obesidade com jejum prolongado...
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Exemplificando com uma situação extrema...
1960-1970: tratamento da obesidade com jejum prolongado assistido
Variações metabólicas durante o jejum
plasma
Ácidos Graxos - Hidroxybutirato AcetoacetatoGlycerol Glicose
Tempo (dias)0 5 10 15 20 25 30 35
Met
aból
itos
(mM
)
0
1
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7
Variações metabólicas durante o jejum
plasma
Ácidos Graxos - Hidroxybutirato AcetoacetatoGlycerol Glicose
Tempo (dias)0 5 10 15 20 25 30 35
Met
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itos
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PKA
P
P
P
P
HSLP
HSLP
TAG
TAG
TAG
TAG
TAG
TAG
TAG
glycerol+
fatty acids
albuminfatty acids
perilipin
ADIPOSE TISSUE
MUSCLELIVER
storage lipids
fatty acidsCO2
CO2
CO2
fatty acidsfatty acidsfatty acids
ADP + Pi ATP
ADP + Pi
ATPADP + Pi
ATP
Variações metabólicas durante o jejum
plasma
Ácidos Graxos - Hidroxybutirato AcetoacetatoGlycerol Glicose
Tempo (dias)0 5 10 15 20 25 30 35
Met
aból
itos
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MUSCLE CELL
glucose
NEURON
glucose
CO2
HEPATOCYTE
glucose
acetyl-CoA
acetyl-CoA
acyl-CoA
acetyl-CoA
KIDNEY CELL
acetyl-CoA
ketone bodies
ketonebodies
ketone bodies
ketone bodies
ketonebodies
oxaloacetate
CO2
CO2
MUSCLE CELL
glucose
NEURONNEURON
glucose
CO2
HEPATOCYTE
glucose
acetyl-CoA
acetyl-CoA
acyl-CoA
acetyl-CoA
KIDNEY CELL
acetyl-CoA
ketone bodies
ketonebodies
ketone bodies
ketone bodies
ketonebodies
oxaloacetate
CO2
CO2
fígadoβ-hydroxybutyrate
acetoacetate
β-hydroxybutyrate dehydrogenase
β-ketoacyl-CoA transferase
thiolase
+ CoA
succinyl-CoA
succinate
acetyl-CoA
músculorimcérebro
Variações metabólicas durante o jejum
plasma
Ácidos Graxos - Hidroxybutirato AcetoacetatoGlycerol Glicose
Tempo (dias)0 5 10 15 20 25 30 35
Met
aból
itos
(mM
)
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Variações metabólicas durante o jejum
plasma
fígado
Ácidos Graxos - Hidroxybutirato AcetoacetatoGlycerol Glicose
Glicogênio
Tempo (dias)0 5 10 15 20 25 30 35
Met
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itos
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Glic
ogên
io (m
M)
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400
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ERYTHROCYTE
glucoselactate
BRAIN ADIPOSE TISSUE
MUSCLELIVER
storage lipids
fatty acidsCO2
glucose
CO2
CO2
glucoseCO2
glycogen
fatty acidsfatty acidsfatty acids
glucoseADP + Pi ATP
ADP + Pi
ATP
ADP + Pi
ATPADP + Pi
ATP
Variações metabólicas durante o jejum
plasma
fígado
Ácidos Graxos - Hidroxybutirato AcetoacetatoGlycerol Glicose
Glicogênio
Tempo (dias)0 5 10 15 20 25 30 35
Met
aból
itos
(mM
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Glic
ogên
io (m
M)
0
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200
300
400
500
Gliconeogênese
Síntese nova glicose
Em humanos...
NUTRIENTE
QUANTIDADE (g)
Triacilglicerídeos (tecido adiposo)
9.000
Glicogênio (fígado)
90
Glicogênio (músculo)
250
Glicose (sangue e outros líquidos corporais)
20
Proteína corporal (músculo, principalmente)
8.000
principal reserva
Por que precisamos sintetizar glicose?
CÉLULAS ANAERÓBICAShemáciascélulas do cristalinoalgumas células da retinacélulas da medula renal
glicose
lactato
ADP
ATP
células do cérebro (BHE)células embrionários (BP)
CÉLULAS COM ISOLAMENTO SELETIVO DA CIRCULAÇÃO SISTÊMICA
Células dependentes de glicose como nutriente
glicose
CO2
ADP
ATP
Lactato pode ser convertido em glicogênio no fígado
(Laureados com Prêmio Nobel em 1947)
Gerty Theresa Cori
Carl Ferdinand Cori
Journal of Biological Chemistry, 1929
Lactato desidrogenase (LDH)•reação reversível em condições fisiológicas•enzima tetramérica
dois tipos de subunidades: M (músculo esquelético), H (coração)
diferentes valores de Km para os substratos lactato e piruvato
M4 (músculo esquelético) M3H1M2H2M1H3H4 (coração)
hexocinaseGo´ = -8.0 kcal/mol
fosfo-hexose isomeraseGo´ = -0.6 kcal/mol
fosfofrutoocinaseGo´ = -5.3 kcal/mol
aldolaseGo´ = -0.3 kcal/mol
triose-fosfato isomeraseGo´ = +0.6 kcal/mol
gliceraldeído3P isomeraseGo´ = -0.4 kcal/mol
fosfogliceratocinaseGo´ = +0.3 kcal/mol
fosfoglicerato mutaseGo´ = +0.2 kcal/mol
enolaseGo´ = -0.8 kcal/mol
piruvatocinaseGo´ = -4.0 kcal/mol
Pi
ATP
ADP
glicose-6-fosfato
glicose
ATP
ADP
NAD+
NADH
ADP
ATP
ADP
ATP
frutose-6-fosfato
frutose-1,6-bisfosfato
gliceraldeído-3-fosfato
1,3-bisfosfogliceratoato
3-fosfogliceratoato
fosfoenolpiruvato
piruvato
2-fosfogliceratoato
Reações para conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato (PEP)(para reversão da reação da piruvato cinase)
piruvato
piruvato
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
PEP
malato
PEP PEPCK
PEPCK
malato
MDH
NAD+
NADH
oxaloacetato
MDH
NAD+
NADH
1,3BPG
G3P
G3PDH
NAD+
NADH
piruvato
piruvato
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
PEP
malato
PEP PEPCK
PEPCK
malato
MDH
NAD+
NADH
oxaloacetato
MDH
NAD+
NADH
1,3BPG
G3P
G3PDHNAD+
NADH
lactatoNAD+
NADH
Requerimento diário de glicose = 120gLactato pode gerar 40 g
piruvato
piruvato
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
PEP
PEP PEPCK
1,3BPG
G3P
G3PDH
NAD+
NADH
malatomalato
PEPCK
MDH
NAD+
NADH
oxaloacetato
MDH
NAD+
NADH
fumarato
succinil-CoA
α-cetoglutarato
aas
succinato
piruvato
piruvato
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
PEP
malato
PEP PEPCK
PEPCK
malato
MDH
NAD+
NADH
oxaloacetato
MDH
NAD+
NADH
1,3BPG
G3P
G3PDH
NAD+
NADH
DHAP
F1,6BP
glicerol-P
piruvato
piruvato
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
PEP
malato
PEP PEPCK
PEPCK
malato
MDH
oxaloacetato
MDH
1,3BPG
G3P
G3PDH
lactato
aas
fumarato
succinil-CoA
α-cetoglutarato
succinato
DHAP
F1,6BP
glicerol-P
acil-CoA de cadeia ímpar
acetil-CoA
propionil-CoA
ácido graxo de cadeia ímpar
hexocinaseGo´ = -8.0 kcal/mol
fosfo-hexose isomeraseGo´ = -0.6 kcal/mol
fosfofrutoocinaseGo´ = -5.3 kcal/mol
aldolaseGo´ = -0.3 kcal/mol
triose-fosfato isomeraseGo´ = +0.6 kcal/mol
gliceraldeído3P isomeraseGo´ = -0.4 kcal/mol
fosfogliceratocinaseGo´ = +0.3 kcal/mol
fosfoglicerato mutaseGo´ = +0.2 kcal/mol
enolaseGo´ = -0.8 kcal/mol
piruvatocinaseGo´ = -4.0 kcal/mol
Pi
ATP
ADP
glicose-6-fosfato
glicose
ATP
ADP
NAD+
NADH
ADP
ATP
ADP
ATP
frutose-6-fosfato
frutose-1,6-bisfosfato
gliceraldeído-3-fosfato
1,3-bisfosfogliceratoato
3-fosfogliceratoato
fosfoenolpiruvato
piruvato
2-fosfogliceratoato
Reação para conversão de frutose-1,6-bisfosfato a frutose-6-P(para reversão da reação da fosfofrutocinase)
frutose-1,6-bisfosfatase
frutose-1,6-bisfosfato frutose-6-P
Pi
expressa somente no fígado e no cortex renal
glicose-6-fosfataseglicoseglicose-6-P
Pi
Reação para conversão de glicose-6-P a glicose(para reversão da reação da hexocinase)
piruvato
piruvato
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
PEP
malato
PEP PEPCK
PEPCK
malato
MDH
oxaloacetato
MDH
1,3BPG
G3P
G3PDH
fumarato
succinil-CoA
α-cetoglutarato
succinato
DHAP
F1,6BP F6P G6P glicoseF1,6BPase G6Pase
glicerol-P
aas
lactato
Requerimento diário de glicose: 120 glactato 40 gglicerol 20 gaminoácidos 60 g
piruvato
piruvato
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
PEP
malato
PEP PEPCK
PEPCK
malato
MDH
oxaloacetato
MDH
1,3BPG
G3P
G3PDH
fumarato
succinil-CoA
α-cetoglutarato
succinato
DHAP
F1,6BP F6P G6P glicoseF1,6BPase G6Pase
glicerol-P
aas
lactato
piruvato
piruvato
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
PEP
malatomalato
PEP PEPCKPEP PEPCK
PEPCKPEPCK
malato
MDH
oxaloacetato
MDH
1,3BPG
G3P
G3PDH
1,3BPG
G3P
G3PDH
fumarato
succinil-CoA
α-cetoglutarato
succinato
DHAP
F1,6BP F6P G6P glicoseF1,6BPase G6Pase
glicerol-P
aasaas
lactato
O consumo de álcool, especialmente por um indivíduo mal alimentado, pode causar hipoglicemia. O álcool ingerido é convertido a acetaldeído no citoplasma do hepatócito, em reação catalisada pela álcool desidrogenase:
Utilizando seus conhecimentos sobre a gliconeogênese, tente justificar a hipoglicemia causada pela ingestão de álcool.
NAD+ NADH
CH3CH2OH CH3COH
piruvato
piruvato
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
PEP
malato
PEP PEPCK
PEPCK
malato
MDH
NAD+
NADH
oxaloacetato
MDH
NAD+
NADH
1,3BPG
G3P
G3PDHNAD+
NADH
lactatoNAD+
NADH
fumarato
succinil-CoA
α-cetoglutarato
succinato
aas
piruvato
piruvato
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
PEP
malato
PEP PEPCK
PEPCK
malato
MDH
oxaloacetato
MDH
1,3BPG
G3P
G3PDH
fumarato
succinil-CoA
α-cetoglutarato
succinato
DHAP
F1,6BP F6P G6P glicoseF1,6BPase G6Pase
glicerol-P
aas
lactato
piruvato
piruvato
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
oxaloacetato
PIRUVATO CARBOXILASE
PEP
malatomalato
PEP PEPCKPEP PEPCK
PEPCKPEPCK
malato
MDH
oxaloacetato
MDH
1,3BPG
G3P
G3PDH
1,3BPG
G3P
G3PDH
fumarato
succinil-CoA
α-cetoglutarato
succinato
DHAP
F1,6BP F6P G6P glicoseF1,6BPase G6Pase
glicerol-P
aasaas
lactato
acil-CoA
acetil-CoA
propionil-CoA
ácido graxo
De onde vêm os precursores para a síntese de glicose?
glicose
TAG
glicerol+
ácidos graxos
glicerol
proteínas
aminoácidosaas
ácido graxo
CÉLULA MUSCULAR
ADIPÓCITO
HEPATÓCITO
HEMÁCIAglicose lactato
lactato
NEURÔNIO
glicoseCO2
Em 1930, Weil-Marlherbe e colaboradores observaram, provocando um certo escândalo no meio científico, que a adição de acetoacetato provocava um aumento na formação de glicose em fatias de rim de rato incubadas na presença de lactato.
Por que esses dados pareceram estranhos? Tente explicá-los imaginando de que maneiras uma substância pode estimular uma reação?
Agora discuta a sua resposta com base nos resultados encontrados por Weil-Marlherbe.
1980, Van Schaftingen e colaboradores descobriram uma substância capaz de modificar a atividade da fosfofrutocinase isolada de fígado, como mostra a figura abaixo:
Esta substância é formada no fígado podendo atingir 20M em ratos bem alimentados e destruída após tratamento com glucagon. Observou-se que esta mesma substância era capaz de inibir a frutose 1,6-bisfosfatase com um ki = 0,5M, que é uma concentração próxima daquela necessária para a metade da ativação máxima da fosfofrutocinase. Analise estes dados e procure integrá-los a um esquema metabólico mais geral.
Os mesmos autores descobriram, em 1981, uma enzima capaz de sintetizar frutose-2,6-BP a partir de frutose-6P às custas de ATP, à semelhança do que ocorria na reação catalisada pela fosfofrutocinase anteriormente conhecida. Para evitar confusão as duas enzimas foram denominadas fosfofrutocinse-1 (PFK-1), a clássica, e fosfofrutocinase-2 (PFK-2), a que sintetiza frutose-2,6-bisfosfato. Além disso, o mesmo grupo de trabalho em 1982 purificou de fígado de rato, uma enzima capaz de transformar frutose-2,6-BP em frutose-6P. Observaram ainda que a forforilação desta enzima pela proteína cinase AMPc dependente (PKA) provocava um grande aumento em sua atividade. A PFK-2 também é substrato para PKA, sendo o resultado da fosforilação um acentuado decréscimo de sua atividade.
Gs
α
AC
GTP
Gliconeogênese
Lipólise
Fosforilação de proteínas
sinal / estímulo
ATP cAMP
AMP
GDPGs
αGTP
cAMPcAMP
PKA
lipaseP acetil-CoA
carboxilase
P
Degradação de Glicogênio
glicogênio sintase
P
glicogênio fosforilase
P
piruvato quinaseP
PFK2 / F2,6PaseP+
+
+
-
-
-
-
A adrenalina age no músculo e no fígado através de sua ligação a receptores -adrenérgicos, o que resulta na ativação da PKA. Nos dois tecidos, a PKA catalisa a fosforilação da fosfofrutocinase2/frutose 2,6-bisfosfatase. Entretanto, os efeitos sobre a glicólise em cada um dos tecidos são opostos: no fígado esta via é inibida, enquanto no músculo é ativada. Tente sugerir uma explicação para estes achados.
Hue e colaboradores, em 1981 (J. Biol. Chem. 256, 8900-8903), estudaram os efeitos do glucagon no metabolismo de hepatócitos de rato e verificaram alterações dose-dependentes nos níveis de frutose-2,6-bifosfato e na atividade da fosforilase a (enzima que catalisa a degradação do glicogênio), como mostrado na figura abaixo.
a) Interprete a figura, ressaltando os efeitos metabólicos do glucagon no fígado em função dos resultados observados. b) Quais seriam os resultados desta experiência se as células usadas fossem células musculares?
c) E o que aconteceria nos dois tecidos se o hormônio usado fosse adrenalina?