glicólise bioquímica para enfermagem prof. dr. didier salmon msc. daniel lima

GlicóliseBioquímica para Enfermagem

Prof. Dr. Didier SalmonMSc. Daniel Lima

Glicólise• Oxidação da glicose a piruvato

Via Glicolítica

Citossol

Pode ser dividida em fases

hexoquinase

fosfoglicose isomerase

fosfofrutoquinase-1

triose fosfato isomerase

G0’ = - 16,7 kJ/mol

G0’ = + 23,8 kJ/mol

G0’ = - 14,2 kJ/mol

G0’ = + 1,7 kJ/mol

aldolase

G0’ = + 7,5 kJ/mol

Investimento de energia

A glicose é fosforilada duas

vezes e clivada para gerar duas

moléculas de gliceraldeído-3-

fosfato.

Pode ser dividida em fases

gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase

fosfoglicerato quinase

fosfoglicerato mutase

enolase

piruvato quinase

G0’ = + 4,4 kJ/mol

G0’ = - 18,8 kJ/mol

G0’ = + 6,3 kJ/mol

G0’ = + 7,5 kJ/mol

G0’ = - 31,4 kJ/mol

Recuperação de energia

As duas moléculas de gliceraldeído-3-

fosfato são convertidas em 2

moléculas de piruvato com a

produção de 4 ATPs, tendo um saldo

líquido de 2 ATPs.

As Reações da Glicólise

• Hexoquinase1ª Etapa: Dupla fosforilação as custas de 2 ATPs


• Fosfoglicose isomerase


• Fosfofrutoquinase-1 (PFK1)


• Aldolase

Nas concentrações pequenasde reagentes a reação é reversível

2ª Etapa: clivagem da hexose produzindo 2 trioses fosforiladas, que são interconvertíveis

Reação da Aldolase (Classe I)

As Reações da Glicólise• Interconversão de trioses (Triose Fosfato Isomerase)


• Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase

3ª etapa: oxidação e nova fosforilação das trioses fosfato (por Pi), formando 2 moléculas de 1 intermediário com 2 grupos fosfato


1. Oxidação do aldeído (gliceraldeído 3-fosfato) a ácido carboxílico, com redução de NAD. Reação termodinamicamente favorável.

2 R – CO – H + 2 NAD+ + 2 H2O → 2 R – CO – OH + 2 NADH + 2 H+

2. Ligação do Ác. Carboxílico com Pi, formando anidrido carboxílico-fosfórico, que é endergônica.

2R – CO – OH + 2 HPO4-2 → 2 R – CO – O – PO3

-2 + H2O

• As reações ocorrem acopladas por um intermediário rico em energia.• Reação pode ser inibida pelo arseniato que compete com o fosfato

A oxidação do carbono torna a entrada do Pi favorável ...

Oxidação pelo NAD+

fosforólise

Inibição de GAP desidrogenase


• Fosfoglicerato quinase– Formação de ATP por transferência de fosforila

4ª etapa: transferência dos grupos fosfato para ADP, formando 4 ATPs e 2 piruvatos.

Fosforilação ao nível do substrato!!Acoplamento das reações GAPDH e PGK: GAP + Pi + NAD+ → 1,3-BPG + NADH G 0’ = +6.3 kJ/mol 1,3-BPG + ADP → 3PG + ATP G 0’ = -18.5 kJ/mol

G 0’ = -12.2 kJ/mol

As Reações da Glicólise• Fosfoglicerato mutase

As Reações da Glicólise• Enolase

– Reação de desidratação

As Reações da Glicólise• Piruvato quinase

Duas partes: - ADP ataca a fosforila do PEP formando ATP e enolpiruvato - tautomerização do PEP a piruvato

Acoplamento das reações: -61.9 kJ/mol (hidrólise de PEP) suficiente para impulsionar a síntese do ATP.

A glicólise é uma via quase que universal, onde 1 molécula de glicose é oxidada a 2 moléculas de piruvato sendo a energia liberada conservada em 2 moléculas de ATP e 2 moléculas de NADH

Todas as enzimas da via glicolítica são citoplasmáticas e seus intermediários são moléculas fosforiladas de 3 ou 6 átomos de carbono

Na fase preparatória da glicólise, 2 moléculas de ATP são consumidas

Na fase de pagamento da glicólise, há produção de 1 molécula de NADH e 2 moléculas ATP para cada triose.

Resumindo...

Equação geral da glicólise

Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi 2Piruvatos + 2ADP + 2NADH + H+ + 4ATP + H2O

2 2

Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2Piruvatos + 2NADH + H+ + 2ATP + H2O

De onde vem a glicose circulante?

Gliconeogênese

Digestão de Carboidratos• Inicia-se na boca• a-amilase salivar: rompimento das ligações a(1→4)• Amilopectina e glicogênio possuem ligações a(1→6), e sendo

assim, o produto da digestão da a-amilase contém uma mistura de moléculas de oligossacarídeos menores e ramificados.

Digestão de Carboidratos• A digestão dos carboidratos cessa temporariamente no estômago,

devido ao pH que inativa a a-amilase salivar• O conteúdo gástrico é neutralizado pelo bicarbonato secretado pelo

pâncreas, e a a-amilase pancreática continua o processo digestivo no intestino

Digestão de Carboidratos• A digestão final ocorre pela ação de enzimas da mucosa intestinal –

dissacaridases e oligossacaridases• Há a absorção de monossacarídeos pelas células da mucosa

intestinal

Estrutura e Papel dos Polissacarídeos

Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?

Frutose• A frutose livre presente em frutos ou formada pela hidrolise da sacarose é fosofrilada

pela hexoquinase. Esta é a principal via pela qual a frutose entra na via glicolítica.

• Frutose + ATP → frutose-6-fosfato + ADP

• No fígado a frutose entra na via glicolítica através da frutoquinase que catalisa a fosforilação do C1 da frutose.

• Frutose + ATP → frutose-1-fosfato + ADP

• A frutose-1-fosfato é clivada em gliceraldeído e diidroxicetona-fosfato pela frutose 1-fosfato aldolase. A diidroxicetona-fosfato é convertida em gliceraldeído-3-fosfato e o gliceraldeído é fosforilado. Portanto os produtos frutose-1-fosfato entram na via glicolítca como gliceraldeído-3-fosfato.

Frutose

Frutose-1-fosfatoFrutose-1-fosfato-aldolase

gliceraldeído + diidroxicetona-fosfato

gliceraldeído-3-fosfato

Triose quinase

Frutose-1-fosfato-aldolase

VIA GLICOLÍTICA

Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?

Galactose

• Galactose é um monossacarídeo resultante da hidrolise da lactose (açúcar presente no leite e seus derivados)

Galactoquinase

Resumindo...

Os destinos do Piruvato

Condições anaeróbicas

Condições anaeróbicas

Condições aeróbicas

Um pouco de história...• Louis Pasteur

– 1861: crescimento de leveduras, por grama de glicose, maior na presença do que na ausência de ar. “EFEITO PASTEUR”: Glicose consumida mais lentamente na presença de ar do que na ausência.

– Teoria vitalista (“força vital”)

• Eduard Buchner– 1907 – Prêmio Nobel– Derruba a Teoria vitalista – a fermentação ocorre sem vida

organizada – Zimases

• Harden e Young– 1909: isolamento do primeiro intermediário da via glicolítica– 1929: Arthur Harden - Prêmio Nobel– Descoberta de um procedimento para acelerar a fermentação:

adição de Pi ao meio.

Destinos do Piruvato em Anaerobiose

• Fermentação (Reoxidação do NADH)– Alcoólica– Lática

Lactato é um “beco sem saída”

Otto Meyerhof• 1922: Prêmio Nobel• Descoberta da correlação entre o consumo de oxigênio e o

metabolismo do ácido lático nos músculos de coelho

Ativador: obtido por autólise de levedura. O ativador perde a atividade se aquecido por 1 minuto a 50ºC e conserva-se bem em gelo. Você pode imaginar a natureza desse ativador?

Para você é espantoso que se obtenha um ativador de músculo de coelho a partir de levedura?

Metabolismo do Etanol no Fígado

Acetaldeído desidrogenase

Ressaca

Álcooldesidrogenase

Hipoglicemia pelo Etanol

Sensibilidade Diferencial ao Etanol• Consumo de álcool segundo diferentes padrões levou a uma evolução

divergente.

• Existem várias enzimas ADH no homem: dímeros (5 genes). ADH são essenciais pois quebram e metabolizam as moléculas de álcool (tóxico) que é absorvida para o sangue.

• População do Sudeste Asiático: maior intolerância ao álcool – acúmulo de acetaldeído – rubor alcoólico (“Asian flush”) – Sudeste asíatico: ~ 50 % pop. possui o alelo mutante ALDH2*2 (8% da

atividade do gene wt) – Alcoolismo (tolerância ao álcool)– Populações europeias: alelos ADH2 e ADH3 menos ativas metabolizam

lentamente o etanol

Sensibilidade Diferencial ao Etanol• Homens x Mulheres

Regulação da Glicólise

1. Número de enzimas (por controles transcricionais/traducionais; Ocorre em minutos ou até horas).

2. Mudança da atividade enzimática (ocorre em segundos) por: Modificação covalente ou ligação a proteína reguladora Regulação alostérica Seqüestro da enzima ou do substrato em compartimentos diferentes

Fluxo de metabólitos de uma via metabólica pode ser modulado por:

Regulação da via glicolítica

Via glicolítica• Reações irreversíveis

– Hexoquinase– Fosfofrutoquinase-1– Piruvato quinase

Gº muito negativo

G0’ = - 16,7 kJ/mol

G0’ = - 14,2 kJ/mol

G0’ = - 31,4 kJ/mol

Hexoquinase

• Glicose + ATP Glicose-6-fosfato + ADP + H+HK

inibidor

Hexoquinase• Isoformas

– I, II e III – cinética michaelliana• Km < 0,1 mM

• [plasmática] de glicose = 5 a 8 mM– Ou seja, isoformas I, II e III funcionam sempre na Vmáx

Glicoquinase• Hexoquinase (músculo): I, II, e III • Glicoquinase ou Hexoquinase IV – presente no fígado: menor afinidade

pela glicose.• Ligada a uma proteína reguladora forma um complexo inativo.

Glicoquinase• Não é inibida por glicose-6-fosfato• Maior Km pela glicose: 10 mM

– Regulada pela [glicose]plasmática – Regulação por sequestro no núcleo celular

Estado Alimentado

> 10 mM

Hepatócito

Glicose não é desperdiçada quando estiver abundante, síntese de glicogênio e ácidos graxos

Glicoquinase• Não é inibida por glicose-6-fosfato• Maior Km pela glicose: 10 mM

– Regulada pela [glicose]plasmática

– Regulação por sequestro no núcleo celular

Jejum

< 10 mM

Hepatócito

Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa. Prioridade cérebro e músculo

Fosfofrutoquinase-1 (PFK-1)• Fru 6-F → Fru 1,6-bF

– A partir desse ponto o açúcar está comprometido com a via glicolítica• Reação altamente exergônica e irreversível

– G0’ = - 14,2 kJ/mol• Além do sítio ativo essa enzima possui diversos sítios onde inibidores e

ativadores alostéricos se ligam.

Reguladores Alostéricos da PFK-1• Negativos: ATP (retroinibição) e Citrato (CK)

• Positivos: AMP (músc. Esq.) e frutose 2,6-bifosfato

Frutose-2,6-Bifosfato

• O ativador mais potente da via glicolítica

Enzima bifuncional (PFK2/F2,6BPase)

• Atividades 6-fosfofruto-2-quinase e frutose-2,6-bifosfatase

• Regulação Alostérica

PFK2

Alta concentração de precursores biossintéticos

Citrato

Regulação por Controle Covalente

Piruvato quinase• Último passo da via glicolítica• Fosfoenolpiruvato + ADP → ATP + piruvato• Tetrâmero apresentando diferentes isoformas

– L (fígado) e M (músculo)

• Regulação Alostérica

Ativação anterógrada

ATP /

Piruvato quinase• Último passo da via glicolítica• Fosfoenolpiruvato + ADP → ATP + piruvato

• Regulação por controle covalente

Piruvato quinase• Também é um tetrâmero apresentando diferentes isoformas em

diferentes tecidos.• Isoforma L (fígado) e isoforma M (músculo).• Diferença: regulação por ligação covalente (fosforilação)

Fígado deixa de fazer glicólise quando a [glicose] no sangue cai

Regulação da via glicolítica

Via antagônica à glicólise: Gliconeogênese

• Síntese de glicose a partir de compostos que não são carboidratos: aminoácidos, lactato e glicerol

Fosfofrutoquinase-1 e Frutose-1,6-Bifosfatase

Frutose-2,6-Bifosfato

Regulação Glicólise x Gliconeogênese

Aspectos clínicos

1) Isquemia (Infarto do miocárdio):

Isquemia: • Falta de suprimento sangüíneo para um tecido orgânico; • Necrose do tecido por isquemia

• Células tumorais Ascites convertem glicose equivalente a 30% do peso seco em lactato/h (Músculo esquelético humano = 6% do peso seco em lactato/h)

• Em muitos tumores, a taxa de entrada de glicose e a glicólise aumentam por um fator 10.

2) Células tumorais: Otto Warburg – 1920

Transformação de uma célula normal para tumoral:

• Mudança para um metabolismo glicolitico;• Tolerância a baixo pH;• Mais o tumor é agressivo maior é a sua taxa de fluxo glicolítico (superxpressão de enzimas glicolíticas e dos transportadores)

glicólise bioquímica para enfermagem prof. dr. didier salmon msc. daniel lima

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