Universidade Federal FluminenseDepartamento de Biologia Celular e MolecularNiterói, 06 de outubro de 2010.

Oxidação da Glicose Pela Via das Pentoses

Alunos: Patricky Santos Silva / Pedro Henrique Azevedo.Turma: Bioquímica IV (F1-Farmácia)Professora: Evelize Folly das Chagas

A glicose 6-fosfato pode ter outro destino

Tanto na via da glicólise como na da

gliconeogênese a glicose 6-fosfato é um intermediário muito importante.

Na via glicolítica a primeira reação consiste na transformação da glicose em glicose 6-fosfato pela enzima hexocinase com gasto de ATP. E vão se

prosseguindo uma série de reações até a obtenção do piruvato, este produto final da glicólise participa em grande parte do ciclo de Krebs, no qual se processam várias reações para a obtenção posterior de ATP.

Na via da gliconeogênese a glicose 6-fosfato é o último intermediário para a formação da glicose pela ação da enzima glicose 6-fosfatase. Não é só das vias da glicólise e da gliconeogênese que a

glicose 6-fosfato participa, ela é essencial para outras vias catabólicas para a geração de outros

produtos essenciais para a sobrevivência da célula.De grande importância entre essas vias, em

alguns tecidos, está a oxidação da glicose 6-fosfato

em pentoses fosfato através da via das pentoses fosfato (também chamada de via do fosfogliconato

ou das hexoses monofosfato).1

As pentoses são utilizadas tanto por células em divisão acelerada (medula óssea, mucosa

intestinal e do tecido epitelial) para a síntese de RNA, DNA, ATP, NADH+H+, FADH2 e coenzima A

como em outros tecidos, tendo então como produto final principal o NADPH que é utilizado na defesa contra os radicais do oxigênio e em

reduções biossintéticas. O NADPH oriundo da via das pentoses é muito utilizado pelos tecidos nos

quais existem a síntese intensa de ácidos graxos, colesterol e de hormônios esteróides.

Figura1: Reações oxidativas da via das pentoses fosfato.

As células que estão sempre em contato com o oxigênio como as da córnea e do cristalino e nos eritrócitos devem manter um ambiente redutor para que assim possa prevenir ou recuperar o dano oxidativo.

A fase oxidativa produz pentoses fosfato e NADPH

A primeira reação da via das pentoses fosfato é a oxidação da glicose 6-fosfato pela glicose 6-fosfato desidrogenase (GPD) para a formação de 6-fosfoglicono-δ-lactona, um éster intramolecular. O NADP+ é o receptor de elétrons e o equilíbrio final está muito deslocado na direção da formação do NADPH. A lactona é hidrolisada pela ação de uma lactonase específica e forma o 6-fosfogliconato que sofre desidrogenação e descarboxilação pela 6-fosfogliconato desidrogenase para formar a cetopentose ribulose 5-fosfato no seu isômero aldose, a ribose 5-fosfato. Em alguns tecidos, a via das pentoses fosfato termina nesse ponto e a equação final pode ser descrita como:

Glicose 6-fosfato + 2 NADP+ + H2O → ribose 5-fosfato + CO2 + 2NADPH + 2H+

Os produtos finais NADPH e ribose 5-fosfato têm importância fundamental, como já citado anteriormente, na prevenção e até no tratamento de problemas ocasionados pelo contato com radicais livres oriundos do oxigênio e como precursores para a síntese de nucleotídeos respectivamente.

A fase não-oxidativa recicla as pentoses fosfato em glicose 6-fosfato

Nos tecidos onde a necessidade de NADPH é maior que a de ribose 5-fosfato, as pentoses fosfato que são produzidas na fase oxidativa são recicladas em glicose 6-fosfato. Nessa fase não-oxidativa, a ribulose 5-fosfato é epimerizada em xilulose 5-fosfato.

As

Então, em uma série de rearranjos dos esqueletos carbônicos dos açúcares, seis moléculas de açúcar fosfato com seis átomos de carbono são convertidas em cinco moléculas de açúcar fosfato com seis átomos de carbono, completando o ciclo e permitindo a oxidação contínua da glicose 6-fosfato com a produção de NADPH. As enzimas que agem nas interconversões são a transcetolase e a transaldolase.

Figura 2: Transformação da ribulose 5-fosfato em xilulose 5-fosfato

A transcetolase catalisa a transferência de um fragmento de dois átomos de carbono de uma Cetose doadora para uma aldose receptora. Nessa sua primeira aparição na via das pentoses fosfato a transcetolase transfere C-1 e C-2 da xilulose 5-fosfato para a ribose 5-fosfato, formando um produto com sete átomos de carbono a sedoeptulose 7-fosfato. O fragmento com três átomos de carbono remanescente da xilulose é o gliceraldeído 3-fosfato.

Após essa reação com a transcetolase a transaldolase catalisa uma reação similar à reação da aldolase na glicólise: Um fragmento de três átomos de carbono é removido da sedoeptulose 7-fosfato formando a eritrose 4-fosfato que é condensada com o gliceraldeído 3-fosfato que leva a formação de frutose 6-fosfato.

Agora, a transcetolase age novamente formando frutose 6-fosfato e gliceraldeído 3-fosfato a partir da eritrose 4-fosfato e xilulose 5-fosfato. Duas moléculas de gliceraldeído 3-fosfato podem ser convertidas em uma de frutose 1,6-bifosfato, e, finalmente a FBPase-1 e a fosfohexose isomerase convertem a frutose 1,6-bifosfato em glicose 6-fosfato completando o ciclo.

Figura 3 – Fase de Rearranjo da Via da Pentose-Fosfato3

Figura 4 4

Figura 5 4

As duas primeiras reações da via das pentoses fosfato oxidativa são irreversíveis, pois são oxidações com variação de energia negativa muito grande. As reações da parte não-oxidativa são prontamente reversíveis e podem converter hexoses fosfato em pentoses fosfato. Todas as enzimas na via das pentoses fosfato estão localizadas no citosol, como aquelas da glicólise e a maioria das da gliconeogênese. As três vias estão conectadas por meio de várias enzimas e de vários intermediários compartilhados.

A glicose 6-fosfato é repartida entre a glicólise e a via das pentoses fosfato

A entrada da glicose 6-fosfato na via da glicólise ou na via das pentoses fosfato depende das necessidades momentâneas da célula e da concentração do NADP+ no citosol. Quando o nível de NADP+ está alto a via das pentoses fosfato é favorecida. Quando o nível de NADP+ cai, a glicose 6-fosfato é deslocada para a glicólise. Sendo assim a velocidade da via pentose fosfato é controlada pelo nível de NADP+. Baixos níveis de NADP+ inibem a desidrogenação da glicose 6-fosfato, pois esta é necessária como um aceptor de elétrons. Este efeito é grande uma vez que o NADPH compete com o NADP+ pela ligação à enzima. O marcante efeito do nível de NADP+ na regulação da velocidade da via das pentoses fosfato, especificadamente na fase oxidativa assegura que a geração de NADPH não ocorra ao menos que esteja baixo o suprimento necessário para as biossínteses redutoras. Já a fase não-oxidativa desta via é controlada principalmente pela disponibilidade de substratos. 2

Diferentes Modos de Ação da Via das Pentoses-Fosfato

Modo 1 – Necessidades equilibradas de NADPH e ribose 5- fosfato. Nessas condições a reação que predomina é a formação de duas moléculas de NADPH e uma de ribose 5-fosfato a partir de uma de glicose 6-fosfato pela fase oxidativa da via pentose fosfato. A estequiometria do modo 1 é:

Glicose 6-Fosfato + 2 NADP+ + H2O → Ribose 5-Fosfato + 2 NADPH + 2H+ + CO2

Modo 2 – Muito mais necessidade de ribose 5-fosfato do que de NADPH. Como exemplo deste modo, temos as células em processo de divisão, que necessitam rapidamente de ribose 5-fosfato para a síntese de nucleotídeos precursores de DNA. A maior parte da glicose 6-fosfato é transformada em frutose 6-fosfato e gliceraldeído 3-fosfato pela via glicolítica. Após a transaldolase e a transcetolase transformam duas moléculas de frutose 6-fosfato e uma de gliceraldeído 3-fosfato em três moléculas de

Figura 6 5

ribose 5-fosfato, pela reversão das reações antes descritas. A estequiometria do modo 2 é:

5 Glicose 6-Fosfato + ATP → 6 Ribose 5-Fosfato + ADP + 2H+

Modo 3 – Necessidade de NADPH e ATP. Como alternativa, a ribose 5-fosfato formada pela fase oxidativa da via pentose fosfato pode ser convertida a piruvato. A frutose 6-fosfato e o gliceraldeído 3-fosfato derivados da ribose 5-fosfato entram na via glicolítica em vez de reverterem à glicose 6-fosfato. Nestas condições geram-se concomitantemente ATP e NADPH, e cinco dos seis carbonos da glicose 6-fosfato emergem em piruvato. Este piruvato formado pode ainda ser oxidado para gerar mais ATP, ou pode ser utilizado como um elemento de construção numa gama de biossínteses.

3 Glicose 6-Fosfato + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5Pi + 8 ADP → 5 Piruvato + 6 NADPH + 5 NADH + 8H+ + 3 CO2

+ 8 ATP + 2 H2O

BibliografiaFigura 7 – Diferentes modos de ação da via das pentoses-fosfato. 5

1) Lehninger – Princípios de Bioquímica – Sarvier, 4ª Ed,2004. P 543-548.

2) Bioquímica – Berg J.M. , Tymoczko J. L. , Stryer L. – 6ª Edição – Rio de Janeiro ;

Guanabara Koogan, 2008. P 582-591.

3) http://www2.iq.usp.br/docente/henning/slides%20aulas/aulahenningglicolise.pdf

Acessado em 05/10/2010.

4) http://rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb2/part1/pentose.htm Acessado

em 05/10/2010.

5) http://graduacao.iqsc.usp.br/files/Glicolise05082010.pdf Acessado em 05/10/2010.