Glicólise e o metabolismo de carboidratos

Prévia do material em texto

Metabolismo de carboidratos (glicólise) 
Digestão de carboidratos 
▪ Mastigação 
→ Acontece na boca 
→ Ocorre fracionamento do alimento e mistura desse com a saliva 
→ Ação da amilase salivar => quebra amido e glicogênio em maltose, maltotriose e dextrinas 
(pequenos açúcares) 
▪ Estômago 
→ Ambiente mais acidificado por conta do suco gástrico 
→ A digestão de carboidratos cessa por um tempo por causa da inativação da amilase salivar (no 
estômago não há um pH ótimo para a amilase salivar) 
→ No estômago ainda há proteases (digerem proteínas) e lipases (digerem gorduras) 
▪ Intestino 
→ Ocorre a etapa final da digestão de carboidratos 
→ Ação da amilase pancreática (ainda existem outras enzimas no intestino delgado, como maltase, 
peptidase, sacarase, entre outras) 
→ A digestão final ocorre pela ação de enzimas da mucosa intestinal 
→ Ocorre a absorção de monossacarídeos (como glicose, frutose e galactose) 
▪ Absorção de carboidratos 
→ As células intestinais apresentam microvilosidades que aumentam a superfície de absorção 
→ Na superfície apical das células intestinais há a presença de um transportador do tipo simporte 
(transporta sódio a favor do gradiente eletroquímico e, com isso, leva a glicose junto para 
dentro da célula intestinal) 
→ A glicose precisa sair da célula epitelial intestinal e alcançar a corrente sanguínea para ser 
transportada até os tecidos onde será metabolizada 
→ Esse transporte se dá através de transportadores de glicose que serão específicos para cada 
tipo de célula humana (na célula intestinal, por exemplo, o transportador é o GLUT2) 
→ GLUT2 => transporta glicose de dentro da célula intestinal para o sangue; pode estar presente 
no fígado, nas ilhotas pancreáticas e no intestino; no fígado e rim, remove o excesso de glicose 
do sangue; no pâncreas, regula a liberação de insulina 
→ O GLUT1 possui uma localização ubíqua, ou seja, é encontrado em vários tipos celulares 
→ GLUT4 => localizado no músculo, gordura e coração; possui sua atividade aumentada pela 
insulina; não fica prontamente distribuído na membrana (fica dentro de vesículas 
intracelulares); quando há aumento de insulina na corrente sanguínea, há uma sinalização para 
o músculo e para o tecido adiposo de que se deve aumentar a captação da glicose; o GLUT4, 
então, é translocado para a membrana celular 
 
Glicólise 
▪ Via glicolítica (glicólise) 
→ É a sequência de reações que metaboliza/quebra uma molécula de glicose (6 carbonos) em duas 
de piruvato (3 carbonos) e produz concomitantemente duas moléculas de ATP 
→ Glicose => possui papel central no metabolismo energético e de carboidratos; fornece esqueleto 
de carbono para muitos metabólitos; importante para a síntese de polímeros estruturais; pode 
ser armazenada na forma de amido e glicogênio; pode ser oxidada pela glicólise para produzir 
piruvato; pode ser oxidada pela via da pentose-fosfato para produzir ribose-5-fosfato 
→ A glicólise é uma via central do catabolismo da glicose (via com o maior fluxo de carbono na 
maior parte das células) 
→ A glicose é o principal substrato oxidável (fonte de energia universal e prontamente utilizável 
dentro das células) e a única fonte de energia (em curto prazo) para determinadas células 
(como as hemácias, células do cérebro e da medula renal) 
▪ Características da via glicolítica 
→ Envolve 10 reações enzimáticas 
→ Ocorre no citoplasma 
→ Envolve 11 intermediários metabólicos 
→ Dividida em 2 fases (preparatória e pagamento) 
▪ Fase preparatória 
→ Ocorrem 5 reações enzimáticas nessa etapa que convertem a glicose em gliceraldeído-3-
fosfato + di-hidroxiacetona-fosfato 
→ Aprisionamento e ativação da glicose (desestabilização) 
→ Investimento de 2 moléculas de ATP (aumento do conteúdo energético dos intermediários) 
1. Fosforilação da glicose (ativação) = aprisionamento da glicose na célula 
• Hexoquinase (músculo) ou glicoquinase (fígado) são isoenzimas que fosforilam a glicose 
• A glicose-6-fosfato (G6P) não se difunde pela membrana (por conta da carga negativa 
advinda do grupo fosfato adquirido pela fosforilação) 
• Não existem transportadores para G6P 
• A reação é acoplada com a hidrólise do ATP (é exergônica, com grande liberação de 
energia e ΔG negativo) 
• A glicose é fosforilada no carbono 6 
• Reação irreversível por conta do ΔG negativo (1º ponto chave de regulação da 
glicólise) 
2. Isomerização da G6P em frutose-6-fosfato (aldose => cetose) 
• A G6P (hexose; piranose) é convertida em F6P (pentose; furanose) 
• Catalisada pela enzima fosfohexose isomerase 
• Reação reversível com velocidade controlada pela concentração de substrato e 
produto 
3. Formação de frutose-1,6-bifosfato 
• Catalisada pela enzima fosfofrutoquinase-1 (PFK-1) 
• Reação de fosforilação (a PFK-1 utiliza energia oriunda da hidrólise do ATP e fosforila 
o carbono 1 da F6P) 
• Reação irreversível (2º ponto chave de regulação da glicólise; principal ponto de 
regulação da via glicolítica) 
• A PFK-1 é uma enzima alostérica e catalisa uma reação exergônica; controla a 
velocidade da glicólise 
• Etapa comprometida com a glicólise (a frutose-1,6-bifosfato não é desviada para 
nenhuma outra via metabólica, ou seja, só consegue ser metabolizada pela via 
glicolítica) 
4. Formação de gliceraldeído-3-fosfato (GAP; 3 carbonos) + di-hidroxiacetona-fosfato 
(DHAP; 3 carbonos) 
• Catalisada pela aldolase 
• Envolve abertura do anel da frutose-1,6-bifosfato (os carbonos 1, 2 e 3 levam à 
formação de DHAP, e os carbonos 4, 5 e 6 formam GAP) 
• DHAP é uma cetose e GAP é uma aldose 
• Toda DHAP formada é convertida em GAP (somente o GAP entra na segunda fase da 
glicólise) 
• Reação reversível em condições fisiológicas APESAR do ΔG > 0 
• Consumo de GAP e DHAP desloca o equilíbrio no sentido direto da reação 
5. Conversão de DHAP em GAP 
• Catalisada pela triose-fosfato-isomerase 
• Reação rápida e reversível 
• No equilíbrio = 96% da triose fosfato está na forma de DHAP 
• A remoção da GAP pelas próximas reações desloca o equilíbrio no sentido direto 
→ Balanço parcial da fase preparatória => entra 1 molécula de glicose; são consumidas 2 
moléculas de ATP para a fosforilação da glicose (uma na fase 1 e uma na fase 3); saem 2 
moléculas de GAP 
▪ Fase de pagamento 
→ Produção de 2 moléculas de ATP e 2 moléculas de NADH 
→ Possui 5 reações enzimáticas 
→ Energia química da molécula de glicose é armazenada na forma de ATP e NADH 
1. Oxidação da GAP em 1,3-bifosfoglicerato (1,3-BPG) 
• 2 moléculas de GAP entram nesta fase 
• A enzima que participa é a gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (usa NAD+ como 
coenzima) => ocorre redução do NAD+ em NADH e oxidação do substrato GAP 
• GAP é fosforilada com um fosfato inorgânico e se torna 1,3-BPG 
• Formação de um composto de alta energia (o 1,3-BPG possui duas ligações de fosfato 
que, quando hidrolisadas, liberam grande quantidade de energia para dentro da célula) 
• Durante a via glicolítica a energia também é armazenada na forma da síntese de 
compostos de alta energia 
• Reação reversível 
• Importância da reciclagem do NAD+ (regeneração do NAD+, que precisa estar sempre 
disponível) 
2. Fosforilação no nível do substrato (transferência do grupo fosforil do 1,3-BPG ao ADP) 
• 1,3-BPG + ADP => 3-fosfoglicerato + ATP 
• Catalisada pela enzima fosfoglicerato-cinase (transfere o grupo fosfato do 1,3-BPG 
para o ADP, formando ATP) 
• Formação de duas moléculas de ATP porque há duas de 1,3-BPG (por conta das 2 
moléculas de GAP) 
• Acoplamento das etapas 1 e 2 torna o processo termodinamicamente favorável pois... 
• Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase => 1,3-BPG (reação endergônica) 
• Fosfoglicerato-cinase => transferência do grupo fosforil (reação exergônica) 
3. Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato 
• A enzima que atua é a fosfoglicerato-mutase 
• Reação reversível 
• O 3-fosfoglicerato passa por 3 etapas para gerar piruvato 
4. Desidrataçãodo 2-fosfoglicerato formando fosfoenolpiruvato (PEP) 
• O 2-fosfoglicerato, por ação da enzima enolase, forma o fosfoenolpiruvato 
• Formação do segundo composto de alta energia (fosfoenolpiruvato) 
• Potencial de transferência do grupo fosforil da PEP: ΔG = -61,9 kJ/mol 
 
5. Fosforilação no nível do substrato (transferência do grupo fosforil do PEP para o ADP) 
• Fosfoenolpiruvato + ADP => piruvato + ATP 
• Formação de piruvato (3 carbonos) => PRODUTO FINAL da via glicolítica 
• São geradas 2 moléculas de piruvato 
• A enzima atuante é a piruvato-cinase 
• Reação irreversível (3º ponto chave de regulação da via glicolítica) 
▪ Balanço geral da glicólise 
→ Entrada de uma molécula de glicose 
→ Saldo bruto: produção de 2 moléculas de piruvato, 2 de NADH e 4 de ATP 
→ No início da glicólise há gasto de 2 ATP 
→ Rendimento líquido: 2 piruvato, 2 NADH e 2 ATP 
→ O ATP é a principal moeda energética 
→ NADH em condições aeróbicas => oxidação pelo O2, produção de ATP e de H2O 
→ NADH na ausência de oxigênio => a glicólise cessa e há escassez de NAD+ 
→ É necessária a reoxidação do NADH para se tornar NAD+ e ocorrer a glicólise 
▪ O piruvato pode seguir 3 caminhos 
1. Fermentação alcoólica (redução a etanol) 
2. Fermentação láctica (redução a lactato); regeneração do NAD+ para a via glicolítica 
3. Ser completamente oxidado a CO2 e H2O (ciclo do ácido cítrico) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
▪ Regeneração de NAD+ 
→ O metabolismo do piruvato permite manter a glicólise em condições anaeróbicas 
→ Ao ser fermentado, o piruvato permite regenerar NAD+ 
→ Na ausência de O2, ocorre redução do piruvato para gerar lactato 
→ A enzima que catalisa esse processo é a lactato-desidrogenase 
→ Fermentação láctica: o piruvato, por ação da lactato-desidrogenase, é convertido em lactato; 
o piruvato sofre redução; a lactato-desidrogenase usa o NADH como coenzima, que é oxidado 
e se torna NAD+ 
→ A fermentação láctica permite que, na ausência de oxigênio, o NAD+ seja regenerado (por meio 
da reoxidação de NADH) 
▪ Rendimento de ATP em energia da fermentação 
→ Fermentação alcoólica e fermentação láctica produzem apenas 2 moléculas de ATP (baixa 
produção de ATP) 
→ Fermentação alcoólica: Glicose + 2 ADP + 2 Pi => 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O 
→ Fermentação láctica: Glicose + 2 Pi + 2 ADP => 2 lactato + 2 ATP + 2 H2O 
▪ Lactato como fonte de energia 
→ Quando produzido em excesso e acumulado no músculo, o lactato pode ser lançado na corrente 
sanguínea e ser transportado ao fígado 
→ O fígado consegue utilizar o lactato, que será convertido em glicose (gliconeogênese) 
→ Essa glicose pode ser lançada na corrente sanguínea e voltar pro músculo pra produzir ATP ou 
glicogênio 
→ O lactato pode ser exportado da célula ou convertido (novamente) em piruvato 
→ Durante a recuperação muscular, o lactato é transportado pelo sangue até o fígado, onde é 
usado na síntese de glicose (ciclo de Cori) 
▪ Metabolismo de outras hexoses 
→ A via glicolítica também consegue metabolizar outras hexoses 
→ Lactose, frutose, manose e galactose são exemplos 
→ Caso da sacarose: a sacarose, por ação da enzima sacarase, é quebrada em D-glicose e D-
frutose (ambas absorvidas no intestino, lançadas no sangue e encaminhadas para os tecidos); 
D-glicose e D-frutose são substratos para a enzima hexocinase, mas a D-glicose entra na fase 
da glicólise em que é convertida em glicose-6-fosfato e a D-frutose entra na fase em que é 
convertida em frutose-6-fosfato; a hexocinase possui mais afinidade pela D-glicose; em 
tecidos onde há baixa concentração de D-glicose (tecido adiposo, por exemplo), a D-frutose é 
convertida em frutose-6-fosfato; outro caminho é a enzima frutocinase converter a D-frutose 
em frutose-1-fosfato que, por ação da enzima frutose-1-fosfato-aldolase, é convertida em 
gliceraldeído + di-hidroxiacetona-fosfato, os quais, por ação da triosecinase (gliceraldeído) e 
da triose-fosfato-isomerase (DHAP), são convertidos em gliceraldeído-3-fosfato 
→ A oxidação da frutose gera mais energia quando metabolizada porque a frutose já é 
convertida diretamente em frutose-6-fosfato, não havendo gasto energético de ATP como 
ocorre na reação 1 da fase preparatória da glicólise, pois o único gasto de ATP é quando a 
frutose-6-fosfato é convertida em frutose-1,6-bifosfato 
→ Indivíduos que possuem intolerância à frutose possuem deficiência na enzima frutose-1-
fosfato-aldolase 
→ Indivíduos que possuem intolerância à lactose possuem deficiência na enzima lactase 
→ Pessoas com galactosemia possuem deficiências nas enzimas UDP-galactose e UDP-glicose que 
levam à conversão da D-galactose em glicose-1-fosfato 
→ Glicogênio endógeno é degradado pela fosforilase em glicose-1-fosfato e é encaminhado para 
a via glicolítica 
→ O glicogênio e o amido da dieta são degradados pelas amilases e liberam D-glicose, a qual é 
encaminhada para a via glicolítica 
▪ Intolerância à lactose 
→ Em um indivíduo que possui a enzima lactase funcionando corretamente, a lactose é quebrada 
em glicose + galactose e absorvida no intestino delgado 
→ Em um indivíduo que não possui o correto funcionamento da enzima lactase, a lactose não é 
completamente digerida e absorvida no intestino delgado, passando para o intestino grosso 
→ Produtos tóxicos gerados pela fermentação da lactose: metano, H2, CO2, ácido láctico e 
ácido acético 
→ Lactato => efeito osmótico (diarréia, flatulências e câimbras abdominais) 
▪ Galactosemia (incapacidade de transformar galactose em glicose) 
→ Acúmulo de galactose, gerando galactitol ou galactonato (toxicidade elevada) 
→ Acúmulo de galactose-1-fosfato (galactosemia do tipo 3) => galactose-1-fosfato não é 
convertida em UDP-galactose e não haverá formação de UDP-glicose (importante para a 
síntese do glicogênio) ou formação correta de glicolipídeos e glicoproteínas; insuficiência 
hepática, galactosúria e hepatomegalia 
→ Acúmulo de galactitol nos hepatócitos e aumento da pressão osmótica 
▪ Intolerância à frutose 
→ Frutose + ATP => frutose-1-fosfato + ADP 
→ ADP + Pi => ATP (mitocôndria) 
→ Comprometimento de Pi leva à depleção de ATP no fígado 
→ Danos celulares => funcionamento ruim das bombas dependentes de ATP (desbalanço iônico) 
 
Regulação da glicólise 
▪ Papéis primários da glicólise 
→ Produção de ATP e de intermediários metabólicos (nucleotídeos e ácidos graxos) 
▪ A velocidade da glicólise é regulada... 
→ Pelo nível de ATP 
→ Pela regeneração de NAD+ 
→ Pela regulação alostérica de enzimas (reações irreversíveis) 
• Hexocinase 
• PFK-1 (fosfofrutoquinase-1) 
• Piruvato-cinase 
→ Pela concentração de metabólitos-chave (curto prazo) 
→ Pela regulação hormonal (médio prazo) => insulina, glucagon e adrenalina 
→ Pela regulação da expressão de genes (enzimas glicolíticas) => longo prazo 
▪ Regulação alostérica de enzimas (hexocinase) 
→ Hexocinase I (músculo) e hexocinase IV/glicoquinase (fígado) 
→ 1º ponto chave de regulação da glicólise 
→ Sofrem regulação direta pelo seu produto G6P => a hexocinase I é inibida pelo produto, nas a 
hexocinase IV não é inibida 
→ Papéis fisiológicos diferentes: no músculo, consome glicose para a produção de ATP; no fígado, 
consome ou libera glicose dependendo da concentração de glicose na corrente sanguínea 
→ O fígado não possui tanta afinidade pela glicose (quando há pouca glicose, o fígado não a capta, 
deixando-a livre na corrente sanguínea para alcançar outros tecidos); o fígado, por intermédio 
da hexocinase IV, só capta glicose quando há alta concentração dessa molécula no sangue 
→ Período pós-prandial (bem alimentado) => glicose é armazenada no fígado 
→ Jejum (gliconeogênese) => a glicose é liberada do fígado e transportada para os tecidos 
periféricos 
→ Uma proteína reguladora se liga à hexocinase IV no fígado de forma a aprisionar a enzima no 
núcleo, a qual será liberada somente quando houver aumento da concentração de glicose no 
citoplasmada célula => quando GLUT2 começa a captar o excesso de glicose da corrente 
sanguínea, a proteína reguladora se desliga da hexocinase IV para que esta saia do núcleo, vá 
para o citoplasma e ative a conversão da glicose em G6P 
▪ Regulação alostérica de enzimas (PFK-1) 
→ Principais efetores positivos para PFK-1: AMP, ADP e frutose-2,6-bifosfato (indicam que o 
conteúdo energético da célula está baixo e sinalizam que deve haver mais degradação de 
glicose para produzir ATP) 
→ Principais efetores negativos para PFK-1: ATP e citrato (indicam que o conteúdo energético 
da célula está bom e que não há necessidade de se produzir mais ATP) 
→ Alta [ATP] => INIBIDA => alto teor energético (fígado e músculo) 
→ Alta [AMP]/[ADP]; baixa [ATP] => ATIVADA => baixo teor energético (fígado e músculo) 
→ Alta [H+] => INIBIDA => sinaliza a presença de lactato no músculo 
→ [Citrato] => intermediário do ciclo do ácido cítrico => INIBE 
→ A PFK-1 também é regulada pela frutose-2,6-bifosfato => quando há acúmulo de frutose-6-
fosfato (por conta da maior captação de glicose, que será convertida em G6P e depois em F6P) 
no citoplasma da célula, há ação da enzima PFK-2 que converte a F6P em frutose-2,6-bifosfato, 
responsável por ativar a via glicolítica ainda mais pois é uma reguladora alostérica da PFK-1 => 
aumenta a afinidade da PFK-1 pelo seu substrato => irá haver maior captação de F6P e sua 
conversão em F-1,6-BP (ativação da via glicolítica) 
→ A F-2,6-BP é produto do acúmulo de F6P (gerado pelo acúmulo de G6P por conta do elevado 
nível de glicose na corrente sanguínea) => a insulina, por conta do excesso de glicose no sangue, 
atua como reguladora positiva da atividade da PFK-1 => o glucagon, por conta da pouca 
concentração de glicose no sangue, atua como regulador negativo da atividade da PFK-1 
▪ Regulação alostérica de enzimas (piruvato-cinase) 
→ No fígado, a piruvato-cinase é fosforilada 
→ A fosforilação de enzimas controla a atividade enzimática 
→ Em situações de escassez de glicose no sangue, onde a via glicolítica não pode estar ativada, 
toda glicose que chega ao fígado deve ser liberada para a corrente sanguínea 
→ O glucagon, pela via de sinalização da proteína G, ativa a produção de AMPc intracelular, o que 
ativa a PKA (fosforila enzimas) => isso irá garantir a redução da utilização de glicose no 
metabolismo hepático e que haja liberação da glicose para o cérebro e outros tecidos 
→ No músculo, a adrenalina estimula a quebra do glicogênio (glicogenólise) e glicólise => liberação 
de glicose na corrente sanguínea (o músculo consegue suprir sua demanda de ATP) 
→ A F-1,6-BP, em todos os tecidos que fazem glicólise, atua como regulador positivo para a 
piruvato-cinase 
→ ATP e acetil-CoA inibem a atividade da piruvato-cinase porque, se há muito acetil-CoA, ele é 
convertido em piruvato (então há muito piruvato) => a velocidade da via deve ser diminuída e, 
para isso, a piruvato-cinase é inibida