Aula 1 Glicólise.1

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Prof. Edivaldo Ximenes/Enzimologia - UnB
Glicólise e Catabolismo de Hexoses
Disciplina: Bioquímica Fundamental
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Nos vegetais superiores e nos animais, a glicose tem três destinos principais: pode ser armazenada (polissacarídeo ou sacarose), ser oxidada a compostos de três átomos de carbono (piruvato), através da glicólise, ou ser oxidada a pentoses, através da via das pentoses fosfato (via do fosfogliconato)
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Glicólise
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Via Glicolítica
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Via Glicolítica
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Via Glicolítica
Glicólise (do grego glykys, “doce” e lysis, “quebra”)
Via catabólica central
Como a energia armazenada em moléculas como a glicose é usada para realizar trabalho biológico?
Única fonte em algumas células e tecidos:
Mamíferos (eritrócitos, medula renal, cérebro e espermatozóides);
Plantas que estocam amido e algumas aquáticas;
Microrganimos anaeróbicos. 
Precursores para síntese
A via
De glicose a piruvato
2 fases, 10 etapas
Todos açúcares são isômeros D
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Funções da Via Glicolítica
Transformar glicose em piruvato.
Sintetizar ATP com ou sem oxigênio.
Preparar a glicose para ser degradada totalmente em CO2 e H2O.
Permitir a degradação parcial da glicose em anaerobiose.
Alguns intermediários são utilizados em diversos processos biossintéticos.
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Primeira Fase 
Consumo de energia
Captação da glicose pela célula  A captação de glicose pela célula é um processo que consome energia, porém durante as reações seqüenciais da glicólise, parte da energia livre liberada da glicose é conservada na forma de ATP.
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Visão Geral: Fase Preparatória
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Fosforilação de glicose.
A glicose-6-fosfato é o produto ativado que não se difunde para fora da célula.
A hexoquinase não é uma enzima específica, ela fosforila outras hexoses comuns como a D-frutose e D-manose. A enzima requer Mg2+ porque o verdadeiro substrato dela não é o ATP mas sim o complexo MgATP.
Sob condições intracelulares esta reação é irreversível, pois ela forma um composto de baixa energia (glicose-6-fosfato) a partir da hidrólise de um composto de alta energia (ATP)
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Conversão da glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato pela fosfoexoisomerase
Esta enzima catalisa a isomerização reversível de uma aldose (glicose-6-fosfato) em uma cetose (frutose -6-fosfato).
Pela variação relativamente pequena da energia livre, esta reação processa-se rapidamente em qualquer das duas direções.
A enzima também requer Mg2+ e é específica para as duas hexoses (glicose-6-fosfato e frutose-6-fosfato)
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Fosforilação da frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato
Reação é irreversível nas condições celulares.
A fosfofrutoquinase é uma enzima alostérica (regulátória) sendo uma das mais complexas.
Ativadores da fosfofrutoquinase – baixos níveis de ATP e altos níveis de ADP e AMP.
Inibidores da fosfofrutoquinase – altos níveis de ATP e ácido cítrico e quando a célula está bem suprida de outros combustíveis como os ácidos graxos. 
A enzima requer Mg2+ e é especifíca para frutose-6-fosfato.
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Clivagem da frutose 1,6-bifosfato
Reação que envolve a ruptura da frutose 1,6-bifosfato para formar duas trioses fosfato diferentes, o gliceraldeído-3-fosfato (aldose) e a diidroxiacetona fosfato (cetose).
Pode ocorrer nas duas direções.
Durante a glicólise os produtos da reação (2 trioses fosfato) são removidas rapidamente, deslocando a reação na direção das trioses.
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Interconversão das trioses fosfato
Apenas uma das trioses fosfato formada (gliceraldeído-3-fosfato) pode ser diretamente degradada nos passos subseqüente da glicólise.
Com evolução dos organismos e para não haver acúmulo de diidroxiacetona na célula, surgiu a enzima triose-fosfato-isomerase que é extremamente ativa e converte rapidamente a diidroxiacetona fosfato em gliceraldeído-3-fosfato pela reação:
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Interconversão das trioses fosfato
Esta reação completa a fase preparatória da glicólise; nela a molécula de hexose foi fosforilada em C-1 e C-6 e então dividida para formar, em última instância, duas moléculas do gliceraldeído-3-fosfato.
Outras hexoses como D-frutose, D-manose e D-galactose também são conversíveis em gliceraldeído-3-fosfato. 
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Segunda Fase 
Produção de energia
Esta fase converte parte da energia contida na molécula de glicose em ATP, que será armazenada na célula.
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Visão Geral: Fase de Pagamento
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Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-bifosfoflicerato
É a primeira reação da via glicolítica a envolver reação de oxi-redução formando um composto de alta energia (ácido 1-3 difosfoglicérico); este composto é chamado de acil fosfato.
O agente oxidante envolvido é a conenzima NAD+.
A reação é facilmente reversível devido ao baixo Gº’ da hidrólise.
A enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase é um tetrâmero e cada subunidade liga-se a uma molécula de NAD+.
A enzima possui grupos sulfidrilas (S-H) que devem estar livres (reduzidos) para a atividade catalítica.
O NADH formado nessa reação precisa ser re-oxidado, até NAD+ pois as células contém quantidades limitadas de NAD+.
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Transferência do fosfato do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP
A enzima fosfoglicerato quinase transfere o grupo fosfato de alta energia do grupo carboxila do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato.
Esta reação e a reação anterior, são reações acopladas cujo intermediário comum é o ácido 1,3-difosglicérico que transfere seu grupo fosfato para o ADP. 
A soma das reações é:
Resultado do acoplamento, ambas reversíveis nas condições celulares, é a formação de ATP pela liberação de energia na oxidação.
A formação de ATP pela transferência de grupo fosfato de um substrato rico em energia é conhecida como fosforilação ao nível de substrato.
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Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato
Esta enzima pertence a um grupo de catalisadores, chamados fosfomutases, que transferem grupo fosfato de uma posição para outra na mesma molécula de substrato.
A reação ocorre em dois passos como a seguir:
3PGA + P-Enz.  (2,3 diPGA – Enz.)  P – Enz. + 2PGA
			 Enzima + 2,3 diPGA
		O íon Mg2+ é essencial para esta reação
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Desidratação do 2-fosfoglicerato para fosfoenolpiruvato
Segunda reação glicolítica com formação de um composto de alta e energia (fosfato enólico), mediado pelo processo de desidratação.
A saída da molécula de água do ácido-2-fosfoglicérico, provoca rearranjo dos elétrons no ácido fosfoenolpirúvico de modo que uma quantidade maior de energia do composto é libertada na hidrólise.
A enzima enolase requer Mg2+ como cofator.
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 Transferência do grupo fosforil do fosfoenolpiuvato para o ADP
O último passo da via glicolítica é a transferência do grupo fosfato do ácido fosfoenolpirúvico para o ADP para formar o ATP (fosforilação ao nível de substrato).
A reação da piruvato quinase é irreversível sob condições intracelulares. 
A enzima requer K+ e Mg2+ ou Mn2+ para sua atividade. Ela é um importante sítio de regulação.
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Rendimento Energético
2 ATP / Glicose
Equação final da glicólise em condições aeróbicas, após cancelamento dos termos comuns dos dois lados da equação
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 
2piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H20
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Visão Geral
Fase Preparatória
2 fosforilações
Quebra de 1 hexose em 2 trioses
ATP é investido para formar compostos com maior energia livre de hidrólise
Fase do Pagamento
Armazenamento da energia livre na forma de ATP
Eficiência >60% na recuperação de energia
Apenas 5.2% da energia de oxidação da glicose foram liberados. O restante permanece nas moléculas de piruvato.
Intermediários Fosforilados
Ionizados em pH 7,0 com carga negativa não atravessam a membrana contra gradiente de concentração sem gasto de energia
Transferência para ADP
Ligação a Mg2+ e ao sítio catalítico das enzimas
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Três possíveis destinos catabólicos do piruvato
formado na glicólise. O piruvato também serve como precursor em muitas reações que não estão mostradas aqui.
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Destinos do Piruvato
Respiração aeróbica
Fermentação
Láctica
Alcoólica
Reposição do NAD+
TPP; Vitamina B1 (tiamina)
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Fermentação Láctica
Reação catalisada pela lactato desidrogenase que requer NADH + H+;
O NADH produzido na reação 6 é reoxidado, não havendo acúmulo de NADH nos tecidos.
Lactato formado por músculos ativos de animais vertebrados é reciclado. Transportado pelo sangue até o figado  convertido em glicose  durante a recuperação da atividade muscular.
Quando o ácido láctico é produzido em grande quantidade durante contrações musculares vigorosas  provoca dores, limitando o tempo de constrações musculares podem ocorrer.
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Fermentação Alcoólica
Primeiros organismos vivos provavelmente surgiram em uma atmosfera sem oxigênio.
Portanto a fermentação constituiu a maneira mais simples e primitiva de obter energia de moléculas nutritivas, e armazená-la sob a forma de ATP.
A fermentação alcoólica é utilizada pelas leveduras e microrganismos que transformam a glicose em etanol e CO2.
O piruvato é convertido em etanol e CO2 em um processo de dois passos:
A enzima requer Mg2+ e tiamina pirofosfato (TPP) como cofatores. A reação é exergônica e irreversível.
A redução ocorre em presença de NADH + H+ derivado da atividade da gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, produzindo etanol. 
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Rendimento Energético
2 ATP / Glicose
Equação final da glicólise, após cancelamento dos termos comuns dos dois lados da equação
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 
2piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H20
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Via das Pentoses Fosfato
 Produção de pentoses-fosfato e NADPH;
 Glândulas mamárias, córtex adrenal, fígado e tecido adiposo;
Ribose  síntese de nucleotídios
NADPH  síntese de ácidos graxos e hormônios estérois
G6P + 2NADP+ Ribose-5-P + 2NADPH + 2H+
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ESTRATÉGIAS DO METABOLISMO
Metabolismo é o conjunto de sistemas enzimáticos (vias metabólicas) altamente coordenados que cooperam para satisfazer as necessidades de todo o organismo.
Estratégias:
1. O ATP (adenosina trifosfato) é a moeda corrente de energia.
2. O ATP é gerado pela oxidação de moléculas dos nutrientes tais como glicose, ácidos graxos e aminoácidos.
3. O NAD+ é o principal aceptor de elétrons no catabolismo e o NADPH, o principal doador de elétrons nas biossínteses.
4. As macromoléculas e estruturas supramoleculares (proteínas, polissacarídeos, membranas, ácidos nucleicos) são formados a partir de um conjunto relativamente pequeno de unidades construtoras (aminoácidos, glicose e outros mono-sacarídeos, glicerol, ácidos graxos e bases nitrogenadas).
5. As vias de degradação (catabolismo) e de biossíntese (anabolismo) são interconectadas e coordenadas.
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O catabolismo de proteínas, gorduras e carboidratos nos três estágios de respiração celular.
Estágio1: a oxidação dos ácidos graxos, glicose e alguns aminoácidos libera acetil-CoA.
Estágio 2: a oxidação dos grupos acetil por meio do ciclo do ácido cítrico inclui quatro passos, durante os quais ocorre a retirada dos elétrons.
Estágio 3: os elétrons transportados por NADH e FADH2 são introduzidos na cadeia de transportadores de elétrons no interior das mitocôndrias (bactérias os transportadores estão ligados à membrana plasmática), a cadeia respiratória, ao final da qual o O2 é reduzido a H2O.
Esse fluxo de elétrons fornece energia para síntese de ATP.
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COMPARTIMENTALIZAÇÃO DO METABOLISMO
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