GLICÓLISE E FERMENTAÇÕES

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GLICÓLISE E FERMENTAÇÕES
Glicose é o principal monossacarídeo derivado da lactose, sacarose, maltose, amido e dos carboidratos da dieta. Uma vez ingerida, a glicose pode ser convertida em amino açucares como glicosamina, n-acetilglicosamina, ácidos hurônicos como ácido glicurônico usados na formação de glicosaminoglicanos, glicoproteínas e glicolipidios da membrana celular e da matriz extracelular. Nos vegetais pode ser convertida em celulose, componente da parede celular das plantas.
Além disso, no organismo do homem, a glicose ingerida a partir dos alimentos e que não é instantaneamente usada como forma de energia, é transformada em um polissacarídeo de reserva, o glicogênio, que ficará depositado nos músculos e no fígado para ser usado como fonte de energia numa atividade física intensa ou para ser liberada no sangue numa situação de jejum. 
Parte da glicose que não é utilizada como precursor de glicosaminoglicanos, glicoproteínas e glicolipidios ou depositada na células como glicogênio quando há uma fartura de carboidratos na alimentação, é oxidada para liberação de energia. 
A degradação inicial de glicose, envolve sua transformação em duas moléculas menores de piruvato por um conjunto de enzimas glicoliticas que fazem a degradação da glicose por um processo chamado de glicolise ou via glicolitica. 
Parte da glicose diariamente é transformada também por uma outra via metabólica e por um outro conjunto de enzimas em ribose-5-fosfato. A ribose que é precursora do RNA e DNA e componentes de nucleotídeos relacionados a conservação da energia como ATP e GTP. 
Essa degradação da ribose gera um produto importante na produção de gorduras e em reações de inativação de radicais livres e é feita por um conjunto de enzimas que promovem a via das pentoses fosfato. 
Glicólise ou via glicolítica
Assim que a glicose entra em uma célula passando por dentro do transportador GLUT, ela poderá ser degradada imediatamente para liberação de energia sofrendo ação de 10 enzimas presentes no citosol conhecidas como enzimas glicoliticas por um processo denominado glicólise ou via glicolitica. Da mesma forma, galactose, frutose, manose também podem ser degradadas por esse conjunto de enzimas até se transformarem em um produto chamado piruvato. 
Assim, glicólise ou via glicolitica é a fase inicial de degradação dos monossacarídeos, por meio da qual os monossacarídeos com 6 carbonos após sofrerem várias transformações serão degradados em duas moléculas menores de piruvato, cada uma com 3 carbonos, as quais terão diferentes destinos dependendo da presença de oxigênio ou não na célula, dependendo do tipo de enzima presente na célula e da sua capacidade de usar ou não oxigênio. 
Inicialmente, a glicose sofre uma fosforização promovida pela hexoquinase que transfere o fosfato do ATP para o carbono 6 da glicose, convertendo em glicose 6 fosfato. A glicose que é uma aldose tem um grupo aldeído sofre uma isomerização e se transforma em uma cetose frutose por ação da Fosfoglicomutase. A seguir Fosfoglicomutase transfere um fosfato do ATP para o carbono 6 da frutose transformando-a em frutose 1, 6 di-fosfato. Nessas primeiras reações observa-se que haverá gasto de ATP para fosforilar o açúcar e torna-lo apto a sofrer degradação.
Uma vez fosforilada, a frutose 1, 6 di-fosfato é quebrada ao meio pela Aldolase originando uma cetose da diidroxiacetona fosfato e uma aldose gliceraldeido fosfato. Uma outra enzima do citosol chamada triosefosfatoisonerase converte a diidroxiacetona em seu isômero na forma de aldose gliceraldeído fosfato. Assim, nessa etapa serão formados dois gliceraldeido fosfato provenientes da degradação de uma glicose que tinha 6 carbonos e cada gliceraldeído tem 3 carbonos. 
Os processos degradativos envolvem a transformação de moléculas grandes em moléculas cada vez menores o que é acompanhado pela formação de moléculas mais simples que no final poderão ser eliminadas e pela liberação de energia que as células conservam na forma de ATP.
As duas moléculas de gliceraldeído fosfato podem então sofrer uma oxidação promovida pela gliceraldeído fosfato desidrogenase. Uma enzima que liga em seu sitio ativo gliceraldeído fosfato e NAD como auxiliar aceptora de hidrogênio. A gliceraldeído fosfato desidrogenase promove a retirada de hidrogênio do grupo aldeído, transfere para NAD que é transformada em NADH. Só que a NADH deve transferir esse hidrogênio para um outro aceptor para voltar a forma de NAD uma vez que o estoque é pequena e toda vez que ela receber hidrogênio ela deve sempre passar a frente para ser reciclada e voltar a sua forma aceptora de hidrogênio. 
Ao mesmo tempo, durante essa reação um grupo fosfato é incorporado ao carbono derivado do carbono anteriormente na forma de aldeído e assim, o gliceraldeído sofre uma oxidação e uma fosforização, transformando-se em 3 fosfoglicerato, um composto de alto conteúdo energético que pode ser transformada pela fosfogliceratoquinase capaz de transferir o grupo fosfato do carbono 1 para o ADP produzindo ATP. 
Cada intermediário, cada substrato, é transformado por uma enzima fosfogliceratoquinase e assim, haverá formação de 2 ATPs. 
O produto formado em 3 fosfoglicerato sofre isomerização, o grupo fosfato muda da posição 3 para o 2 e assim é transformado em 2 fosfoglicerato que ao sofrer uma desidratação origina o fosfoenolpiruvato, um outro composto de alto conteúdo energético cuja transformação pela piruvato desidrogenase envolve a transferência de um fosfato do ADP produzindo ATP e ao mesmo tempo, produzindo piruvato.
Nessa etapa termina a 1ª fase de degradação dos monossacarídeos e da glicose, que era na presença ou não de oxigênio. Esse conjunto de reações de degradação da glicose com 6 carbonos em duas moléculas de piruvato cada um com 3 carbonos é chamado então de glicólise ou via glicolítica, envolve a formação de duas moléculas de NADH que posteriormente deverão transferir esse hidrogênio para um outro aceptor, envolve a produção de 4 ATP, porém considerando o gasto inicial de 2 ATPs, o saldo líquido equivale a formação de 2 ATP se não houve participação de oxigênio, havendo presença e capacidade de transferência de elétrons para o oxigênio, o saldo energético será diferente nessa primeira fase.
Esse slide demonstra o sitio da enzima gliceraldeído fosfato desidrogenase que tem um resíduo de cisteína capaz de ligar o seu substrato gliceraldeído do grupo aldeído. Ao mesmo tempo, a enzima liga NAD na sua estrutura, remove um hidrogênio do grupo aldeído do gliceraldeído fosfato, transfere para coenzima NAD, formando NADH. A NADH deixa o sitio ativo e poderá ser utilizada por outra desidrogenase que vai remover esse hidrogênio e transferir para um aceptor que pode ser o oxigênio ou piruvato, para que ela retorne na forma de NAD e a reação possa continuar.
Continuando o processo, um grupo fosfato ao carbono 1 derivado do grupo aldeído e finalmente é liberado o produto 1-3 difosfoglicerato, cuja remoção desse grupo fosfato e transferência para o ADP resulta em produção de ATP no próprio citosol sem depender da participação da cadeia respiratória. 
COENZIMAS NAD+ E NADP+
A coenzima NAD é derivada da niacima ou uma vitamina do complexo B ou nicotinamida que na sua forma ativa ocorre como uma amida ligada a uma molécula de ribose do grupo fosfato e essas ligações são idênticas as dos nucleotídeos adenina-ribose-fosfato.
As coenzimas auxiliam as enzimas, atuando como aceptores ou doadores de átomos, elétrons ou outros grupos funcionais. 
A coenzima NAD é usada por várias desidrogenases que removem hidrogênio mas não incorporam em seus próprios aminoácidos. O hidrogênio removido pela desidrogenase pode ser incorporado ao anel da aniacina e assim, a coenzima NAD pode ser reduzida na sua forma NADH.
Quando uma enzima remove hidrogênio na reação de oxidação, apenas um hidrogênio pode ser incorporado a nicotinamida, o outro fica no meio. Posteriormente, uma outra desidrogenase pode usar NADH como doadora de hidrogênio, um sairá do anel da nicotinamida eoutro será incorporado a partir do meio. Como o teor de NAD nas células é pequeno, toda vez que o hidrogênio passar a forma de NADH, há a necessidade de sua reutilização por uma outra enzima para que a NADH (forma reduzida) possa perder esse hidrogênio e voltar a sua forma aceptora NAD (forma oxidada, usada para obter energia dos carboidratos e lipídeos).
A sacarose derivada da beterraba, da cana de açúcar constitui uma importante fonte de energia. Para ser usada como fonte de energia, assim que chega no intestino, ela deve ser degrada ou hidrolisada pela invertase ou sacarase produzidas pelas glândulas das microvilosidades intestinais. A sacarase quebra a ligação beta 2-1 ou alfa 1-2 da sacarose, produzindo ou liberando frutose e glicose. Ambos são absorvidos pelas microvilosidades intestinais, passam para circulação portal, são levados para o fígado e posteriormente passadas para o resto do corpo pela circulação sanguínea, chegando nos tecidos, a glicose é imediatamente transformada pela via glicolitica originando piruvato.
A frutose também deve originar piruvato, para isso ela é convertida em intermediários da via glicolitica por duas vias: ou ela se transforma em frutose-6-fosfato por ação da hexoquinase ou ela é no fígado, rins e intestino transformada pela enzima frutoquinase em frutose-1-fosfato. Por ação de uma aldolase é quebrada ao meio entre diidroxiacetona fosfato e Gliceraldeído, o gliceraldeído é fosforilado por uma triose quinase em gliceraldeído fosfato, a diidroxiacetona fosfato sofre uma isomerização por uma isomerase transformando-se em triose fosfato isomerase em gliceraldeído fosfato. Essas duas moléculas continuam sofrendo ação das enzimas glicoliticas até formarem piruvato e liberar energia. 
A lactose, ao chegar no intestino, deve ser hidrolisada por uma enzima chamada lactase produzida pelas microvilosidades intestinais liberando glicose e galactose, ambas são absorvidos pelas microvilosidades intestinais, passam para circulação portal, são levados para o fígado e posteriormente passadas para o resto do corpo pela circulação sanguínea. Nas células, a glicose imediatamente é transformada pelas enzimas glicoliticas mas a galactose deve sofrer algumas transformações até virar glicose 6 fosfato e posteriormente piruvato: inicialmente a galactose é transformada em galactose 1 fosfato com participação de ATP e enzima galactoquinase. A galactose 1 fosfato é ligada ao nucleotídeo da uracila transformando-se em UDP-Galactose, uma vez ligada ao nucleotídeo, a hidroxila do carbono 4 que está para cima, muda para baixo e a galactose é convertida em UDP-glicose que permanece ligada ao nucleotídeo uracila. A seguir, a UDP glicose sofre uma quebra liberando glicose 1 fosfato que é isomerizada pela fosfoglicomutase e se transforma em glicose 6 fosfato, que continua sendo transformada pelas enzimas glicoliticas até formas piruvato.
Portanto, a lactose para ser aproveitada deve ser hidrolisada em glicose que é fosforilada em glicose 6 fosfato e segue as ações da via glicolitica, enquanto a galactose deve ser inicialmente transformada em galactose 1 fosfato, UDP galactose, UDP glicose, glicose 1 fosfato, glicose 6 fosfato e assim seguir as ações da via glicoliticas. A sacarose deve ser hidrolisada pela sacarose em frutose e glicose e assim seguir as ações da via glicoliticas. A frutose pode entrar na via glicolitica convertendo-se em frutose 6 fosfato e assim seguir as ações da via glicoliticas. 
Fermentação láctica
Um processo pelo qual as células convertem glicose em duas moléculas de piruvato. Por possuírem enzima lactato desidrogenase, não existindo possibilidade de transferir hidrogênio para o oxigênio, as células que possuem lactato desidrogenase (hemácias e células musculares durante atividade física), usam lactato desidrogenase para transferir hidrogênios do NADH e do meio para o piruvato, convertendo o piruvato em ácido láctico ou lactato. Assim, as hemácias obtem energia para realizar todas as suas atividades, quebrando a glicose proveniente do sangue em duas moléculas de lactato. Assim, para cada glicose degradada serão produzidos 4 ATP, menos 2 gastos no começo, restando 2 ATP. Hemácias conseguem regenerar NAD para continuar degradando glicose até a formação de lactato, como não existem outras enzimas para usar o lactato elas são liberadas no sangue pelas hemácias.
Fermentação láctica usada como fonte de energia para hemácias, para músculos durante atividades físicas de alta intensidade e curta duração, para vários tipos de bactérias (microbiota oral, intestinal e vaginal) e bactérias lácticas (iogurte e quefir). 
Como resultado da degradação da lactose por diferentes tipos de bactérias lácticas e liberando ácido láctico provoca uma desmaturação do leite, alteração em sua solubilidade e consequentemente as proteínas do leite se coagulam, levando a formação da coalhada. Ou seja, as bactérias desenvolvidas do leite para obter energia degradam lactose e fermentam glicose e galactose em duas moléculas em ácido láctico. 
Redução do piruvato a lactato
Após a transformação dos monossacarídeos em piruvato, a lactato desidrogenase transfere dois hidrogênios para o piruvato e o transforma em lactato. A útima reação da fermentação láctica, sendo o processo que envolve 11 reações químicas, da qual qualquer monossacarídeo pode ser transformado em duas moléculas de lactato com produção de 2 ATP e sem depender de oxigênio. 
Fermentação alcoólica
A levedura saccharomyce cereviseae (encontrada sob a forma de fermento de padaria), não possui a enzima lactato desidrogenase e não consegue usar oxigênio. Para obter energia, as enzimas da levedura saccharomyce cereviseae quebram sacarose em glicose e frutose, transformam glicose e frutose em duas moléculas de piruvato, produzindo NADH, entretanto como não conseguem transferir hidrogênio formado na via glicolitica para o oxigênio e nem possuem lactato desidrogenase, mas possuem outra enzima chamada piruvatodescarboxilase, as leveduras tiram 1 carbono do piruvato, promovem a sua descarboxilização, convertendo o piruvato em uma molécula de dois carbonos chamado acetaldeído. 
A seguir, como elas possuem álcool desidrogenase, usam isso para transferir hidrogênio do NADH para o acetaldeido e incorporar outro hidrogênio do meio ao acetaldeído produzindo etanol. 
Resultado: 2 moléculas de etanol, 2 moléculas de CO2 e 2 moléculas de ATP sem depender da transferência de elétrons para o oxigênio é chamado de fermentação alcoólica. 
Redução do piruvato a etanol
Assim, nas duas últimas reações do processo de fermentação alcoólica, com a participação da piruvatodescarboxilase e de uma ação coenzima tiaminapirufosfato e participação de magnésio. O piruvato perde esse grupo carbônico ou o grupo carboxílico na forma de CO2, é transformado em acetaldeído com 2 carbonos e a seguir, sofre uma redução catalisada pelo álcool desidrogenase que usa um hidrogênio do NADH e um d=hidrogênio do meio para produzir etanol. 
Essas duas enzimas, piruvatodescarboxilase e álcool desidrogenase catalisam as duas últimas das 12 reações químicas, que envolvem 10 enzimas hidroliticas para transformar um monossacarídeo em piruvato.