Gliconeogênese: Produção de Glicose

Prévia do material em texto

Gliconeogênese:
Processo de produção de glicose a partir de
compostos que não são carboidratos.
É importante porque algumas células do nosso
corpo praticamente só usam a glicose como fonte de
energia.
Glicogênio - reserva de glicose, os músculos e
fígado armazenam glicogênio.
O glicogênio do fígado está justamente para
fornecer glicose ao sangue quando necessário.
Em jejum, lentamente o fígado vai quebrando
glicogênio e liberando glicose no sangue. Acontece
que essa reserva abastece o corpo por metade de um
dia.
Sendo assim, a gliconeogênese é fundamental para
manter a concentração do sangue mesmo quando
em jejum.
- Glicerol convertido em diidroxiacetona
fosfato, composto situado entre o piruvato e
glicose
O glicerol faz parte da molécula de triglicerídeos,
onde o glicerol está unido a três cadeias de ácidos
graxos. Para extrair energia dos triglicerídeos, é
necessário separar o glicerol dos ácidos graxos. O
glicerol pode ser usado na gliconeogênese para
fazer glicose, entretanto, os ácidos graxos não
podem, porque são convertidos em acetil-CoA, e os
animais não conseguem converter Acetil-CoA em
glicose.
O glicerol é convertido em Diidroxiacetona fosfato ,
que é um intermediário da glicólise. A
diidroxiacetona fosfato poderá ser usada tanto na
produção de piruvato na glicólise, como na
produção de glicose na gliconeogênese.
- Aminoácidos (exceto lisina e leucina)
- Lactato
No fígado o piruvato é convertido em glicose.
O músculo em atividade física intensa, faz
fermentação onde a glicose é convertida em lactato,
que cai no sangue e vai para o fígado, e o fígado
converte o lactato em piruvato, que vai ser utilizado
na gliconeogênese para produzir glicose.
O músculo também é rico em proteínas, essas
proteínas podem ser quebradas em aminoácidos que
podem ser transportados principalmente na forma
de alanina e glutamina, que é levado para o fígado e
converte em piruvato.
Entram como moléculas intermediárias no processo
de respiração celular para tomar uma via contrária e
produzir a molécula de glicose
Aminoácidos e lactato são convertidos no fígado
em piruvato.
O glicerol é separado dos ácidos graxos,
Metabolismo energético:
No metabolismo energético de plantas, animais e
micro-organismos a glicose ocupa posição central.
A glicose produz energia e é fácil de ser
transportada no sangue (facilitando sua oxidação).
As Principais vias de utilização da glicose:
Matriz extracelular e polissacarídeos da parede
celular.
- Função estrutural na matriz extracelular
- Síntese de polímeros estruturais.
Glicogênio, amido, sacarose - armazenamento.
Ribose-5-fosfato - oxidação pela via da
pentose-fosfato.
Piruvato - oxidação por glicólise
Glicólise:
É uma rota comum a ser seguida em condições
aeróbicas e anaeróbicas.
Evolutivamente, pode-se dizer que a glicólise
parece ter surgido há muitos anos atrás, antes do
aparecimento do oxigênio atmosférico.
- Herança metabólica das primeiras células
que realizam a fermentação.
- Primeiro estágio da quebra de moléculas
orgânicas pela respiração.
A glicólise ocorre em uma série de 10 etapas, cada
uma catalisada por uma enzima específica.
Fase preparatória da glicólise - fosforilação da
glicose e sua conversão a gliceraldeído-3-fosfato.
- Tem o investimento de duas moléculas de
ATP.
- Clivagem de açúcar-fosfato com 6 carbonos
em 2 açúcares-fosfato com 3 carbonos.
Fase de compensação - conversão oxidativa do
gliceraldeído-3-fosfato em piruvato e formação
acoplada de ATP e NADH.
- Geração de energia
Conjunto de reações que fazem a quebra incompleta
da glicose.
Importância da glicose no metabolismo
O papel central da glicose no metabolismo surgiu
cedo na evolução, esse açúcar permanece sendo
combustível quase universal dos organismos atuais.
O cérebro humano requer em média 120g de glicose
por dia, mais da metade de toda a glicose estocada
como glicogênio.
- Depende de glicose, é o principal
combustível
- Tecidos sensíveis ao uso de glicose.
O déficit de glicose causa cefaléia.
Gliconeogênese:
Importância - cérebro, eritrócitos, testículos, medula
renal, tecidos embrionários, a glicose é a principal
ou a única fonte de combustível.
O organismo precisa de um método para sintetizar a
glicose a partir de precursores que não são
carboidratos.
A gliconeogênese é uma via anabólica que ocorre
principalmente no fígado, e em menor extensão no
córtex renal e nas células epiteliais.
- Síntese de glicose.
- Precursores: piruvato, lactato, glicerol e
alguns aminoácidos.
No organismo alimentado:
Fígado: conservação do combustível - o glicogênio
é sintetizado e a rota glicolítica e a piruvato
desidrogenase são ativadas, hidrolisando a glicose a
acetil-Coa para a síntese de ácidos graxos.
- Glicose em concentrações altas ativa as vias
da glicose.
- Tem glicose, começa o processo de
respiração celular.
Organismo em jejum:
Fígado - mantém o nível de glicose no sangue
hidrolisando o glicogênio o glicogênio invertendo o
fluxo da glicólise para gliconeogênese.
- As reações enzimáticas da gliconeogênese
são ativadas quando o animal está em jejum.
- Ativa a gliconeogênese para compensar o
SNC.
Em jejum o cérebro sinaliza.
O fígado precisa manter o nível de glicose no
sangue, hidrolisando (usa água para quebrar a
ligação) glicogênio (que foi estocado quando o
animal estava alimentado). - A glicose a mais vai
ser convertida em aminoácidos
(Os corpos cetônicos são mais hidrossolúveis - pode
ser usado no cérebro).
Síntese de carboidratos a partir de precursores
simples:
Dois destinos alternativos para o piruvato:
- Sofre ação da piruvato-carboxilase e é
convertido a oxaloacetato, indo para
gliconeogênese.
- Sofre ação do complexo
piruvato-desidrogenase, onde é
descarboxilado e convertido a acetil-Coa,
indo para o ciclo de Krebs.
Gliconeogênese:
- Inicia no piruvato e vai até a glicose.
Possui três reações de contorno.
Possui 7 reações compartilhadas.
Três delas não são compartilhadas com a glicose,
porque no ponto termodinâmico (não consegue
mudar a conformação) não é possível.
Primeira reação de contorno - conversão do
piruvato em fosfoenolpiruvato.
Saldo de 2 ATP E 2 GTP
- Ocorre no citosol.
- Utiliza o piruvato ou lactato.
Essa sequência de carboxilação-descarboxilação
representa uma forma de “ativação” do piruvato. A
descarboxilação do oxaloacetato facilita a formação
do PEP.
O piruvato é transportado para a mitocôndria e é
carboxilado convertido a oxaloacetato pela enzima
piruvato-carboxilase, que requer a coenzima
biotina.
- A biotina é um transportador de bicarbonato
ativado.
- A biotina é coenzima da
piruvato-carboxilase, a carboxilação vem do
bicarbonato.
- O bicarbonato se liga ao grupo da biotina,
fazendo com que seja liberado um
grupamento carboxila, que se liga ao
piruvato.
- No sítio ativo da piruvato carboxilase: o
CO2 ativado é transferido da biotina para o
piruvato:
Como a membrana mitocondrial não tem
transportador para o oxaloacetato, antes de ser
exportado para o citosol, o oxaloacetato vai ser
reduzido a malato pela malato-desidrogenase, com
consumo de NADH.
O malato sai da mitocôndria por um transportador
específico, e no citosol ele é reoxidado a
oxaloacetato, com produção de um NADH.
O oxaloacetato sofre descarboxilação e é convertido
a PEP, pela fosfoenolpiruvato-carboxicinase.
Lactato - PEP - Essa via predomina quando o
lactato é o precursor glicogênico.
Essa via faz uso do lactato produzido na glicólise
nos eritrócitos ou no músculo em anaerobiose.
A conversão do lactato em piruvato no citosol de
hepatócitos gera NADH. O piruvato é produzido na
reação lactato-desidrogenase, é transportado para a
mitocôndria, e é convertido a oxaloacetato pela
piruvato-carboxilase. Nesse caso, o oxaloacetato é
convertido diretamente a PEP pela isoenzima
mitocondrial PEP-carboxicinase, e o PEP é
transportado para fora da mitocôndria para dar
continuidade à via gliconeogênica.
Segunda reação de contorno:
Conversão de frutose 1,6 bifosfato a frutose-6
fosfato.
Desforsforilação da frutose 1,6 bifosfato pela
FBPase-1.
A frutose 1,6 bifosfato,é catalisada pela
frutose-1,6-bifosfatase que promove a hidrólise do
fosfato.
Terceira reação de contorno
- Ocorre no retículo.
A glicose-6-fosfatase está presente no retículo de
hepatócitos, de células renais e células epiteliais do
intestino delgado.
- A glicose é entregue do fígado para outros
tecidos via corrente sanguínea.
Conversão da glicose 6-fosfato em glicose.
Ocorrer a desfosforilação da glicose 6-fosfato para
formar glicose, a reação é catalisada pela enzima
glicose-6-fosfatase
O inverso da reação da hexocinase exigiria a
transferência de um grupo fosforil da glicose
6-fosfato para ADP, formando ATP, reação
energeticamente desfavorável.
A hexocinase aprisiona a glicose para que não volte
para o sangue.
A glicose é liberado no sangue e enviada para o
cérebro
O último fosfato é removido porque a glicose
fosforilada não passa pela membrana e fica no
sangue.
Por que realizar gliconeogênese? a glicose formada
pode entrar na fermentação ou na via glicolítica
Compensando gasto de ATP - Produzindo ainda
mais.
fundamental para se manter a concentração de
glicose no sangue mesmo quando estamos em jejum
Intermediários do ciclo do ácido cítrico e
aminoácidos glicogênicos
Os intermediários do ciclo do ácido cítrico com 4, 5
e 6 carbonos podem ser utilizados para a síntese de
glicose.
Átomos de carbono dos aminoácidos derivados de
proteínas também podem ser utilizados nessa
síntese.
Aminoácidos glicogênicos
- Servem como precursores de intermediários
do ciclo do ácido cítrico
Relação entre diferentes órgãos na gliconeogênese:
Músculo (jejum) : Aminoácidos - alanina (que vai
para o fígado)
Músculo ( um esforço intenso) - lactato ( que vai
para o fígado).
No fígado a alanina e o lactato são convertidos em
piruvato.
Ciclo de cori:
O ATP utilizado pelo fígado para ressintetizar a
glicose a partir do lactato é reposto pela fosforilação
oxidativa.
Regulação da glicólise e da gliconeogênese:
- Regulação alostérica
- Modificações covalentes (fosforilação)
- Transcrição gênica
- Regulação hormonal
Se a glicólise (a conversão de glicose em piruvato)
e a gliconeogênese (a conversão de piruvato em
glicose) ocorressem simultaneamente em altas
taxas, o resultado seria o consumo de ATP e a
produção de calor.
Regulação hormonal: a insulina inibe o processo
de gliconeogênese, e o glucagon estimula o
processo de gliconeogênese.
Ficar em jejum estimula aumenta a concentração de
glucagon.
A concentração de glucagon estimula o processo de
gliconeogênese, vai utilizar glicerol (gordura), que
podem reduzir o peso.
Essas duas reações enzimáticas, e várias outras nas
duas vias, são reguladas alostericamente e por
modificações covalentes (fosforilação).
Por ora, basta dizer que as vias são reguladas de
forma que, quando o fluxo de glicose por meio da
glicólise aumenta, o fluxo de piruvato
em direção à glicose diminui, e vice-versa.
A glicólise e gliconeogênese são mutuamente
reguladas para prevenir o gasto operacional com as
duas vias ao mesmo tempo.
3 reações irreversíveis, ou seja, com enzimas
diferentes
1) Glicólise - Hexoquinase (doa P para
impossibilitar que ela sai da célula)
Gliconeogênese - glicose 6-fosfatase (retira um P)
a fosfoglicose-isomerase, transformar a glicose 6-
fosfato em frutose-6 fosfato, mudando sua isomeria.
2) Glicólise - fosfofrutoquinase - doa uma
molécula de P
Gliconeogênese - frutose 1,6 bifosfatase
retira uma P, tornando-se frutose-6-fosfato.
3) Glicólise - Fosfoenolpiruvato é convertido a
piruvato pela piruvato quinase.
Gliconeogênese - de piruvato a oxaloacetato
pela enzima piruvato carboxilase. E o
oxaloacetato para fosfoenolpiruvato pela
PEP carboxiquinase.