Aula 3 Metabolismo dos Carboidratos BIOQUIMICA

Prévia do material em texto

Bioquímica
Prof. Dr. Humberto Moreira Spindola
Metabolismo dos Carboidratos: funções, classificação, controle glicêmico, gliconeogênese e glicólise.
Aula 3
TÓPICOS DA AULA
Propriedades dos carboidratos
Metabolismo dos carboidratos
Glicólise e gliconeogênese 
Manutenção da glicemia em jejum
CARBOIDRATOS
CARBOIDRATOS
INFORMAÇÕES GERAIS
Principais fontes: 
Açúcar ( doces, hortaliças e leite) 
Cereais e os grãos (frutas, mel, sucrilhos, aveia, granola, arroz, milho, pipoca, farinhas, pães, bolos e demais massa)
CARBOIDRATOS
INFORMAÇÕES GERAIS
Moléculas orgânicas mais abundantes da natureza 
Possuem várias funções: 
	-fornecimento de energia na dieta 
	-depósito de energia no corpo 
	-componentes membrana celular
Fórmula mais simples de carboidrato: 
CH2O 
“hidrato de carbono” 
Carbono
Hidrogênio
Oxigênio
CARBOIDRATOS
CLASSIFICAÇÃO - GRUPAMENTOS
ALDOSES E CETOSES
Grupos ligados na estrutura:
ALDEÍDOS 
CETONAS
DIHIDROXIACETONA
D-ERITRULOSE
D-RIBULOSE
D-XILULOSE
D-PSICOSE
D-FRUTOSE
D-SORBOSE
D-TAGATOSE
CARBOIDRATOS
CLASSIFICAÇÃO – Nº CARBONOS
MONOSSACARÍDEOS
Açúcares simples 
Classificados de acordo como número de átomos de carbono que contém 
3 carbonos TRIOSES gliceraldeído
4 carbonos TETROSES eritrose
5 carbonos PENTOSES ribose
6 carbonos HEXOSES glicose
7 carbonos HEPTOSES sedoheptulose
9 carbonos NONOSES ácido neuramínico
gliceraldeído
TRIOSE
eritrose
TETROSE
ribose
PENTOSE
glicose
HEXOSE
sedoheptulose
HEPTOSE
Ácido neuramínico
NONOSE
CARBOIDRATOS
MONOSSACARÍDEOS
6 carbonos HEXOSES GLICOSE
Principal monossacarídeo
C6H12O6
CARBOIDRATOS
GLICOSÍDEOS
MONOSSACARÍDEOS LIGADOS POR LIGAÇÕES GLICOSÍDICAS
CARBOIDRATOS
Açúcares formados pela união de dois monossacarídeos
 sacarose, lactose e maltose
GLICOSÍDEOS
DISSACARÍDEOS
CARBOIDRATOS
PRINCIPAIS DISSACARÍDEOS:
GLICOSÍDEOS
CARBOIDRATOS
OLIGOSSACARÍDEOS: 
Com 3 a 12 unidades de monossacarídeos
GLICOSÍDEOS
CARBOIDRATOS
POLISSACARÍDEOS:
 Mais de 3 unidades de monossacarídeos
OS TRÊS POLISSACARÍDEOS MAIS CONHECIDOS DOS SERES VIVOS SÃO: AMIDO, GLICOGÊNIO E CELULOSE
GLICOSÍDEOS
CARBOIDRATOS
POLISSACARÍDEO: AMIDO 
GLICOSÍDEOS
RESERVA ENERGÉTICA DOS VEGETAIS 
ENCONTRADOS EM GRÃOS, RAÍZES, VEGETAIS E LEGUMES
PRINCIPAL FONTE DE CARBOIDRATO DA DIETA
FONTES: MILHO, ARROZ, BATATA, TAPIOCA, MANDIOCA, TRIGO
CARBOIDRATOS
POLISSACARÍDEO: CELULOSE 
GLICOSÍDEOS
CONSTITUINTE ESTRUTURA CELULAR DOS VEGETAIS
NÃO SOFRE AÇÃO DAS ENZIMAS DIGESTIVAS HUMANAS
NÃO É DIGERIDA: FONTE DE FIBRAS DA DIETA
FONTES: FRUTAS, HORTALIÇAS, LEGUMAS, GRÃOS, SEMENTES
CARBOIDRATOS
POLISSACARÍDEO: GLICOGÊNIO 
GLICOSÍDEOS
PRINCIPAL RESERVA ENERGÉTICA DOS ANIMAIS 
FÍGADO E TECIDO MUSCULAR 
MANTEM NÍVEIS DE AÇÚCAR EM PERÍODOS DE JEJUM
USO DIRETO: DURANTE O SONO E CONTRAÇÕES MUSCULARES
CARBOIDRATOS
MOLÉCULAS DE GLICOSE UNIDAS
POLISSACARÍDEO: GLICOGÊNIO 
GLICOSÍDEOS
CARBOIDRATOS
DIGESTÃO 
PRINCIPAIS LOCAIS DE DIGESTÃO DOS CARBOIDRATOS DA DIETA SÃO BOCA E LUZ INTESTINAL 
DIGESTÃO É RÁPIDA E COMPLETA NA ALTURA DA JUNÇÃO DUODENO/JEJUNO
Enzimas: 
dissacaridases endoglicosidases (oligo e polissacarídeos)
CARBOIDRATOS
DIGESTÃO 
BOCA: mastigação com amilase salivar inicia quebra do amido. 
ESTÔMAGO: acidez elevada inativa amilase e para a digestão temporariamente. 
INTESTINO DELGADO: *conteúdo gástrico neutralizado *alfa-amilase pancreática continua o processo de digestão
CARBOIDRATOS
DIGESTÃO 
PROCESSOS FINAIS DE DIGESTÃO NO JEJUNO
Ação de várias dissacaridases e oligossacaridases
Local: superfície interna jejuno
Enzimas na mucosa
CARBOIDRATOS
ABSORÇÃO 
DUODENO E JEJUNO absorvem maior parte dos açúcares
CARBOIDRATOS
ENERGIA
METABOLISMO
Qual é a função?
METABOLISMO CARBOIDRATOS
FRUTOSE
Principal fonte é a SACAROSE (dissacarídeo)
Encontrada em frutas, vegetais e mel
FRUTOQUINASE inicia fosforilação da frutose
Produtos finais:
PIRUVATO
FOSFOGLICERÍDEOS
TRIACILGLICEROIS
Frutoquinase
METABOLISMO CARBOIDRATOS
GLICOGÊNIO
A GLICOSE DO SANGUE PODE SER OBTIDA DE 3 FONTES PRIMÁRIAS:
DIETA
DEGRADAÇÃO DO GLICOGÊNIO
GLICONEOGÊNESE
O uso do glicogênio como fonte e armazenamento é a forma mais eficiente de suprir a quantidade necessária de glicose.
METABOLISMO GLICOGÊNIO
PRINCIPAIS DEPÓSITOS DE GLICOGÊNIO: 
MÚSCULO ESQUELÉTICO
Reserva de combustível para síntese de ATP durante contração muscular
FÍGADO
Manter a glicemia especialmente nos estágios iniciais do jejum
METABOLISMO GLICOGÊNIO
ESTRUTURA DO GLICOGÊNIO
Sintetizado a partir de moléculas de alfa-D-glicose
METABOLISMO GLICOGÊNIO
DEGRADAÇÃO DO GLICOGÊNIO
GLICOGENÓLISE
Conjunto de enzimas responsáveis pela degradação
Produto primário da degradação:
 GLICOSE 1-FOSFATO
Glicose 6-P
Glicose 1-P
Gligogênio fosforilase degrada as cadeias de glicogênio na extremidade não-redutora
Até restarem 4 unidades glicosil antes de um ponto de ramificação (DEXTRINA LIMITE)
Enzimas desramificadoras:
gligosil (4:4) transferase remove 3 resíduos glicosil e transfere para extremidade não-redutora
Amilo (1:6) glicosidase remove o resíduo isolado de glicose
Processos repetidos até liberar 100% da glicose
GLICOSE
Monossacarídeo C6H12O6 
Molécula fundamental para processos bioquímicos
Geração de ENERGIA CELULAR
GLICÓLISE
Rota GLICOLÍTICA é empregada por todos os tecidos para degradação da GLICOSE e fornecimento de energia (ATP)
GLICÓLISE É A BASE DO METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
Todos os carboidratos podem ser convertidos em GLICOSE
Carboidrato Glicose ATP
GLICÓLISE
TRANSPORTE GLICOSE NA CÉLULA
Transporte facilitado:
Glicose não difunde pela membrana
Penetra por mecanismos de transporte a favor gradiente de concentração
Transportadores de membrana:
	- GLUT-1 - GLUT-4
	- GLUT-2 - GLUT-5
	- GLUT-3
Transportador GLUT-4 
ATIVIDADE AUMENTADA PELA INSULINA
GLICÓLISE
TRANSPORTE GLICOSE NA CÉLULA
Co-transporte: 
Transporta glicose contra um gradiente de concentração junto do íon Na+
Gasto de energia (ATP)
Ocorre mais em células epiteliais do intestino e túbulos renais
GLICÓLISE
PIRUVATO: PRODUTO FINAL DA GLICÓLISE EM CÉLULAS COM SUPRIMENTO ADEQUADO DE OXIGÊNIO
glicólise
Glicose
Piruvato
Além do piruvato haverá formação de ATP (energia)
Sequência de 10 reações bioquímicas
fosforilação da glicose, pela enzima Hexoquinase, para que glicose permaneça na célula. O fosfato é adicionado ao carbono 6 da molécula de glicose, portanto, o produto será glicose-6-fosfato.
isomerização da glicose-6-fosfato, formando frutose-6-fosfato. A enzima que catalisa esta reação é a glicose fosfato isomerase.
frutose-6-fosfato é fosforilada, produzindo frutose-1,6-bisfosfato. Esta reação é acoplada à hidrólise de ATP, constituindo então o segundo gasto de energia. A enzima que catalisa esta reação é a fosfofrutoquinase.
divisão da frutose-1,6-bisfosfato em dois fragmentos de 3 carbonos, formando Diidroxiacetona fostato e Gliceraldeído-3-fosfato. A enzima que catalisa esta reação é a aldolase.
A Diidroxiacetona fostato é convertida em Gliceraldeído-3-fosfato, pela enzima triose fosfato isomerase.
Fase com investimento de energia na fosforilação da glicose (2 ATP)
oxidação do Gliceraldeído-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato, pela enzima Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase. Esta é a reação característica da glicólise, porque envolve a adição de fosfato ao Gliceraldeído-3-fosfato e transferência de elétrons para o NAD+ (nicotinamida adenina dinucleotídio). O NAD+ é um transportador de energia, e é reduzido a NADH ao receber dois elétrons e um próton.
produção de ATP pela fosforilação do ADP, pela enzima Fosfoglicerato quinase, e o 1,3-bisfosfoglicerato se converte em 3-Fosfoglicerato.
rearranjo do 3-Fosfoglicerato, e o fosfato passa do carbono 3 para o carbono 2. Isso acontece pela enzima fosfogliceromutase. Forma-se então o 2-Fosfoglicerato.
desidratação do 2-fosfoglicerato, formando fosfoenolpiruvato,pela enzima enolase.
Fosfoenolpiruvato transfere fosfato ao ADP, pela enzima Piruvato quinase, produzindo então, 2 moléculas de piruvato e 2 ATP. 
Fase com produção de energia (ATP)
P
P
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
P
1
2
3
4
5
6
P
1
2
3
4
5
6
P
P
P
ADENINA
RIBOSE
P
P
ADENINA
RIBOSE
P
P
P
ADENINA
RIBOSE
P
P
ADENINA
RIBOSE
GLICOSE
GLICOSE 6- FOSFATO
FRUTOSE 6- FOSFATO
FRUTOSE 1,6- DIFOSFATO
GLICERALDEÍDO 3-FOSFATO
Hexoquinase - fosforilação
Glicose fosfato isomerase – isomerização 
Fosfofrutoquinase - fosforilação
Aldolase – divisão frutose 1,6-difosfato
P
1
2
3
P
3
2
1
FINAL DA 1ª FASE COM GASTO DE 2 ATPs
P
P
3
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase - oxidação
Fosfoglicerato quinase – fosforilação dos ADPs
Fosfogliceromutase - rearranjo do fosfato 
Enolase – desidratação 
2- fosfoglicerato 
Piruvato quinase – fosforilação dos ADPs
GLICERALDEÍDO 3-FOSFATO
3-FOSFO
GLICERATO
FOSFOENOLPIRUVATO
1, 3- DIFOSFO
GLICERATO
2-FOSFO
GLICERATO
2 PIRUVATOS
P
P
ADENINA
RIBOSE
2NAD+
2NADH
P
P
P
ADENINA
RIBOSE
P
P
ADENINA
RIBOSE
P
P
P
ADENINA
RIBOSE
2
1
3
2
1
3
2
1
3
2
1
FINAL DA 2ª FASE
4 ATP
2NADH
P
P
P
ADENINA
RIBOSE
P
P
P
ADENINA
RIBOSE
GLICÓLISE
Reações ocorrem em duas fases:
Investimento de energia (fosforilação da glicose)
Geração de ENERGIA
Redução Piruvato – Lactato 
Produto final da glicólise ANAERÓBICA (sem oxigênio)
Hemácias, cristalino e córnea oculares, medula renal, testículos, leucócitos
No Músculo: em exercício físico ocorre aumento expressivo de NADH favorecendo a redução de PIRUVATO em LACTATO 
Queda do pH intracelular que pode causar CÃIBRAS
EQUILÍBRIO
 Piruvato – Lactato 
Depende da disponibilidade de NADH/NAD+ e lactato desidrogenase
NADH/NAD+
LACTATO
Lactato desidrogenase
PIRUVATO
GLICÓLISE
ENERGIA PRODUZIDA 
Glicose Anaeróbica:
1 Glicose + 2Pi + 2ADP  2 lactato + 2ATP + 2H2O
Glicose Aeróbica:
1 Glicose + 2Pi + 2 NAD+ + 2ADP  
2 piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H+ + H2O
GLICÓLISE
REGULAÇÃO HORMONAL
Insulina
Glucagon 
Proteínas (hormônios) capazes de influenciar atividade enzimática na GLICÓLISE 
Pode resultar aumento de 10 a 20x na atividade enzimática
GLICÓLISE
REGULAÇÃO HORMONAL
Refeição rica carboidratos
Aumento no fígado: glicoquinase fosfofrutoquinase piruvatoquinase
Favorecimento da conversão GLICOSE – PIRUVATO 
(pós-prandial)
Liberação Insulina
GLICONEOGÊNESE
SÍNTESE DE GLICOSE
Glicogênio hepático garante suprimento de glicose por apenas 18h na ausência de carboidrato
GLICOSE será formada com precursores
 (lactato, piruvato, glicerol, alfa-cetoácidos)
Equilíbrio da glicólise tende formar PIRUVATO
Formação de GLICOSE não ocorre por simples reversão da GLICÓLISE
GLICOSE
PIRUVATO
glicólise
GLICONEOGÊNESE
SÍNTESE DE GLICOSE
GLICOSE SINTETIZADA POR VIA ESPECIAL
GLICONEOGÊNESE
GLICOSE
PIRUVATO
glicólise
Oxalacetato
Fosfoenolpiruvato
Carboxilação do piruvato
CONTROLE DA GLICEMIA EM JEJUM
GLICEMIA EM JEJUM
VISÃO GERAL 
Jejum é resultado de:
Incapacidade obter alimento
Desejo de perder peso 
Situações clínicas (pré-cirurgia)
Queda dos níveis plasmáticos de:
Glicose 
Aminoácidos 
Triglicerídeos 
Declínio secreção insulina
Aumento secreção glucagon
Inicia período CATABÓLICO
Degradação de triacilglicerol, glicogênio e proteínas
GLICEMIA EM JEJUM
VISÃO GERAL 
Estado CATABÓLICO leva a troca de substratos entre:
PRIORIDADES:
Necessidade de manter níveis plasmáticos de glicose e manter metabolismo energético do cérebro e outros tecidos que precisem de glicose.
Mobilizar ácidos graxos do tecido adiposo e corpos cetônicos do fígado para suprir energia de outros tecidos. 
GLICEMIA EM JEJUM
VISÃO GERAL 
RESERVAS DE COMBUSTÍVEL 
DISTRIBUIÇÃO DAS RESERVAS DE ENERGIA NO INÍCIO DO JEJUM
Proteínas: se forem comprometidos mais de 1/3 das reservas, pode alterar fatalmente funções vitais. 
GLICEMIA EM JEJUM
ALTERAÇÕES ENZIMÁTICAS
Substratos não são obtidos pela dieta
Provenientes da degradação de tecidos
O JEJUM ALTERA: disponibilidade de substratos; ativação e inibição de enzimas; modificação covalente de enzimas; indução/repressão síntese de enzimas.
FÍGADO NO JEJUM
Utiliza degradação do glicogênio e gliconeogênese para manter glicemia e sustentar metabolismo energético do cérebro e outros tecidos
Reserva de glicogênio hepático ACABA após 10-18h jejum
Com fim do glicogênio inicia GLICONEOGÊNESE (começa 4-6h após última refeição)
FÍGADO NO JEJUM
Oxidação de ácidos graxos derivados do tecido adiposo é principal fonte de energia no tecido hepático. Aumento síntese corpos cetônicos. 
Aumento de Acetil CoA que aumenta piruvato e glicose
Aumento corpos cetônicos usados como fontes energéticas
TECIDO ADIPOSO NO JEJUM
SEM PRODUÇÃO DE GLICOSE DEVIDO BAIXOS ÍNDICES DE INSULINA
Aumento degradação de triacilglicerol por ativação da LIPASE SENSÍVEL A HORMÔNIO
Noradrenalina pode ativar as lipases
TECIDO ADIPOSO NO JEJUM
Aumento liberação de ÁCIDOS GRAXOS no sangue
Ligado à albumina são transportados para os tecidos 
Fontes de ENERGIA
SEM PRODUÇÃO DE GLICOSE DEVIDO BAIXOS ÍNDICES DE INSULINA
MÚSCULO NO JEJUM
PRIMEIROS DIAS DE JEJUM
Degradação rápida proteínas musculares
Fornecimento de aminoácidos para gliconeogênese no fígado
Proteólise muscular diminui com o tempo
MÚSCULO NO JEJUM
Sem produção de glicose devido baixos índices de INSULINA
2 semanas de jejum:
Músculo usa como fonte energética:
*ácidos graxos do tecido adiposo 
*corpos cetônicos do fígado
CÉREBRO EM JEJUM
PRIMEIROS DIAS DE JEJUM
CÉREBRO USA APENAS GLICOSE COMO COMBUSTÍVEL
JEJUM PROLONGADO 
(MAIS DE 2 SEMANAS)
CORPOS CETÔNICOS USADOS COMO FONTE ENERGÉTICA
CONTROLE GLICEMIA EM JEJUM
RESUMO
CARBOIDRATOS
FONTES
DIGESTÃO
BOCA, INTESTINO
CLASSIFICAÇÃO
MONOSSACARIDEOS
GLICOSÍDEOS
DISSACARÍDEOS
OLIGOSSACARÍDEOS
POLISSACARÍDEOS
AMIDO
CELULOSE
GLICOGÊNIO
RESERVA ENERGIA
METABOLISMO
ANABOLISMO
CATABOLISMO
PRODUÇÃO 
GLICOSE
GLICÓLISE
ENERGIA
PIRUVATO 
LACTATO
GLICONEOGÊNESE
GLICEMIA JEJUM
ENERGIA DA GLICOSE E CORPOS CETÔNICOS
O que são carboidratos? Quais as funções deles?
De acordo com a classificação, os carboidratos podem ser monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos ou polissacarídeos. Descreva a definição de cada um citando um exemplo.
Como ocorre a digestão dos carboidratos?
Qual é a função do glicogênio? Quais são os dois principais locais de depósito dele?
Qual é a função da glicose no organismo? Como é o mecanismo de transporte de glicose para dentro da célula?
O que é glicólise? Quantas reações químicas ocorrem no processo de glicólise?
O produto final da glicólise é o piruvato. Qual é a função desta molécula no metabolismo?
O que é gliconeogênese?
Comente sobre como se comportam o fígado, o tecido adiposo e musculatura estriada durante o jejum. 
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO E REVISÃO AULA 3