Resumo aula Bioquímica II - aula 3

Prévia do material em texto

Resumo aula Bioquímica II – Aula 3
REGULAÇÃO
O metabolismo vai gerar um processo de economia máxima, ou seja, ele vai evitar desperdícios, acúmulos desnecessários de intermediários, quebras desnecessárias de nutrientes. Por exemplo, uma célula muscular em exercício vai ter necessidades diferentes de uma célula em repouso.
Então como o metabolismo reconhece que há uma necessidade de ATP, de NADH, ou seja, como ele faz para modular a velocidade desse metabolismo e o regular? Através da regulação.
	A regulação vai ser o processo que a célula utiliza para modular a velocidade das reações de forma a atender as suas necessidades.
	Cada etapa da glicólise é regulada por uma enzima, então, é nessas enzimas que a regulação vai atuar, aumentando ou diminuindo a velocidade da enzima, pode-se controlar o fluxo da via metabólica.
	Por exemplo, na 1ª etapa da glicólise, se a diminuirmos a quantidade da hexoquinase, diminuímos a quantidade de glicose 6-fosfato e assim sucessivamente, caso contrário, o contrário ocorre.
	Na glicólise, três etapas podem ser reguladas, que são as etapas irreversíveis: 1, 3 e 10. Na etapa 1, a hexoquinase é ativada por fosfato inorgânico e inibida pelo seu produto. Na etapa 10, a piruvato quinase é ativada por ADP e inibida por ATP e NADH. A PFK1 é ativada por AMP e inibida por ATP e citrato. Essa regulação é feita através de alosteria, onde o inibidor se liga ao sitio alostérico e modifica o sitio ativo da enzima, diminuindo a afinidade da enzima pelo seu substrato, logo, diminui a velocidade de reação da enzima.
	
Obs: o citrato é o primeiro intermediário do Ciclo de Krebs, que acontece na mitocôndria. Então se tem muito citrato no citoplasma é porque o ciclo de Krebs está produzindo muito, então deve-se diminuir a produção de piruvato (diminuindo-se a glicólise).
	
	Essa é uma das maneiras de modular o metabolismo, no caso da alosteria é uma ligação covalente que está sendo regida por uma constante de afinidade, que acontece de acordos com a concentração dos produtos. Exemplo: como no caso do citrato.
	Outra forma de modular o metabolismo é através da modificação covalente. Um tipo de modificação covalente muito comum no organismo é a fosforilação. Algumas enzimas vão ter sua atividade modificada se elas estiverem fosforiladas ou não. Onde o fosfato é ligado covalentemente com a enzima. Exemplo: a enzima bifuncional da PFK2 e frutose 2,6 bifosfatase quando fosforilada tem a função de fosfatase e quando a ligação com o fosfato é quebrada, ela tem a função de quinase. Essa fosforilação e defosforilação da enzima bifuncional são feitas por enzimas especificas. E isso funciona como uma cascata, uma situação em cadeia. Esse complexo é responsável pela produção da frutose 2,6-bifosfato, essa molécula é muito parecida com a frutose 1,6- bifosfato da glicólise mas, diferentemente da frutose 1,6- bifosfato, a frutose 2,6-bifosfato vai servir de regulador (na presença da frutose 2,6-bifosfato a PFK1 é estimulada). Então quando a célula sintetiza a frutose 2,6-bifosfato, a PFK1 é ativada, logo, ativa a glicólise. A frutose 2,6-bifosfato se liga a PFK1 e aumenta sua afinidade com seu substrato. E todo esse mecanismo é ativado e desativado a partir de sinais, estímulos.
Na presença de insulina, hormônio que sinaliza a presença de glicose, estimula a PFK2, que aumenta a quantidade da frutose 2,6-bifosfato, que aumenta a atividade da PFK1, que aumenta a glicólise. Já o glucagon, que é um hormônio com efeito oposto a insulina, vai estimular a fosfatase, diminuir a concentração de frutose 2,6-bifosfato, e diminuir a PFK1.
	Outra forma de regular o metabolismo é através de isoenzimas. Cada tecido tem um papel diferente no organismo, e esse metabolismo vai estar adaptado à função que o tecido tem. Um exemplo disso são as isoformas glicoquinase e hexoquinase, a glicoquinase vai ser expressa no fígado e no pâncreas enquanto a hexoquinase vai ser expressa em outros tecidos. A glicoquinase tem uma afinidade com glicose menor que a hexoquinase mas a glicoquinase não é inibida pelo produto, enquanto a hexoquinase é inibida pelo produto. Isso vai ser importante porque o metabolismo de glicogênio vai ter uma interseção com a glicólise, ele tem em comum com a glicólise as 2 etapas iniciais. A síntese e degradação de glicogênio vão estar conectadas a essa rota através da glicose 6-fosfato. Então os hepatócitos são capazes de acumular glicose 6-fosfato, já que a glicoquinase não é inibida, já outras células não podem, pois a glicose 6-fosfato inibe a hexoquinase.
	Concluindo, a glicoquinase vai ter um papel fundamental nas células beta do pâncreas, pois ela vai estar envolvida na liberação de insulina. Então essas células vão servir como um “sensor” de glicose e vão promover a liberação de insulina. 
Obs: As células tumorais, que são principalmente fermentativas mesmo na presença de oxigênio, selecionam isoformas de enzimas diferentes de uma célula normal. A forma de analisar um tumor é analisando a isoforma que ele expressa.
Conclusão: 
• Formas de regulação: 
- Diretamente através do complexo inibidor da enzima; 
- Modificação covalente e 
- Através de isoformas expressas nos diferentes tecidos. 
• O metabolismo vai ser diretamente ligado a concentração de enzimas. 
CICLO DE KREBS
Na ausência de oxigênio o piruvato vai para a fermentação, podendo ir a lactato (células musculares) ou a etanol (leveduras) e na presença de oxigênio ele vai para o ciclo de Krebs.
Quando o piruvato é sintetizado no citoplasma ele vai dentro da mitocôndria e vai gerar acetil-CoA. O acetil-CoA é outro ponto de interseção entre vias metabólicas, pois ele não só é sintetizado a partir do piruvato quanto também na degradação de ácidos graxos. E alguns aminoácidos também são capazes de gerar acetil-CoA. Ou seja, ele é uma molécula comum a diversas rotas que vai partir pro processo oxidativo chamado de ciclo de Krebs. Durante o processo, elétrons são retirados dessas moléculas e esses elétrons vão para a cadeia respiratória e a energia desses elétrons vai ser utilizada para síntese de ATP pelo processo chamado de fosforilação oxidativa. 
A formação do Acetil-CoA a partir do piruvato é feita da seguinte maneira: uma molécula de piruvato + coenzima A. Alem disso, a piruvato desidrogenase precisa de uma molécula de NAD+. Ao final do processo é obtido uma molécula de Acetil-CoA + uma molécula de CO2 + NADH. Esse processo é muito exergônico e é catalisado pelo complexo enzimático (piruvato desidrogenase, formado por 3 subunidades: E1, E2 e E3).
Por que a célula precisa sintetizar Acetil-CoA, por que ela não usa o Acetil? Muito similar ao que acontece com a glicose, onde a célula tem que colocar os grupamentos fosfato vindos do ATP. No caso do Acetil, o grupamento precisa ser ativado. O que acontece é que esse grupamento (-acetil) é pouco reativo, então ele precisa ser transformado numa molécula mais reativa e assim promover o metabolismo. O que a célula ta fazendo é modificando os intermediários para que fiquem melhores para aquela reação. E nesse caso, a incorporação de uma coenzima-A ativa o grupamento -acetil, a ligação entre os dois é de alta energia.
Ação do complexo enzimático: a primeira etapa da reação é a retirada de CO2 do piruvato e o resto da molécula fica ligada covalentemente ao complexo enzimático, durante o processo de retirada do CO2 há a formação de um carbânio (uma espécie altamente reativa) então a enzima vai utilizar a tiamina pirufosfato para evitar que o carbânio reaja com a enzima. Depois, há a redução de uma ponte de sulfeto. Após, esse grupamento é ligado a uma coenzima-A (CoA). A tarefa da subunidade E3 é a de regenerar a ponte de sulfeto para propiciar um novo clico do processo.
	A vantagem do complexo é que a eficiência catalítica do complexo é aumentada porque está tudo acontecendo no mesmo lugar.
	Quando na célula está tendo metabolismo de determinada molécula, esta mesma célula não metaboliza outra molécula, a ordem de metabolismo é: glicose – ácidos graxos – aminoácidos. 
	Esse processo de formaçãode piruvato é um processo que precisa ser regulado, estando sensível às necessidades da célula. Então a piruvato desidrogenase vai sofrer regulação via modificação covalente, ela vai estar inativa quando fosforilada e ativa quando defosforilada. Uma enzima chamada piruvato desidrogenase quinase incorpora fosfato na subunidade E1 a partir de ATP e a retirada do fosfato é feita por uma piruvato desidrogenase fosfatase. NADH e Acetil-CoA ativam a quinase e inibem a enzima; e piruvato, NAD+ e CoA inibem a quinase. Além da modificação covalente, NADH e Acetil-CoA se ligam diretamente a enzima diminuindo a sua atividade.
	
Durante a degradação de ácidos graxos também ocorre formação de Acetil-CoA. O cérebro usa glicose para produzir energia mas ele também utiliza outra molécula. Existe um conjunto de moléculas, os corpos cetônicos, que também podem ser utilizados pelo cérebro para produzir energia. Em condições de jejum muito prolongadas, o fígado é capaz de sintetizar essas moléculas a partir de moléculas de Acetil-CoA e lançá-las na circulação para alimentar o cérebro. No cérebro existem enzimas que são capazes de transformar os corpos cetônicos em Acetil-CoA novamente e produzir energia.
O Ciclo de Krebs – etapas:
	
A primeira reação do ciclo de Krebs é a reação de condensação da molécula de acetil-CoA com o palacetato essa reação é catalisada pela citrato sintase e então leva a formação de citrato que libera CoA no meio. (etapa 1: irreversível)
A próxima reação é transformar citrato, que tem 6 carbonos e hidroxila no carbono 3, modificando a localização dessa hidroxila do carbono 3 para o carbono 2, catalisada pela aconitase. (etapa 2: reversível)
A próxima reação é catalisada pela isocitrase desidrogenase, é um processo de oxidação onde há formação de uma molécula de CO2 e uma molécula de NADH, e o próximo intermediário é o alfa-ketoglutarato. Como existe a oxidação de CO2 e de NADH, essa reação tem o nome de descarboxilação oxidativa. (etapa 3: irreversível)
Na próxima, o processo de transformação do alfa-ketoglutarato em succinil-CoA, quem vai catalisar é o complexo enzimático alfa-ketoglutarato desidrogenase e também é uma descarboxilação oxidativa, formando CO2 e NADH. (etapa 4: irreversível)
Na próxima, a succinil-CoA sintetase hidrolisa a reação do CoA com a succinil, formando succinato, esta última é uma molécula de alta energia, formando ATP. (etapa 5: reversível)
	Na próxima, o succinato vai a fumarato, pela ação da succinato desidrogenase e há formação de uma molécula de NADH. (etapa 6: reversível)
Na próxima etapa o fumarato vai a malato, pela malato desidrogenase e há formação de NADH. (etapa 7: reversível)
	Ao final do processo cada Acetil-CoA vai liberar 2 CO2 regenerando o oxalacetato e vai gerar 3 moléculas de NADH e uma de FADH2. (etapa 8: reversível)
Obs: A retirada de elétrons a cada etapa faz com que o composto seguinte seja mais reduzido que o anterior. A retirada desses elétrons se faz através da retirada de hidrogênio e da incorporação de oxigênio, formando dupla ligação. 
	Essas enzimas do ciclo de Krebs vão estar na matriz mitocondrial, ou seja, o ciclo acontece na matriz mitocondrial. Com exceção da succinato desidrogenase que vai estar ligada à membrana interna da mitocôndria, ela não é solúvel na matriz.
	A grande produção de ATP na célula vai se dar num processo chamado de fosforilação oxidativa, para diferenciar a produção de ATP pequena (ex: glicólise; ciclo de Krebs) da fosforilação oxidativa, a pequena é chamada de fosforilação a nível do substrato.
	A regulação do processo é controlada pela concentração de substratos e produtos. Então se tem muito ADP (ou ATP?), muito Acetil-CoA e muito NADH, vai inibir a piruvato desidrogenase. Se tem muito ATP (ou ADP?), CoA e NAD+, vai inibir a piruvato desidrogenase. Se existe uma sinalização para degradação de ácidos graxos, eles diminuem a velocidade, ou seja, se está formando Acetil-CoA de ácidos graxos não precisa formar Acetil-CoA de piruvato, então esses ácidos graxos estão sinalizando qual rota deve funcionar. Já a citrato sintase, é inibida por NADH , succinil-CoA, citrato e é ativada por ADP. Isocitrato desidrogenase, inibida por ATP e ativada por cálcio e ADP. Alfa-ketoglutarato desidrogenase. Succinil-CoA sintetase, inibida por succinil-CoA, NADH e ativada por FAD. 
	Essas enzimas que sintetizam NADH vão usar NAD+, então se não tem oxigênio, o NADH não é reoxidado na cadeia respiratória, então na ausência de oxigênio o ciclo de Krebs não pode funcionar porque ele não tem NAD+ suficiente.
	O ciclo de Krebs é um exemplo típico da tendência do organismo de evitar excessos, ele além de participar do catabolismo (oxidação dos carbonos que vieram da Acetil-CoA) ele também vai ser doador de intermediários para diversas rotas metabólicas. Por isso, o ciclo de Krebs é chamado de metabolismo intermediário, pois vai participar tanto do catabolismo quanto do anabolismo. Na ausência de oxalacetato, a degradação do Acetil-CoA vai estar diretamente ligada com a concentração de oxalacetato, não tem como condensar o Acetil-CoA, não tem como formar o citrato e não tem como fazer as outras reações.
	Como o oxalacetato é tão importante para o ciclo de Krebs, existem outras moléculas que são capazes de sintetizá-lo, repondo carbonos no ciclo de Krebs. Então se pode formar oxalacetato a partir de piruvato pela piruvato desidrogenase; a partir da fosfoenolpiruvato e pode-se também se formar malato a partir de piruvato. Essas reações se chamam reações anapleróticas. 
Se não tem oxalacetato na célula vai aumentar a concentração de Acetil-CoA, pode ocorrer a formação de corpos cetônicos desregulada, os corpos cetônicos modificam o pH do sangue e podem causar um quadro de acidose metabólica. Isso pode acontecer em casos de diabetes não tratada. 
Células tumorais produzem energia em altas taxas através da glicólise e da fermentação, ao invés de utilizar o piruvato na mitocôndria como nas células normais, mesmo na presença de oxigênio. Moléculas similares aos intermediários da glicólise foram utilizadas para se ligar as enzimas, impedindo a reação, já que a moléculas são similares mas não tem a função dos intermediários. Esses compostos estão são utilizados para localizar tumores já que essas células estão captando glicose exacerbadamente, para glicólise.