Aula Metabolismo dos carboidratos - Prof Jamile 2011

Prévia do material em texto

Disciplina Bioquímica Geral
Professora Jamile Fabbrin Gonçalves
1º) As características gerais dos carboidratos;
2º) Os principais carboidratos;
3º) Glicólise;
4º) Gliconeogênese;
5º) Glicogenólise;
6º) Glicogênese.
• Os carboidratos ou glicídeos são as biomoléculas orgânicas mais
abundantes na natureza, encontrados como amido e celulose nas
plantas, e glicogênio, nos animais;
• Substâncias orgânicas, hidrofílicas, contendo C, H e O;
• Podem ser poliidroxialdeídos ou poliidoxicetonas;
*ALDOSE → quando o grupo
carbonila está em uma das
extremidades da cadeia carbônica
*CETOSE → quando o
grupo carbonila está em
qualquer outra posição
1) Estrutura básica: monossacarídeo (ose);
2) Oligossacarídeos: 2 a 10 monossacarídeos
*** Ao formar dissacarídeos,
trissacarídeos ou polissacarídeos, os
monossacarídeos precisam se unir entre
si através de ligações glicosídicas.
3) Polissacarídeos: formados pela união de vários monossacarídeos. 
** Homopolissacarídeos: monossacarídeos iguais repetidamente.
Ex.: amido, glicogênio e celulose (todos somente glicose).
**Heteropolissacarídeos: monossacarídeos diferentes.
Ex.: glicosaminoglicanos (polímeros lineares compostos por
unidades repetitivas de dissacarídeos).
O amido e o glicogênio são ramificados e possuem ligação α, mas no glicogênio
a ramificação ocorre a cada 8 a 10 glicoses enquanto no amido somente de a
cada 25 ou 30. A celulose é linear e possui ligação β.
*** Polissacarídeos estruturais: quitina e celulose.
*** Polissacarídeos de reserva energética: amido e glicogênio.
• Quitina faz parte, 
principalmente, do 
exoesqueleto de 
insetos
• Celulose faz parte, 
principalmente, das 
plantas (estrutura 
lenhosas como tronco)
*** Polissacarídeos de reserva energética: amido e glicogênio.
• Amido serve como 
reserva de energia para 
as plantas (tubérculos 
e sementes)
• Glicogênio serve 
como reserva de 
energia para os 
animais (fígado e 
músculo)
• Os carboidratos, especialmente a glicose, são os principais
combustíveis de uso imediato utilizados pelo organismo para realizar
trabalhos biológicos;
• A variação da energia livre que 1 mol de glicose gera a partir de sua
oxidação completa a CO2 e H2O é de 2.840 kj;
• A concentração de glicose sanguínea varia de acordo com a espécie
animal.
• A glicose não é apenas um excelente combustível, ela é uma molécula
admiravelmente versátil.
*Armazenamento de
energia - ATP
* Gerar NADPH
- Utilizado nas vias de
biossíntese;
* Gerar ribose-5-fosfato
- Utilizada como
precursora para a
síntese de nucleotídeos
*Geração de
energia - ATP
síntese de nucleotídeos
GLICÓLISE
“Glykys” “Lysis”
* É um processo universal uma vez que tanto os ainimais quanto as 
plantas e os microrganismos retiram de energia da glicose;plantas e os microrganismos retiram de energia da glicose;
*É o processo através do qual uma molécula de glicose é degradada
por uma sequência de 10 reações a 2 moléculas de piruvato;
*Durante as reações sequenciais da glicólise, parte da energia livre
liberada é consevada na forma de ATP e NADH.
OXIDAÇÃO DA GLICOSE
� Organismos aeróbicos (heterotróficos) extraem energia livre
da glicose obtida do ambiente por meio de sua oxidação
pelo oxigênio molecular gerando como produtos finais do
metabolismo oxidativo (CO₂ e H₂O);
� Sinônimos de glicólise:
- Gliólise, Via glicolítica ou Via de Embden-Meyerhof-Parnas
ASSISTA O VÍDEO DA AULA
SOBRE GLICÓLISE DO
PROF. DORIVAL. LÁ VOCÊ
TERÁ UMA VISÃO GERAL
DA VIA GLICOLÍTICA!
3 ETAPAS DE OXIDAÇÃO DA GLICOSE
1) Glicólise
2) Ciclo de Krebs
3) Cadeia respiratória e 
Fosforilação Oxidativa
Citoplasma
Independente 
de O2
Mitocôndria
Dependente 
de O2
12
� Fase Preparatória
� 2 fosforilações; 
� Quebra de 1 hexose em 2 
trioses;
� ATP é investido para formar 
compostos com maior 
REAÇÕES DA GLICÓLISEREAÇÕES DA GLICÓLISE
compostos com maior 
energia livre de hidrólise;
� Fase do Pagamento
� Conservação da energia livre 
na forma de ATP e NADH;
� Geração de 2 moléculas de 
piruvato.
Fosforilação
Isomerização
Fosforilação
REAÇÃO 
IRREVERSÍVEL!
REAÇÃO 
Clivagem
Isomerização
REAÇÃO 
IRREVERSÍVEL!
Oxidação e 
fosforilação
Transferência de 
um grupo fosfato
Isomerização
Desidratação
Fosforilação ao 
Transferência de 
um grupo fosfato
Desidratação
Fosforilação ao 
nível de substrato
-
Fosforilação
oxidativa
REAÇÃO 
IRREVERSÍVEL!
Enzimas Regulatórias da Glicólise
• O fluxo de glicose através da via glicolítica é regulado para manter
constante a concentração de ATP bem como quantidades adequadas
dos intermediários glicolíticos que possuem destinos biossintéticos.
Ex.: a glicose-6-P pode fluir tanto para a glicólise como para várias
outra vias que incluem a síntese do glicogênio e a via das pentoses
fosfato.
1. Hexoquinase
fosfato.
• É inibida alostericamente pelo seu produto glicose-6-fosfato,
enquanto altos níveis de AMP ativam esta enzima.
1) Fosforilação da glicose:
� Reação exergônica e irreversível catalisada pela exoquinase;
• Glicose + ATP Glicose -6-Fosfato + ADP
Hexoquinase
� Reação exergônica e irreversível catalisada pela exoquinase;
� A fosforilação da glicose à glicose-6-P evita sua difusão;
� Esse processo direciona a glicose ao metabolismo subsequente
no interior da célula.
2. Fosfofrutoquinase -1 (PFK1)
• É inibida alostericamente por altas concentrações de ATP e CITRATO,
enquanto AMP e ADP ativam esta enzima.
• O citrato serve como um
sinalizador intracelular que a célula
está suprindo adequadamente as
suas necessidades de energia
metabólica por meio da oxidação
• O citrato (a forma ionizada do ácido cítrico) é um intermediário-chave
na oxidação aeróbica do piruvato, dos ácidos graxos e dos aminoácidos
→ altas concentrações de citrato aumentam o efeito inibidor do ATP
fazendo diminuir ainda mais o fluxo de glicose através da via glicolítica.
metabólica por meio da oxidação
de proteínas e gorduras.• Frutose-2,6-bifosfato é o mais
importante regulador da PFK-1
ATIVANDO fortemente a enzima.
• Frutose -6-P + ATP Frutose 1,6-BiFosfato + ADP
PFK1
3) Fosforilação da frutose-6-P:
� Reação exergônica e irreversível catalisada pela
fosfofutoquinase-1 (PFK1);
� A fosforilação da frutose à frutose-1,6-biP evita sua
difusão;
� É a etapa limitante da velocidade na glicólise (ponto de
controle.
3. Piruvato quinase
Fosfoenolpiruvato + ADP Piruvato + ATP
Piruvato
quinase
3) Transferência de um grupo fosfato:
� Reação exergônica e irreversível catalisada pela piruvato
quinase;
� Fosforilação em nível de substrato.
Destino do Piruvato
O O destinodestino dada moléculamolécula
de de piruvatopiruvato dependedepende
dada presençapresença ouou nãonão de de 
oxigêniooxigênio → → ambienteambiente
aeróbicoaeróbico ouou
anaeróbicoanaeróbico;;anaeróbicoanaeróbico;;
ASSISTA O VÍDEO DA AULA
SOBRE FERMENTAÇÃO –
DESTINOS DO PIRUVATO DO
PROF. DORIVAL. LÁ VOCÊ DEVE
ESTUDAR OS TRÊS DESTINOS
POSSÍVEIS DO PIRUVATO!
* O piruvato pode ter 3 destinos!* O piruvato pode ter 3 destinos!
* Todos os destinos do piruvato objetivam * Todos os destinos do piruvato objetivam 
gerar NADgerar NAD++ para que a glicólise NÃO pare!para que a glicólise NÃO pare!
• AERÓBICO: na presença de oxigênio, o piruvato (3C) gerado como
produto da glicólise no citosol entrará na mitocôndria, onde, na matriz
será convertido em acetil-CoA (2C) que em união com o oxaloacetato
(4C) formará o citrato (6C) iniciando o ciclo de Krebs.
• No início da cadeia respiratória, o NADH é
oxidado gerando NAD+. O produto final
deste processo será a oxidação completa da
→ Condições Aeróbicas→ Condições Aeróbicas
deste processo será a oxidação completa da
glicose gerando CO2 e H2O.
• O oxigênio, como aceptor final de életrons, no final da
cadeia respiratória que faz com que o movimento de
elétrons seja favorável. O OXIGÊNIO É MUITO
ELETRONEGATIVO (atrai elétrons). Neste processo ocorre
a oxidação do NADH, ou seja, a geração deNAD+.
→→ CondiçõesCondições AnaeróbicasAnaeróbicas:: FERMENTAÇÃOFERMENTAÇÃO
- Degradação de nutrientes orgânicos para obtenção de energia
na ausência de O2.
• Entretanto, COMO EM CONDIÇÕES SEM OXIGÊNIO
(ANAERÓBICAS) OS ORGANISMOS GERAM O NAD+
NECESSÁRIO PARA QUE A GLICÓLISE OCORRA???
Fermentação Láctica: redução do piruvato à lactato
• Ocorre, por exemplo, nas células musculares de animais em atividade
muscular INTENSA quando pode chegar quantidade insuficiente de oxigênio
ao tecido. Na ausência de oxigênio, o ciclo de Krebs pára e ao invés do
piruvato entrar a mitocôndria, o piruvato permanece no citosol e é reduzido
à lactato. Neste processo ocorre a oxidação do NADH gerando NAD+.
• O produto final
deste processo será adeste processo será a
oxidação incompleta
da glicose gerando
lactato.
Fermentação Alcoólica: redução do piruvato à etanol
• Ocorre, por exemplo, em fungos e bactérias, mas NÃO É FEITA EM
ANIMAIS. Na ausência de oxigênio, o ciclo de Krebs pára, sendo o piruvato é
descarboxilado (libera CO2) gerando acetaldeído o qual é reduzido à etanol
(álcool). Neste processo ocorre a oxidação do NADH gerando NAD+.
• O produto final deste processo
será a oxidação incompleta da
glicose gerando CO e etanol.glicose gerando CO2 e etanol.
A levedura é muito utilizada em processos industriais para a 
produção de pães (CO2) e bebidas alcoólicas (etanol). 
• A oxidação completa da molécula de glicose em CO2 e H2O produz
30 ou 32 moléculas de ATPs.
Quando uma molécula de glicose é 
totalmente oxidada, quantas
moléculas de ATP são produzidas? 
Razão P/O
O bombeamento de 4 prótons são requeridos 
para a síntese de 1 ATP
NADH – bombeia 10 H+ 
→ 10 ÷ 4 = 2,5 ATPs
FADH – bombeia 6 H+ 
(ATP produzido por átomo de oxigênio reduzido) 
Cadeia respiratória/Fosforilação oxidativa:
• A passagem de dois elétrons do NADH para o oxigênio
potencia a formação de 2,5 moléculas de ATP (ou 3);
• A passagem de dois elétrons do FADH2 para o oxigênio
potencia a formação de 1,5 moléculas de ATP (ou 2).
FADH2 – bombeia 6 H
+ 
→ 6 ÷ 4 = 1,5 ATPs
→ Sabendo-se que a membrana interna NÃO é
permeável ao NADH, como o NADH gerado pela
glicólise no citoplasma pode ser reoxidado a NAD+
pelo O2 via cadeia respiratória???
• A enzima NADH desidrogenase (Complexo I da cadeia respiratória) da
membrana mitocondrial interna das células animais pode aceitar elétrons
APENAS do NADH presente na matriz mitocondrial.
** Sistemas de lançadeiras transportam indiretamente o 
NADH citosólico para a oxidação no interior da mitocôndria!
** Estas lançadeiras transportam os equivalentes redutores
do NADH citosólico para dentro da mitocôndria.
1) Lançadeira malato-aspartato
2) Lançadeira glicerol-3-fosfato
*
Observando a tabela e as figuras anteriores, conclui-se que:
• A partir da lançadeira malato-aspartato são gerados 5 ATPs uma vez que
cada NADH (que entrega seu par de elétrons para complexo I da cadeia
respiratória) gera 2,5 ATPs (Razão P/O) → produção total por molécula de
glicose oxidada: 32 ATPs.
• A partir da lançadeira glicerol-3-fosfato são gerados 3 ATPs uma vez que
cada FADH2 (que entrega seus eletróns para a ubiquinona) gera 1,5 ATPs
(Razão P/O) → produção total por molécula de glicose oxidada: 30 ATPs.(Razão P/O) → produção total por molécula de glicose oxidada: 30 ATPs.
Gliconeogênese
• É a SÍNTESE DE GLICOSE a partir de compostos que NÃO são
carboidratos.
A GLICONEOGÊNESE A GLICONEOGÊNESE NÃONÃO É A É A 
SIMPLES REVERSÃO DA GLICÓLISESIMPLES REVERSÃO DA GLICÓLISE
• É um processo extremamente importante uma vez que algumas
células utilizam somente glicose como fonte de energia (cérebro e
hemácias), por isso a concentração de glicose não pode ficar abaixo do
nível normal de cada espécie.
SIMPLES REVERSÃO DA GLICÓLISESIMPLES REVERSÃO DA GLICÓLISE
• A glicose é armazenada, em animais, como GLICOGÊNIO. O glicogênio é
um homopolímero de glicose e é armazenado nos FÍGADO e nos
MÚSCULOS.
• O glicogênio muscular tem função principalmente energética (gerar ATP
para miócitos), já o glicogênio hepático serve para repor a glicosepara miócitos), já o glicogênio hepático serve para repor a glicose
sanguínea, por exemplo, quando o animal encontra-se privado de
alimento (estado de jejum).
• Entretanto, a reserva de glicogênio dos animais é suficiente para
abastecer o animal somente durante um período que varia de 12 a
24hs, por isso a gliconeogênese é fundamental para manter a
concentração de glicose no sangue mesmo quando o animal encontra-se
em jejum.
• PIRUVATO;
• GLICEROL;
• LACTATO;
Quais são os compostos utilizados Quais são os compostos utilizados 
para a síntese de glicose?para a síntese de glicose?
• AMINOÁCIDOS GLICOGÊNICOS
(principalmente Alanina)
ASSISTA O VÍDEO DA AULA
SOBRE GLICONEOGÊNESE I
DO PROF. DORIVAL. LÁ VOCÊ
DEVE ESTUDAR COMO CADA
UM DESTES COMPOSTOS
ENTRA NA VIA
GLICONEOGÊNICA!
• AMINOÁCIDOS GLICOGÊNICOS (principalmente Alanina)
• A GLICONEOGÊNESE NÃO É A SIMPLES REVERSÃO DA GLICÓLISE uma
vez que existem 3 reações que ocorrem durante a glicólise que são
IRREVERSÍVEIS. Sendo assim, são necessários CONTORNOS.
• Somente o fígado e o rim são capazes
de realizar gliconeogênese porque
somente estes órgãos possuem a
enzima glicose-6-fosfatase!
• Fígado 90% da gliconeogênese
• Rim 10% da gliconeogênese
ASSISTA O VÍDEO DA AULA
SOBRE GLICONEOGÊNESE II DO
PROF. DORIVAL. LÁ VOCÊ DEVE
ESTUDAR OS TRÊS DESVIOS DA
GLICONEOGÊNESE!
• Na via do piruvato o transporte de
malato da mitocôndria para o citosol e
sua conversão em oxaloacetato têm o osua conversão em oxaloacetato têm o o
efeito de remover equivalente
redutores para o citosol, onde eles são
escassos. Portanto, essa transformação
do piruvato em fosfoenolpiruvato
providencia um importante equilíbrio
entre a produção e o consumo de NADH
no citosol durante a gliconeogênese.
• Excesso de Acetil-CoA é sinal de
suprimento abundante de energia,
logo NÃO é necessário oxidar glicose.
• Excesso de ATP e citrato é sinal de
suprimento abundante de energia,
logo NÃO é necessário oxidar glicose.
• Frutose-2,6-bifosfato (F26BP) é o mais
importante regulador da PFK-1
ATIVANDO fortemente a enzima e
INIBINDO FBPase-1.
• Frutose-2,6-bifosfato (F26BP) é um
grande favorecedor da GLICÓLISE!!!
• Por meio do armazenamento da glicose como um polímero de massa
molecular alta (glicogênio), a célula pode acumular grandes quantidades de
hexose, enquanto mantém uma osmolaridade baixa (lembre-se: para a variação
osmolaridade o que interessa é o número de moléculas e não o tamanho).
GLICOGÊNIO: armazenamento de glicose
• Os animais monogástricos têm maiores quantidades de glicogênio
hepático do que os ruminantes. O glicogênio no cão pode corresponder
a 6-8% do peso do fígado, enquanto que nos bovinos é de 1-3%.
• O fígado dos animais jovens contém mais glicogênio que os adultos.
Assim, o leitão recém-nascido tem 14,8%, enquanto que o porco adultoAssim, o leitão recém-nascido tem 14,8%, enquanto que o porco adulto
tem apenas 4%.
• O glicogênio é mais abundante no fígado, onde pode ser armazenado
em até 8% do peso do órgão e no músculo esquelético, onde chega a 1%
do peso da massa muscular.
• O glicogênio pode ser degradado enzimaticamente para obtenção
de glicose (GLICOGENÓLISE), para que a glicose possa entrar nas rotas
oxidativas visando a obtenção de energia;
• A enzima glicogênio fosforilase catalisa uma FOSFORÓLISE (quebra
da união glicosídica com introdução de uma molécula de fosfato)
GLICOGENÓLISE
da união glicosídica com introdução de uma molécula de fosfato)
produzindo glicose-1-fosfato e uma molécula de glicogênio com uma
glicose a menos;
• A glicogênio fosforilase age de forma repetitiva nas pontas não-
redutoras dos ramos da molécula do glicogênio rompendo as ligações
α1→4 até atingir uma ligação glicosídica distante 4 resíduos de glicose
de um ponte de ramificação (α1→6), onde sua ação se detém;
Fosforólise → Glicogênio fosforilase
**
• O prosseguimento da degradação do glicogêniopela fosforilase do
glicogênio pode prosseguir somente após a ação da enzima de
desramificação (oligo (α1→6) para (α1→4) glicantransferase),
promover duas reações sucessivas que transferem a ramificação;
• Uma vez transferidos os resíduos de glicose restantes da ramificação e
hidrolisada a ligação no C6, a atividade da fosforilase do glicogênio pode
continuar.continuar.
• A enzima de desramificação é bifuncional: esta enzima possui
atividade de transferase bem como de glicosidase.
** Atividade transferase: primeiro, esta enzima transfere um
bloco de 3 resíduos de glicose do ponto de ramificação para uma
ponta não-redutora.
** Atividade glicosidase: segundo, o único resíduo de glicose
remanescente é liberado como glicose livre através desta enzima.
**
*
GLICOGÊNESE
• A glicogênese o processo metabólico que leva a formação de
glicogênio a partir da glicose excedente.
HEXOQUINASE
• Observe que a enzima fosfoglicomutase realizou o último passo na
glicogenólise gerando glicose-6-fosfato para a entrada na via glicolítica.
Na glicogênese, esta mesma enzima inicia a síntese do glicogênio
disponibilizando glicose-1-fosfato → Esta enzima é não é regulátória, pois
catalisa uma reação REVERSÍVEL.
Resumindo…Resumindo…
•Muitas das reações nas quais as
hexoses são transformadas ou
polimerizadas envolvem nucleotídeos
de açúcar, compostos nos quais o
carbono anomérico de um açúcar está
ativado pela ligação éster fosfórica;
UDP-glicose
**
Qual é a função da enzima de ramificação do glicogênio?
*
Quais são as duas razões pelas quais as ramificações
são introduzidas na molécula de glicogênio?
Qual o objetivo de aumentar o número de pontas
não-reduzidas na molécula de glicogênio?
LEMBRE-SE QUE:
*
*
*** Resumo da glicogênese….
http://www.iq.ufrgs.br/aeq/softwares/glicogenio.php
• A forma mais ativa da
glicogênio fosforilase é a forma
FOSFATADA!!!
• Os hormônios epinefrina e
glucagon, bem como o Ca2+
aumentam a atividade da
fosforilase do glicogênio:fosforilase do glicogênio:
→ epinefrina: resposta de “luta
ou fuga” e exercícios físicos;
→ Ca2+ relacionado à atividade
muscular;
→ glucagon: aumenta a glicose
sanguínea.
*** Não cofunda….
Glicólise
Gliconeogênese
Quebra de glicose
Síntese de glicoseGliconeogênese
Glicogênese
Glicogenólise Quebra de glicogênio
Síntese de glicogênio
• Campbell, M.K.; Farrell, S.O. (2007). Bioquímica. 5ª Edição, Editora
Thomson Learning, São Paulo, 845p.
• Champe, P.C.; Harvey, R.A.; Ferrier, D.S. (2009). Bioquímica Ilustrada.
4ª Edição, Editora Artmed, Porto Alegre, 528p.
Referências bibliográficas:
4ª Edição, Editora Artmed, Porto Alegre, 528p.
• González, F.H.D.; da Silva, S.C. (2006). Introdução à Bioquímica Clínica
Veterinária. 2ªEdição, Editora da UFRGS, Porto Alegre, 364p.
• Nelson, D.L.; Cox, M.M. (2006). Lehninger: Princípios de Bioquímica.
4ª Edição, Editora Sarvier, São Paulo, 1202p.