metabolismo dos carboidratos

Prévia do material em texto

METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS 
ALUNA: BARBARA KISSEL 
ETAPA 1-MED 
TIPOS DE CARBOIDRATOS: 
• Monossacarídeos: açucares simples, podem 
ser classificados de acordo com o número de 
átomos de carbono que contêm. Os 
carboidratos com um aldeído como seu grupo 
funcional mais oxidado são denominados 
aldoses, enquanto aqueles com um grupo 
cetona como seu grupo funcional mais oxidado 
são denominados cetoses. Os carboidratos 
com o grupo carbonila livre recebem o sufixo -
-ose. Podem se ligar por ligações glicosídicas 
formando estruturas maiores. Menos de 1 % 
dos monossacarídeos ocorre na forma de 
cadeia aberta, a maioria é encontrada 
predominantemente na forma de anel, na qual 
o grupo aldeído reagiu com o grupo álcool do 
mesmo açúcar, tonando o carbono assimétrico 
• Dissacarídeos: contém duas unidades de 
monossacarídeos. Esse grupo incluem a 
lactose (GALAC+GLI), sacarose (GLI+FRU) e 
maltose (GLI+GLI). 
• Oligossacarídeos: são carboidratos 
constituídos pela união de um pequeno 
número de monossacarídeos através de 
ligações glicosídicas (entre duas hidroxilas, 
presente entre duas moléculas de 
monossacarídeos, pela exclusão da molécula 
de água.). 
• Polissacarídeo: são polímeros constituídos de 
centenas ou milhares de resíduos de 
monossacarídeos, contém mais de 10 
unidades, geralmente glicose formando 
cadeias lineares, como na celulose, ou cadeias 
ramificadas, como no glicogênio e amido. 
• Carboidratos complexos: os carboidratos 
podem unir-se por ligações glicosídicas a 
estruturas que não são carboidratos, como as 
bases púricas e pirimídicas (encontrada nos 
ácidos nucleicos), anéis aromáticos (como os 
de esteroides e bilirrubina), proteínas 
(glicoproteínas) e lipídeos (glicolipídios). 
➢ Se o carboidrato estiver ligado a -NH2, 
a estrutura é um N-glicosídeo. 
➢ Se o grupo for -OH, a estrutura é um O-
glicosídeo. 
DIGESTAO E ABSORÇAO DE CARBOIDRATOS: 
• Os principais sítios de digestão dos 
carboidratos são a boca e o lúmen intestinal. 
• Sua digestão é rápida e é catalisada por 
enzimas denominadas glicosídeo-hidrolases 
(glicosidases) que hidrolisam a ligação 
glicosídicas. 
• As principais enzimas para a digestão dos 
carboidratos são as endoglicosidases, que 
hidrolisam oligossacarídeos e polissacarídeos, 
e as dissacaridases, que hidrolisam os tri e 
dissacarídeos em seus componentes 
redutores. 
• Início da digestão: 
➢ Os principais polissacarídeos (amido, 
amilopectina e glicogênio) são de origem 
animal e vegetal. 
➢ Durante a mastigação a alfa-amilase salivar 
atua brevemente sobre o amido e o 
glicogênio da dieta, hidrolisando algumas 
ligações alfa (1 -> 4), como o glicogênio e 
amilopectina contem ligação alfa (1 -> 6) a 
alfa-amilase não pode os hidrolisar. A 
digestão dos carboidratos cessa 
temporariamente no estômago, por que a 
elevada acidez inativa a alfa-amilase. 
• Digestão subsequente pelas enzimas 
pancreáticas: 
➢ Quando o conteúdo gástrico é depositado 
no intestino delgado, ele é neutralizado 
pelo bicarbonato secretado pelo pâncreas 
e a alfa-amilase pancreática, continua a 
digestão do amido. 
• Digestão final: 
➢ O processo final da digestão ocorre 
principalmente no epitélio mucoso do 
jejuno superior, e inclui a ação de várias 
dissacaridases. A isomaltase rompe a 
ligação alfa (1-> 6), e a maltase hidrolisa a 
maltose e a malotriose, ambas produzindo 
glicose; a sacarase hidrolisa a sacarose, 
produzindo glicose e frutose, e lactase 
hidrolisa a lactose, produzindo galactose e 
glicose. Um dissacarídeo de glicose alfa (1 
->1) encontrado em cogumelos e outros 
fungos, é hidrolisado pela ação de trealase. 
Essas enzimas saem secretada pelo lado 
luminal da membrana em forma de escova 
das células mucosa intestinal e 
permanecem associadas a essa 
membrana. 
• Absorção dos monossacarídeos: 
 METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS 
ALUNA: BARBARA KISSEL 
ETAPA 1-MED 
➢ Apenas os monossacarídeos são 
absorvidos 
➢ O duodeno e o jejuno superior absorvem a 
maior parte dos glicídios da dieta. 
Entretanto, diferentes glicídios são 
absorvidos por meio de diferentes 
mecanismos. 
➢ A galactose e a glicose são transportadas 
para o interior das células mucosas por um 
processo ativo, que requer energia e uma 
captação concomitante de íons sódio. A 
proteína é Co-transportadora de glicose 
dependente de sódio (SGLT-1) 
➢ A absorção de frutose requer um 
transportador de monossacarídeo 
independente de sódio (GLUT-5). 
➢ Todos os monossacarídeos são 
transportados das células mucosas para a 
circulação porta pelo transportador GLUT-
2. 
GLICOLISE: 
• A glicose é o principal substrato oxidável para 
a maioria dos organismos. Sua utilização como 
fonte energética pode ser considerada 
universal. 
• A glicose é imprescindível para algumas células 
e tecidos, como hemácias e tecido nervoso, 
por constituir o único substrato que esses 
tecidos são capazes de oxidar para obter 
energia. 
• A glicólise é uma reação que consiste na 
conversão de glicose a piruvato e é uma via que 
metabólica que se processa no citosol, seus 
produtos são ATP, (H+, e-) e piruvato. 
• Pode ser dividida em 4 etapas para salientar os 
eventos desta via: 
Etapa I (dupla fosforilação da hexose, à custa 
de 2 ATP): essa primeira reação, os organismos 
efetuam a fosforilação da glicose através de 
uma reação com /_\G° negativo, que utiliza 
ATP como doador de grupo fosfato. A reação é 
totalmente irreversível e catalisada por 
quinases. As quinases são enzimas que 
transferem um grupo fosfato de um composto 
de alta energia para um composto aceptor. Na 
maioria dos organismos a enzima que catalisa 
a fosforilação da glicose é a hexoquinase e no 
fígado a glicoquinase. Seque-se a isomerização 
da glicose 6-fosfato a frutose 6-fosfato, por 
ação da fosfoglicoisomerase, ocorre nova 
fosforilação análogo a anterior e forma-se 
então a frutose 1,6-bifosfato, utilizando ATP. 
1. Glicose + ATP → glicose 6-fosfato + 
ADP+ H 
2. Glicose-6-fosfato + ATP → frutose-6-
fosfato. 
3. Frutose-6-fosfato + ATP → FRUTOSE-
1,6-BIFOSFATO + ADP+ H+ 
Etapa II: a clivagem da frutose 1,6-bifosfato em 
diidroxiacetona fosfato e gliceraldeído 3-
fosfato é catalisado por aldolase. A conversão 
de diidroxiacetona fosfato em gliceraldeído 3-
fosfato possibilita que todos os carbonos da 
glicose sejam oxidados a piruvato, apesar de 
apenas o gliceraldeído 3-fosfato ser substrato 
da próxima enzima e poder, portanto, seguir a 
via glicolítica. Desta reação em diante a via 
terá todos os seus intermédios duplicaos. A 
clivagem de frutose 1,6-bifosfato e 
isomerização diidroxiacetona fosfato em 
gliceraldeído 3-fosfato são reações 
termodinamicamente desfavoráveis. 
4. Frutose 1,6-bifosfato → di-
hidroxiacerona-fosfato + gliceraldeído 
3-fosfato. 
5. Di-hidroxiacetona → gliceraldeído 3-
fosfato. 
Etapa III: as duas moléculas de gliceraldeído 3-
fosfato são novamente fosforiladas, agora por 
fosfato inorgânico, formando duas moléculas 
de 1,3- bisfosfoglicerato, desde modo o 
aldeído é oxidado a um ácido. Essa etapa é 
cumprida por uma reação de oxido-redução 
complexa, catalisada pela gliceraldeído 3-
fosfato desidrogenase. O substrato liga-se 
covalentemente a um grupo SH da enzima e 
por reação com o fosfato inorgânico forma 
uma ligação anidrido fosfórico, rica em 
energia, e reduz-se a um NAD+. 
6. Gliceraldeido-3-fosfato + NAD+ Pi → 
1,3-bifosfoglicerato + NADH+h 
Etapa IV: Compreende dois eventos de 
formação de ATP. Na reação catalisada pela 
fosfoglicerato quinase, o grupo fosfato da 
ligação anidrido é suficientemente rico em 
energia para poder ser transferido ao ADP, 
 METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS 
ALUNA: BARBARA KISSEL 
ETAPA 1-MED 
produzindo ATP. O segundo evento da síntese 
de ATP depende da conversão de uma ligação 
éster fosfato em uma ligação de fosfoenol, rica 
em energia.Essa ligação compreende, 
inicialmente no deslocamento do grupo 
fosfato do carbono 3 do 3-fosfoglicerato para 
o carbono 2, pela catalisação através da 
isomerase fosfoglicerato mutase, além disso a 
própria enzima doa um grupo fosfato ao 
substrato, formando intermediariamente um 
composto bifosforilado. Em seguida a enolase 
promove a desidratação do 2-fosfoglicerato, 
originando o fosfoenolpiruvato. A formação 
desde composto rico em energia possibilita a 
síntese de ATP na reação subsequente. 
7. 1,3- Bisfosfoglicerato + ADP → 3-
fsfoglicerato + ATP 
 
8. 3-Fosfoglicerato → 2-fosfpglicerato 
9. 2-Fosfoglicerato → fosfoenolpiruvato 
+ H2O 
10. Fosfoenolpiruvato +ADP+ H→ 
Piruvato + ATP 
• A glicólise tem, portanto, um rendimento de 2 
ATP: para cada molécula de glicose são 
produzidos 4 ATPs, dos quais devem ser 
descontados os 2 ATP consumidos na etapa I. 
GLICOGÊNESE: 
• O glicogênio é sintetizado a partir das 
moléculas de alfa-D-glicose. O processo ocorre 
no citosol e requer energia fornecida pelo ATP 
(para a fosforilação da glicose) e pelo trifosfato 
de uridina (UTP). 
• Síntese de UDP-glicose: 
➢ A alfa-D-glicose ligada ao difosfato de 
uridina (UDP) é a fonte de todos os 
resíduos glicosila que são adicionados a 
molécula de glicogênio em formação. A 
UDP-glicose é sintetizada a partir da 
glicose 1-fosfato e do UTP pela UDP-
glicose-pirofosforilase. A ligação rica em 
energia do pirofosfato (PPi), o segundo 
produto da reação é hidrolisado pela 
pirofosfatase, produzindo dois fosfatos 
inorgânicos (Pi), garantido que a reação 
UDP-glicose-pirofosforilase se dê na 
direção da produção de UDP-glicose. 
• Síntese de um iniciador para a síntese de 
glicogênio: 
➢ A glicogênio-sintase é responsável pela 
formação das ligações alfa (1 -> 4) no 
glicogênio. Essa enzima não consegue 
iniciar a síntese da cadeia 
homopolissacaridica usando a glicose livre 
como aceptora de uma molécula de glicose 
oriunda da UDP-glicose. Em vez disso, ela 
só consegue alongar cadeias de glicose já 
existentes. Sendo assim, um fragmento de 
glicogênio pode servir como segmento 
inicial em células cujo o estoque de 
glicogênio não estejam totalmente 
esgotados. Na ausência do fragmento de 
glicogênio a proteína glicogenica pode 
servir como aceptora de resíduos de 
glicose oriundo da UDO-glicose. O grupo 
hidroxila da cadeia lateral de uma triosina 
serve como local onde a unidade glicosila 
inicial é unida. A reação é catalisada pela 
propia glicogenina. Assim a glicogenina e 
uma enzima, ela catalisa a seguir a 
transferências das próximas moléculas de 
glicose a partir da UDP-glicose, formando 
uma cadeia curta de resíduos glicosila. Essa 
cadeia serve como iniciador para receber 
futuros resíduos d glicose, sendo alongada 
pela glicogênio-sintase. 
• Alongamento das cadeias de glicogênio: 
➢ Envolve a transferência de um resíduo de 
glicose a partir da UDP-glicose para a 
extremidade não redutora da cadeia em 
crescimento, formando uma nova ligação 
glicosídica entre a hidroxila do 1 carbono 
da glicose ativada e a hidroxila do carbono 
4 do resido glicosil aceptor. 
• Formação das ramificações: 
➢ As ramificações aumentam o número de 
extremidades não redutoras às quais 
podem acrescentar novos resíduos 
glicosila, acelerando assim a velocidade 
em que pode ocorrer síntese de glicogênio. 
Além de aumentarem o tamanho da 
molécula. 
➢ As ramificações são formadas pela ação da 
enzima de ramificação amilo alfa (1 -.4) e 
alfa (1 -> 6) transglicosidade. Essa enzima 
transfere de 6 a 8 resíduos glicosila da 
 METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS 
ALUNA: BARBARA KISSEL 
ETAPA 1-MED 
extremidade não redutora da cadeia de 
glicogênio para outro resíduo unindo por 
meio de uma ligação alfa (1->6), assim a 
antiga e a nova unidade não redutora pode 
ser novamente alongada pela glicogênio-
sintase. 
GLICOGENOLISE: 
• Na degradação do glicogênio é necessário um 
conjunto particular de enzimas citosólicas. 
• Quando o glicogênio é degrado o produto 
primário é a glicose 1-fosfato, obtida pela 
clivagem das ligações glicosídicas alfa (1->4), 
além disso glicose livre é liberada a partir de 
cada resíduo glicosila unido por ligações alfa 
(1->6). 
• Encurtamento das cadeias: 
➢ A glicogênio-fosforilase cliva, 
sequencialmente, as ligações glicosídicas, 
a partir das extremidades não redutoras 
das cadeias de glicogênio, por meio de 
fosforilose simples até que restem 4 
unidades glicosilas em cada cadeias antes 
do ponto de ramificação. A estrutura 
resultante é chamada de dextrina-limite e 
a fosforilase não consegue degrada-la. 
• Remoção das ramificações: 
➢ As ramificações são removidas por duas 
atividades enzimáticas de uma única 
proteína bifuncional, a enzima de 
desramificaçao. Em primeiro lugar a oligo 
alfa (1->4)-glican-transferase remove, dos 
quatro residuos glicosil ligados a 
ramificação, os três mais externos. A seguir 
ela os transfere para as extremidades não 
redutoras de outra cadeia, alongando-a. 
logo após o resíduo de glicose restante é 
hidrolisado pela atividade da amilo alfa (1 
-> 6)-glicosidase, liberando glicose livre. 
• Conversão de glicose 1-fosfato para 6-fosfato: 
➢ A glicose 1-fosfato é convertida em 6-
fosfato no citosal pela fosfoglicomutase – 
reação que produz glicose 1,6-bifosfato 
como intermédio temporário. 
➢ No fígado a glicose 6-fosfato é 
transportada para o reticulo 
endoplasmático pela glicose-6-fosfato-
translocase. Nessa estrutura celular ela é 
convertida em glicose pela glicose-6-
fosfatase, e então é transportada para o 
citosol. Os hepatócitos liberam a glicose no 
sanguepara ajudar a manter os níveis 
sanguíneos de glicose até que a via 
glicogênica esteja ativamente produzindo 
glicose. 
• Regulação da síntese e degradação do 
glicogênio: 
➢ No fígado a síntese de glicogênio é 
acelerada quando o corpo está bem 
alimentado, enquanto a degradação é 
acelerada em períodos de jejum. E a 
degradação é provocada pela ação do 
glucagon. 
➢ No musculo esquelético, a degradação do 
glicogênio ocorre durante o exercício, e a 
síntese começa assim que o musculo entra 
novamente em descanso. 
➢ A glicogênio-sintase e a glicogênio-
fosforilase são reguladas hormonalmente 
para satisfazer as necessidades dos 
organismos como um todo. Em segundo 
lugar, as vias de síntese e degradação são 
controladas alostericamente para 
satisfazer as necessidades de um 
determinado tecido. 
GLICONEOGENESE: 
• Via especial para formação de glicose, que 
requer tanto enzimas mitocondriais quanto 
citosólicas. 
• Precursores para gliconeogênese: moléculas 
que podem ser utilizadas na produção liquida 
de glicose. Eles incluem os intermediários de 
glicose e do ciclo do ácido cítrico. 
➢ Glicerol: é liberado durante a hidrolise 
dos triacilgliceróis, no tecido adiposo e 
levado ao fígado pelo sangue. Ele é 
fosforilado pela glicerol-cinase, 
resultando em glicerol-fosfato, que é 
oxidado produzindo di-
hidroxidacetona-fosfato que é um 
intermédio da glicólise 
➢ Lactato: é liberado no snague pelo 
musculo esquelético em exercício e 
pelas células que não possuem 
mitocôndrias, como os eritrócitos. 
Esse lactato é captado pelo fígado e 
 METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS 
ALUNA: BARBARA KISSEL 
ETAPA 1-MED 
reconvertido em glicose, que é 
liberada para a circulação. 
➢ Aminoácidos: são as principais fontes 
de glicose em jejum. 
• Reações da gliconeogênese: 
➢ Carboxilaçao do piruvato: na 
gliconeogênese o piruvato é 
primeiramente carboxilado pela piruvato-
carboxilase, produzindo OAA 
(oxalacetato), que é então convertido em 
PEP pela ação da PEP-carboxinase. A 
piruvato-carboxilase requer para sua ação 
a biotina, que se liga covalentemente à 
proteína enzimática em um residos de 
lisina. 
➢ Transporte de oxalacetato para o citosol: 
O OAA deve ser convertido emPEP para 
que a gliconeogênese possa continuar. Em 
humanos, as enzimas que catalisam essa 
reação se encontram tanto no citosol 
quanto na mitocôndria. Como o OAA é 
incapaz de atravessar a membrana 
mitocondrial ele é primeiro reduzido a 
malato pela malato-desidrogenase 
mitocondrial. O malato pode ser 
transportado da mitocôndria para o 
citosol, onde é reoxidado a oxalacetato ao 
mesmo tempo que o NAD+ é reduzido. 
➢ Descarboxilação do OAA citosolico: O 
oxalacetato é descarboxilado e fosforilado 
no citosol pela PEP-carbpxicinase, 
produzindo PEP. Essa reação utiliza energia 
da hidrolise de trifosfato de guanosina. O 
PEP sofre então as reações da glicólise, ate 
chegar a frutose 1,6-bifosfato. 
➢ Desfosforilaçao da frutose 1,6-bifosfato: a 
hidrolise da frutose 1,6-bifosfato fornece 
uma via energeticamente favorável para a 
formação de frutose-6-fosfato. Essa reação 
é um importante sitio regulatório da 
gliconeogênese. 
➢ Altos níveis de trifosfato de adenosina 
(ATP) e baixas concentrações de 
monofosfato de adenosina (AMP), 
estimulam a gliconeogênese, uma via que 
requer energia. 
➢ Desfosforilaçao da glicose-6-fosfato: a 
hidrolise da glicose-6-fosfato pela glicose-
6-fosfatase contorna a reação irreversível 
da hexocinase e fornece uma via 
energeticamente favorável para a 
formação de glicose livre. O fígado e o rim 
são os únicos órgãos que liberam glicose 
livre a partir da glicose-6-fosfato. Esse 
processo requer a ação de duas proteínas 
a glicose-6-fosfato-translocase, que 
transporta a glicose-6-fosfato através da 
membrana do reticulo endoplasmático 
(RE) e a enzima do RE, a glicose-6-fosfatase 
que remove o fosfato, produzindo glicose 
livre. 
• Regulação da gliconeogênese: É determinada 
principalmente pelos níveis circulantes de 
glucagon e pala disponibilidade de substratos 
gliconeogenicos. 
➢ Glucagon: hormônio produzido pelas 
células alfa das ilhotas pancreáticas 
estimula a gliconeogênese por meio de 3 
mecanismos: 
1. O glucagon diminui os níveis d 
frutose 2,6-bifofato, resultando na 
ativação da frutose 1,6-bifosfato e 
na inibição da fosfofrutocinase-1, 
favorecendo a gliconeogênese em 
detrimento da glicose. 
2. O glucagon liga-se ao seu receptor, 
o qual é acoplado à proteína G e 
via aumento nos níveis de AMP 
cíclico e estimula a conversão da 
piruvato-cinase hepática em sua 
forma inativa. Isso diminui a 
conversão do PEP em piruvato, 
tendo o efeito de redireciona-lo 
para a síntese de glicose 
3. O glucagon aumenta a transcrição 
do gene da PEP-carboxicinase, 
aumentando assim, a 
disponibilidade dessa atividade 
enzimática à medida que os níveis 
de seu substrato aumentam com o 
jejum. 
➢ Disponibilidade de substrato: a 
disponibilidade de precursores 
glicogênicos, especialmente de 
aminoácidos glicogênicos, influência de 
modo considerável a velocidade da síntese 
hepática de glicose. Níveis diminuídos de 
insulina favorecem a mobilização de 
aminoácidos a partir de proteínas 
musculares e fornecem esqueletos 
 METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS 
ALUNA: BARBARA KISSEL 
ETAPA 1-MED 
carbonados para a gliconeogênese. Além 
disso o ATP e NADH coenzimas necessárias 
para a gliconeogênese são fornecidos 
principalmente pelo catabolismo de 
aminoácidos. 
➢ Ativação alostérica da acetil-COA: 
Durante o jejum, ocorre a ativação 
alostérica da piruvato-carboxilase hepática 
pela acetil-CoA. Como resultado da lipólise 
excessiva no tecido adiposo, o fígado é 
inundado com ácidos graxos. A velocidade 
de formação da acetil-COA pela oxidação 
desses ácidos graxos excede a capacidade 
do fígado de oxida-la a CO2 e H2O. como 
resultado a acetil-COA se acumula 
ativando a piruvato-carboxilase. 
➢ Inibição alostérica pelo AMP: a frutose-
1,6-bifosfato é inibida por AMP. Isso 
resulta na regulação reciproca da glicólise 
e a gliconeogênese, como visto 
anteriormente para a frutose 2,6-
bifosfato.