10 - Glicolise e gliconeogenese

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<p>Glicólise e</p><p>gliconeogênese</p><p>Vias catabólicas específicas: glicólise; β-oxidação de ácidos graxos; aminoácidos.</p><p>Via catabólica comum: ciclo do ácido cítrico (Krebs) e fosforilação oxidativa.</p><p>Biossíntese das principais classes de biomoléculas.</p><p>Parte 1</p><p>Glicólise</p><p>Glyk (grego) = doce</p><p>Gliconeogênese</p><p>Glicólise:</p><p>sequência de</p><p>10 reações enzimáticas</p><p>no</p><p>citossol</p><p>Processo Anaeróbico</p><p>Diidroxiacetona fosfato</p><p>Gliceraldeído 3-fosfato</p><p>Fosfoenolpiruvato</p><p>Principais diferenças entre espécies:</p><p>Destino do piruvato</p><p>Fermentação/etanol (Leveduras)</p><p>Animal, plantas e muitas células microbianas sob condições aeróbicas</p><p>No músculo (contração vigorosa), nos eritrócitos e alguns microorganismos</p><p>Três possíveis vias catabólicas do piruvato formado na glicólise</p><p>Etapas de 1 a 5: Investimento de Energia</p><p>DHAP</p><p>G3P</p><p>Etapas de 6 a 10: Recuperação de Energia</p><p>A importância da fosforilação dos intermediários</p><p>Manter metabólitos no citossol sem gasto de energia, pois não há proteínas carreadoras na membrana;</p><p>Grupos fosforil são fáceis de transferir ;</p><p>Enzimas têm sítios ativos específicos p/ grupos fosfatos complexados com Mg2+.</p><p>Reações da glicólise</p><p>A hexoquinase é uma enzima comum, não específica, que catalisa a fosforilação de hexoses (D-glicose, D-manose e D-frutose).</p><p>1a etapa: fosforilação da glicose</p><p>Glicose – 6 - fosfato</p><p>Hexoquinase</p><p>Cofator</p><p>Hexokinase + Mg2+: ATP + n H2O</p><p>Hexokinase + Glicose + Mg2+: ATP - n H2O =</p><p>complexo ternário</p><p>Kinase = enzima que transfere grupo fosforila entre ATP e um metabólito</p><p>Hexoquinase = quinase que interage com hexoses;</p><p>pentoses (por exemplo, xilose) interagem, porém sobra espaço</p><p>para uma molécula de água fazer o ataque nucleofílico;</p><p>Hexoquinase catalisa a transferência de grupo fosforila para a glicose 40.000 vezes mais rápido do que com a água.</p><p>Obs: ATP não complexado ao Mg 2+ é um potente competidor inibidor da hexokinase</p><p>11</p><p>2a etapa: conversão da glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato catalisada pela fosfoglicose isomerase</p><p>Mecanismo da catálise pela fosfoglicose-isomerase (PGI) envolve reação ácido-base com a participação de resíduos conservados evolutivamente: Lys, His e Glu:</p><p>B׃ =</p><p>..</p><p>..</p><p>ou</p><p>H+</p><p>Frutose</p><p>A velocidade da isomerização é muito maior que a da epimerização. PGI (fosfoglicose-isomerase) deve bloquear a face do intermediário que levaria à formação da manose.</p><p>X</p><p>Abertura do anel da glicose</p><p>Isomerização da glicose</p><p>14</p><p>Etapa mais lenta da via</p><p>3a etapa: fosforilação da frutose-6-fosfato para frutose-1,6-bisfosfato ou (frutose-1,6-difosfato)</p><p>Pontos de Regulação na Glicólise</p><p>∆G’ = ∆G’º + R T ln [produtos]/[reagentes]</p><p>Se ∆G < 0</p><p>Reação espontânea</p><p>16</p><p>PFK-1 é uma proteína tetramérica com 2 estados</p><p>conformacionais, R e T, em equilíbrio</p><p>Aumento da concentração de ATP desloca o equilíbrio R-T para a forma T que tem baixa afinidade pelo substrato.</p><p>O AMP reverte a ação do ATP</p><p>Regulação ocorre em sítios alostéricos</p><p>4a etapa: A enzima frutose-1,6-bisfosfato aldolase</p><p>catalisa condensação aldólica (retro-aldol)</p><p>Clivagem de aldol catalisado por base</p><p>Mecanismo de clivagem de aldol catalisada por base (condensação retro-aldólica)</p><p>5a etapa: A dihidroxiacetona-fosfato é rápida e reversivelmente convertida no gliceraldeído-3-fosfato pela triose-fosfato isomerase.</p><p>Triose Fosfato Isomerase</p><p>Enediol intermediário</p><p>Ligações de hidrogênio</p><p>com resíduos da enzima</p><p>alteram pKa de grupos funcionais</p><p>Dihidroxiacetona-fosfato</p><p>Gliceraldeído-3-fosfato</p><p>Triose Fosfato Isomerase possui motivo “barril a/b”</p><p>(Laço)</p><p>(Barril)</p><p>Estrutura da TIM</p><p>Opera com kcat/KM no limite de difusão do substrato</p><p>Anticorpo catalítico que se liga à enzima 155 vezes mais fortemente do que dihidroxiacetona-fosfato (GAP) ou gliceraldeído-3-fosfato (DHAP). Sustenta a hipótese de que a reação se passa via o enediol</p><p>Similar estável do ET da etapa determinante da velocidade da reação:</p><p>6a etapa: oxidação de gliceraldeído-3-fosfato para 1,3-bisfosfoglicerato catalisada pela gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase.</p><p>A fosforilação é feita com Pi</p><p>A 1a fase de recuperação de energia</p><p>Acilfosfato =</p><p>anidrido</p><p>misto</p><p>com alto potencial de transferir grupo fosforila</p><p>NAD+ substitui NADH</p><p>no sítio</p><p>7a etapa: A enzima fosfoglicerato-quinase transfere o grupo fosforila de alta energia do 1,3-bisfosfatoglicerato para ADP formando ATP e 3-fosfoglicerato.</p><p>8a etapa: Conversão do 3-fosfoglicerato no</p><p>2-fosfoglicerato, mediada pela fosfoglicerato mutase com participação do cofator Mg2+</p><p>8ª Etapa</p><p>Enzima fosforilada inicialmente pelo 2,3-BPG presente (traços) no citossol=</p><p>“reaction primer”</p><p>Requer a presença de 2,3-BPG</p><p>9a etapa: Desidratação do 2-fosfoglicerato, mediada pela enolase, para formar fosfo-enolpiruvato (PEP)</p><p>“Carbânion intermediário”</p><p>(PEP)</p><p>Duas propostas mecanísticas:</p><p>Enolase</p><p>- H2O</p><p>- H2O</p><p>K+</p><p>Mg2+</p><p>10a etapa: transferência do grupo fosforila do fosfo-enolpiruvato (PEP) para ADP, catalisada pela piruvato kinase, que requer K+ + Mg2+ ou Mn2+</p><p>PEP</p><p>A reação global da glicólise gera ATP, NADH e Piruvato:</p><p>Conversões enzimáticas para D-glicose a partir de diferentes açúcares:</p><p>Uridina difosfato glicose (UDP-Glu)</p><p>Quebra do glicogênio pela glicogênio fosforilase</p><p>Convertido pela fosfoglicomutase em Glicose 6-P</p><p>Uridina difosfato glicose (UDP-Glu)</p><p>Nucleosídeo</p><p>(uracila + ribose)</p><p>D-glicose</p><p>Modo de ação da enzima desramificadora do glicogênio</p><p>A enzima transfere três resíduos de glicose ligados α (1→4) de uma ramificação para outra ramificação. A mesma enzima também catalisa a hidrólise do resíduo ligado α (1→6) no ponto de ramificação.</p><p>Não há uma via de oxidação da galactose. Logo a estratégia é converter a galactose em glicose</p><p>Reação de Galactose-1P com UDP-glicose, um intermediário na síntese de glicogênio gera UDP-galactose, o qual é reconhecido pela enzima UDP-galactose epimerase e convertido em UDP-glicose, o qual pode ser hidrolisado a Glicose-1P.</p><p>Gliconeogênese</p><p>Pela gliconeogênese, a glicose é produzida a partir de compostos aglicanos (não-carboidratos),</p><p>Em humanos, os principais precursores (geram piruvato) são: lactato, glicerol e aminoácidos, em especial a alanina.</p><p>Vias anabólicas são geralmente redutoras e não oxidativas</p><p>Alguns princípios de metabolismo:</p><p>Vias anabólicas e catabólicas são diferentes, embora compartilhem um conjunto de enzimas. Caso contrário, o fluxo de carbono seria direcionado pela ação das massas.</p><p>As vias são reguladas em uma ou mais reações únicas, de preferência em um ponto inicial da via (ênfase em vias anabólicas).</p><p>Reações em vias anabólicas tornam-se termodinamicamente favoráveis pela ação de moléculas como ATP e NADPH.</p><p>3 reações de by-pass nas reações irreversíveis na via glicolítica. As reações são também irreversíveis na gliconeogênese.</p><p>Glicólise gera ATP e NADH</p><p>Gliconeogênese consome ATP e NADH</p><p>1° bypass</p><p>2° bypass</p><p>3° bypass</p><p>GERA NADH!</p><p>CONSOME NADH!</p><p>1° bypass</p><p>Transporte de NADH para o citosol, que tem uma razão NADH/NAD+ muito baixa devido o passo 3 da glicólise!</p><p>Reação de lactato para piruvato já gera NADH no citosol e a reação possui outro destino.</p><p>1 via para o piruvato e outra via para o lactato.</p><p>(vit H, B7 ou B8)</p><p>Reação Piruvato carboxilase</p><p>2° bypass</p><p>Hidrólise do fosfato ligado a C-1 na molécula Frutose 1,6 bisfosfato pela enzima Frutose 1,6 bisfosfatase (FBPase-1)</p><p>PFK-1</p><p>FBPase-1</p><p>-16.3 kJ/mol</p><p>-14.2 kJ/mol</p><p>Regulação hormonal de glicólise e gliconeogênese pela frutose 2,6 bisfosfato. Ativador alostérico de PFK-1, inibidor de FBPase-1.</p><p>Insulina, hormônio pancreático liberado após ingestão de alimentos é um potente ativador da enzima PFK-2, que leva a formação de F2BP, que é um potente ativador de PFK-1, estimulando a glicólise.</p><p>Glucagon, o hormônio do jejum, tem o efeito oposto.</p><p>3° bypass</p><p>A enzima glicose 6-fosfatase catalisa a hidrólise do fosfato da Glicose-6-Fosfato, sintetizando Glicose para exportação. Isso ocorre no fígado principalmente</p><p>e nunca no cérebro ou músculos, pois esses não fazem gliconeogênese.</p><p>G´ = -13.8 kJ/mol</p><p>Regulação da glicólise e gliconeogênese</p><p>Caso não reguladas, as vias da glicólise e gliconeogênese gerariam ciclos fúteis com gasto de energia.</p><p>Síntese do glicogênio</p><p>Uridina trifosfato</p><p>Fosfoglicomutase converte Glicose-6P em Glicose 1-P</p><p>Gliconeogênese</p><p>Modo de ação da enzima ramificadora na síntese do glicogênio</p><p>A enzima transfere um segmento com sete resíduos de glicose de ramificação em crescimento para um novo ponto de ramificação, onde uma ligação α (1→6) é formada.</p><p>O ciclo de cori</p><p>O ciclo de cori seria fútil caso a gliconeogênese e a glicólise ocorressem dentro de uma célula. Entretanto, esse ciclo ocorre entre órgãos, mais especificamente os músculos e o fígado. Os músculos sob contração intensa produzem lactato, o qual é exportado para o fígado, via o sangue e transformado em glicose, a qual é exportada novamente para o sangue e abastecerá os músculos.</p><p>image1.png</p><p>image2.png</p><p>image3.png</p><p>image4.png</p><p>image5.png</p><p>image6.png</p><p>image7.png</p><p>image8.png</p><p>image9.png</p><p>image10.png</p><p>image11.wmf</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>H</p><p>A</p><p>s</p><p>p</p><p>C</p><p>O</p><p>O</p><p>P</p><p>O</p><p>O</p><p>P</p><p>O</p><p>O</p><p>P</p><p>O</p><p>A</p><p>d</p><p>e</p><p>n</p><p>o</p><p>s</p><p>i</p><p>n</p><p>a</p><p>O</p><p>O</p><p>M</p><p>g</p><p>O</p><p>O</p><p>2</p><p>G</p><p>l</p><p>i</p><p>c</p><p>o</p><p>s</p><p>e</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>P</p><p>O</p><p>3</p><p>2</p><p>A</p><p>s</p><p>p</p><p>C</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>A</p><p>D</p><p>P</p><p>C</p><p>O</p><p>O</p><p>G</p><p>l</p><p>u</p><p>O</p><p>A</p><p>s</p><p>n</p><p>H</p><p>2</p><p>N</p><p>oleObject1.bin</p><p>image12.wmf</p><p>image13.png</p><p>image14.wmf</p><p>N</p><p>N</p><p>H</p><p>H</p><p>i</p><p>s</p><p>H</p><p>image15.wmf</p><p>C</p><p>O</p><p>O</p><p>G</p><p>l</p><p>u</p><p>image16.wmf</p><p>L</p><p>y</p><p>s</p><p>N</p><p>H</p><p>3</p><p>image17.png</p><p>oleObject2.bin</p><p>oleObject3.bin</p><p>oleObject4.bin</p><p>image18.wmf</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>H</p><p>C</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>6</p><p>5</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>C</p><p>H</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>6</p><p>5</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>H</p><p>C</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>6</p><p>5</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>H</p><p>C</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>6</p><p>5</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>G</p><p>l</p><p>u</p><p>c</p><p>o</p><p>s</p><p>e</p><p>c</p><p>i</p><p>s</p><p>-</p><p>E</p><p>n</p><p>e</p><p>d</p><p>i</p><p>o</p><p>l</p><p>a</p><p>t</p><p>o</p><p>M</p><p>a</p><p>n</p><p>o</p><p>s</p><p>e</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>image19.wmf</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>O</p><p>O</p><p>P</p><p>O</p><p>3</p><p>2</p><p>-</p><p>H</p><p>H</p><p>3</p><p>N</p><p>L</p><p>y</p><p>s</p><p>B</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>O</p><p>O</p><p>P</p><p>O</p><p>3</p><p>2</p><p>-</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>oleObject5.bin</p><p>oleObject6.bin</p><p>image20.png</p><p>image21.png</p><p>image22.png</p><p>image23.png</p><p>image24.wmf</p><p>R</p><p>O</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>R</p><p>'</p><p>O</p><p>H</p><p>-</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>R</p><p>O</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>-</p><p>H</p><p>R</p><p>'</p><p>R</p><p>O</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>-</p><p>R</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>-</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>-</p><p>R</p><p>O</p><p>C</p><p>H</p><p>3</p><p>d</p><p>i</p><p>h</p><p>i</p><p>d</p><p>r</p><p>o</p><p>x</p><p>i</p><p>-</p><p>a</p><p>c</p><p>e</p><p>t</p><p>o</p><p>n</p><p>a</p><p>-</p><p>f</p><p>o</p><p>s</p><p>f</p><p>a</p><p>t</p><p>o</p><p>H</p><p>O</p><p>R</p><p>'</p><p>+</p><p>g</p><p>l</p><p>i</p><p>c</p><p>e</p><p>r</p><p>a</p><p>l</p><p>d</p><p>e</p><p>í</p><p>d</p><p>o</p><p>-</p><p>3</p><p>-</p><p>f</p><p>o</p><p>s</p><p>f</p><p>a</p><p>t</p><p>o</p><p>image25.png</p><p>oleObject7.bin</p><p>image26.wmf</p><p>O</p><p>T</p><p>y</p><p>r</p><p>image27.png</p><p>oleObject8.bin</p><p>image28.png</p><p>image29.png</p><p>image30.wmf</p><p>N</p><p>N</p><p>H</p><p>H</p><p>i</p><p>s</p><p>9</p><p>5</p><p>B</p><p>H</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>P</p><p>O</p><p>3</p><p>2</p><p>-</p><p>C</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>O</p><p>C</p><p>O</p><p>G</p><p>l</p><p>u</p><p>1</p><p>6</p><p>5</p><p>O</p><p>D</p><p>H</p><p>A</p><p>P</p><p>N</p><p>N</p><p>H</p><p>i</p><p>s</p><p>9</p><p>5</p><p>H</p><p>B</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>P</p><p>O</p><p>3</p><p>2</p><p>-</p><p>C</p><p>C</p><p>H</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>C</p><p>O</p><p>G</p><p>l</p><p>u</p><p>1</p><p>6</p><p>5</p><p>O</p><p>H</p><p>C</p><p>H</p><p>2</p><p>O</p><p>P</p><p>O</p><p>3</p><p>2</p><p>-</p><p>C</p><p>C</p><p>H</p><p>H</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>G</p><p>A</p><p>P</p><p>oleObject9.bin</p><p>image31.png</p><p>image32.jpeg</p><p>image33.wmf</p><p>C</p><p>O</p><p>H</p><p>C</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>O</p><p>3</p><p>P</p><p>O</p><p>H</p><p>2</p><p>C</p><p>N</p><p>O</p><p>H</p><p>C</p><p>O</p><p>H</p><p>O</p><p>3</p><p>P</p><p>O</p><p>H</p><p>2</p><p>C</p><p>E</p><p>n</p><p>e</p><p>d</p><p>i</p><p>o</p><p>l</p><p>F</p><p>o</p><p>s</p><p>f</p><p>o</p><p>g</p><p>l</p><p>i</p><p>c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