glicólise e gliconeogênese

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<p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>SESSÃO 2</p><p>OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM</p><p>1. Explicar as vias metabólicas anaeróbicas que</p><p>utilizam a glicose.</p><p>2. Compreender a importância da glicólise e</p><p>gliconeogênese como estratégias metabólicas</p><p>centrais na obtenção e manutenção de energia em</p><p>anaerobiose.</p><p>CONTEÚDOS DE APRENDIZAGEM</p><p>• Glicogênese;</p><p>• Glicólise e gliconeogênese;</p><p>• Mecanismos anaeróbicos de produção de energia;</p><p>• Metabolismo do ácido láctico;</p><p>• Armazenamento, excreção e metabolismo anaeróbico.</p><p>CICLO DO ÁCIDO TRICARBOXÍLICO-</p><p>KREBS</p><p>-O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial.</p><p>-É também conhecido como ciclo do ácido cítrico e ciclo</p><p>do ácido tricarboxílico.</p><p>-É uma das etapas da respiração celular.</p><p>-Consiste em oito reações.</p><p>-É denominado de ciclo, pois o oxaloacetato é</p><p>regenerado ao final das reações.</p><p>→O ciclo do TCA (ciclo do ácido tricarboxílico, do inglês</p><p>tricarboxylic acid) é responsável por mais de dois terços</p><p>do ATP produzido a partir da oxidação de substratos</p><p>energéticos.</p><p>"O ciclo de Krebs, ou ciclo do ácido cítrico, é uma das</p><p>etapas do processo de respiração celular. Logo, como</p><p>uma das etapas da respiração da célula, ocorre após a</p><p>glicólise, um processo que acontece no citosol e consiste</p><p>na quebra da glicose em duas moléculas de piruvato.O</p><p>piruvato segue para a mitocôndria, onde é convertido em</p><p>acetil-CoA, que entra no ciclo de Krebs. Assim, ao final do</p><p>ciclo, dá-se início à fosforilação oxidativa, a terceira etapa</p><p>da respiração celular, a qual também ocorre na</p><p>mitocôndria."</p><p>-As rotas para a oxidação de ácidos graxos, glicose,</p><p>aminoácidos, acetato, e corpos cetônicos, todas</p><p>produzem acetil-CoA, a qual é o substrato para o ciclo do</p><p>TCA. Quando o grupo acetila de 2 carbonos ativado é</p><p>oxidado a duas moléculas de CO2, energia é conservada</p><p>como NADH, FAD(2H) e GTP.</p><p>→O NADH e o FAD(2H) subsequentemente doam</p><p>elétrons para o O2 através da cadeia de transporte de</p><p>elétrons, com a produção de ATP a partir da fosforilação</p><p>oxidativa. Assim, o ciclo do TCA é central para a produção</p><p>de energia a partir da respiração celular. Dentro do ciclo</p><p>do TCA, a descarboxilação oxidativa de um x-cetoglutarato</p><p>é catalisada pelo complexo de múltiplas subunidades da</p><p>x-cetoglutarato-desidrogenase, a qual contém as</p><p>coenzimas tiamina-pirofosfato, lipoato e FAD.</p><p>Um complexo similar, o complexo da piruvato-</p><p>desidrogenase (CPD), catalisa a oxidação de piruvato a</p><p>acetil-CoA, fornecendo, assim, uma conexão entre as</p><p>rotas da glicólise e do ciclo do TCA. O grupo acetila de dois</p><p>carbonos é a fonte final de elétrons que são transferidos</p><p>para o NAD+ e o FAD e também do carbono nas duas</p><p>moléculas de CO2 que são produzidas. O oxaloacetato é</p><p>utilizado e regenerado a cada volta do ciclo. Contudo,</p><p>quando as células utilizam intermediários do ciclo do TCA</p><p>para reações de biossíntese, os carbonos do oxaloacetato</p><p>devem ser substituídos por reações anapleróticas (de</p><p>preenchimento), como a reação da piruvato-carboxilase.</p><p>→O ciclo do TCA ocorre na mitocôndria, onde seu fluxo</p><p>é fortemente coordenado com a velocidade da cadeia de</p><p>transporte de elétrons e fosforilação oxidativa por meio</p><p>de regulação por retroalimentação que reflete a demanda</p><p>de ATP. A velocidade do ciclo do TCA está aumentada</p><p>quando a utilização de ATP nas células é aumentada pela</p><p>resposta de várias enzimas aos níveis de ADP, à razão</p><p>NADH/NAD+, à velocidade de oxidação de FAD(2H) ou à</p><p>concentração de Ca2+. Por exemplo, a isocitrato-</p><p>desidrogenase é ativada alostericamente por ADP.</p><p>➔Há duas consequências gerais para o funcionamento</p><p>inadequado do ciclo do TCA: (1) uma inabilidade de</p><p>produzir ATP a partir da oxidação de substrato energético</p><p>e (2) um acúmulo de precursores do ciclo do TCA. Por</p><p>exemplo, a inibição da oxidação de piruvato no ciclo do</p><p>TCA resulta em sua redução a lactato, o que pode causar</p><p>uma acidose lática. A situação mais comum levando a</p><p>uma função diminuída do ciclo de Krebs é uma falha</p><p>relativa do oxigênio em aceitar elétrons na cadeia de</p><p>transporte de elétrons.</p><p>ETAPAS:</p><p>→"Cada uma das etapas é catalisada por uma enzima</p><p>diferente. O ciclo tem início após o processo de glicólise,</p><p>com a entrada do piruvato na mitocôndria. O piruvato é</p><p>convertido em um composto denominado acetil-CoA ou</p><p>acetil coenzima A."</p><p>→Primeira etapa do ciclo de Krebs: o grupo acetila do</p><p>acetil-CoA é transferido a uma molécula de quatro</p><p>carbonos, o oxaloacetato, produzindo o citrato, forma</p><p>ionizada do ácido cítrico. O ácido cítrico é um ácido</p><p>tricarboxílico de seis carbonos, motivo pelo qual o ciclo</p><p>de Krebs é também chamado de ciclo do ácido cítrico e</p><p>ciclo do ácido tricarboxílico.</p><p>→ Segunda etapa do ciclo de Krebs: o citrato é convertido</p><p>em isocitrato, seu isômero, por meio de uma reação na</p><p>qual ocorre a remoção de uma molécula de água e adição</p><p>de uma outra.</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>→ Terceira etapa do ciclo de Krebs: a primeira de quatro</p><p>etapas de oxidação, o isocitrato é oxidado, e NaD+ é</p><p>reduzido a NADH. O composto resultante é instável e</p><p>perde uma molécula de gás carbônico.</p><p>→ Quarta etapa do ciclo de Krebs: ocorre uma oxidação</p><p>que produz gás carbônico e reduz NAD+ a NADH. A</p><p>molécula restante é anexada à coenzima A por meio de</p><p>uma ligação instável.</p><p>→ Quinta etapa do ciclo de Krebs: a coenzima A é</p><p>substituída por um grupo fosfato, formando uma ligação</p><p>fosfato a succinato de alta energia. O fosfato é transferido</p><p>ao GDP, formando GTP. O GTP, ou trifosfato de</p><p>guanosina, é uma molécula parecida em estrutura e</p><p>função com o ATP. Ele pode ser usado pela célula para</p><p>produzir ATP ou então diretamente para realização de</p><p>trabalho. Em bactérias e plantas, há formação de ATP no</p><p>lugar de GTP.</p><p>→ Sexta etapa do ciclo de Krebs: terceira etapa de</p><p>oxidação do ciclo de Krebs, a FAD remove dois átomos de</p><p>hidrogênio do succinato, levando à formação de FADH2.</p><p>→ Sétima etapa do ciclo de Krebs: uma molécula de água</p><p>é adicionada ao fumarato.</p><p>→ Oitava etapa do ciclo de Krebs: última das quatro</p><p>etapas de oxidação do ciclo, o substrato é oxidado,</p><p>reduzindo NAD+ a NADH e regenerando o oxaloacetato.</p><p>Como o oxaloacetato inicia o processo e é regenerado ao</p><p>fim das oito etapas, dizemos que essa sequência de</p><p>reações forma um ciclo."</p><p>➔RENDIMENTO TOTAL DO CICLO: "a glicose origina dois</p><p>acetil-CoA, portanto, o rendimento total do ciclo por</p><p>glicose é de 6 NADH, 2 FADH2 e o equivalente a 2 ATP."</p><p>→Produção de acetil-CoA (acetato ativado)</p><p>• Piruvato, o produto da glicólise, é transportado para a</p><p>matriz mitocondrial pelo carreador mitocondrial de</p><p>piruvato.</p><p>• O piruvato é convertido em acetil-CoA, o metabólito</p><p>que dá início ao ciclo do ácido cítrico, pelo complexo da</p><p>piruvato-desidrogenase.</p><p>• O complexo da PDH é composto por várias cópias de</p><p>três enzimas: piruvato-desidrogenase, E1 (ligada ao</p><p>cofator TPP); di-hidrolipoil-transacetilase, E2</p><p>(covalentemente ligada ao grupo lipoil); e di-hidrolipoil-</p><p>desidrogenase, E3 (com os cofatores FAD e NAD+).</p><p>• E1 catalisa a primeira descarboxilação do piruvato,</p><p>produzindo hidroxietil-TPP, e, então, a oxidação do grupo</p><p>hidroxietila a um grupo acetila. Os elétrons dessa</p><p>oxidação reduzem o dissulfeto do lipoato ligado a E2, e o</p><p>grupo acetila é transferido em uma ligação tioéster a um</p><p>grupo -SH do lipoato reduzido.</p><p>• E2 catalisa a transferência do grupo acetila para a</p><p>coenzima A, formando acetil-CoA.</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>• E3 catalisa a regeneração da forma dissulfeto (oxidada)</p><p>do lipoato; os elétrons passam primeiramente ao FAD, e,</p><p>então, ao NAD+.</p><p>• Os braços longos de lipoil-lisina movem-se livremente</p><p>entre o sítio ativo de E1 e os sítios ativos de E2 e E3,</p><p>prendendo os intermediários ao complexo enzimático e</p><p>possibilitando a canalização do substrato.</p><p>• A organização do complexo da PDH é muito semelhante</p><p>àquela dos complexos enzimáticos que catalisam a</p><p>oxidação do a-cetoglutarato e dos a -cetoácidos de cadeia</p><p>ramificada.</p><p>REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO</p><p>• O ciclo do ácido cítrico (ciclo de</p><p>Krebs, ciclo do ácido</p><p>tricarboxílico) é uma via catabólica central e</p><p>praticamente universal por meio da qual os compostos</p><p>derivados da degradação de carboidratos, gorduras e</p><p>proteínas são oxidados a CO2, com a maior parte da</p><p>energia da oxidação temporariamente armazenada nos</p><p>transportadores de elétrons FADH2 e NADH. Durante o</p><p>metabolismo aeróbico, esses elétrons são transferidos ao</p><p>02, e a energia do fluxo de elétrons é capturada na forma</p><p>de ATP.</p><p>• A acetil-CoA entra no ciclo do ácido cítrico (na</p><p>mitocôndria de eucariotos, no citosol de bactérias)</p><p>quando a citrato-sintase catalisa sua condensação com o</p><p>oxalacetato para a formação de citrato.</p><p>• Em sete reações sequenciais, incluindo duas</p><p>descarboxilações, o ciclo do ácido cítrico converte citrato</p><p>em oxalacetato e libera dois CO2;</p><p>• A via é cíclica, de modo que os intermediários não são</p><p>exauridos; para cada oxalacetato consumido na via, um</p><p>é produzido.</p><p>• Para cada acetil-CoA oxidada pelo ciclo do ácido cítrico,</p><p>o ganho de energia consiste em três moléculas de NADH,</p><p>uma de FADH2 e um nucleosídeo trifosfatado (ATP ou</p><p>GTP).</p><p>• Além da acetil-CoA, qualquer composto que origine</p><p>um intermediário do ciclo do ácido cítrico com quatro ou</p><p>cinco carbonos - por exemplo, os produtos da</p><p>degradação de muitos aminoácidos - pode ser oxidado</p><p>pelo ciclo.</p><p>• O ciclo do ácido cítrico é anfibólico, servindo ao</p><p>catabolismo e ao anabolismo; os intermediários do ciclo</p><p>podem ser desviados e utilizados como material de</p><p>partida para a síntese de diversos produtos.</p><p>• Os vertebrados não conseguem sintetizar glicose a partir</p><p>do acetato ou dos ácidos graxos que dão origem à acetil-</p><p>-CoA.</p><p>• Quando os intermediários são desviados do ciclo do</p><p>ácido cítrico para outras vias, eles são repostos por</p><p>algumas reações anapleróticas, que produzem</p><p>intermediários de quatro carbonos por meio da</p><p>carboxilação de compostos de três carbonos; essas</p><p>reações são catalisadas por piruvato-carboxilase, PEP-</p><p>carboxicinase, PEP-carboxilase e enzima málica.</p><p>• As enzimas que catalisam carboxilações utilizam</p><p>comumente a biotina para ativar o CO2 e transportá-lo a</p><p>aceptores, como piruvato ou fosfoenolpiruvato.</p><p>REGULAÇÃO DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO</p><p>• A velocidade global do ciclo do ácido cítrico é controlada</p><p>pela taxa de conversão do piruvato em acetil-CoA e pelo</p><p>fluxo pelas enzimas citrato-sintase, isocitrato- -</p><p>desidrogenase e a-cetoglutarato-desidrogenase. Esses</p><p>fluxos são determinados pelas concentrações dos</p><p>substratos e dos produtos: os produtos finais ATP e NADH</p><p>são inibidores, e os substratos NAD+ e ADP são</p><p>estimuladores.</p><p>• A produção de acetil-CoA para o ciclo do ácido cítrico</p><p>pelo complexo da PDH é inibida alostericamente pelos</p><p>metabólitos que sinalizam a suficiência de energia</p><p>metabólica (ATP, acetil-CoA, NADH e ácidos graxos), sendo</p><p>estimulada pelos metabólitos que indicam um</p><p>suprimento de energia reduzido (AMP, NAD+, CoA).</p><p>• Os complexos formados por enzimas em sequência em</p><p>uma via possibilitam a canalização do substrato entre</p><p>essas enzimas.</p><p>PRODUÇÃO DE ATP A PARTIR DE</p><p>GLICOSE: GLICÓLISE</p><p>→ A glicólise é uma das etapas da respiração celular, na</p><p>qual ocorre a quebra da glicose em partes menores e</p><p>consequente liberação de energia. Essa etapa metabólica</p><p>acontece no citoplasma da célula enquanto as seguintes</p><p>são dentro da mitocôndria.</p><p>→A FASE PREPARATÓRIA DA GLICÓLISE REQUER ATP</p><p>A glicose é o substrato energético universal para as</p><p>células humanas. Cada tipo celular nos humanos é capaz</p><p>de produzir trifosfato de adenosina (ATP) a partir de</p><p>glicólise, a rota na qual a glicose é oxidada e quebrada</p><p>para formar piruvato. A importância da glicólise na</p><p>economia de substrato energético no corpo humano está</p><p>relacionada com a disponibilidade de glicose no sangue,</p><p>bem como a habilidade da glicólise de produzir ATP na</p><p>presença e na ausência de O2.</p><p>→A glicose é o principal açúcar na dieta e o carboidrato</p><p>que circula no sangue para garantir que todas as células</p><p>tenham um fornecimento de substrato energético</p><p>contínuo. O cérebro utiliza glicose quase exclusivamente</p><p>como um substrato energético.</p><p>→ A glicólise inicia com a fosforilação de glicose a glicose-</p><p>6-fosfato (glicose6-P) pela hexoquinase (HK).</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>➔FASE DE PAGAMENTO: A fase de pagamento da</p><p>glicólise produz ATP e NADH. Nas etapas subsequentes</p><p>da rota, uma molécula de glicose-6-fosfato é oxidada em</p><p>duas moléculas de piruvato com produção de duas</p><p>moléculas de NADH. Ocorre uma produção total de duas</p><p>moléculas de ATP pela transferência direta de fosfato rico</p><p>em energia a partir de intermediários da rota para ADP</p><p>(fosforilação em nível de substrato).</p><p>➔A glicólise ocorre no citosol e produz NADH citosólico.</p><p>Devido ao fato de o NADH não poder atravessar a</p><p>membrana interna da mitocôndria, seus equivalentes de</p><p>redução são transferidos para a cadeia de transporte de</p><p>elétrons pela lançadeira de malato-aspartato ou pela</p><p>lançadeira de glicerol-3-fosfato. O piruvato é, então,</p><p>completamente oxidado a CO2 pela piruvato-</p><p>desidrogenase e pelo ciclo do piruvato.</p><p>A oxidação aeróbica completa de glicose a CO2 pode</p><p>produzir aproximadamente 30 a 32 moles de ATP por</p><p>mol de glicose. Quando as células têm um suprimento</p><p>limitado de oxigênio (p. ex., medula renal), ou poucas ou</p><p>nenhuma mitocôndria (p. ex., as células vermelhas), ou</p><p>demandas muito aumentadas para ATP (p. ex., músculo</p><p>esquelético durante exercício de alta intensidade), elas</p><p>dependem de glicólise anaeróbica para a produção de</p><p>ATP.</p><p>→Na glicólise anaeróbica, a lactato-desidrogenase oxida</p><p>o NADH produzido a partir de glicólise pela redução de</p><p>piruvato a lactato. Devido ao fato de o O2 não ser</p><p>necessário para reoxidar o NADH, a rota é referida como</p><p>anaeróbica. A liberação de energia a partir da glicólise</p><p>anaeróbica (2 moles de ATP por mol de glicose) é muito</p><p>menor do que a liberada pela oxidação aeróbica. O lactato</p><p>(ácido láctico) é liberado para o sangue. Sob condições</p><p>patológicas que causam hipoxia, tecidos podem produzir</p><p>ácido láctico o suficiente para causar acidemia láctica.</p><p>→Em cada célula, a glicólise é regulada para garantir que</p><p>a homeostase de ATP seja mantida, sem utilizar mais</p><p>glicose do que o necessário. Na maioria dos tipos</p><p>celulares, a hexoquinase (HK), a primeira enzima da</p><p>glicólise, é inibida por glicose-6-fosfato. Assim, a glicose</p><p>não é captada e fosforilada por uma célula a menos que</p><p>glicose-6-fosfato entre em uma rota metabólica, como a</p><p>glicólise ou a síntese de glicogênio. O controle da</p><p>entrada da glicose-6-P na glicólise ocorre na</p><p>fosfofrutoquinase-1 (PFK-1), a enzima limitante de</p><p>velocidade da rota. A PFK-1 É ALOSTERICAMENTE</p><p>INIBIDA POR ATP E ALOSTERICAMENTE ATIVADA POR</p><p>AMP. O AMP aumenta no citosol quando ATP é</p><p>hidrolisado por reações que necessitam de energia.</p><p>→ Para a glicose-6-fosfato e outros fosfoésteres de</p><p>glicídeos, o grupo fosfato será indicado por “P” como em</p><p>glicose-6-P.</p><p>➔Na respiração aeróbica é originado o piruvato que</p><p>entra no ciclo de Krebs, enquanto na respiração</p><p>anaeróbica, a glicose origina o lactato ou o etanol que</p><p>participam, respectivamente, da fermentação lática ou</p><p>alcoólica.</p><p>➔As duas fases da glicólise. Para cada molécula de</p><p>glicose que passa pela fase preparatória (a), duas</p><p>moléculas de gliceraldeído-3-fosfato são formadas; as</p><p>duas passam pela fase de pagamento (b). O piruvato é o</p><p>produto final da segunda fase da glicólise. Para cada</p><p>molécula de glicose, dois ATP são consumidos na fase</p><p>preparatória e quatro ATP são produzidos na fase de</p><p>pagamento, dando um rendimento líquido de dois ATP</p><p>por molécula de glicose convertida em piruvato.</p><p>→Na fase preparatória da glicólise, ocorre investimento</p><p>de ATP para a conversão de glicose em frutose-1,6-</p><p>bisfosfato. A ligação entre C-3 e C-4 é, então, clivada para</p><p>gerar duas moléculas de triose-fosfato.</p><p>→Na fase de pagamento, cada uma das duas moléculas</p><p>de gliceraldeído-3-fosfato derivadas da glicose sofre</p><p>oxidação no C-1; a energia dessa reação</p><p>de oxidação é</p><p>conservada na forma de um NADH e dois ATP por triose-</p><p>-fosfato oxidada.</p><p>A equação para o processo global é Glicose + 2NAD+ +</p><p>2ADP + 2PI ~ 2 PIRUVATO + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H20</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>→A glicólise é regulada rigidamente de forma</p><p>coordenada com outras vias geradoras de energia para</p><p>garantir um suprimento constante de ATP.</p><p>→ No diabetes tipo 1, a captação deficiente de glicose</p><p>pelo músculo e pelo tecido adiposo tem efeitos profundos</p><p>sobre o metabolismo de carboidratos e gorduras.</p><p>UMA VISÃO GERAL: A GLICÓLISE TEM DUAS FASES</p><p>→A quebra da glicose (formada por seis átomos de</p><p>carbono) em duas moléculas de piruvato, cada uma com</p><p>três carbonos, ocorre em 10 etapas, sendo que as</p><p>primeiras 5 constituem a fase preparatória ou de</p><p>investimento.</p><p>→Nessas reações, a glicose é inicialmente fosforilada no</p><p>grupo hidroxila ligado ao C-6. A o-glicose-6-fosfato assim</p><p>formada é convertida em o-frutose-6-fosfato, a qual é</p><p>novamente fosforilada, desta vez no C-1 , para formar o-</p><p>frutose-1,6-bisfosfato. Nas duas reações de fosforilação, o</p><p>ATP é o doador de grupos fosforila. Como todos os</p><p>açúcares ou derivados formados na glicólise são isômeros</p><p>o, omitiremos a designação o, exceto quando o objetivo</p><p>for enfatizar sua estereoquímica. A frutose-1,6-bisfosfato</p><p>é dividida em duas moléculas de três carbonos, a di-</p><p>hidroxiacetona-fosfato e o gliceraldeído-3-fosfato; essa é</p><p>a etapa de "lise" que dá nome à via. A di-hidroxiacetona-</p><p>fosfato é isomerizada a uma segunda molécula de</p><p>gliceraldeído-3-fosfato, finalizando a primeira fase da</p><p>glicólise. Observe que duas moléculas de ATP são</p><p>consumidas antes da clivagem da glicose em duas partes</p><p>de três carbonos; haverá depois um bom retomo para</p><p>esse investimento.</p><p>➔Resumindo: na fase preparatória da glicólise, a energia</p><p>do ATP é consumida, aumentando o conteúdo de energia</p><p>livre dos intermediários, e as cadeias de carbono de todas</p><p>as hexoses metabolizadas são convertidas em um produto</p><p>comum, o gliceraldeído-3-fosfato.</p><p>➔O ganho de energia provém da fase de pagamento da</p><p>glicólise. Cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato é</p><p>oxidada e fosforilada por fosfato inorgânico (não por</p><p>ATP) para formar 1,3-bisfosfoglicerato (etapa 0). Ocorre</p><p>liberação de energia quando as duas moléculas de 1,3-</p><p>bisfosfoglicerato são convertidas em duas moléculas de</p><p>piruvato (etapas O a e). Grande parte dessa energia é</p><p>conservada pela fosforilação acoplada de quatro</p><p>moléculas de ADP a ATP.</p><p>➔O rendimento líquido são duas moléculas de ATP por</p><p>molécula de glicose utilizada, já que duas moléculas de</p><p>ATP foram consumidas na fase preparatória. A energia</p><p>também é conservada na fase de pagamento com a</p><p>formação de duas moléculas do transportador de</p><p>elétrons NADH por molécula de glicose. Nas reações</p><p>seguintes da glicólise, três tipos de transformações</p><p>químicas são particularmente notáveis:</p><p>(1) a degradação do esqueleto carbonado da glicose para</p><p>produzir piruvato; (2) a fosforilação de ADP a ATP pelos</p><p>compostos com alto potencial de transferência de</p><p>grupos fosforila, formados durante a glicólise; e (3) a</p><p>transferência de um íon hidreto para o NAD+, formando</p><p>NADH.</p><p>DESTINOS DO PIRUVATO</p><p>Com exceção de algumas variações interessantes entre as</p><p>bactérias, o piruvato formado na glicólise é</p><p>metabolizado por três rotas catabólicas.</p><p>➔Em organismos aeróbicos ou em tecidos em condições</p><p>aeróbicas, a glicólise é apenas o primeiro estágio da</p><p>degradação completa da glicose. O piruvato é oxidado,</p><p>com a perda de seu grupo carboxila na forma de C02,</p><p>para gerar o grupo acetila da acetil-coenzima A; o grupo</p><p>acetila é, então, completamente oxidado a C02 no ciclo</p><p>do ácido cítrico. Os elétrons originados dessas oxidações</p><p>são transferidos ao 02 por uma cadeia de transportadores</p><p>na mitocôndria, formando Hp. A energia liberada nas</p><p>reações de transferência de elétrons impulsiona a</p><p>síntese de ATP na mitocôndria.</p><p>➔O segundo destino do piruvato é a sua redução a</p><p>lactato por meio da fermentação láctica. Quando o</p><p>músculo esquelético em contração vigorosa trabalha em</p><p>condições de baixa pressão de oxigênio (hipoxia), o</p><p>NADH não pode ser reoxidado a NAD+; contudo, o NAD+</p><p>é necessário como aceptor de elétrons para a oxidação</p><p>do gliceraldeído-3-fosfato. Sob essas condições, o</p><p>piruvato é reduzido a lactato, recebendo os elétrons do</p><p>NADH, regenerando, dessa forma o NAD + necessário</p><p>para continuar a glicólise. Certos tecidos e tipos celulares</p><p>(p. ex., retina e eritrócitos) convertem glicose em lactato</p><p>mesmo em condições aeróbicas, e o lactato também é o</p><p>produto da glicólise em condições anaeróbicas em</p><p>alguns microrganismos.</p><p>➔A terceira rota principal do catabolismo do piruvato</p><p>leva à produção de etanol. Em alguns tecidos vegetais e</p><p>em certos invertebrados, protistas e microrganismos,</p><p>como as leveduras da fabricação da cerveja e do pão, o</p><p>piruvato é convertido, em hipoxia ou em condições</p><p>anaeróbicas, em etanol e CO2, um processo chamado de</p><p>fermentação etanólica (alcoólica).</p><p>→A oxidação do piruvato é um processo catabólico</p><p>importante, mas o piruvato também tem destinos</p><p>anabólicos. Ele pode, por exemplo, prover o esqueleto</p><p>carbonado para a síntese do aminoácido alanina ou para</p><p>a síntese de ácidos graxos.</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>Formação de ATP e de NADH acoplada à glicólise</p><p>Durante a glicólise, parte da energia da molécula de</p><p>glicose é conservada na forma de ATP, ao passo que a</p><p>maior parte permanece no produto, o piruvato. A</p><p>equação geral da glicólise é:</p><p>Para cada molécula de glicose degradada a piruvato, duas</p><p>moléculas de ATP são geradas a partir de ADP e P;, e duas</p><p>moléculas de NADH são produzidas pela redução de</p><p>NAD+. A redução de NAD+ ocorre pela transferência</p><p>enzimática de um íon hidreto (:H-) do grupo aldeído do</p><p>gliceraldeído-3-fosfato para o anel de nicotinamida do</p><p>NAD+, gerando a coenzima NADH reduzida.</p><p>O outro átomo de hidrogênio da molécula de substrato é</p><p>liberado para a solução como H+. Agora, pode-se dividir a</p><p>equação da glicólise em dois processos - a conversão de</p><p>glicose a piruvato (exergônica):</p><p>Sob condições-padrão e sob condições intracelulares (não</p><p>padrão), a glicólise é um processo essencialmente</p><p>irreversível, conduzido até a conclusão por um grande</p><p>decréscimo líquido de energia livre.</p><p>VIAS ALIMENTADORAS DA GLICÓLISE</p><p>• O glicogênio e o amido endógenos, as formas de</p><p>armazenamento da glicose, entram na glicólise em um</p><p>processo de duas etapas. A clivagem por fosforólise de um</p><p>resíduo de glicose de uma extremidade do polímero,</p><p>formando glicose-1-fosfato, é catalisada pela glicogênio-</p><p>fosforilase ou pela amido-fosforilase. A fosfoglicomutase,</p><p>então, converte a glicose-1-fosfato em glicose-6-fosfato,</p><p>que pode entrar na glicólise.</p><p>• Os polissacarídeos e os dissacarídeos ingeridos são</p><p>convertidos em monossacarídeos por enzimas hidrolíticas</p><p>intestinais, e os monossacarídeos, então, entram nas</p><p>células intestinais e são transportados para o fígado ou</p><p>para outros tecidos.</p><p>• Várias d-hexases, incluindo a frutose, a galactose e a</p><p>manose, podem entrar na glicólise. Cada uma delas é</p><p>fosforilada e convertida em glicose-6-fosfato, frutose-6- -</p><p>fosfato ou frutose-1-fosfato.</p><p>• A conversão de galactose-1-fosfato em glicose-1-fosfato</p><p>envolve dois derivados nucleotídicos: UDP-galactose e</p><p>UDP-glicose. Defeitos genéticos em qualquer das três</p><p>enzimas que catalisam a conversão de galactose em</p><p>glicose-1-fosfato resultam em galactosemias de gravidade</p><p>variada.</p><p>DESTINOS DO PIRUVATO EM CONDIÇÕES</p><p>ANAERÓBICAS: FERMENTAÇÃO</p><p>• O NADH formado na glicólise deve ser reciclado para</p><p>regenerar NAD+, necessário como aceptor de elétrons na</p><p>primeira etapa da fase de pagamento. Em condições</p><p>aeróbicas, os elétrons passam do NADH para o 0 2 na</p><p>respiração mitocondrial.</p><p>• Em condições anaeróbicas ou de hipoxia, muitos</p><p>organismos regeneram NAD+ pelo transporte de elétrons</p><p>do NADH para o piruvato, formando lactato. Outros</p><p>organismos, como as leveduras, regeneram NAD+ pela</p><p>redução de piruvato em etanol e C02</p><p>• Nesses processos anaeróbicos (fermentações), não</p><p>ocorre oxidação ou redução líquida dos carbonos da</p><p>glicose.</p><p>• Uma grande variedade de microrganismos pode</p><p>fermentar o açúcar de alimentos frescos, resultando em</p><p>mudanças de pH, sabor e textura, protegendo os</p><p>alimentos da deterioração. As fermentações são usadas</p><p>na indústria para produzir uma ampla variedade de</p><p>compostos orgânicos comercialmente valiosos a partir de</p><p>matérias-primas baratas</p><p>GLICÓLISE, GLICONEOGÊNESE E A VIA DAS</p><p>PENTASES-FOSFATO</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>→O glicogênio endógeno e o amido são degradados por</p><p>fosforólise. Os estoques de glicogênio em tecidos animais</p><p>(principalmente no fígado e no músculo esquelético), em</p><p>microrganismos ou em tecidos vegetais podem ser</p><p>mobilizados, para o uso da mesma célula, por uma reação</p><p>fosfolítica catalisada pela glicogênio-fosforilase (amido-</p><p>fosforilase em vegetais). Essas enzimas catalisam o</p><p>ataque por pi sobre a ligação glicosídica (a1s4) que une</p><p>os dois últimos resíduos de glicose na extremidade não</p><p>redutora, gerando glicose-1-fosfato e um polímero com</p><p>uma unidade de glicose a menos. A fosforólise preserva</p><p>parte da energia da ligação glicosídica do éster-fosfato da</p><p>glicose-1-fosfato. A glicogênio-fosforilase (ou amido-</p><p>fosforilase) age repetidamente até alcançar um ponto de</p><p>ramificação (a1s6), onde cessa sua ação.</p><p>Uma enzima de desramificação remove as ramificações.</p><p>A glicose-1-fosfato produzida pela glicogênio-fosforilase</p><p>é convertida a glicose-6-fosfato pela fosfoglicomutase,</p><p>que catalisa a reação reversível:</p><p>→GLICOSE-1-FOSFATO → GLICOSE-6-FOSFATO</p><p>➔Glicólise e Gliconeogênese são processos</p><p>espontâneos. Se as duas vias estiverem ativas</p><p>simultaneamente em uma célula, isso constituiria um</p><p>“ciclo fútil” que gastaria energia.</p><p>➔Glicólise: glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi= 2 piruvato +</p><p>2 NADH + 2 ATP</p><p>➔Gliconeogênese: 2 piruvato + 2 #ADH + 4 ATP + 2 GTP</p><p>glicose + 2 #AD+ + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi</p><p>→Portanto, para prevenir o gasto de energia de um ciclo</p><p>fútil, Glicólise e Gliconeogênese são reciprocamente</p><p>regulados. O controle inclui regulação alostérica reciproca</p><p>por nucleotídeos de adenina.</p><p>➔Fosfofrutoquinase (Glicólise) é inibida por ATP e</p><p>estimulada por AMP.</p><p>➔Frutose-1,6-bisfosfatase (Gliconeogênese) é inibida</p><p>por AMP.</p><p>REGULAÇÃO COORDENADA DA GLICÓLISE E DA</p><p>GLICONEOGÊNESE</p><p>• A gliconeogênese e a glicólise compartilham sete</p><p>enzimas que catalisam as reações livremente reversíveis</p><p>das vias. Nas outras três etapas, as reações direta e</p><p>inversa são catalisadas por enzimas diferentes, e esses</p><p>são os pontos de regulação das duas vias.</p><p>• A hexocinase IV (glicocinase) tem propriedades</p><p>cinéticas relacionadas com seu papel especial no fígado:</p><p>liberar glicose para o sangue quando a glicose sanguínea</p><p>está baixa, além de captar e metabolizar a glicose</p><p>quando ela estiver alta no sangue.</p><p>• A PFK-1 é inibida alostericamente por ATP e citrato. Na</p><p>maioria dos tecidos dos mamíferos, incluindo o fígado, a</p><p>frutose-2,6-bisfosfato é um ativador alostérico dessa</p><p>enzima.</p><p>• A piruvato-cinase é inibida alostericamente por ATP, e</p><p>a isoenzima do fígado também é inibida por fosforilação</p><p>dependente de cAMP.</p><p>• A gliconeogênese é regulada no rúvel da piruvato-</p><p>carboxilase (ativada por acetil-CoA) e da FBPase-1 (inibida</p><p>por frutose-2,6-bisfosfato e AMP).</p><p>• Para limitar a alternância de fluxo de substrato entre a</p><p>glicólise e a gliconeogênese, as duas vias estão sob</p><p>controle alostérico recíproco, obtido principalmente</p><p>pelos efeitos opostos da frutose-2,6-bisfosfato sobre a</p><p>PFK-1 e a FBPase-1.</p><p>• O glucagon ou a adrenalina reduzem a [frutose-2,6- -</p><p>bisfosfato] pela elevação da [cAMP] e a promoção da</p><p>fosforilação da enzima bifuncional PFK-2/FBPase-2. A</p><p>insulina aumenta a [frutose-2,6-bisfosfato] pela ativação</p><p>da fosfoproteína-fosfatase que desfosforila e, assim, ativa</p><p>a PFK-2.</p><p>• A xilulose-5-fosfato, um intermediário da via das</p><p>pentoses-fosfato, ativa a fosfoproteína-fosfatase PP2A,</p><p>que desfosforila várias proteínas-alvo, incluindo PFK-2/</p><p>FBPase-2, deslocando o equilfbrio no sentido da captação</p><p>de glicose, síntese de glicogênio e síntese de lipídeos no</p><p>fígado.</p><p>• Fatores de transcrição, incluindo ChREBP, CREB, SREBP e</p><p>FOXOl , agem no núcleo, na regulação da expressão de</p><p>genes específicos que codificam enzimas das vias</p><p>glicolítica e gliconeogênica. A insulina e o glucagon atuam</p><p>antagonicamente na ativação desses fatores, ligando e</p><p>desligando, dessa forma, um grande número de genes.</p><p>METABOLISMO DO GLICOGÊNIO NOS ANIMAIS</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>• O glicogênio é armazenado no músculo e no fígado na</p><p>forma de partículas grandes e ínsolúveis, que não</p><p>contribuem de forma significativa para a osmolaridade</p><p>do citosol. Nessas partículas, estão as enzimas que</p><p>metabolizam o glicogênio, bem como as enzimas</p><p>reguladoras.</p><p>• A glicogênio-fosforilase catalisa a clivagem por</p><p>fosforólise nas extremidades não redutoras das cadeias</p><p>do glicogênio, produzindo glicose-1-fosfato. A enzima de</p><p>desramificação transfere as ramificações para as cadeias</p><p>principais e libera o resíduo da ramificação (al--->6) como</p><p>glicose livre.</p><p>• A fosfoglicomutase interconverte glicose-1-fosfato e</p><p>glicose-6-fosfato. A glicose-6-fosfato pode entrar na</p><p>glicólise ou ser convertida, no fígado, em glicose livre pela</p><p>glicose-6-fosfatase do retículo endoplasmático, sendo</p><p>liberada para repor a glicose sanguínea.</p><p>• O nucleotídeo-açúcar UDP-glicose doa resíduos de</p><p>glicose para a extremidade não redutora do glicogênio na</p><p>reação catalisada pela glicogênio-sintase. Uma outra</p><p>enzima, a enzima de ramificação, produz as ligações (al-</p><p>+6) nos pontos de ramificação.</p><p>• Novas partículas de glicogênio se iniciam com a</p><p>formação autocatalitica de uma ligação glicosídica entre a</p><p>glicose da UDP-glicose e um resíduo de Tyr na proteína</p><p>glicogenina, seguida pela adição de vários resíduos de</p><p>glicose para formar um iniciador que pode sofrer os</p><p>efeitos da glicogênio-sintase.</p><p>REGULAÇÃO COORDENADA DA SÍNTESE E DA</p><p>DEGRADAÇÃO DO GLICOGÊNIO</p><p>• A glicogênio-fosforilase é ativada em resposta ao</p><p>glucagon ou à adrenalina, que aumentam a [ cAMP] e</p><p>ativam a PKA. A PKA fosforila e ativa a fosforilase-cinase,</p><p>que converte a glicogênio-fosforilase b em sua forma ativa</p><p>a.</p><p>• A fosfoproteína-fosfatase 1 (PPl) reverte a fosforilação</p><p>da glicogênio-fosforilase a, inativando-a. A glicose liga- -se</p><p>à isoenzima hepática da glicogênio-fosforilase a, o que</p><p>favorece sua desfosforilação e inativação.</p><p>• A glicogênio-sintase a é inativada por fosforilação</p><p>catalisada pela GSK3. A insulina bloqueia a GSK3. A PPl ,</p><p>que é ativada pela insulina, reverte a inibição, pois causa</p><p>a desfosforilação da glicogênio-sintase b.</p><p>• A insulina aumenta a captação da glicose pelos miócitos</p><p>e adipócitos por provocar o deslocamento do</p><p>transportador GLUT4 para a membrana plasmática.</p><p>• A insulina estimula a síntese das hexocinases II e IV, PFK-</p><p>1, piruvato-cinase e várias enzimas envolvidas na síntese</p><p>de lipídeos. A insulina estimula a síntese de glicogênio no</p><p>músculo e no fígado.</p><p>• No fígado, o glucagon estimula a degradação do</p><p>glicogênio e a gliconeogênese, enquanto bloqueia a</p><p>glicólise, poupando, dessa forma, glicose para exportá-la</p><p>para o encéfalo e outros tecidos.</p><p>GLICONEOGÊNESE</p><p>➔Síntese de glicose a partir de substâncias não-</p><p>carboidratos. Ex: aminoácidos, lactato, glicerol, ácido</p><p>propiônico.</p><p>A gliconeogênese é um processo ubíquo e de múltiplas</p><p>etapas em que a glicose é produzida a partir de lactato,</p><p>piruvato ou oxalacetato, ou qualquer composto,</p><p>incluindo os intermediários do ciclo do ácido cítrico, que</p><p>possa ser convertido a um desses intermediários.</p><p>➔Sete etapas da gliconeogênese são catalisadas pelas</p><p>mesmas enzimas usadas na glicólise; essas são as reações</p><p>reversíveis.</p><p>→Três reações da Glicólise são irreversíveis.</p><p>Hexoquinase (ou Glicoquinase); Fosfofrutoquinase;</p><p>Piruvato quinase. Esses passos devem então ser</p><p>contornados</p><p>na Gliconeogênese;</p><p>• Três etapas irreversíveis na glicólise são contornadas</p><p>por reações catalisadas pelas enzimas gliconeogênicas:</p><p>(1) a conversão de piruvato em PEP via oxalacetato,</p><p>catalisada pela piruvato-carboxilase e pela PEP-</p><p>carboxicinase; (2) a desfosforilação da frutose-1,6-</p><p>bisfosfato pela FBPase-1; e (3) a desfosforilação da</p><p>glicose-6-fosfato pela glicose-6-fosfatase.</p><p>➔A formação de uma molécula de glicose a partir de</p><p>piruvato requer 4 ATP, 2 GTP e 2 NADH, o que é</p><p>dispendioso.</p><p>• Em mamíferos, a gliconeogênese no fígado, nos rins e</p><p>no intestino delgado gera glicose para uso pelo encéfalo,</p><p>pelos músculos e pelos eritrócitos.</p><p>-A piruvato-carboxilase é estimulada por acetil-CoA,</p><p>aumentando a taxa da gliconeogênese quando as células</p><p>dispõem do fornecimento adequado de outros</p><p>substratos (ácidos graxos) para a produção de energia.</p><p>• Os animais não conseguem converter acetil-CoA,</p><p>derivada dos ácidos graxos, em glicose; vegetais e</p><p>microrganismos, sim.</p><p>• A glicólise e a gliconeogênese são reguladas</p><p>mutuamente para prevenir o gasto que ocorreria caso as</p><p>duas vias operassem ao mesmo tempo;</p><p>GLICONEOGENESE:</p><p>• Ocorre durante o jejum ou exercícios intensos;</p><p>• É importante para a manutenção da homeostasia</p><p>da glicose sanguínea;</p><p>• Não é o contrário da glicólise;</p><p>• A glicose sintetizada é usada pelo cérebro,</p><p>músculos e eritrócitos;</p><p>• A energia necessária para a gliconeogênese</p><p>provém dos ácidos graxos liberados do tecido</p><p>adiposo;</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>• No exercício anaeróbico, o músculo é</p><p>responsável pela conversão da glicose em</p><p>piruvato e lactato, que vão para o fígado, onde</p><p>são convertidos em glicose.</p><p>Precursores (substratos):</p><p>· Glicerol: liberado durante a hidrólise dos triglicerídeos</p><p>no tecido adiposo - na lipólise - e levado ao fígado pelo</p><p>sangue.</p><p>· Lactato: é produzido durante a glicólise anaeróbica e é</p><p>liberado na corrente sanguínea pelo músculo. Faz parte</p><p>do ciclo de Cori (conecta a gliconeogênese e a glicólise),</p><p>no qual o lactato é captado pelo fígado e é oxidado, sendo</p><p>convertido a piruvato pela ação da piruvato</p><p>desidrogenase . O piruvato é então reconvertido</p><p>em glicose , que é liberado de volta para a circulação. O</p><p>ciclo de Cori:</p><p>Aminoácidos: os esqueletos carbônicos dos aminoácidos</p><p>são usados para fornecer piruvato ou intermediários</p><p>do Ciclo de Krebs . Durante o jejum, ocorre a hidrólise de</p><p>proteínas dos tecidos e produção de aminoácidos, que</p><p>são a principal fonte de glicose durante esse</p><p>período. Depois da desaminação de grande parte dos</p><p>aminoácidos, seus esqueletos de carbono podem ser</p><p>convertidos em glicose.</p><p>OXIDAÇÃO DA GLICOSE PELA VIA DAS PENTOSES-</p><p>FOSFATO</p><p>• A parte oxidativa da via das pentoses-fosfato (via do</p><p>fosfogliconato ou via das hexoses-monofosfato) realiza a</p><p>oxidação e a descarboxilação da glicose-6-fosfato no C-1,</p><p>reduzindo o NADP+ em NADPH e produzindo pentoses-</p><p>fosfato.</p><p>• O NADPH fornece a força redutora para reações</p><p>biossintéticas, e a ribose-5-fosfato é um precursor para a</p><p>síntese de nucleotídeos e ácidos nucleicos. Tecidos em</p><p>crescimento rápido e tecidos realizando biossíntese ativa</p><p>de ácidos graxos, colesterol ou hormônios esteroides</p><p>enviam mais glicose-6-fosfato para a via das pentoses- -</p><p>fosfato do que os tecidos com menor demanda por</p><p>pentoses-fosfato e poder redutor.</p><p>• A primeira fase da via das pentoses-fosfato consiste em</p><p>duas oxidações, que convertem glicose-6-fosfato em</p><p>ribulose-5-fosfato e reduzem NADP+ a NADPH. A segunda</p><p>fase compreende etapas não oxidativas que convertem</p><p>pentoses-fosfato em glicose-6-fosfato, que inicia o ciclo</p><p>novamente.</p><p>• Na segunda fase, a transcetolase (com TPP como</p><p>cofator) e a transaldolase catalisam a interconversão de</p><p>açúcares de três, quatro, cinco, seis e sete átomos de</p><p>carbono, com a conversão reversível de seis pentoses-</p><p>fosfato em cinco hexoses-fosfato. Nas reações de fixação</p><p>de carbono da fotossíntese, as mesmas enzimas catalisam</p><p>o processo inverso, a via redutora das pentoses-fosfato: a</p><p>conversão de cinco hexoses-fosfato em seis pentoses-</p><p>fosfato.</p><p>• Um defeito genético da transcetolase que provoca a</p><p>diminuição da sua afinidade por TPP agrava a síndrome de</p><p>Wernicke-Korsakoff.</p><p>• A entrada de glicose-6-fosfato na via glicolítica ou na via</p><p>das pentoses-fosfato é basicamente determinada pelas</p><p>concentrações relativas de NADP+ e NADPH.</p><p>PRINCÍPIOS DA REGULAÇÃO METABÓLICA</p><p>As vias do metabolismo da glicose fornecem, no sentido</p><p>catabólico, a energia essencial para se opor às forças de</p><p>entropia e, no sentido anabólico, precursores</p><p>biossintéticos e uma forma de armazenamento da energia</p><p>metabólica. Essas reações são tão importantes para a</p><p>sobrevivência que mecanismos reguladores muito</p><p>complexos evoluíram para assegurar que os metabólitos</p><p>se desloquem ao longo de cada via no sentido e na</p><p>velocidade corretos para satisfazer exatamente as</p><p>condições variáveis da célula ou do organismo. Quando as</p><p>condições externas se alteram, são feitos ajustes na</p><p>velocidade do fluxo metabólico ao longo de toda uma via</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>por uma grande variedade de mecanismos que operam</p><p>em escalas de tempo diferentes.</p><p>• Em uma célula metabolicamente ativa no estado</p><p>estacionário, os intermediários são formados e utilizados</p><p>em taxas iguais. Quando uma perturbação transitória</p><p>altera a taxa de formação ou de utilização de um</p><p>metabólito, alterações compensatórias nas atividades</p><p>das enzimas reconduzem o sistema ao estado</p><p>estacionário.</p><p>• As células regulam seu metabolismo por meio de uma</p><p>grande variedade de mecanismos em uma escala de</p><p>tempo que varia de menos de um milissegundo até dias,</p><p>tanto pela mudança na atividade de moléculas</p><p>enzimáticas preexistentes quanto pela mudança no</p><p>número de moléculas de uma enzima específica.</p><p>• Vários sinais ativam ou inativam fatores de transcrição,</p><p>que atuam no núcleo e regulam a expressão gênica.</p><p>Mudanças no transcriptoma levam a mudanças no</p><p>proteoma e, por fim, no metaboloma de uma célula ou</p><p>tecido.</p><p>• Nos processos com múltiplas etapas, como a glicólise,</p><p>determinadas reações estão essencialmente em</p><p>equilíbrio no estado estacionário; as velocidades dessas</p><p>reações aumentam e diminuem com a concentração do</p><p>substrato. Outras reações estão fora do equilíbrio; essas</p><p>etapas são, geralmente, os pontos de regulação global da</p><p>via.</p><p>• Os mecanismos reguladores mantêm níveis</p><p>praticamente constantes de metabólitos-chave, como ATP</p><p>e NADH, nas células e glicose no sangue, enquanto</p><p>adaptam o uso ou a produção de glicose às necessidades</p><p>variáveis do organismo.</p><p>• Os níveis de ATP e de AMP são um reflexo sensível do</p><p>estado energético da célula, e quando a razão [ATP]/</p><p>[AMP] diminui, a proteína-cinase ativada por AMP</p><p>(AMPK) desencadeia uma grande variedade de respostas</p><p>celulares para elevar a [ATP] e reduzir a [AMP].</p><p>“Classicamente divide-se o metabolismo em:</p><p>Reações exergônicas (catabolismo) → que liberam</p><p>energia para o trabalho celular a partir do potencial de</p><p>degradação dos nutrientes orgânicos;</p><p>Reações endergônicas (anabolismo) → que absorvem</p><p>energia aplicada ao funcionamento da célula, produzindo</p><p>novos componentes.</p><p>No ser humano as vias metabólicas são variadas, sendo</p><p>as mais importantes as seguintes:</p><p>➔Glicólise – desdobramento da molécula de glicose em</p><p>substâncias orgânicas menores e fornecimento de energia</p><p>de ligação armazenada na molécula de ATP."</p><p>➔Ciclo de Krebs – oxidação da acetil-CoA durante a</p><p>respiração aeróbia;</p><p>➔Fosforilação Oxidativa – liberação de elétrons</p><p>assimilados por aceptores, durante a cadeia respiratória</p><p>mediada pelos citocromos nas cristas mitocondriais;</p><p>➔Ciclo da ureia – processamento e eliminação de NH4+</p><p>, excreta nitrogenada menos tóxica e hidrossolúvel;</p><p>➔β oxidação dos ácidos graxos – transformação de</p><p>lipídios em acetil-CoA, para posterior direcionamento ao</p><p>Ciclo de Krebs;</p><p>➔Pentoses Fosfato – síntese de pentoses, carboidratos</p><p>componentes dos nucleotídeos estruturais da molécula</p><p>de DNA."</p><p>ANÁLISE</p><p>DO CONTROLE METABÓLICO</p><p>• A análise do controle metabólico mostra que o controle</p><p>da velocidade do fluxo metabólico por uma via se distribui</p><p>entre várias enzimas na via.</p><p>• O coeficiente de controle de fluxo, C, é uma medida</p><p>determinada experimentalmente do efeito da</p><p>concentração de uma enzima sobre o fluxo por uma via</p><p>multienzimática. Não é uma característica intrínseca da</p><p>enzima, mas do sistema como um todo.</p><p>• O coeficiente de elasticidade, e, de uma enzima é uma</p><p>medida determinada experimentalmente de sua</p><p>capacidade de resposta a alterações na concentração de</p><p>um metabólito ou de uma molécula reguladora.</p><p>• O coeficiente de resposta, R, é uma medida</p><p>determinada experimentalmente da alteração no fluxo</p><p>por uma via em resposta a um hormônio regulador ou a</p><p>um segundo mensageiro. É uma função de Cede e: R = C</p><p>e.</p><p>• Algumas enzimas reguladas controlam o fluxo ao longo</p><p>de uma via, ao passo que outras reequilibram o nível dos</p><p>metabólitos em resposta a alterações no fluxo. A primeira</p><p>atividade é controle; a segunda, de reequilíbrio, é</p><p>regulação.</p><p>• A análise do controle metabólico prevê, e os</p><p>experimentos confirmam, que o fluxo na direção de um</p><p>produto específico é aumentado de maneira mais</p><p>eficiente pela elevação da concentração de todas as</p><p>enzimas da via</p><p>Formação e Degradação de Glicogênio-</p><p>GLICOGÊNESE</p><p>O glicogênio é a forma de armazenamento da glicose</p><p>encontrada na maioria dos tipos celulares. Ele é</p><p>composto de unidades glicosil unidas por ligações</p><p>glicosídicas-1,4, com ramificações-1,6 ocorrendo</p><p>aproximadamente a cada 8 a 10 unidades glicosil. O</p><p>fígado e o músculo esquelético contêm as maiores</p><p>reservas de glicogênio. A formação de glicogênio a partir</p><p>de glicose é uma rota que necessita de energia que inicia,</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>como a maioria do metabolismo da glicose, com a</p><p>fosforilação da glicose a glicose-6-fosfato. A síntese de</p><p>glicogênio a partir de glicose-6-fosfato envolve a</p><p>formação de uridina-difosfato-glicose (UDP-glicose) e a</p><p>transferência de unidades glicosil da UDP-glicose para a</p><p>extremidade da cadeia de glicogênio pela enzima</p><p>glicogênio-sintase. Quando a cadeia atinge</p><p>aproximadamente 11 unidades glicosil, uma enzima</p><p>ramificadora move 6 a 8 unidades para formar uma</p><p>ramificação (1,6). A glicogenólise, a rota para a</p><p>degradação do glicogênio, não é o reverso da rota de</p><p>biossíntese. A enzima de degradação glicogênio-</p><p>fosforilase remove uma unidade glicosil por vez da</p><p>extremidade da cadeia de glicogênio, convertendo-a em</p><p>glicose-1- fosfato sem ressintetizar UDP-glicose ou UTP.</p><p>Uma enzima desramificadora remove os resíduos glicosil</p><p>próximos a cada ponto de ramificação.</p><p>➔ A degradação de glicogênio é uma reação de fosforólise</p><p>(quebra de uma ligação utilizando um íon fosfato como um</p><p>nucleófilo). As enzimas que catalisam a fosforólise são</p><p>chamadas de fosforilases. Por existir mais de uma fosforilase,</p><p>o substrato em geral é incluído no nome da enzima, como</p><p>glicogênio-fosforilase ou purinanucleosídeo-fosforilase.</p><p>O glicogênio hepático serve como fonte de glicose</p><p>sangüínea. Para produzir glicose, a glicose-1-fosfato</p><p>produzida a partir da degradação de glicogênio é</p><p>convertida a glicose-6-fosfato. A glicose-6-fosfatase,</p><p>uma enzima encontrada apenas no fígado e nos rins,</p><p>converte glicose-6-fosfato a glicose livre, a qual, então,</p><p>entra no sangue. A síntese e a degradação de glicogênio</p><p>são reguladas no fígado por alterações hormonais que</p><p>sinalizam a necessidade de glicose sanguínea. O corpo</p><p>mantém os níveis de glicose em jejum em</p><p>aproximadamente 80 mg/dL, para garantir que o</p><p>cérebro e os outros tecidos que são dependentes de</p><p>glicose para a produção de trifosfato de adenosina (ATP)</p><p>tenham um fornecimento contínuo. A falta de glicose na</p><p>dieta, sinalizada por uma diminuição na razão</p><p>insulina/glicose, ativa glicogenólise e inibe a síntese de</p><p>glicogênio. A adrenalina, a qual sinaliza uma utilização</p><p>aumentada de glicose e outros substratos energéticos</p><p>para exercício ou situações de emergência, também ativa</p><p>a glicogenólise hepática. Os hormônios que regulam o</p><p>metabolismo de glicogênio hepático funcionam</p><p>principalmente por alterações no estado de fosforilação</p><p>da glicogênio-sintase na rota de biossíntese e da</p><p>glicogêniofosforilase na rota de degradação. No músculo</p><p>esquelético, o glicogênio fornece glicose-6-fosfato para a</p><p>síntese de ATP na rota glicolítica. A glicogênio-fosforilase</p><p>do músculo é estimulada durante exercício pelo aumento</p><p>do monofosfato de adenosina (AMP), um ativador</p><p>alostérico da enzima, e também por fosforilação. A</p><p>fosforilação é estimulada por liberação de cálcio durante</p><p>a contração e pelo hormônio de “luta e fuga”</p><p>noradrenalina. A síntese de glicogênio é ativada em</p><p>músculos em repouso pelo aumento de insulina após a</p><p>ingestão de carboidratos. O neonato deve se adaptar</p><p>rapidamente a um fornecimento intermitente de</p><p>substrato energético após o nascimento. Quando o</p><p>cordão umbilical é pinçado, o fornecimento de glicose a</p><p>partir da circulação materna é interrompido. O efeito</p><p>combinado da adrenalina e do glucagon sobre as reservas</p><p>de glicogênio hepáticas do neonato rapidamente</p><p>reestabelece os níveis de glicose para o normal.</p><p>➔ A regulação da síntese de glicogênio serve para a</p><p>prevenção de ciclo fútil e perda de ATP. O ciclo fútil se refere à</p><p>situação na qual um substrato é convertido em um produto</p><p>por uma rota e o produto é convertido novamente no</p><p>substrato por outra rota. Devido ao fato de a rota biossintética</p><p>requerer energia, o ciclo fútil resulta em uma perda de energia</p><p>das ligações de fosfato. Assim, a síntese de glicogênio é</p><p>ativada quando a degradação é inibida e vice-versa.</p><p>SÍNTESE E DEGRADAÇÃO DE GLICOGÊNIO</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>A síntese de glicogênio, como a maioria das rotas do</p><p>metabolismo da glicose, inicia com a fosforilação da</p><p>glicose a glicose-6-fosfato pela hexoquinase, ou no</p><p>fígado, pela glicoquinase. A glicose-6-fosfato é o</p><p>precursor da glicólise, a rota da pentose-fosfato, e das</p><p>rotas para a síntese de outros carboidratos. Na rota da</p><p>síntese de glicogênio, a glicose-6-fosfato é convertida a</p><p>glicose-1-fosfato pela fosfoglicomutase, uma reação</p><p>reversível. O glicogênio é formado a partir de glicose-1-</p><p>fosfato e degradado a glicose-1-fosfato, mas as rotas</p><p>biossintética e de degradação são separadas e envolvem</p><p>enzimas diferentes. A rota biossintética é uma rota que</p><p>requer energia; o fosfato rico em energia do UTP é</p><p>utilizado para ativar os resíduos de glicosil em UDP-</p><p>glicose. Na rota de degradação, as ligações glicosídicas</p><p>entre os resíduos glicosil no glicogênio são simplesmente</p><p>quebradas pela adição de fosfato para produzir glicose-1-</p><p>fosfato (ou de água para produzir glicose livre), e a UDP-</p><p>glicose não é ressintetizada. A existência de rotas</p><p>separadas para a formação e a degradação de compostos</p><p>importantes é um tema comum no metabolismo. Como</p><p>as rotas de síntese e de degradação utilizam enzimas</p><p>diferentes, uma pode ser ativada enquanto a outra é</p><p>inibida.</p><p>Síntese de Glicogênio</p><p>A síntese de glicogênio necessita da formação de ligações</p><p>glicosídicas -1,4 para ligar resíduos glicosil em cadeias</p><p>longas e da formação de ramos -1,6 a cada 8 a 10 resíduos.</p><p>A maioria da síntese de glicogênio ocorre pelo</p><p>prolongamento de cadeias polissacarídicas de uma</p><p>molécula de glicogênio preexistente (um núcleo primário</p><p>ou primer de glicogênio), na qual a extremidade redutora</p><p>do glicogênio é ligada à proteína glicogenina. Para</p><p>prolongar as cadeias de glicogênio, resíduos glicosil são</p><p>adicionados a partir de UDP-glicose às extremidades não-</p><p>redutoras da cadeia pela glicogênio-sintase. O carbono</p><p>anomérico de cada resíduo glicosil é ligado em uma</p><p>ligação -1,4 à hidroxila do carbono 4 do resíduo glicosil</p><p>terminal. Quando a cadeia atinge 11 resíduos em</p><p>comprimento, um pedaço de 6 a 8 resíduos é quebrado</p><p>pela amilo-4:6-transferase e religado a uma unidade</p><p>glicosil por uma ligação -1,6. Ambas as cadeias continuam</p><p>a se prolongar</p><p>até que estejam longas o sufi ciente para</p><p>produzirem dois novos ramos. Esse processo continua</p><p>produzindo moléculas altamente ramifi cadas. A</p><p>glicogênio-sintase, a enzima que liga resíduos glicosil em</p><p>ligações -1,4, é a etapa reguladora da rota. A síntese de</p><p>novas moléculas do núcleo primário (primer) de</p><p>glicogênio também ocorre. A glicogenina, a proteína a</p><p>qual o glicogênio é ligado, glicosila-se (autoglicosilação)</p><p>pela ligação do resíduo glicosil da UDP-glicose com a</p><p>hidroxila de um resíduo de serina da cadeia lateral da</p><p>proteína. A proteína, então, estende a cadeia de</p><p>carboidrato (utilizando UDP-glicose como substrato) até</p><p>que a cadeia glicosil esteja longa o sufi ciente para servir</p><p>como substrato para a síntese de glicogênio.</p><p>Degradação de Glicogênio</p><p>O glicogênio é degradado por duas enzimas, a glicogênio-</p><p>fosforilase e a enzima desramificadora. A enzima</p><p>glicogênio-fosforilase inicia na extremidade de uma</p><p>cadeia e sucessivamente quebra resíduos glicosil pela</p><p>adição de fosfato à ligação glicosídica terminal, liberando,</p><p>assim, glicose-1-fosfato. Contudo, a glicose-fosforilase</p><p>não pode agir sobre as ligações glicosídicas dos quatro</p><p>resíduos glicosil mais próximos a um ponto de ramifi</p><p>cação, pois a cadeia ramificada impede estericamente</p><p>uma ligação apropriada ao sítio catalítico da enzima. A</p><p>enzima desramificadora, a qual catalisa a remoção dos</p><p>quatro resíduos mais próximos ao ponto de ramificação,</p><p>tem duas atividades catalíticas: ela age como uma</p><p>transferase e como uma 1,6-glicosidase. Como uma</p><p>transferase, a enzima desramificadora primeiro remove</p><p>uma unidade contendo três resíduos de glicose e a</p><p>adiciona à extremidade de uma cadeia mais longa por</p><p>uma ligação -1,4. O resíduo glicosil remanescente no ramo</p><p>-1,6 é hidrolisado pela atividade de amilo-1,6-glicosidase</p><p>da enzima desramifi cadora, resultando na liberação de</p><p>glicose livre. Assim, uma glicose e aproximadamente 7 a 9</p><p>resíduos de glicose-1-fosfato são liberados para cada</p><p>ponto de ramificação. Alguma degradação do glicogênio</p><p>Metabolismo</p><p>Thais M. Souto</p><p>também ocorre dentro dos lisossomas quando partículas</p><p>de glicogênio se tornam circundadas por membranas que,</p><p>então, se fundem com as membranas lisossomais. Uma</p><p>glicosidase lisossomal hidrolisa esse glicogênio a glicose.</p>