Unidade 5 - Carboidrato e Glicólise, destino do piruvato e via das pentoses

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<p>UNIDADE 5: CARBOIDRATO E METABOLISMO DE CARBOIDRATO</p><p>Daisy Machado e Alline Curiel</p><p>1. Carboidratos</p><p>São as moléculas orgânicas1 mais abundantes na natureza, hidrofílicas (polares),</p><p>sendo conhecidas como hidratos de carbono, glicídios e açúcares (lembrando que nem</p><p>todo o carboidrato é doce). Apresentam diferentes funções, como: fonte de energia,</p><p>constituição de membrana plasmática, parede celular e exoesqueleto de inseto.</p><p>De acordo com o número de monômeros presente na sua estrutura podem ser</p><p>classificados de monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.</p><p>Monossacarídeo é o monômero dos carboidratos, tem uma fórmula geral CnH2nOn</p><p>com o valor de n indo de 3 a 7, então na sua fórmula terá a mesma quantidade de átomos</p><p>de carbono (C) e oxigênio (O) e o dobro de hidrogênio (H). De acordo com o número de</p><p>carbonos na sua estrutura pode ser classificado como triose, tetrose, pentose, hexose e</p><p>heptose, sendo assim o prefixo se refere ao número de carbono e o sufixo –ose aos</p><p>carboidratos.</p><p>Os monossacarídeos que possuem 5, 6 ou 7 carbonos na sua estrutura em ambiente</p><p>aquoso serão encontrados na forma cíclica/cadeia fechada, os demais monossacarídeos,</p><p>de 3 e 4 carbonos, estarão com a cadeia aberta. Além disso, eles podem ser classificados</p><p>como aldoses ou cetoses. As aldoses são os monossacarídeos que possuem o grupo</p><p>funcional aldeído e as cetoses possuem o grupo funcional cetona na sua estrutura.</p><p>Figura: Os monossacarídeos podem ser classificados como aldoses, grupo aldeído</p><p>representado em vermelho nas estruturas na parte superior, ou cetoses, grupo aldeído</p><p>destacado em vermelho nas estruturas na parte inferior (A). A inclinação que existe na</p><p>estrutura do monossacarídeo permite que ocorra uma atração entre grupos funcionais, por</p><p>isso que pentoses, hexoses e heptoses em ambiente aquoso são encontrados na forma</p><p>cíclica (B).</p><p>1 moléculas orgânicas possuem na sua estrutura ligação carbono (C), que faz 4 ligações</p><p>covalentes. Este carbono pode interagir com outro átomo de carbono, hidrogênio, oxigênio,</p><p>nitrogênio, sempre através da ligação covalente, ou seja, por compartilhamento de elétrons.</p><p>Oligossacarídeo é uma pequena quantidade de monossacarídeos ligados uns aos</p><p>outros. Estes monossacarídeos são ligados por ligação glicosídica, que é originada pela</p><p>reação entre hidroxilas (-OH) dos monossacarídeos que estão interagindo, com a saída de</p><p>uma molécula de água.</p><p>Figura: Formação da ligação glicosídica. Interação entre a hidroxila ligada no carbono de</p><p>um monossacarídeo com a hidroxila do carbono do monossacarídeo seguinte, com a perda</p><p>de uma molécula de água. Quem faz esta ligação é uma enzima.</p><p>Polissacarídeo é a união de centenas a milhares de monossacarídeos. Podem ser</p><p>cadeias lineares, como a quitina e celulose, ou ramificadas como o amido e glicogênio</p><p>que são as reservas de glicose dos vegetais e animais, respectivamente.</p><p>2. Digestão de carboidratos</p><p>A glicose é, quantitativamente, o principal substrato oxidável para a maioria dos</p><p>organismos. Sua utilização como fonte de energia pode ser considerada universal, ou seja,</p><p>dos microrganismos aos seres humanos conseguem utilizá-la, e quase todas as células são</p><p>capazes de atender a suas demandas energéticas apenas a partir deste açúcar. Para</p><p>algumas células e órgãos, como hemácias e cérebro, a glicose é imprescindível, por ser o</p><p>único substrato a partir do qual podem sintetizar ATP.</p><p>A glicose é adquirida, no caso dos seres humanos, principalmente a partir da dieta,</p><p>sendo assim como esta molécula é disponibilizada para as células?</p><p>Apesar de a dieta humana conter pouca glicose livre, quantidades consideráveis</p><p>deste açúcar são ingeridas sob a forma de amido, sacarose e lactose. Nas dietas mais</p><p>comuns, 55% dos carboidratos aparecem como amido, 35% como sacarose, 5% como</p><p>lactose e 5% como glicose e outros monossacarídeos. Então para ocorrer a absorção do</p><p>carboidrato ele tem que estar na forma de monossacarídeos.</p><p>Os oligossacarídeos e polissacarídeos provenientes da dieta começam a sofre a</p><p>digestão enzimática na cavidade oral, pela ação da amilase salivar. No estômago não há</p><p>presença de enzimas que degradem os carboidratos. No intestino a enzima amilase</p><p>pancreática termina a digestão dos polissacarídeos e oligossacarídeos, porém não é só</p><p>essa enzima que atua na digestão dos carboidrato, tem-se também a sacarase, que dissocia</p><p>a sacarose em glicose e frutose, a lactase, que dissocia a lactose em glicose e galactose, e</p><p>a glicosidase, que dissocia a maltose em duas moléculas de glicose.</p><p>Para os monossacarídeos serem absorvidos do lúmen (luz do intestino) para o</p><p>enterócito tem que ter a presença do íon sódio (Na+), sendo assim, para cada molécula de</p><p>glicose que é absorvida ao mesmo tempo 2 íons sódios são absorvidos. Com a absorção</p><p>da glicose a concentração aumenta e por transporte passivo a glicose consegue sair do</p><p>enterócito para a corrente sanguínea, onde é distribuída por todo o corpo. Associada a</p><p>membrana das células existem transportadores, do tipo GLUT, que possibilitam a entrada</p><p>e saída da molécula de glicose de acordo com a concentração do meio intracelular e</p><p>extracelular.</p><p>3. Metabolismo de carboidrato</p><p>A molécula de glicose é absorvida por todas as células e ela pode ter destinos</p><p>diferentes. Ela pode ser oxidada (degradada) para a produção de energia (ATP) ou para a</p><p>formação de ribose 5-fosfato e NADPH, ou pode ser armazenada na forma de glicogênio.</p><p>O que vai determinar o destino é a condição fisiológica e a célula, porque nem todas as</p><p>células conseguiram utilizar a moléculas de glicose para todos estes destinos.</p><p>Figura: Esquema dos destinos que a molécula de glicose pode ter. Pode ser oxidada para</p><p>a formação de energia (ATP) que pode ser a via aeróbia e anaeróbia (parte inferior direita).</p><p>Pode ser oxidada para a formação de ribose 5-fosfato e NADPH na via das pentoses</p><p>fosfato (parte inferior esquerda). Pode ser armazenada num processo de síntese de</p><p>glicogênio (parte superior).</p><p>3.1. Glicólise ou Via glicolítica</p><p>Para a oxidação da molécula de glicose com a formação de energia é necessário</p><p>que ocorra algumas etapas. O que vai determinar quais serão estas etapas serão a condição</p><p>fisiológica da célula, porque pode ocorrer a via aeróbia e anaeróbia, contudo ambas</p><p>iniciam com a glicólise.</p><p>Glicólise, também chamada de via glicolítica, é a quebra a molécula de glicose,</p><p>como a própria origem de palavra diz. Este processo ocorre no citosol de todas as células</p><p>e a molécula de glicose será quebrada em duas moléculas de piruvato, num total de</p><p>10 reações.</p><p>Primeira reação, que é irreversível, a molécula de glicose interage com a enzima</p><p>hexoquinase dando origem à molécula glicose 6-fosfato, quem doa este grupo fosfato para</p><p>a molécula de glicose é o ATP, por isso é uma reação que tem gasto de energia. A</p><p>molécula de glicose 6-fosfato, diferente da molécula de glicose, não consegue passar pelo</p><p>transportador de membrana do tipo GLUT, garantindo que a molécula não seja perdida.</p><p>A segunda reação, que é reversível, é uma isomerização, ou seja, um rearranjo dos</p><p>átomos sem alterar a quantidade, então a molécula de glicose 6-fosfato é convertida em</p><p>frutose 6-fosfato com a ação da enzima fosfoglicoisomerase. Posteriormente, na terceira</p><p>reação, irreversível, a frutose 6-fosfato recebe mais um grupo fosfato no carbono número</p><p>um sendo convertida no produto frutose 1,6-bisfosfato, reação que ocorre com a ação da</p><p>enzima fosfofrutoquinase 1. Novamente quem doa o grupo fosfato é o ATP, sendo mais</p><p>um gasto de energia, o segundo nesta via.</p><p>Na quarta reação, que é reversível, a frutose 1,6-bisfosfato é quebrada em duas</p><p>trioses (moléculas de monossacarídeo de três carbono cada) fosforiladas: a diidroxicetona</p><p>fosfato e gliceraldeído 3-fosfato, pela ação da enzima aldolase.</p><p>Porém, para dar</p><p>continuidade à via a próxima enzima só reconhece como substrato</p><p>a molécula de gliceraldeído 3-fosfato, então a energia contida na molécula de</p><p>diidroxicetina fosfato será perdida? Não. Para evitar essa perda existe uma enzima,</p><p>chamada triose fosfato isomerase, que consegue converter a diidroxicetona fosfato em</p><p>gliceraldeído 3-fosfato, sendo a reação reversível.</p><p>Figura: Cinco primeiras reações da glicólise, caracterizando a fase preparatória.</p><p>Estas cinco primeiras reação podem ser classificadas como fase preparatória,</p><p>onde a hexose foi preparada para ser quebrada, ou seja, foi fosforilada duas vezes nas</p><p>suas extremidades e posteriormente quebrada em duas trioses ambas fosforiladas,</p><p>processo este que teve um gasto de 2 ATP.</p><p>Posteriormente, cada molécula de gliceraldeído 3-fosfato (lembre-se que a partir</p><p>de agora o que será apresentado ocorre duas vezes) é fosforilada, dando origem a</p><p>molécula de 1,3-bisfosfoglicerato. Esta sexta reação é reversível e é a enzima</p><p>gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase que realiza a catálise. O grupo fosfato que ela</p><p>adiciona ao gliceraldeído 3-fosfato é um fosfato inorgânico, disponível no citosol da</p><p>célula. Além disso, nesta reação ocorre liberação de energia na forma de prótons e</p><p>elétrons que leva a formação de uma coenzima NADH.</p><p>Na sétima reação, reversível, a molécula 1,3-bisfosfoglicerato perde o grupo</p><p>fosfato associado ao carbono um e este é capturado pelo ADP, dando origem ao ATP e</p><p>3-fosfoglicerato. Na oitava reação, reversível, ocorre uma mudança na posição do grupo</p><p>fosfato do carbono 3 para o 2, quem catalisa esta reação é a enzima fosfoglicerato mutase,</p><p>portanto a molécula 3-fosfoglicerato é convertida em 2-fosfoglicerato.</p><p>Na nona reação, reversível, a molécula de 2-fosfoglicerato é quebrada em água e</p><p>fosfoenolpiruvato pela ação da enzima enolase. Na décima reação, irreversível, a</p><p>molécula fosfoenolpiruvato interage com a enzima piruvato quinase que retira o grupo</p><p>fosfato. Este grupo fosfato é associado ao ADP, dando origem ao ATP, e o restante da</p><p>molécula dá origem ao piruvato.</p><p>Figura: Cinco últimas reações da glicólise, caracterizando a fase pagamento.</p><p>Esta segunda parte da via é chamada fase de pagamento onde cada triose</p><p>fosforilada produz 1 NADH e 2ATP, porém cada molécula de glicose produz duas trioses</p><p>fosforiladas, sendo assim cada molécula de glicose na fase de pagamento produz 2 NADH</p><p>e 4 ATP.</p><p>Na glicólise a molécula de glicose dará origem como produto final à duas</p><p>molécula de piruvato, além da produção de 2 NADH e saldo de 2 ATP (foram gasto 2</p><p>ATP na fase preparatória e 4 ATP produzidos na fase de pagamento).</p><p>Figura: Esquema resumido das reações da glicólise.</p><p>A seguir o esquema das dez reações da glicólise.</p><p>3.2. Destino do piruvato</p><p>O piruvato, produzido na via glicolítica ou glicólise, pode tomar destinos</p><p>diferentes dependendo do tipo de célula e da condição fisiológica. Se a célula tiver</p><p>mitocôndria terá como destino a via aeróbia, caso não tenha mitocôndria, como as</p><p>hemácias, terá como destino a via anaeróbia. No caso do exercício físico, nas células</p><p>musculares (fibras musculares) ocorrerá tanto a via aeróbia quanto a anaeróbia.</p><p>Na via aeróbia ocorrerá a participação do oxigênio (O2) e a molécula de glicose</p><p>será completamente oxidada com a produção de CO2 (dióxido de carbono) e H2O (água)</p><p>como produto final e um saldo de 38 ATP. Já na via anaeróbia não tem a participação de</p><p>oxigênio, sendo assim a molécula de glicose não é totalmente oxidada, tendo como</p><p>produto final o lactato e um saldo de 2 ATP produzidos.</p><p>3.3. Via anaeróbia</p><p>Via anaeróbia, como o próprio nome diz, é uma via que não tem a participação do</p><p>oxigênio. Neste caso, é uma via que ocorre no citoplasma das células que não têm</p><p>mitocôndrias e nas fibras musculares durante o exercício físico.</p><p>Esta via ocorre devido a necessidade de reoxidar a coenzima NADH produzida na</p><p>glicólise, porque esta coenzima existe em pequena quantidade na célula e se não tiver a</p><p>coenzima na forma de NAD a glicólise não vai acontecer. Sendo assim, o NADH doa</p><p>seus prótons e elétrons para a molécula de piruvato e a mesma é convertida em lactato</p><p>pela ação da lactato desidrogenase. Não ocorre produção e nem gasto de energia, então o</p><p>produto final desta via é o lactato e o saldo de ATP é dois.</p><p>Figura: Reação geral da última reação da via anaeróbia.</p><p>Figura: Esquema da via anaeróbia – inicia com a glicólise e o NADH formado precisa ser</p><p>reoxidado, então doa seus prótons e elétrons para o piruvato com a formação do lactato.</p><p>3.4. Via das pentoses fosfato</p><p>É uma via que ocorre no citoplasma de todas as células, para a oxidação da</p><p>molécula de glicose 6-fosfato com a formação dos produtos ribose 5-fosfato e NADPH</p><p>(nicotinamida adenina dinucleotídio fosfato).</p><p>A ribose 5-fosfato é utilizada para sintetizar os nucleotídeos dos ácidos nucleicos</p><p>e algumas coenzimas (NAD+, NADP+, FAD, FMN, coenzima A, ATP, GTP etc.). Já o</p><p>NADPH é sintetizado para a atuar no processo de síntese de ácidos graxos e esteroides,</p><p>doando prótons para este processo, e para combater agentes oxidantes, como os radicais</p><p>livres.</p><p>A via das pentoses fosfato é dividida em duas fases: 1 – fase oxidativa onde a</p><p>molécula de glicose 6-fosfato é quebrada em ribose 5-fosfato e 2 coenzimas NADPH.</p><p>Esta transformação ocorre por meio de duas reações de oxidação catalisadas por</p><p>desidrogenases específicas para NADP, intercaladas por uma reação de hidrólise. A</p><p>equação geral desta etapa é:</p><p>Glicose 6-fosfato + 2 NADP + H2O → Ribose 5-fosfato + 2 NADPH + 2 H+ + CO2</p><p>2 – fase não oxidativa ocorre a formação de açúcares fosforilados com 3, 4, 5, 6 ou 7</p><p>átomos de carbono. Neste caso ocorre a regeneração da molécula de glicose 6-fosfato.</p><p>Figura: Esquema resumida da Via das Pentoses Fosfato. Produção da ribose 5-fostato e</p><p>NADPH caracterizando a fase oxidativa, a regeneração da glicose 6-fosfato a partir da</p><p>ribose 5-fosfato, caracterizando a fase não oxidativa. O esquema em vermelho demonstra</p><p>que o NADPH auxilia no combate a radicais livres.</p><p>Referências bibliográficas</p><p>FERRIER, Denise R. Bioquímica Ilustrada. 7. ed. Artmed, 2019.</p><p>MARZZOCO, Anita; TORRES, Bayardo B. Bioquímica Básica. 4. ed. Grupo GEN,</p><p>2015.</p><p>NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de Bioquímica. 4ª ed. São Paulo:</p><p>Grupo A, 2018.</p><p>Exercícios de fixação</p><p>1. Preencha a tabela a seguir</p><p>Biomolécula Características</p><p>do carboidrato</p><p>Monômero</p><p>Características</p><p>do monômero</p><p>Ligação entre</p><p>os monômeros</p><p>Classificação das</p><p>biomoléculas</p><p>Observações que</p><p>acharem pertinentes</p><p>Carboidrato</p><p>2. Sobre a glicólise responda: em qual tipo de célula ocorre? Em qual local? Para que</p><p>ocorre? Quais fases ocorrem na glicólise? O que caracteriza cada fase?</p><p>3. Quais os possíveis destinos do piruvato? O que determina qual destino? Quais as</p><p>diferenças destas vias?</p><p>4. Qual o produto final da via anaeróbia? Qual o saldo de ATP? Porque ocorre? Onde</p><p>ocorre?</p><p>5. Em qual célula ocorre a via da pentoses fosfato? Qual os produtos desta via? Para que</p><p>são produzidos cada um dos produtos? Quais as fases fazem parte desta via? Quando</p><p>ocorre cada via?</p>