Via das Pentoses-Fosfato e Ciclo do Glioxilato

Prévia do material em texto

VIA DAS PENTOSES-FOSFATO
	Também chamada de via da hexose monofosfato ou via oxidativa do fosfogliconato, tem como objetivo a produção de poder redutor NADPH e ribose 5-fosfato. É outra utilidade da glicose, onde dará origem a uma pentose fosfato. A ribose-5-fosfato, um dos possíveis produtos desse ciclo, é importante porque a ribose é componente estrutural do ATP, Coenzima A, NAD, FAD, etc. É muito produzida em células de divisão celular rápida, em que a quantidade de ATP necessária é muito grande (célula óssea, pele, mucosa intestinal). Ribose-5-fosfato também produz NADPH (forma fosforilada do NAD), forma da coenzima que direciona o uso desta para certas vias metabólicas, principalmente de síntese. É amplamente utilizada no tecido adiposo, glândulas mamárias, produção de alguns hormônios e remoção de espécies reativas de oxigênio (que são tóxicas).
	A via das pentoses-fosfato é organizada em duas fases: a oxidativa, onde há troca de elétrons e prótons entre elétrons (prod de NADPH), e a fase não-oxidativa, onde há uma reorganização dos ácidos de carbono. 
	Na fase oxidativa, o primeiro componente, glicose-6-fosfato (primeiro intermediário da via glicolítica) que é a glicose fosforilada por uma hexoquinase. Essa glicose-6-fosfato não serve somente para a via glicolítica, também vai ser usada na primeira etapa da via das pentoses-fosfato. Abaixo segue as sequências das reações. Observação: deve-se saber pra que servem as vias, como as vias são reguladas, como elas podem caminhar para uma direção ou para outra completamente diferente. As vias em si não precisam ser gravadas.
	A glicose 6-fosfato-desidrogenase vai catalisar a reação de transferência de prótons e formará NADPH:
	Em seguida, a lactonase abrirá o anel da lactona formando o intermediário 6-fosfo-gliconato. É simplesmente uma reação de hidrólise:
	O intermediário gerado sofrerá ação de uma outra desidrogenase, que removerá prótons e elétrons doando para uma segunda molécula de NADP, que é reduzida a NADPH. Isso gera uma pentose fosfato e libera CO2:
	Nessa última reação já se tem a finalização dessa fase oxidativa. Como resultado dessa fase há a síntese de duas coenzimas NADPH, produção de pentose e liberação de uma molécula de CO2.
	Essa molécula de ribulose-5-fosfato na última fase oxidativa pode sofrer uma reação de isomerização, gerando a ribose-5-fosfato, ou uma reação de epimerização, virando uma xilulose-5-fosfato:
	A ação da pentose-fosfato isomerase muda a cetose da ribulose-5-fosfato para aldose. Essa reação é espontânea, sem gasto de energia. O que direciona a via é a disponibilidade e necessidade das moléculas. Essa conversão ocorre para os dois lados.
	A ação da epimerase é mudar a distribuição dos átomos ao redor de um carbono. É espontâneo, direcionado pela disponibilidade. 
	Segue abaixo o resumo da fase oxidativa:
	
	Pode ser que ocorra em algum momento na célula em que ela precisa de NADPH, mas não precisa de pentose. Assim, ela precisa dar um destino para essas pentoses. O inverso também pode ocorrer. As células não acumulam moléculas que não são importantes para ela. 
	Para dar sequência a essa via caso as moléculas de pentose não sejam necessárias para a célula, desenvolve-se a segunda fase dessa via: a fase não-oxidativa. Nessa fase há a conexão da primeira fase da via das pentoses fosfato com a via glicolítica clássifca. Haverá ação de trancetolases e transaldolases a fim de reorganizar as moléculas de carbono, de forma que os átomos de carbono das pentoses geradas são recombinados, gerando intermediários da vida glicolítica. Por isso se diz que a via das pentoses-fosfato é um desvio da via glicolítica clássica, já que na fase não-oxidativa os átomos de carbono retornam a via glicolítica. As enzimas possuem substratos específicos, por isso precisam-se de duas pentoses diferentes como substratos. 
	A transcetolase, a primeira e última, sempre transfere 2 átomos de C de um carboidrato para outro. A transaldolase, que catalisa a segunda etapa, transfere 3 átomos de C. O carboidrato doador do átomos de carbono está sempre na forma de uma cetose, enquanto o receptor está sempre na forma de uma aldose. 
	A primeira reação dessa fase não-oxidativa, (sempre vai ser entre uma cetose e aldose) a xilulose (cetose) doa dois átomos para a ribulose:
	Os produtos da reação anterior participam da próxima fase. 3 átomos da cetose passarão para a aldose, gerando o primeiro produto final:
	Como o primeiro produto final já foi formado, a Eritrose terá de reagir com uma outra cetose que possa doar seus C: Irá gerar uma segunda molécula de frutose:
Assim, como reação final temos: 
	Em relação a regulação dessa vida, observa-se que o acúmulo de NADPH na célula atua como uma inibição alostérica do funcionamento da glicose-6-fosfato desidrogenase. Dessa maneira, o destino da glicose-6-fosfato vai ser diretamente a via glicolítica. Assim ele caba não se acumulando na célula. 
	Na fase não oxidativa as reações são reversíveis e o controle ocorre pela disponibilidade de substratos. Devido a esse controle, existem 4 formas diferentes de se ter a regulação dessa fase. Estão relacionados diretamente com o destino dos produtos finais.
	No modo 1, quando há maior necessidade de ribose 5-fosfato do que de NADPH, os intermediários da via glicolítica irão gerar ribose 5-fosfato. A fase oxidativa geraria muito poder redutor que seria inútil. Ocorre quando há necessidade do aumento de nucleotídeos em células em divisão. 
	No modo 2, onde as necessidades de ribose 5-fosfato e NADPH são iguais, ocorre apenas a fase oxidativa da via das pentoses. As moléculas produzidas são utilizadas. Nem chega a acontecer a fase não-oxidativa, pois as riboses são utilizadas. Pode ocorrer em células que estão em divisão mas que estão sintetizando ácidos graxos.
	No modo 3, onde a célula precisa apenas de NADPH, ocorre a fase oxidativa, produzindo pentose e o NADPH. Como as pentoses não são úteis, elas fasem a fase não oxidativa da via e regeneram a molécula original de glicose. Assim, o produto final é apenas NADPH. É importante na síntese de ácidos graxos no tecido adiposo. A regeneração da glicose não é total, já que um átomo é perdido em CO2. 
	Nesse caso, a ocorrência da gliconeogênese é a mesma reação da via glicolítica, porém na reação inversa e com algumas adaptações. A maioria das reações da via glicolítica são reversíveis, sendo apenas 3 irreversíveis, que no processo inverso precisarão de enzimas específicas. Uma delas é a reação catalisada pelo hexoquinase que envolve o gasto de ATP, sendo substituída por uma fofatase. Outra, a frutose-1,6-difosfato perde o fosfato adicional por uma fosfatase, gerando frutose 6-fosfato. 
	No modo 4, quando a célula precisa de NADPH e energia (ATP), ocorre a fase oxidativa e não-oxidativa, gerando os intermediários da glicólise, dando origem a piruvato e ATP.
	Em termos de doenças metabólicas que possam ser associadas com alguma enzima defeituosa, pode-se comentar sobre o favismo. Deve-se a deficiência na produção da glicose 6-fosfato desidrogenase e a ingestão de favas (sementes). Ocorre anemia, icterícia, falência renal e morte. Acontece após a utilização de drogas anti-malárias, antibióticos e herbicidas. Chegou-se a conclusão de que a doença ocorre por conta dos radicais livres.
	Na respiração, o oxigênio é utilizado como aceptor final de elétrons da cadeia transportadora. Porém, radicais livres de oxigênio são produzidos, como os superóxidos, onde o oxigênio possui um elétron a mais, o peróxido de hidrogênio e o radical hidroxil, que é neutro e não possui carga negativa. O problema do acúmulo de radicais livres é que eles são extremamente ionizantes, promovem a ionização de todas as moléculas orgânicas (lipídeos, proteínas...) que perdem a sua função e, principalmente, quando o DNA e ionizado que o dano é maior. Este pode chegar ao ponto em que se cliva, e a célula morre. Ocorre por exemplo no uso das drogas citadas anteriormente e no desenvolvimento do favismo.O que o organismo faz? Os radicais livres que são produzidos espontaneamente devem ser removidos. Isso pode ocorrer com o aumento da produção de NADPH pela glucose 6-fosfato desidrogenase, que mantém os níveis de glutatião (GSH) altos, para que o excesso de prótons e elétrons que os radicais livres acumulam sejam permanentemente removidos. Assim, por exemplo, o peróxido de hidrogênio se liga a 2GSH, gerando água e O2. 
	Pela falta de atividade da glucose 6-fosfato desidrogenase no favismo é que ocorre o acúmulo de radicais livres, gerando uma atmosfera redutora. 
 
CICLO DO GLIOXILATO
	Pequena modificação do Ciclo de Krebs, que visa desviar as duas etapas de descarboxilação que normalmente acontecem no ciclo. Nesse ciclo há a presença de duas enzimas: isocitrato liase e malato sintase. Por essa via, duas moléculas de acetato (2C) são convertidas em succinato (4C) sem haver perda de átomos de carbono na forma de CO2. Isso é importante porque a molécula de succinato serve para alimentar a fosforilação oxidativa, aumentando a produção de coenzimas reduzidas, e esses átomos de carbono podem ser importantes para, pelo processo de gliconeogênese, aumentar a produção de glicose. 
	O isocitrato vai ser o ponto de diferenciação entre os dois ciclos. Essa molécula pode sofrer ação da isocitrato liase, que quebra a molécula em fragmentos diferentes, gerando uma de 4C (succinato) e uma de 2C (glioxilato). Este vai sofrer ação da segunda enzima (exclusiva do ciclo) chamada malato sintase, onde o glioxilato vai ser combinado com uma segunda molécula de acetilcoA, gerando malato, que vai sofrer ação da mesma enzima do ciclo de Krebs, regenerando oxalacetato. Nessa desidrogenase libera-se potencial redutor e libera oxalacetato para regenear o ciclo. O succinato pode servir como fonte de energia ou para sintetizar moléculas orgânicas.
	Esse ciclo do glioxilato acontece em praticamente todas as bactérias e somente em eucariotos vegetais em forma de semente em germinação. Neste momento o ciclo será extremamente importante. As células da semente em germinação possuem glioxissomas, onde o ciclo do glioxilato vai acontecer e ocorrerá oxidação dos ácidos graxos, que são a principal fonte de energia para a semente. Esses ácidos graxos precisam ser convertidos em moléculas como a glicose, daí a importância do glioxilato. 
	O succinato, produzido à partir de lipídeos, é transferido do glioxissoma para a mitocôndria onde, na matriz, haverá a ocorrência do ciclo de Krebs tradicional dessas células. A maior oferta de intermediários de succinato pode excluir outros, como por ex a malato, que permite a saída deste. Daí, ocorre a última reação da gliconeogênese. O malato é convertido em oxalacetato no citoplasma e através de uma quinase, que usa energia, o oxalacetato é transformado em fosfoenol piruvato (penúltimo intermediário da via glicolítica) que pode, pelo processo de gliconeogênese, regenerar a glicose.
	Os animais não fazem o ciclo do glioxilato por não haver a presença das enzimas específicas. Assim, o glioxalato não pode ser convertido em glicose. A acetil-coA ou vai para o ciclo de Krebs ou síntese de lipídeos. 
	A regulação desse ciclo ocorre em relação ao isocitrato, que ou sofre ação da enzima do ciclo de Krebs ou do ciclo do Gioxilato. Quando o nível de ATP está baixo, o ciclo será o de Krebs. Quando os níveis de ATP estão altos, o ciclo será o do glioxilato, para estocar a glicose produzida. 
A isocitrato desidrogenase do ciclo de Krebs pode ser encontrada em duas formas. Uma delas é fosforilada, em que fica inativa, e defosforilada, em que fica ativa. Quem tira e põe esse fosfato são outras duas enzimas, uma cinase e uma fosfatase.
A isocitrato liase, que atua somente no ciclo do glioxilato, é inibida alostericamente (não há adição/redução de fosfato), que atua no sentido oposto a da isocitrato desidrogenase. 
Dessa forma, o isocitrato ao sofrer ação da isocitrato liase participa do ciclo do glioxilato ou, ao sofrer ação da isocitrato desidrogenase, participa do ciclo de Krebs. A fosfatase remove o fosfato da ID e ativa a enzima. Níveis de ADP e ATP também podem inibir/ativar a fosfatase. Baixos níveis de energia ativam a fosfatase e inibem a cinase, para que mantenha a ID ativa.
Quando os níveis de energia aumentam, a IL não é mais inibida alostericamente e permite a produção de glicose e não de ATP. Os ciclos assim não ocorrem ao mesmo tempo.