glicólise - Bioquímica 2

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Glicólise – É a via que realiza a oxidação da glicose com intuito de quebrar a glicose em moléculas menores (simples) e manter a homeostasia do corpo. Em algum momento vai ter que ocorrer a lise da molécula, onde a glicose vai ser quebrada em duas moléculas com 3 carbonos cada uma (piruvato – produto final dessa via). A glicólise acontece no citoplasma de todas as células.
É a via mais bem estudada com todas as enzimas envolvidas. 
Por que estudar o metabolismo da glicose é tão importante? A glicose é uma molécula minimamente reativa, pode não participar de uma reação, mas pode interagir com outras moléculas, modulando atividades enzimáticas.
Na glicólise uma molécula mais complexa (glicose), vai ser degradada em moléculas menores (menos complexas) e vai gerar como produto CO2 e H20. Na glicólise não ocorre a oxidação completa da glicose mas através deste processo é possível gerar piruvato (molécula mais simples de 3 carbonos). 
Os valores de glicemia circulante vão ser importantes para a homeostasia do corpo. A homeostase do corpo vai ser obtida através de vias de síntese e degradação e degradação.
O tecido nervoso utiliza glicose para manter a sua funcionalidade. 
Na gliconeogênese a glicose é obtida através de outras moléculas, que são intermediárias da via metabólica. 
Pq tem que investir moléculas de ATP (energética) para gerar mais energia na glicólise? É importante ter em mente que para ocorrer à quebra da glicose, de alguma maneira, deverá ser investida energia. 
Como vamos gerar o ATP através da molécula de glicose? Deverá ser transferido um fosfato para uma molécula de ADP para que seja formado o ATP. Por isso, a glicose em determinado momento será fosforilada, para que depois este fosfato seja utilizado para interagir com o ADP para formar ATP. 
Como a glicose entra na célula? A glicose terá que se ligar a um receptor na membrana para que coloque ela para dentro. Ela vai precisar de uma proteína na membrana que transporte ela de fora para dentro da célula. Essa proteína transportadora é a GLUT. A glicose vai passar por esse canal que a GLUT forma através de um gradiente de concentração. 
A insulina vai ser importante para colocar a glicose para dentro e vai ser importante quando no organismo tem um aumento na concentração de glicose. 
Ela vai regular a concentração de glicose que está alta no sangue. Sabe-se que a concentração de glicose no sangue está em torno de 5,0mM, uma variação acima ou abaixo já desencadeia sinalizações. Quando no sangue tem uma concentração acima do normal de glicose (estado alimentado), a insulina estará atuando para que ocorra uma sinalização, com intuito de colocar essa glicose para dentro da célula. Se eu tenho uma baixa de glicose (estado de jejum), terá glucagon sendo produzido. 
Na diabete o problema está relacionado com a sinalização que desencadeia a produção de insulina. Na diabete tipo I, o paciente não produz insulina, ou seja, ele é um insulina dependente, por isso que ele tem que injetar ela na circulação sanguínea, pois quando ele se alimenta a glicose deve ser regulada por ação da insulina que ele deve injetar, de forma a minimizar os efeitos ruins do excesso de glicose(glicemia) no sangue. 
No caso da diabete tipo II, o indivíduo libera a insulina mas ela não é vista, ou seja, o reconhecimento deste sinal não acontece pelo receptor, ou pq tem menos receptor, ou tem o receptor mas o receptor não interage direito com a insulina (não tem uma afinidade adequada), é como se a célula não enxergasse essa insulina. 
Esse AMP cíclico participa na sinalização para produzir a adrenalina e glucagon, ou seja, para esses hormônios serem produzidos, tem que ser gerada uma cascata de sinalização dentro da célula, só que para ela ser gerada, o sinal tem que chegar na célula, ser transduzido e esse AMP ciclico tem que participar para que a cascata de sinalização seja formada e se propague na célula. Tanto a adrenalina quanto o glucagon a cascata de sinalização gerada para a produção dos dois hormônios é via AMP cíclico. Devido eles serem estimulados pela mesma cascata de sinalização, de uma maneira geral, pode-se dizer que eles vão produzir os mesmos efeitos, a diferença é que cada célula tem receptor específico para essa mesma cascata de sinalização. 
Vamos ver o efeito do glucagon nas células hepáticas e adipócitos e da adrenalina nas células musculares e tecido adiposo. A adrenalina vai ser liberada em uma situação de estresse ou esforço físico, justamente para ativar as células musculares para que elas se contraiam mais e no caso do tecido adiposo fornecer energia para essa contração. 
Existem diferentes tipos de GLUT: Obs: Cada GLUT possui um Km específico, ou seja, cada valor de Km corresponde quanto cada transportador tem de afinidade pela glicose. 
GLUT 1-Está presente em todos os tecidos, então, todas as nossas células possuem o GLUT 1,mas ele está bem evidente nos eritrócitos e na massa encefálica.Ele é importante para captação basal de glicose,ou seja,a entrada mais básica de glicose que vai depender do gradiente de concentração.Km= 1mM.
GLUT 3- Também está presente em todos os tecidos, principalmente nos neurônios e também será importante na captação basal de glicose. Km= 1mM.
GLUT 4- Está presente nas células musculares e adipócitos. A quantidade dele na membrana é estimulada por insulina, então no caso desses transportadores, eles só vão estar na membrana quando há sinalização para produção de insulina. Km=5mM. 
GLUT 2- Está presente no fígado e nas células beta (secretam insulina) do pâncreas. Km= 20mM. Ele vai ser importante para remover o excesso de glicose no sangue, ou seja, quando ingerirmos muito carboidrato, a concentração de glicose no sangue vai aumentar, ao ponto de ultrapassar a concentração ideal no sangue 5mM, ou seja, esse GLUT 2 vai trabalhar em uma velocidade maior para remover o excesso de glicose que está no sangue e estocar no fígado.
GLUT 5- Está presente no intestino delgado e nos testículos. Vai ser importante para transportar frutose. Além do GLUT existe um outro transportador chamado sglp1 que faz o co-transporte da glicose com o sódio e ai vai ocorrer absorção da glicose no intestino. 
Obs: Os diferentes tecidos vão ter papéis diferentes no metabolismo energético.
Obs 2: O fígado e o músculo é onde se tem estoque de glicose na forma de glicogênio. 
Mas se o meio extracelular (fora da célula) tiver uma concentração mais baixa de glicose do que dentro? O glucagon pode atuar neste momento, estimulando a produção de glicose, de forma que este gradiente de concentração seja revertido, ou seja, que o meio intracelular volte a ficar menos concentrado do que o extracelular. 
Pensando no sistema nervoso, que necessita de glicose para funcionar, será que ele pode ceder glicose para o meio extracelular para reverter este processo? Não. 
Etapas da glicólise:
1º estágio da glicólise: Fase preparatória. Nesse primeiro estágio tem as cinco primeiras etapas. Nessa fase é onde a energia é investida para conseguir ter duas moléculas de 3 carbonos.
Primeiro passo: Fosforilação da glicose, ou seja, o fosfato do ATP vai ser utilizado para fosforilar a glicose. A enzima hexoquinase vai transferir o grupamento fosfato para o carbono 6 da glicose, formando a glicose-6-fosfato. Essa fosforilação garante que a glicose não saia mais da célula. Então, esse gasto de energia inicial é necessário para garantir que a glicose fique dentro da célula. Reação exergônica, ou seja, ∆G= -16,7kJ/mol (negativo- espontânea).
Segundo passo: Rearranjo da estrutura química (isomerização). Para tornar a molécula simétrica é necessário isômera-la. A enzima que atua é a isomerase. Então, a molécula de glicose-6-fosfato que antes estava na sua forma em anel passou para sua forma linear e depois foi isomerada, ou seja, a molécula que tinha um grupamento aldeído foi convertida no seu isômero, que é quando esse grupamento aldeído é convertido em uma cetona. Com isso, o produto final dessa seg etapa é a frutose-6-fosfato. (Reação endergônica-
∆G= 1,7kJ/mol).
Terceiro passo: O novo grupamento carboxílico é fosforilado por ATP.
 A frutose-6-fosfato é fosforilada, formando a frutose-1,6-bifosfato, por ação da enzima fosfofrutoquinase-1 (PFK1). (reação exergônica- ∆G= -14,2kJ/mol). A molécula vai ser fosforilada no carbono 1 para ficar simétrica. 
Quarto passo: O açúcar de 6C é clivado, produzindo duas moléculas de 3C. A frutose-1,6-bifosfato é clivada em duas moléculas, uma de dihidroxiacetonafosfato e a outra em gliceraldeído-3-fosfato, por ação da enzima aldolase. (∆G= 23,8kJ/mol). 
Quinto passo: O produto diidroxiacetona fostato é isomerado formando gliceraldeído-3-fosfato. (∆G= 7,5kJ/mol).
Segundo estágio: fase de pagamento, ou seja, fase de formação de ATP.
Sexto passo: As duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato são oxidadas. A fase de geração de energia da glicólise começa, uma vez que o NADH é gerado e uma ligação de alta energia com fosfato é formada. O gliceraldeído-3-fosfato reage com o fosfato inorgânico, com ação da enzima gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase e forma 1,3-bifosfoglicerato. (∆G= 6,3kJ/mol). 
Sétimo passo: Transferência do grupamento fosfato para uma molécula de ADP para formar o ATP. O fosfato da molécula de 1,3-bifosfoglicerato é retirado com ação da enzima fosfoglicerato quinase para reagir com a molécula de ADP, para formar 3-fosfoglicerato e ATP. (∆G=-18,5kJ/mol).
Oitavo passo: O éster remanescente no 3-fosfoglicerato possui baixa energia de hidrólise, por isso sofre ação da enzima fosfoglicerato mutase que é responsável por inverter a posição do grupamento fosfato do carbono 3 para o carbono 2, ou seja, o fosfato e a hidroxila só mudam de posição originando 2-fosfoglicerato. (∆G= 4,4kJ/mol). 
Nono passo: A remoção de água da 2-fosfoglicerato cria uma ligação enol-fosfato de alta energia. 2-fosfoglicerato perde uma molécula de água com ação da enolase e forma a fosfoenolpiruvato. (∆G= 7,5kJ/mol).
Décimo passo: Transferência para a molécula de ADP um grupamento fosfato de alta energia para formar ATP, finalizando a glicólise. A enzima piruvato kinase que retira esse grupamento fosfato da molécula de fosfoenolpiruvato e transfere para o ADP formando ATP e piruvato com produto. (∆G= -31,4kJ/mol).
No final da glicólise temos: 6 ATP’S + 2 piruvatos + 2NADH’s. Sendo que 2 ATP’S são gastos no início para degradar a molécula de glicose e gerar moléculas mais simples e altamente energéticas, para que na fase de pagamento sejam formados 4 ATP’S, mas o saldo positivo seja somente de dois, pois 2 foram consumidos e os outros foram formados e poderão ser utilizados em outras vias para gerar mais energia.
A glicólise também pode ser chamada de fosforilação a nível do substrato pois está sendo formado ATP a partir de um substrato (glicose) fosforilado. Posteriormente, esse grupamento fosfato é transferido para uma molécula de ADP para formar ATP. Nesse processo não há utilização de oxigênio para formar ATP. Essa via no geral é caracterizada como exergônica porque a glicose, uma molécula mais complexa, é degrada e no final é convertida em molécula de piruvato (mais simples) e energia é liberada para o meio na forma de ATP (saldo positivo de 2ATP’S).
Regulação da glicólise
Na glicólise tem 3 etapas que são exergônicas e que não poderão ser reguladas pela lei de ação das massas, ou seja, essas etapas que são consideradas espontâneas, não poderão ser reguladas simplesmente pela concentração de substrato, e sim, por outros mecanismos que vão além dessa lei de ação de massas. Essas etapas espontâneas serão reguladas por enzimas regulatórias. 
Regulação
A célula vai precisar ter mecanismo de regulação que ligue ou desligue determinadas etapas de uma via. As células no geral vão sempre realizar glicólise, como por exemplo, quando há necessidade de energia no organismo (realizar exercício físico) a glicose vai degradada para gerar ATP e quando tem uma concentração alta dela no sangue este processo será realizado. 
O que acontece é que existem tecidos que tem preferência em realizar glicólise, como no caso do tecido nervoso e as hemácias, que vão precisar principalmente de glicose para atuar bem e consequentemente vão fazer glicólise para gerar energia para estes tecidos.
 O fígado é um exemplo de um tecido que não tem preferência por glicose, ou seja, neste tecido a glicólise não vai acontecer tanto, isso é explicado por conta do Km do seu transportador (GLUT 2) ser elevado. O fígado ele armazena essa glicose, mas ele não vai usar essa glicose para benefício próprio, e sim, vai estoca-la para libera-la quando o organismo estiver precisando.
Regulação da hexoquinase: Existem quatro isoenzimas de hexoquinase. Elas são codificas por gens diferentes e estão presentes em células diferentes. 
Hexoquinase IV- Está presente exclusivamente nos hepatócitos.
Hexoquinase II- Está predominante nos miócitos (células musculares).
Hexoquinase I, II e III- Está presente em todas as células, mas a II é predominante nos miócitos.
A hexoquinase 1, 2 e 3 tem alta afinidade por glicose, pq o Km delas é bem baixo (0,1mM). 
Pensando na concentração de glicose igual a 5mM, que é a concentração ideal no sangue, as enzimas hexoquinase I, II e III vão estar com grande atividade enzimática, ou seja, elas vão conseguir fosforilar a glicose e transforma-la em glicose-6-fosfato. Já a hexoquinase IV, estará funcionando, mas não com a sua velocidade máxima, pois o seu Km preferencial é 10mM, ou seja, ela só vai conseguir converter a glicose em glicose-6-fosfato quando o indivíduo está no estado alimentado (maior conc de glicose no sangue), quando se tem muita glicose para o lado de fora. Quando ocorre um aumento da concentração, a hexoquinase IV está mais ativa, ou seja, ela vai atuar fosforilando a glicose para que ela não saia do fígado e fique armazenada ali para ser usada quando for necessário. Quando a conc de glicose é baixa esta enzima estará INATIVA. Quando a conc é baixa não é vantajoso que ela esteja ativa, justamente, pq ele vai precisar disponibilizar glicose para os tecidos, ou seja, é importante ela estar inativada, pq assim a glicose não será fosforilada e conseguirá sair das células hepáticas. 
As hexoquinases I, II e III são inibidas alostericamente pela glicose-6-fosfato. Quando na célula tem muita glicose-6-fosfato estas hexoquinases são inibidas alostericamente, pq na célula já estará sobrando essa glicose-6-fosfato, por isso, ela terá que ser inibida para cessar sua produção.
No caso da hexoquinase IV ela não é inibida alostericamente pela glicose-6-fosfato. 
A hexoquinase IV está localizada no núcleo, no momento em que a concentração de glicose aumenta no citoplasma, essa hexoquinase IV sai do núcleo em direção ao citoplasma, com objetivo de fosforilar e transformar em glicose-6-fosfato. A atividade dela tb estará sendo modulada pela concentração de substrato, com base no seu valor de Km, onde o mesmo possui um valor mais alto, por isso a medida que a conc de substrato (glicose) aumenta, a atividade da enzima se intensifica, fazendo com que ela assuma essa capacidade de fosforilar. Quando há um aumento de glicose na célula, chega um ponto em que a conc de glicose no citoplasma e no núcleo igualam. Quando a glicose chega no núcleo isso faz com que a proteína reguladora que está lá atue, fazendo com que a afinidade da hexoquinase IV pela glicose diminua, com isso a hexoquinase IV é liberada da proteína reguladora, passando do núcleo para o citoplasma, fazendo com que ela fique INATIVA, não sendo mais capaz de fosforilar glicose. Além disso, essa proteína reguladora é capaz de reter essa hexoquinase IV no núcleo, fazendo com que ela não saia mais para o citoplasma. Outro meio de fazer a hexoquinase IV voltar para o núcleo é com o aumento da conc de frutose-6-fosfato. 
Essa conc de glicose no sangue também pode ser regulada por hormônios, como por exemplo, a insulina, que é estimulada quando tem excesso de glicose no sangue. A insulina interage com os receptores das células, fazendo com que uma cascata de sinalização
celular seja liberada, para que o GLUT 4 das células musculares e adiposas, migrem para membrana das células, se fundam a elas e o receptor fique exposto para botar a glicose pra dentro e estoca-la nesses tecidos adiposo e muscular, na forma de glicogênio, para fazer glicólise e fornecer energia. 
PFK1 é a outra enzima que tb catalisa uma reação exergônica. Ela tb precisa ser regulada e será regulada por vários reguladores alostéricos. Quando a conc de ATP aumenta, a atividade dessa PFK-1 será inibida. O ATP é um modulador alostérico negativo. O AMP e ADP é um modulador alostérico positivo, pois eles ativam a PFK-1. 
Se na célula já existe muito ATP, não haverá necessidade de fazer glicólise para obtê-lo, por isso quando ele está em alta a PFK-1 é inibida. Agora se eu tenho menos ATP do que eu preciso, ou seja, a conc de AMP e ADP sendo maior, ai é necessário que a glicólise seja estimulada e a PFK-1 funcione. Outra modulação alostérica é através da molécula de citrato. Outro ativador é a frutose-2,6-bifosfato, ou seja, ela vai ativar a PFK-1. A enzima PFK-2 vai formar a frutose-2,6-bifosfato e ela possui uma função tanto quinásica quanto fosfatásica. A PFK-2 (ou FBPase-2) é uma ativadora da glicólise e tb estimula a produção da PFK-1. 
A insulina estimula a proteína fosfofosfatase e ela retira um grupamento fosfato da PFK-2, ou seja, quando ela perde esse fosfato a PFK-2 fica ATIVA, portanto, ela produz frutose-2,6-bifosfato o que faz produzir a PFK-1 e estimula a glicólise.
EFEITO DO GLUCAGON:
Ele vai fazer com que a PFK-2 ganhe grupamento fosfato, ou seja, nesse momento ela vai ficar INATIVA, não vai produzir frutose-2,6-bifosfato, o qual não vai produzir a PFK-1, não deixando que a glicólise seja iniciada. 
Regulação da piruvato-kinase
Acontece por modulações alostéricas. No caso da piruvato kinase em todos os tecidos, inclusive o fígado, existe essas modulações alostéricas. A frutose-1,6-bifosfato é ativadora dessa enzima, ou seja, quando a PFK-1 está ATIVA, isso significa que conc maiores dessa frutose-1,6-bifosfato está sendo formada, indicando que a via deve seguir neste sentido de descida. Para a piruvato-kinase funcionar bem, essas concentrações de frutose-1,6-bifosfato deve ser formada pela PFK-1, pois serve de parâmetro para a piruvato-kinase funcionar ou não, ou seja, indica se a via precisa continuar ligada para haver formação de piruvato e ATP ou se ela pode ser desligada indicando que não será mais formado piruvato. Neste caso, como foi visto para PFK-1, as moléculas de ATP tb atuarão como inibidoras.
 Além disso, no fígado, tb ocorre controle da piruvato-kinase por alosteria e modificação covalente. Quando o glucagon é ativado a piruvato-kinase no fígado deve estar INATIVA. A piruvato-kinase quando está fosforilada ela está inativa e quando está defosforilada está ativa e pode ser controlada pelos moduladores alostéricos. Quando há produção de insulina as fosfatases estão ativadas e consequentemente a enzima estará ativa e será regulada pelos moduladores alostéricos. 
Obs: A insulina aumenta a atividade das fosfatases enquanto o glucagon aumenta das quinases.