Introdução ao Metabolismo e Glicólise

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INTRODUÇÃO AO METABOLISMO 
E GLICÓLISE
BIOQUÍMICA
Metabolismo:
O que é?
Bioquímica
Metabolismo
Conjunto de reações altamente coordenadas catalisadas por sistemas
multienzimáticos que cooperam para:
Obter energia química, seja por captação de energia solar, seja pela
degradação de nutrientes ricos em energia;
Converter as moléculas dos nutrientes em moléculas com
características próprias de cada célula, incluindo-se os precursores
das macromoléculas;
Polimerizar precursores monoméricos em macromoléculas tais como
proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos;
Sintetizar e degradar biomoléculas necessárias a funções celulares
especializadas, tais como lipídeos de membrana, mensageiros
intracelulares;
Bioquímica
Bioquímica
Metabolismo: Ciclo do CO2 e do O2
Metabolismo e Bioenergética
• Criar e manter a ordem requer energia e trabalho
• As enzimas promovem sequências de reações químicas
Bioquímica
Metabolismo e Bioenergética
• Milhares de reações químicas no organismo catalisadas por
enzimas nas células são organizadas funcionalmente em
muitas sequências de reações consecutivas, chamadas de
VIAS METABÓLICAS, onde o produto de uma reação se torna
o reagente na próxima.
• Os intermediários dos produtos são chamados METABÓLITOS
Bioquímica
Metabolismo
• Metabolismo é a rede global de vias catalisadas por enzimas
constitui o metabolismo celular e divide-se em:
• CATABOLISMO – reações degradativas, produtoras de energia
(conservada na forma de ATP e transportadores de elétrons),
produtos finais formados são simples;
• ANABOLISMO – reações produtoras (moléculas), consumidoras de
energia; produtos finais formados são metabólitos complexos. Ex:
proteínas e os ácidos nucleicos;
Bioquímica
Bioquímica
Metabolismo
• Se o catabolismo supera em atividade o anabolismo 
organismo perde massa (jejum ou doença)
• Anabolismo superar o catabolismo  organismo cresce ou
ganha massa.
• Se ambos os processos estão em equilíbrio  organismo
encontra-se em equilíbrio dinâmico ou homeostase.
Bioquímica
Bioquímica
Vias catabólicas são convergentes enquanto as anabólicas são divergentes
Glicólise 
• D-glicose = principal combustível da maioria dos organismos
• Rica em energia potencial:
• Oxidação da glicose até CO2 = -2.840 kJ/mol
• Precursor versátil = pode originar vários intermediários
metabólicos
Bioquímica
Glicólise
• Destinos principais da glicose:
Bioquímica
Glicólise (Via glicolítica)
• Glykys + lysis = doce + quebra
• Glicose  2 piruvatos
• Energia liberada na forma de ATP e NADH
• Via central do catabolismo da glicose
Bioquímica
2
Glicólise (Via glicolítica)
• Via dividida em 2 fases
• Ocorre em 10 etapas
• 5 primeiras etapas = fase preparatória
• Energia do ATP é investida
• Aumenta o conteúdo de energia livre dos intermediários
• 5 últimas etapas = fase de pagamento
• Ganho energético = produção de ATP e NADH
Bioquímica
Glicólise (Via glicolítica)
• Os nove intermediários da glicólise, entre a glicose e o
piruvato, são fosforilados
• Grupos fosfato = ionizados em pH 7,0  intermediários
carregados negativamente
• Grupos fosfato = conservação enzimática da energia
metabólica (compostos fosfóricos formados durante a
glicólise = doam Pi para o ADP formar ATP)
• Ligação dos grupos fosfatos ao sítio ativo das enzimas
fornece energia de ligação que contribui para reduzir a
energia de ativação; também aumenta a especificidade das
reações catalisadas pelas enzimas
Bioquímica
Glicólise (Via glicolítica)
• Fase 1 = FASE PREPARATÓRIA
• Requer o investimento de 2 moléculas de ATP
• Resulta na clivagem da hexose em 2 trioses fosfato
Reações:
1) Fosforilação da glicose = é formada a glicose-6–P
2) Conversão da glicose-6–P em frutose 6–P
3) Fosforilação da frutose-6–P  frutose–1,6–bifosfato
4) Clivagem da frutose–1,6–bifosfato
5) Interconversão das trioses fosfato
Bioquímica
Glicólise – Fase preparatória
Reação 1: Fosforilação da glicose
• Reação irreversível
• Catalisada pela enzima hexoquinase
• Para ser ativa = hexoquinase requer Mg2+
Bioquímica
Glicólise – Fase preparatória
Reação 2: Conversão da glicose–6–fosfato em frutose–6–fosfato
• Isomerização reversível: aldose cetose
• Catalisada pela enzima fosfoexose isomerase
• Também requer Mg2+
Bioquímica
Glicólise – Fase preparatória
Reação 3: Fosforilação da frutose–6–fosfato em frutose–1,6–bifosfato
• Catalisada pela enzima fosfofrutoquinase-1 (PFK-1) = transferência de um
grupo fosfato do ATP para a frutose-6-P
• Reação irreversível
Bioquímica
Glicólise – Fase preparatória
Reação 4: Clivagem da frutose–1,6–bifosfato
• Enzima: frutose-1,6-bifosfato aldolase (“ALDOLASE”)
• Liberação de duas trioses fosfato = gliceraldeído-3-fosfato (aldose) +
diidroxiacetona fosfato (cetose)
Bioquímica
Glicólise – Fase preparatória
Reação 5: Interconversão das trioses fosfato
• Somente o gliceradeído-3-P pode ser degradado nas vias seguintes da
glicólise
• Diidroxiacetona convertida rapidamente em gliceraldeído-3-fosfato pela
enzima triose fosfato isomerase
Bioquímica
Diidroxiacetona fosfato Gliceraldeído-3-fosfato
Glicólise – Fase preparatória
• Glicose fosforilada em C-1 e C-6
• Glicose é dividida
• Formação de 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato
• Investimento de duas moléculas de ATP
Bioquímica
Glicólise – Fase de pagamento
• Energia livre contida na molécula de glicose = conservada na forma de
ATP
2 moléculas de gliceraldeído-3-P  2 piruvatos + 4ATP
Reações
6) Oxidação do gliceraldeído–3–P em 1,3–bifosfoglicerato
7) Transferência do fosfato do 1,3–bifosfoglicerato para o ADP
8) Conversão do 3–fosfoglicerato em 2–fosfoglicerato
9) Desidratação do 2–fosfoglicerato para fosfoenolpiruvato
10) Transferência do grupo fosforil do fosfoenolpiruvato para o ADP
Bioquímica
Glicólise – Fase de pagamento
Reação 6: Oxidação do gliceraldeído– 3–fosfato em 1,3–bifosfoglicerato
• Enzima = gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase
• Reação conservadora da energia da glicose
• Grupo aldeído do gliceraldeío é desidrogenado formando um grupo acil-fosfato
(energia livre padrão de hidrólise muito alta, ΔGo´ = -49,3 kJ/mol)
• Receptor de H = coenzima NAD+ = é reduzida a NADH
Bioquímica
Glicólise – Fase de pagamento
Reação 7: Transferência do fosfato do 1,3–bifosfoglicerato para o ADP
• Reações 6 e 7 = processo acoplador de transferência de energia
• Intermediário comum = 1,3-bifosfoglicerato = formado na reação 6
(endergônica) e na reação 7 seu grupo acil-fosfato é transferido para o
ADP (reação altamente exergônica)
Bioquímica
Fosfoglicerato 
cinase
ΔG´o = -18,5 kJ/mol
Glicólise – Fase de pagamento
Reação 8: Conversão do 3–fosfoglicerato em 2–fosfoglicerato
• Enzima: fosfoglicerato mutase catalisa a transferência do grupo fosforil entre
o C3 e C2 do glicerato
• Co-fator: Mg2+
• Mutases = são isomerases
Bioquímica
Glicólise – Fase de pagamento
Reação 9: Desidratação do 2–fosfoglicerato para fosfoenolpiruvato
• Enzima: enolase = faz remoção reversível de uma molécula de H20 do 2-
fosfoglicerato para a formação do fosfoenolpiruvato
Bioquímica
Glicólise – Fase de pagamento
Reação 10: Transferência do grupo fosforil
do fosfoenolpiruvato para o ADP
• Enzima: Piruvato quinase catalisa a
transferência de um grupo fosfato do
PEP para o ADP formando ATP
• Enzima requer K+, Mg2+ ou Mn2+
• Reação irreversível
Bioquímica
Glicólise – Balanço final da via
• Fase preparatória: necessita de 2 moléculas de ATP
• Fase de Pagamento: fornece 4 moléculas de ATP e NADH
• Glicólise: ganho de 2 moléculas de ATP• Todas as 10 enzimas glicolíticas estão no citosol
Balanço final:
Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi  2 piruvato + 2ADP + 2NADH + 2H+ + 4ATP + 2H2O
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi  2 Piruvato + 2NADH + 2ATP + 2H2O
Bioquímica
Regulação da via glicolítica
• Glicólise = apresenta 7 reações reversíveis
• Enzimas regulatórias = catalisam reações irreversíveis
– Hexoquinase (reação 1)
– Fosfofruto cinase (reação 3)
– Piruvato cinase (reação 10)
Bioquímica
Regulação da via glicolítica
Hexoquinase
• É inibida pelo seu produto: glicose-6-P
• Quando a concentração de glicose-6-P no interior da célula
aumenta acima de seu nível normal = hexoquinase é inibida
(reversivelmente e temporariamente)
• Equilíbrio
*Hexoquinase = várias isozimas
– Fígado = hexoquinase D (glicoquinase)
Bioquímica
Regulação da via glicolítica
Fosfofrutoquinase-1 (PFK-1)
• PFK-1= catalisa reação que compromete a metabolização da glicose
por meio da glicólise
Bioquímica
Regulação da via glicolítica
Piruvato quinase
• ATP quando em altas contrações = inibição alostérica da piruvato
quinase
• ATP reduz a afinidade da piruvato quinase pelo seu substrato
(fosfoenolpiruvato)
• Também é inibida por Acetil-Coa e por ácidos graxos de cadeia longa
Bioquímica
Destinos do piruvato
Bioquímica
1. Condições aeróbicas:
Convertido em Acetil-
coenzima A, oxidada no
Ciclo de Krebs
2. Redução a lactato por
meio da fermentação do
ácido láctico (condições
de hipóxia)
3. Conversão a etanol pela
fermentação alcoólica ou
fermentação do etanol