G07 gliconeogenese

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Gliconeogénese; Rui Fontes 
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Gliconeogénese 
 
1- A gliconeogénese é um termo usado para incluir o conjunto de processos pelos quais o organismo 
pode converter substâncias não glicídicas (como aminoácidos, lactato, piruvato, glicerol e 
propionato) em glicose ou glicogénio. 
 
2- Durante o jejum aumenta a actividade lipolítica (hidrólise dos triacilgliceróis em glicerol e ácidos 
gordos) no tecido adiposo e a maioria dos órgãos (nomeadamente os músculos e o fígado) começa 
a usar como combustível preferencial os ácidos gordos. Contudo, os eritrócitos e, em grande 
medida, os neurónios dependem do catabolismo da glicose para a síntese de ATP. Embora a 
glicogenólise hepática (formação de glicose a partir do glicogénio armazenado no fígado) seja, 
durante as primeiras horas de jejum, a principal fonte da glicose que é vertido no sangue, à 
medida que o tempo de jejum aumenta a gliconeogénese vai sendo cada vez mais importante. 
 
3- Quer na glicogenólise quer na gliconeogénese forma-se glicose-6-P e a formação de glicose só 
pode ocorrer por hidrólise da glicose-6-P. Porque a enzima responsável por este processo (glicose-
6-fosfátase, uma enzima do retículo endoplasmático) existe no fígado, no rim e no intestino 
delgado (enterócitos) são estes os órgãos responsáveis pela manutenção de níveis de glicemia 
compatíveis com a actividade dos neurónios e dos eritrócitos durante o jejum. O fígado tem, neste 
contexto, um papel mais importante que o rim e o intestino. 
 
4- Três das enzimas da glicólise [(1) cínase da glicose: ATP + glicose → glicose-6-P + ADP; (2) 
cínase 1 da frutose-6-P: ATP + frutose-6-P → ADP + frutose-1,6-bisfosfato; (3) cínase do 
piruvato: ADP + fosfoenolpiruvato → ATP + piruvato] catalisam reacções fisiologicamente 
irreversíveis. Na gliconeogénese, também são fisiologicamente irreversíveis as reacções 
catalisadas pelas enzimas que permitem a conversão de piruvato em fosfoenolpiruvato (equações 
1 e 2), a conversão de frutose-1,6-bisfosfato em frutose-6-P (equação 3) e a conversão de glicose-
6-P em glicose (equação 4). 
 
carboxílase do piruvato: ATP + H2O + piruvato + CO2 → ADP + Pi + oxalacetato (1) 
carboxicínase do fosfoenolpiruvato: GTP + oxalacetato → GDP + fosfoenolpiruvato + CO2 (2) 
frutose-1,6-bisfosfátase: frutose-1,6-bisfosfato + H2O → frutose-6-P + Pi (3) 
glicose-6-fosfátase: glicose-6-P + H2O → glicose + Pi (4) 
 
Assim, as conversões de glicose em glicose-6-P e de frutose-6-P em frutose-1,6-bisfosfato que são 
catalisadas por cínases na glicólise são revertidas pela acção de fosfátases na gliconeogénese. A 
conversão de fosfoenolpiruvato em piruvato na glicólise é revertida pela acção sequenciada de 
duas enzimas: a carboxílase de piruvato que catalisa a formação de oxalacetato a partir de piruvato 
(processo anaplerótico) e a carboxicínase do fosfoenolpiruvato que catalisa a formação de 
fosfoenolpiruvato a partir de oxalacetato (processo cataplerótico). A actividade relativa das 
enzimas envolvidas nas transformações referidas determina a velocidade e o sentido (anabólico ou 
catabólico) no metabolismo da glicose. 
 
5- Muitas das enzimas envolvidas na gliconeogénese também participam na glicólise: catalisam 
reacções fisiologicamente reversíveis e o sentido em que estas reacções evoluem (anabólico ou 
catabólico) depende das concentrações citoplasmáticas dos compostos (reagentes e produtos) 
envolvidos nessas reacções. Essas enzimas são a enólase, a mútase do fosfoglicerato, a cínase do 
3-fosfoglicerato, a desidrogénase do gliceraldeído-3-P, a isomérase das trioses-P, a aldólase e a 
isomérase das hexoses-P. É de notar que a reacção catalisada pela cínase do 3-fosfoglicerato 
(ATP + 3-fosfoglicerato ↔ 1,3-bisfosfoglicerato + ADP) funciona no sentido da conversão de 
ATP em ADP durante a gliconeogénese mostrando claramente que, em jejum, não existe no 
fígado deficit de ATP. A oxidação hepática dos ácidos gordos libertados no tecido adiposo 
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fornece ao fígado a energia necessária para a síntese de ATP. É também de notar que, no decurso 
da gliconeogénese, na reacção catalisada pela desidrogénase do gliceraldeído-3-P (NADH + 1,3-
bisfosfoglicerato ↔ NAD+ + Pi + gliceraldeído-3-P), o NADH se oxida a NAD+, o contrário do 
que ocorre na glicólise. A oxi-redútase directamente responsável pela formação do NADH 
citoplasmático indispensável à gliconeogénese pode ser a desidrogénase do malato citoplasmática 
(malato + NAD+ → oxalacetato + NADH) ou a desidrogénase do lactato (lactato + NAD+ → 
piruvato + NADH). 
 
6- Os eritrócitos produzem continuamente lactato e os músculos, mesmo em jejum, dependem da 
glicólise anaeróbia para realizarem esforços que consomem ATP a uma velocidade maior que a 
velocidade de formação de ATP na fosforilação oxidativa. O lactato vertido no sangue pode, no 
fígado e no rim, ser convertido em glicose e por isso se diz que o lactato é um composto 
glicogénico. As enzimas e os transportadores envolvidas na conversão do lactato em glicose são a 
desidrogénase do lactato, o simporter piruvato/H+ da membrana interna da mitocôndria, a 
carboxílase do piruvato, a carboxicínase do fosfoenolpiruvato da matriz da mitocôndria, o 
transportador do fosfoenolpiruvato da membrana interna da mitocôndria, a enólase, a mútase do 
fosfoglicerato, a cínase do 3-fosfoglicerato, a desidrogénase do gliceraldeído-3-P, a isomérase das 
trioses-P, a aldólase, a frutose-1,6-bisfosfátase, a isomérase das hexoses-P e a glicose-6-fosfátase. 
É de notar que, quando o lactato é o substrato da gliconeogénese, o NADH necessário para acção 
catalítica da desidrogénase do gliceraldeído-3-P é formado aquando da acção da desidrogénase do 
lactato; ambas as desidrogénases são enzimas citoplasmáticas de forma que quer a redução do 
NAD+ (lactato + NAD+ → piruvato + NADH) quer a oxidação do NADH (1,3-bisfosfoglicerato + 
NADH → gliceraldeído-3-P + NAD+ + Pi) ocorrem no citoplasma. O conjunto de reacções 
envolvidas na conversão de lactato em glicose pode ser resumido na seguinte equação soma: 
 
2 lactato (C3H6O3) + 2 GTP + 4 ATP + 6 H2O 
→ glicose (C6H12O6) + 2 GDP +4 ADP + 6 Pi (5) 
 
A formação da glicose a partir de lactato (processo endergónico) só é possível porque está 
acoplada com a hidrólise de ATP e do GTP (processos exergónicos). O gasto de ATP ocorre 
aquando da acção da carboxílase do piruvato e da cínase do fosfoglicerato enquanto o gasto de 
GTP ocorre aquando da acção da carboxicínase do fosfoenolpiruvato. 
 
7- A esmagadora maioria dos aminoácidos (as excepções são a lisina e a leucina) também são 
substratos da gliconeogénese. Em jejum aumenta a hidrólise das proteínas endógenas e o 
esqueleto carbonado da maioria dos aminoácidos libertados no processo hidrolítico pode gerar 
glicose no fígado. Neste contexto são particularmente importantes a alanina e o glutamato. A 
alanina pode, por acção catalítica da transamínase da alanina (alanina + α-cetoácido-X ↔ 
piruvato + α-aminoácido-X), gerar piruvato e o piruvato pode, através da acção da carboxílase do 
piruvato, gerar oxalacetato. Quer a transamínase da alanina que a carboxílase do piruvato são 
enzimas da mitocôndria e, portanto, a conversão alanina → oxalacetato ocorre na matriz 
mitocondrial. Não existe na membrana interna da mitocôndria transportador para o oxalacetato: a 
passagem do oxalacetato da matriz mitocondrial para o citoplasma envolve a desidrogénase do 
malato mitocondrial (oxalacetato + NADH → malato + NAD+), o antiporter malato/α-
cetoglutarato que catalisa a saída do malato da matriz para o citoplasma e a desidrogénase do 
malato citoplasmática (malato + NAD+ → oxalacetato + NADH). O oxalacetato citoplasmático é 
substrato da carboxicínase do fosfoenolpiruvato citoplasmática (oxalacetato + GTP → 
fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP) e o fosfoenolpiruvatocitoplasmático formado pode, por acção 
das mesmas enzimas já referidas no ponto 6, converter-se em glicose. De notar que a conversão da 
alanina em glicose envolve enzimas e transportadores da lançadeira do malato a operar em sentido 
inverso ao que acorre na glicólise aeróbia. 
 
8- Todos os aminoácidos que no decurso do seu catabolismo geram intermediários do ciclo de Krebs 
(processos anapleróticos) são substratos da gliconeogénese. O glutamato servirá como exemplo. 
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Através da acção de transamínases (glutamato + α-cetoácido-X ↔ α-cetoglutarato + α-
aminoácido-X) ou da desidrogénase do glutamato (glutamato + NAD+ → α-cetoglutarato + NH4+ 
+ NADH) o glutamato converte-se em α-cetoglutarato. Por acção de enzimas do ciclo de 
Krebs, o α-cetoglutarato pode gerar malato que, saindo da mitocôndria, pode oxidar-se a 
oxalacetato (desidrogénase do malato citoplasmática); o oxalacetato formado pode, via 
fosfoenolpiruvato, gerar glicose. Tal como no caso da alanina, também aqui, a enzima 
directamente responsável pela redução do NAD+ citoplasmático é a desidrogénase do malato 
citoplasmática. 
 
9- A lipólise no tecido adiposo (hidrólise dos triacilgliceróis endógenos), para além de ácidos 
gordos, também liberta glicerol para o sangue. Ao contrário do que acontece em muitos tecidos 
(nomeadamente no tecido adiposo), no fígado (e rim) existe uma enzima que é capaz de catalisar a 
transformação do glicerol em glicerol-3-P (cínase do glicerol: glicerol + ATP → glicerol-3-P + 
ADP) iniciando o processo de conversão do glicerol em glicose. A transformação do glicerol-3-P 
(3C) em glicose (6C) envolve a actividade das seguintes enzimas: desidrogénase citoplasmática 
do glicerol-3-P (glicerol-3-P + NAD+ ↔ dihidroxiacetona-P + NADH), isomérase das trioses-P 
(dihidroxiacetona-P ↔ gliceraldeído-3-P), aldólase (dihidroxiacetona-P + gliceraldeído-3-P ↔ 
frutose-1,6-bisfosfato), frutose-1,6-bisfosfátase (frutose-1,6-bisfosfato + H2O → frutose-6-P + 
Pi), isomérase das hexoses-P (frutose-6-P ↔ glicose-6-P) e glicose-6-fosfátase (glicose-6-P + 
H2O → glicose + Pi). A equação soma relativa à transformação que ocorre no fígado (e rim) pode 
ser escrita: 
 
2 glicerol + 2 NAD+ + 2 ATP + 2 H2O → glicose + 2 NADH + 2 ADP + 2 Pi (6) 
 
No caso do glicerol (ao contrário dos casos do lactato, alanina e glutamato) a sua conversão em 
glicose não envolve a redução do 1,3-bisfosfoglicerato em gliceraldeído-3-P (desidrogénase do 
gliceraldeído-3-P). O NADH formado durante a conversão de glicerol-3-P em glicose poderá ser 
oxidado pelo oxigénio via lançadeira do malato e complexos I, III e IV da cadeia respiratória. 
 
10- No homem, a maioria dos ácidos gordos tem um número par de carbonos (cadeia par) e geram no 
seu catabolismo acetil-CoA que reage com o oxalacetato por acção catalítica da síntase do citrato. 
Nesta reacção não há formação de intermediários do ciclo de Krebs (não é uma reacção 
anaplerótica). Por outro lado, a conversão de acetil-CoA em piruvato também não pode ocorrer 
porque a reacção catalisada pela desidrogénase do piruvato (piruvato + NAD+ + CoA → acetil-
CoA + NADH + CO2) é fisiologicamente irreversível. Porque o acetil-CoA não pode contribuir 
para a síntese de compostos que sejam substratos da gliconeogénese os ácidos gordos de cadeia 
par não são glicogénicos. Pelo contrário, os ácidos gordos de cadeia ímpar podem dar origem 
(para além de acetil-CoA) a propionil-CoA (o grupo propionil contém 3 carbonos). O propionil-
CoA pode por acção de uma sintétase (carboxílase do propionil-CoA: propionil-CoA + CO2 + 
ATP + H2O → D-metil-malonil-CoA + ADP + Pi) e de duas isomérases gerar succinil-CoA que é 
um intermediário do ciclo de Krebs. Para além do glicerol, do lactato, do piruvato, da alanina, 
do glutamato e de muitos outros aminoácidos também os ácidos gordos de cadeia ímpar são 
glicogénicos. 
 
11- Sendo parte importante nos processos homeostáticos, as enzimas que catalisam as reacções 
fisiologicamente irreversíveis na glicólise e na gliconeogénese são, no fígado e rim, reguladas de 
tal forma que quando a glicemia está elevada (nomeadamente na veia porta) as primeiras estão 
activadas e as segundas inibidas. O contrário acontece quando a glicemia está diminuída. A 
regulação da actividade destas enzimas pode envolver a (i) indução ou a repressão dos genes 
codificadores dessas enzimas, (ii) variação na concentração intracelular de substratos ou (iii) 
reguladores alostéricos assim como (iv) activação ou inibição por fosforilação reversível. 
 
12- Os mecanismos que condicionam a regulação da actividade das enzimas que catalisam os passos 
irreversíveis da glicólise e da gliconeogénese hepáticas e renais são complexos envolvendo 
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também a acção de hormonas que se libertam noutros tecidos. Assim, são parte importante nos 
processos homeostáticos a insulina (que aumenta no sangue em resposta a aumentos na glicemia 
e tem acção hipoglicemiante) e a glicagina (que aumenta no caso inverso e tem acção 
hiperglicemiante). Estas hormonas pancreáticas exercem os seus efeitos regulando a actividade 
de enzimas e de transportadores. 
 
13- Em jejum, a hipoglicemia estimula as células α dos ilhéus pancreáticos a produzir glicagina. A 
glicagina liga-se ao seu receptor na face externa da membrana dos hepatócitos estimulando a 
cíclase do adenilato (ATP → AMPc + PPi) e a consequente acumulação de AMP cíclico (AMPc) 
que é activador alostérico da “cínase de proteínas dependente do AMPc” (PKA). A PKA é uma 
cínase que tem como substrato aceitador de fosfato múltiplas enzimas e proteínas reguladoras da 
expressão genética (ATP + proteína → ADP + proteína-P). A glicagina induz os processos que 
levam à formação de glicose estimulando a síntese de AMPc que leva à activação da PKA que 
catalisa a fosforilação de proteínas. Quando as proteínas fosforiladas pela PKA são enzimas cuja 
actividade promove a formação de glicose a forma fosforilada é a forma activa; pelo contrário, 
quando são enzimas cuja actividade promove o consumo de glicose a fosforilação pela PKA induz 
a sua inactivação. 
 
14- Dois dos substratos da PKA são a cínase do piruvato hepática e uma enzima “bifuncional” 
envolvida na regulação do par fosfátase da frutose-1,6-bisfosfato/cínase 1 da frutose-6-P. Em 
concordância com o papel da cínase do piruvato na glicólise a forma fosforilada desta enzima é 
menos activa; ou seja, a glicagina, via PKA, inibe a cínase do piruvato hepática e, 
consequentemente, a glicólise. Também em concordância com o papel da fosfátase da frutose-1,6-
bisfosfato na gliconeogénese e da cínase 1 da frutose-6-P na glicólise a fosforilação da enzima 
“bifuncional” induzida pela glicagina, via PKA, vai implicar a activação da fosfátase da frutose-
1,6-bisfosfato (activação da gliconeogénese) e a inibição da cínase 1 da frutose-6-P (inibição da 
glicólise). A enzima “bifuncional” regula a concentração intracelular de um composto – a frutose-
2,6-bisfosfato – que é, simultaneamente, activador da cínase 1 da frutose-6-P e um inibidor da 
fosfátase da frutose-1,6-bisfosfato. A enzima “bifuncional” tem duas actividades: cínase 2 da 
frutose-6-P (ATP + frutose-6-P → ADP + frutose-2,6-bisfosfato) que leva à formação de frutose-
2,6-bisfosfato e fosfátase da frutose-2,6-bisfosfato (frutose-2,6-bisfosfato + H2O → frutose-6-P 
+ Pi) que leva à sua hidrólise. Via frutose-2,6-bisfosfato a activação da cínase 2 da frutose-6-P 
implica activação da cínase 1 da frutose-6-P; pelo contrário, a activação da fosfátase da frutose-
2,6-bisfosfato implica a activação da fosfátase da frutose-1,6-bisfosfato. Em concordância com 
isto a fosforilação pela PKA da enzima “bifuncional” tem como consequência a diminuição da 
concentração intracelular da frutose-2,6-bisfosfato porque na sua forma fosforilada a enzima“bifuncional” tem predominantemente uma actividade hidrolítica: ou seja, na forma fosforilada 
anula-se a actividade de cínase 2 da frutose-6-P e fica estimulada a actividade de fosfátase 
da frutose-2,6-bisfosfato. Embora se desconheça a fosfátase que é activada, a insulina provoca 
rápida desfosforilação da enzima “bifuncional” provocando aumento da concentração de frutose-
2,6-bisfosfato com activação da glicólise e inibição da gliconeogénese [1]. 
 
15- Resumindo os pontos 13 e 14 no que se refere à regulação da cínase 1 da frutose-6-P (glicólise) e 
da fosfátase da frutose-1,6-bisfosfátase (gliconeogénese): 
 
a) glicemia↓ ⇒ glicagina ↑ ⇒ AMPc↑ ⇒ PKA↑ ⇒ enzima bifuncional fosforilada ⇒ frutose-
2,6-bisfosfátase↑ ⇒ frutose-2,6-bisfosfato↓ ⇒ frutose-1,6-bisfosfátase↑ ⇒ gliconeogénese↑ 
A activação de uma cínase (PKA) pela glicagina vai activar duas fosfátases (frutose-2,6 e frutose-
1,6-bisfosfátase). A correcção homeostática da hipoglicemia envolve a activação da 
gliconeogénese. 
 
b) glicemia↑ ⇒ insulina↑ ⇒ fosfátase da enzima bifuncional↑ ⇒ enzima bifuncional 
desfosforilada ⇒ cínase 2 da frutose-6-P↑ ⇒ frutose-2,6-bisfosfato↑ ⇒ cínase 1 da frutose-6-P↑ 
⇒ glicólise↑ 
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A activação de uma fosfátase (fosfátase que desfosforila a enzima bifuncional) pela insulina vai 
activar duas cínases (as cínases 2 e 1 da frutose-6-P). A correcção homeostática da hiperglicemia 
envolve a activação da glicólise. 
 
16- A hidrólise dos triacilgliceróis endógenos está aumentada no jejum e gera glicerol e ácidos 
gordos. O glicerol é, como primeiro passo da sua transformação em glicose, fosforilado no fígado. 
Os ácidos gordos de cadeia par (os mais abundantes) não são substratos da gliconeogénese mas 
tem um importante papel no processo. A sua oxidação leva à formação de acetil-CoA e ATP. (i) 
A acetil-CoA é, simultaneamente, um activador alostérico da carboxílase do piruvato 
(gliconeogénese) e, via activação da cínase da desidrogénase do piruvato (ATP + desidrogénase 
do piruvatoactiva → ADP + desidrogénase do piruvato-Pinactiva), um inibidor da oxidação do 
piruvato e, consequentemente, da oxidação da glicose. Embora a fosforilação da desidrogénase 
do piruvato (piruvato + CoA + NAD+ → acetil-CoA + CO2 + NADH + H+) não esteja 
dependente da acção da PKA também aqui a hipoglicemia tem como consequência a fosforilação 
de uma enzima. (ii) O ATP gerado no catabolismo dos ácidos gordos fornece energia necessária 
para a gliconeogénese e para as outras actividades do hepatócito. 
 
17- Para além dos mecanismos alostéricos e de fosforilação reversível já apontados também têm 
importância na regulação da glicólise e na gliconeogénese a regulação da síntese das enzimas 
próprias da glicólise e gliconeogénese ao nível da transcrição. No fígado, a insulina estimula a 
síntese da cínase do piruvato (enzima da glicólise) e inibe a síntese das enzimas próprias da 
gliconeogénese como a carboxílase do piruvato, a carboxicínase do fosfoenolpiruvato, a fosfátase 
da frutose-1,6-bisfosfato e a glicose-6-fosfátase. A glicagina e os glicocorticoides têm efeitos 
opostos estimulando a gliconeogénese. Está melhor estudada a acção da glicagina como 
estimuladora da síntese da carboxicínase do fosfoenolpiruvato e de glicose-6-fosfátase. Estes 
efeitos também são mediados pelo AMPc e pela PKA. A PKA estimada pelo AMPc fosforila uma 
proteína nuclear denominada CREB (cAMP response element binding protein; proteína ligante do 
elemento de resposta ao cAMP) que é um factor de transcrição; o CREB fosforilado liga-se a uma 
região específica que existe nos promotores dos genes da carboxicínase do fosfoenolpiruvato e da 
glicose-6-fosfátase denominada CRE (cAMP response element) e esta ligação induz a transcrição 
dos genes referidos e aumento de concentração das enzimas codificadas. Por mecanismos em 
grande parte desconhecidos a insulina inibe a transcrição dos mesmos genes; a consequente 
diminuição da concentração de carboxicínase do fosfoenolpiruvato e da glicose-6-fosfátase 
diminui a velocidade da gliconeogénese e a libertação de glicose no fígado. 
 
18- Por si só, o valor da glicemia tem importância na regulação da cínase da glicose (ATP + glicose 
→ ADP + glicose-6-P). Esta enzima hepática, porque tem um Km elevado (de cerca de 8-10 mM), 
é sensível às variações fisiológicas da glicemia (4-12 mM na veia porta). Além disto, quando a 
concentração de glicose é baixa no hepatócito a cínase da glicose está ligada a uma proteína 
inibidora; quando a concentração de glicose aumenta quebra-se a ligação entre a cínase da glicose 
e a proteína inibidora e a cínase fica activa. 
 
 
1. Wu, C., Khan, S. A. & Lange, A. J. (2005) Regulation of glycolysis-role of insulin, Exp Gerontol. 40, 894-9.