Biossíntese de Carboidratos e Gliconeogênese

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UNIVERSIDADE	FEDERAL	DE	VIÇOSA	
DEPARTAMENTO	DE	BIOQUÍMCA	E	BIOLOGIA	MOLECULAR	
Biossíntese	de	Carboidratos	
2	
√ Importância 
√ Três formas gerais de biossíntese de carboidratos: 
• Como fonte de energia 
• Como moléculas estruturais 
• Para reconhecimento de outras biomoléculas quando associados 
a proteínas de membrana 
• Proveniente de CO2 
• Interconversão de carboidratos 
• Por meio de precursores de moléculas orgânicas já sintetizadas 
(gliconeogênese) 
Gliconeogênese: formação de glicose a partir de 
precursores não glicídicos 
•  Ocorre em todos os animais, vegetais, fungos e microrganismos 
•  Glicose: posição central no metabolismo 
•  O cérebro consome ~120 g glicose/dia → mais da metade das reservas de 
glicogênio no fígado e nos músculos 
•  Entre as refeições ou durante jejum, depois de exercícios físicos vigorosos: 
organismo supre a necessidade de glicose pela gliconeogênese: estoques de 
glicogênio são escassos 
•  Precursores importantes em animais: lactato, piruvato e aminoácidos 
•  Mamíferos: principalmente no fígado (ciclo de Cori) e numa extensão menor no 
córtex renal 
•  Vegetais: principalmente durante germinação de sementes oleaginosas (nos 
demais casos: glicose proveniente da fotossíntese) 
Plantas	Animais	
Glicose	
sanguínea	
Glicogênio	
Glicoproteínas	
Dissacarídeos	
Outros	
monossacarídeos	
Amido		
Sacarose	
Glicose	-6-	fosfato	
Energia	
Fosfoenolpiruvato	
Síntese	de	carboidratos	a	parDr	de	diferentes	precursores	
As reações da glicólise 
ΔGʹo – variação de energia livre padrão 
 
ΔG - variação de energia livre calculada à partir de concentrações reais de intermediários presentes 
sob condições fisiológicas em eritrócitos 
 
REAÇÕES 2, 4, 5, 6, 7, 8 e 9 → REVERSÍVEIS!!! 
Gliconeogênese x glicólise: NÃO são 
vias idênticas fluindo em direções 
opostas 
Três passos irreversíveis em condições celulares: 
√ Glicose + ATP → Glicose-6-P + ADP 
√ Frutose-6-P + ATP → Frutose-1,6-bifosfato + ADP 
√ Fosfoenolpiruvato + ADP → Piruvato + ATP 
* São necessários “desvios” para que ocorra 
síntese de glicose (gliconeogênese) por meio da 
utilização de enzimas específicas 
Primeiro desvio Reação ocorre na matriz mitocondrial 
Piruvato: 
 
 
 
 
√ transportado do citosol para matriz mitocondrial 
√ gerado na mitocôndria (alanina) 
Piruvato + HCO-3 + ATP → oxaloacetato + ADP + Pi 
Oxaloacetato: 
(oxaloacetato - malato – citosol- malato –oxaloacetato) 
Primeiro desvio: conversão do 
piruvato em fosfoenolpiruvato 
Citosol 
Conversão do piruvato em 
fosfoenolpiruvato quando lactato 
é precursor gliconeogênico 
ü  Importância relativa das vias: depende 
da disponibilidade de lactato e 
necessidades de NADH 
ü  [NADH] / [NAD] no citosol → 105 x � 
que na mitocôndria 
ü  oxaloacetato – malato – oxaloacetato 
ü  Isozimas ou isoenzimas 
ü  Lactato – hemáceas, músculos 
 
Segundo e terceiro desvios 
Glicose 6-fosfatase 
Frutose 1,6-bifosfatase Liberam Pi 
Gliconeogênese é energeticamente 
custosa, mas é essencial 
GLICONEOGÊNSE	
Intermediários gliconeogênicos 
ü  Intermediários do Ciclo do Ác. Cítrico 
 
ü  Alguns aminoácidos (glicogênicos) 
 
Ciclo	do	ácido	
cítrico	
Malato	
Fumarato	
Oxaloacetato	 Citrato	
Isocitrato	
Succinato	
Glicose	
Succinil-CoA	
α-cetoglutarato	
Piruvato	
Alanina	
Cisteína	
Glicina	
Serina	
Triptofano	
Asparagina	
Aspartato	
Fenilalanina	
Tirosina	
Isoleucina	
MeHonina	
Treonina	
Valina	
Arginina	
Glutamato	
Glutamina	
HisHdina	
Prolina	
Aminoácidos gliconeogênicos agrupados 
segundo o local de entrada 
A gliconeogênese não ocorre no tecido cerebral nem nos 
miócitos: a glicose produzida por gliconeogênese no fígado 
e nos rins, ou ingerida na dieta, é liberada para o cérebro e 
músculos via corrente sanguínea 
Regulação da Gliconeogênese 
Primeiro ponto de controle: destino do piruvato na mitocôndria 
ü Ácidos graxos disponíveis em abundância na 
mitocôndria 
Situações de acúmulo de acetil-CoA: 
ü Acúmulo NADH – inibe o Ciclo Krebs 
(necessidades energéticas celulares supridas) 
ü  Excesso de piruvato: convertido a glicose 
 
Regulação da Gliconeogênese 
Segundo ponto de controle: FBPase-1 (frutose bifosfatase 1) – inibida fortemente 
por AMP 
Regulação	coordenada	e	recíproca	da	Fosfofrutoquinase-1	e	Frutose	bifosfatase	1	
AMP- estimula a degradação do glicogênio 
Fatores que determinam a atividade de uma enzima 
DNA mRNA 
transcrição 
recuperação 
nucleotídeos 
tradução 
Enzimas 
Regulação 
alostérica 
renovação 
Aminoácidos 
Modificação 
covalente 
Associação com 
proteína reguladora 
Sequestro ou 
compartimentalização 
Destinos da glicose 
Biossíntese do Glicogênio 
Grânulos	de	glicogênio	em	hepatócito	
Até 10% da massa do fígado e de 1 a 2 % da massa muscular 
√ Grânulos de glicogênio: glicogênio 
e suas enzimas relacionadas: 
biossíntese, degradação e regulação 
√ Glicogênio armazenado: pode ser 
totalmente utilizado em menos de 1 
hora!! 
√ Neurônios: não podem utilizar 
ácidos graxos 
ü  Ocorre principalmente no fígado e em tecido muscular esquelético 
 
ü  No músculo: glicólise para produção de energia 
ü  No fígado: reservatório para o suprimento de glicose de outros tecidos (via 
corrente sanguínea) 
 
Biossíntese do Glicogênio 
∴ Glicogênio obtido na dieta: hidrolisado no intestino → glicose livre 
Biossíntese do Glicogênio 
UDP-	Glicose	
ü  Substratos para reações de polimerizações 
(dissacarídeos, glicogênio, amido, celulose, etc...) 
Nucleotídeo-açúcar: 
Glicose-1-P UDP-Glicose UTP PPi 
UDP-glicose	
pirofosforilase	
Glicose-6-P 
Fosfoglicomutase	
Glicose-1-P 
2 Pi 
ü Sua síntese é irreversível: contribui para 
irreversibilidade das vias biossintéticas 
ü Forma de “marcar” a glicose para vias de 
biossíntese 
ü  ↑ Energia de ligação (↓ E de ativação) 
Biossíntese do Glicogênio 
√ Glicose-6-P → Glicose-1-P (fosfoglicomutase) 
 
√ Glicose-1-P → UDP-glicose (UDP-glicose pirofosfatase) 
√ Glicogênio sintase → não sintetiza ligações (α1→6) 
 
Enzima de ramificação do glicogênio! 
Enzima	de	ramificação	do	glicogênio:	
√ 6 a 7 resíduos da extremidade não redutora até OH do C6 (mesma cadeia ou não) 
Biossíntese do Glicogênio 
√ Ramificações: polímeros mais solúveis e aumento de extremidades não redutoras 
Glicogênio sintase: necessita de iniciador para adição de UDP-glicose 
Início	da	síntese	de	uma	molécula	de	glicogênio	
pela	glicogenina	
Glicose	
Glicogenina	
Glisose	
Glicogenina 
Glicogenina 
Proteína tirosina 
glicosil transferase 
(Glicogenina) 
Glicogênio 
sintase 
Glicogênio 
sintase, enzima 
ramificadora do 
glicogênio 
 
Glicose	
Glisose	
ParPcula	do	
glicogênio	
Glicogenina e a estrutura da partícula do glicogênio 
Biossíntese	do	Amido	
Terminal	não-redutor	de	
uma	cadeia	de	amido	com	
n	resíduos	
Amido	com	n+1	resíduos	
Novo	terminal	
não-redutor	
ADP-Glisose	
Glisose-1-fosfato	
3-fosfoglicerato	
Adenina	
Amido sintase 
ADP-glicose 
pirofosforilase 
Biossíntese	da	Sacarose	
Glicose	 Frutose-6-fosfato	
Sacarose	-6-fosfato	
Sacarose	
Sacarose 6-fosfato 
fosfatase 
 
Sacarose 6-fosfato 
sintase 
 
Nas	sementes	em	germinação	a	gliconeogênese	converte	
gorduras	e	proteínas	em	glicose	(CICLO	DO	GLIOXILATO)