Glicólise e Fermentações

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Instituto de Química de São Carlos Instituto de Química de São Carlos –– IQSCIQSC
Universidade de São PauloUniversidade de São Paulo
GlicóliseGlicólise
Fermentações alcoólica e láticaFermentações alcoólica e lática
Disciplina: Bioquímica IIDisciplina: Bioquímica II
Docente: Profa. Dra. Fernanda Docente: Profa. Dra. Fernanda CanduriCanduri
Turma: 2008201 Turma: 2008201 -- Bacharelado em QuímicaBacharelado em Química
2º Semestre 2008
Conteúdo Conteúdo 
� Digestão de carboidratos
� Visão geral da glicólise
� As reações da glicólise
� Fermentação: destino anaeróbico do piruvato
Fermentação homolática
Fermentação alcoólica
Energética da fermentação
� Controle da glicólise
� Metabolismo de outras hexoses
Frutose
Galactose
Manose
� A via das pentoses-fosfato
A digestão de carboidratos iniciaA digestão de carboidratos inicia--se na bocase na boca
� Durante a mastigação, a α-amilase salivar atua 
brevemente sobre o amido da dieta, rompendo 
ligações α(1�4)
� Amilopectina e glicogênio possuem ligações 
α(1�6), e sendo assim, o produto da digestão da α-
amilase contém uma mistura de moléculas de 
oligossacarídeos menores e ramificados.
� A digestão dos carboidratos cessa temporariamente 
no estômago, devido ao pH que inativa a α-amilase
salivar
A digestão A digestão subsequentesubsequente ocorre no intestino ocorre no intestino 
delgadodelgado
� No intestino delgado, o conteúdo gástrico é 
neutralizado pelo bicarbonato secretado pelo 
pâncreas, e a α-amilase pancreática continua o 
processo digestivo
� A digestão final dos carboidratos ocorre pela ação de 
enzimas da mucosa intestinal – dissacaridases e 
oligossacaridases
� A absorção de monossacarídeos pelas células da 
mucosa intestinal – o duodeno e o jejuno superior 
absorvem a maior parte dos açúcares da dieta
Visão geral da Visão geral da glicóliseglicólise
� A glicose presente no sangue é resultado da quebra de 
polissacarídeos, como o glicogênio do fígado, ou o 
amido e o glicogênio da dieta.
� Ou ainda de sua síntese a partir de precursores não 
glicídicos – a gliconeogênese
� A glicose entra na célula por meio de transportador 
específico
� Enzimas da glicólise estão localizadas no citosol da 
célula
A A glicóliseglicólise pode ser dividida em dois pode ser dividida em dois 
estágios:estágios:
� 1. Investimento de energia. A glicose é fosforilada e 
clivada para gerar duas moléculas de triose 
gliceraldeído-3-fosfato (GAP). Processo que consome 2 
ATPs.
� 2. Recuperação de energia. As duas moléculas de 
gliceraldeído-3-fosfato (GAP) são convertidas em 2 
moléculas de piruvato com a produção de 4 ATPs, tendo 
um saldo líquido de 2 ATPs.
1º 1º -- Investimento de energiaInvestimento de energia
2º 2º -- Recuperação de energiaRecuperação de energia
A reação totalA reação total
Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi ����
2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+
O NADH formado nesse processo deve ser reoxidado
continuamente para manter a via abastecida com seu 
principal agente oxidante, o NAD+.
As reações da glicólise
Hexoquinase – a primeira utilização do ATP
Reação 1: transferência de um grupo fosfato do ATP para a 
glicose, formando glicose-6-fosfato (G6P)
A primeira reaçãoA primeira reação
Mudança conformacional da hexoquinase na presença 
da glicose
A hexoquinase catalisa a fosforilação de hexoses como D-glicose, D-
manose e D-frutose
O segundo substrato para a hexoquinase é o complexo Mg2+-ATP
A segunda reação
� A reação 2 é a conversão da G6P em frutose-6-fosfato (F6P) 
por meio da fosfoglicose-isomerase (PGI) – isomerização de 
uma aldose para uma cetose
FosfofrutoquinaseFosfofrutoquinase: segunda utilização de ATP: segunda utilização de ATP
� Na reação 3, a fosfofrutoquinase (PFK) fosforila F6P
para formar frutose-1,6-bifosfato (FBP ou F1,6P)
� Esta enzima catalisa o ataque nucleofílico do grupo C1-
OH sobre o átomo eletrofílico γ-fósforo do complexo 
Mg2+-ATP
� A fosfofrutoquinase desempenha um papel fundamental 
no controle da glicólise porque catalisa uma das reações 
determinantes do fluxo dessa via
� Pode ter a atividade aumentada pelo AMP e inibida pelo 
ATP e citrato
A terceira reação
As três As três 
primeiras primeiras 
reações da reações da 
glicóliseglicólise
AldolaseAldolase
� A aldolase catalisa a quarta reação
� Cliva a frutose-1,6-bifosfato para formar duas trioses –
gliceraldeído-3-fosfato (GAP) e diidroxiacetona-fosfato (DHAP)
TrioseTriose--fosfatofosfato--isomerase (TIM)isomerase (TIM)
� Somente um dos produtos da reação, o gliceraldeído-3-
fosfato, continua na via glicolítica
� Ambos, gliceraldeído-3-fosfato (GAP) e diidroxiacetona
fosfato (DHAP), são isômeros cetose-aldose, assim 
como a F6P e a G6P
� GAP e DHAP são interconvertidos por uma reação de 
isomerização com um intermediário enediol
Reação de isomerização pela TIM
A triose-fosfato-isomerase catalisa esse processo na 
reação 5 da glicólise, a reação final da etapa 1.
Balanço da etapa 1 da Balanço da etapa 1 da glicóliseglicólise
� Uma molécula de glicose foi transformada em duas 
moléculas de GAP
� 2 ATPs foram consumidos na geração de intermediários 
fosforilados
� O investimento de energia ainda não foi compensado
GliceraldeídoGliceraldeído--33--fosfatofosfato--desidrogenasedesidrogenase (GAPDH)(GAPDH)
� Formação do primeiro intermediário de alta energia
� A reação 6 é a oxidação e a fosforilação do GAP por 
NAD+ e Pi catalisada pela GAPDH
� Reação exergônica que promove a síntese do acil-
fosfato de alta energia, 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG)
� acil-fosfato – compostos com alto potencial de 
transferência de grupos fosfato
Síntese do 1,3Síntese do 1,3--bifosfogliceratobifosfoglicerato
Reação 6 – primeira reação da segunda etapa
FosfogliceratoFosfoglicerato--quinasequinase (PGK)(PGK)
� Primeira geração de ATP
� A reação 7 produz ATP junto com 3-fosfoglicerato
(3PG), em uma reação catalisada pela fosfoglicerato-
quinase
� Esta mesma quinase realiza a reação inversa, que é 
uma transferência de grupo fosfato do ATP para o 
3PG, formando 1,3-BPG.
fosfoglicerato-quinase
A reação realizada pela PGKA reação realizada pela PGK
Acoplamento entre as reações de GAPDH e PGKAcoplamento entre as reações de GAPDH e PGK
� Uma reação levemente desfavorável pode ser acoplada a uma 
reação altamente favorável, de forma que ambas ocorram no sentido 
direto
� Nas reações 6 e 7, o 1,3-BPG é o intermediário comum
GAP + Pi + NAD+ ���� 1,3-BPG + NADH ∆G0 = +6,3kJ/mol
1,3-BPG + ADP ���� 3PG + ATP ∆G0 = -18,5 kJ/mol
GAP + Pi + NAD+ + ADP ���� 3PG + NADH + ATP
∆G0 = -12,2 KJ/mol
Exemplo de fosforilação ao nível do substrato
FosfogliceratoFosfoglicerato--mutasemutase
� Na reação 8, o 3-fosfoglicerato é convertido em 2-fosfoglicerato
(2PG) pela fosfoglicerato-mutase (PGM).
� As mutases catalisam a transferência de um grupo funcional de 
uma posição para outra em uma mesma molécula.
� Esta reação é uma preparação para a próxima reação da via.
EnolaseEnolase
� Formação do segundo intermediário de alta energia
� Na reação 9, o 2-fosfoglicerato é desidratado a fosfoenolpiruvato
(PEP)
PiruvatoPiruvato quinasequinase (PK)(PK)
� Segunda geração de ATP
� Na reação 10, a reação final, 
a PK acopla a energia livre 
da clivagem do 
fosfoenolpiruvato a síntese 
de ATP durante a formação 
do piruvato
� A reação é altamente exergônica, fornecendo energia livre suficiente 
para promover a síntese de ATP
� Outro exemplo de fosforilação ao nível do substrato
� O alto potencial de transferência de grupo fosfato do PEP reflete a 
alta liberação de energia livre ao converter o produto enolpiruvato
em piruvato.
PiruvatoPiruvato quinasequinase(PK)(PK)
Avaliação da etapa 2 da Avaliação da etapa 2 da glicóliseglicólise
� O investimento da primeira etapa é pago em dobro na 
segunda etapa
� Duas unidades C3 fosforiladas são transformadas em 
dois piruvatos, com a síntese acoplada de 4 ATPs
GLICOSE + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi ����
2 PIRUVATO + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4H+
Os três destinos metabólicos comuns do Os três destinos metabólicos comuns do piruvatopiruvato
Fermentação: o destino anaeróbico do Fermentação: o destino anaeróbico do piruvatopiruvato
� O piruvato deve ser convertido em um produto final 
reduzido para reoxidar o NADH oxidado pela reação de 
GAPDH
� Em leveduras, o piruvato é descarboxilado para produzir CO2 e 
acetaldeído, o qual é reduzido na presença de NADH, 
produzindo NAD+ e etanol – fermentação alcoólica
� A fermentação ocorre em vários microrganismos 
� Nos músculos, em condições anaeróbicas, o piruvato é 
reduzido a lactato para gerar novamente NAD+ em um 
processo conhecido como fermentação homolática
Na glicólise anaeróbica, a energia livre de oxidação é 
dissipada sob a forma de calor.
Tipos de fermentação
Alcoólica - produção 
de etanol
Lática - homolática: 
produção de ácido 
lático, e heterolática: 
produção de ácido 
lático, etanol e CO2
Propiônica - produção 
ácido propiônico
Fórmica - vários 
ácidos
Butírica - ácido 
butírico, butanol, 
acetona, isopropanol
Acética - ácido acético
Fermentação Fermentação homoláticahomolática
� Nos músculos, durante atividade física vigorosa, a 
demanda de ATP é alta e o suprimento de O2 é baixo
� A lactato desidrogenase catalisa a oxidação de NADH e 
a redução do piruvato produzindo NAD+ e lactato
� Esta reação é reversível, de forma que as 
concentrações de piruvato e lactato são prontamente 
equilibradas
Fermentação Fermentação homoláticahomolática
O processo geral pode ser representado 
como:
GLICOSE + 2 ADP + 2 Pi ����
2 LACTATO + 2 ATP + 2 H2O + H+
Fermentação Fermentação homoláticahomolática
� O lactato pode ser exportado da célula como convertido 
novamente a piruvato
� Grande parte do lactato é transportado pelo sangue até 
o fígado, onde é usado para sintetizar glicose
Fermentação alcoólicaFermentação alcoólica
� Nas leveduras, o piruvato é convertido em 
etanol e em CO2
� O etanol é o ingrediente ativo dos vinhos e 
destilados de bebidas
� O CO2 produzido faz crescer o pão
As duas reações As duas reações 
consecutivasconsecutivas
A descarboxilação de 
piruvato a acetaldeído
e CO2 pela piruvato-
descarboxilase
A redução de 
acetaldeído a etanol 
pelo álcool-
desidrogenase, na 
presença de NADH
Energética da fermentaçãoEnergética da fermentação
� Para a fermentação homolática
GLICOSE � 2 LACTATO + 2 H+ ∆G0 = -196 kJ/mol
� Para a fermentação alcoólica
GLICOSE � 2 CO2 + 2 etanol ∆G0 = -235 kJ/mol
� A fermentação resulta na produção de 2 ATPs por glicose, ao passo 
que a fosforilação oxidativa produz até 38 ATPs por glicose
� A velocidade de produção de ATP pela glicólise anaeróbica pode 
ser até 100 vezes mais rápida que a da fosforilação oxidativa
� Quando o músculo consome ATP, ele volta a gerá-lo quase 
completamente pela glicólise anaeróbica
� Não há desperdício de glicose, pois o lactato é aerobicamente
reconvertido em glicose pelo fígado
Energética da fermentaçãoEnergética da fermentação
O ciclo de Cori - o lactato é aerobicamente
reconvertido em glicose pelo fígado
Controle da Controle da glicóliseglicólise
� Enzimas que operam longe das condições de equilíbrio 
são potenciais pontos de controle
� Identificação dos modificadores alostéricos das enzimas 
que catalisam as reações determinantes da velocidade 
da via – efeito sobre a cinética da enzima
� Variação da concentração dos metabólitos
Variações fisiológicas reais de energia livre Variações fisiológicas reais de energia livre 
associadas a cada reação da viaassociadas a cada reação da via
Reação Enzima ∆G (kJ/mol)
1 Hexoquinase -20,9 -27,2
2 PGI +2,2 -1,4
3 PFK -17,2 -25,9
4 Aldolase +22,8 -5,9
5 TIM +7,9 +4,4
6 + 7 GAPDH + PGK -16,7 -1,1
8 PGM +4,7 -0,6
9 Enolase -3,2 -2,4
10 PK -23,0 -13,9
Apenas três reações funcionam com grandes variações Apenas três reações funcionam com grandes variações 
negativas de energia livre no músculo cardíaconegativas de energia livre no músculo cardíaco
� Hexoquinase
� Fosfofrutoquinase
� Piruvato quinase
� São pontos de controle da via
� As outras reações funcionam próximo ao equilíbrio, 
sendo sensível às mudanças na concentração dos 
intermediários da via, e acomodando-se às mudanças 
no fluxo geradas pelas etapas determinantes da 
velocidade
Hexoquinase (HK), Fosfofrutoquinase (PFK) e Piruvato
quinase (PK) são pontos de controle da via
Alguns efetores das enzimas que agem longe do equilíbrio
A A fosfofrutoquinasefosfofrutoquinase é o principal ponto de controle da via é o principal ponto de controle da via 
glicolíticaglicolítica
Regulação pela frutose 2,6-
difosfato (F2,6P): 
• a PFK é uma enzima 
bifuncional (quinase-fosfatase)
•F2,6P é o ativador mais 
potente da PFK
• consequentemente, é inibidor 
da frutose 1,6-bifosfatase
• as ações recíprocas 
asseguram que ambas as rotas 
não estejam completamente 
ativas ao mesmo tempo
Metabolismo de outras hexosesMetabolismo de outras hexoses
� As hexoses frutose, galactose e manose são 
combustíveis metabólicos importantes
� Estes são convertidos em intermediários glicolíticos, os 
quais são metabolizados pela via glicolítica
Metabolismo da frutoseMetabolismo da frutose
Metabolismo da galactoseMetabolismo da galactose
Metabolismo da Metabolismo da manosemanose
A manose é o epímero C2 da glicose
A hexoquinase reconhece a manose e a converte em manose-6-
fosfato
A fosfomanose isomerase a converte em F6P
Visão geral do metabolismo de outras hexosesVisão geral do metabolismo de outras hexoses
A via das pentosesA via das pentoses--fosfatofosfato
Também denominada desvio hexose-monofosfato
O NADP é gerado pela oxidação de G6P por meio de uma 
via alternativa a glicólise - a via das pentoses-fosfato
Presente nos tecidos mais envolvidos na biossíntese de 
lipídeos, como fígado, glândulas mamárias, tecido adiposo 
e córtex adrenal
Presente em microrganismos fermentativos
A viaA via
dasdas
PentosesPentoses--
FosfatoFosfato
Via das pentosesVia das pentoses--fosfatofosfato
Compreende três estágios:
1. reações oxidativas que 
produzem NADPH e 
ribulose-5-fosfato (Ru5P)
2. Reações de 
isomerização e 
epimerização que 
transformam Ru5P em 
ribose-5-fosfato ou 
xilulose-5-fosfato
3. Reações de clivagem e 
de formação de ligações 
carbono-carbono
Via das pentosesVia das pentoses--fosfatofosfato
Reações não-oxidativas
1
2
3
Reações oxidativas
Reações de isomerização e Reações de isomerização e epimerizaçãoepimerização da da 
ribuloseribulose--55--fosfatofosfato
isomerização
epimerização
Reações de clivagem e de formação de ligações Reações de clivagem e de formação de ligações 
carbonocarbono--carbonocarbono
+
R5P
Diferentes modos de ação da via das pentosesDiferentes modos de ação da via das pentoses--fosfatofosfato
1. R5P e 
NADPH são 
necessários:
toda Ru5P
são 
convertidas a 
R5P. Via 
oxidativa
2. R5P é o mais 
requerido:
R5P é 
sintetizado 
pelas vias 
oxidativa, e 
não oxidativa
3. A célula precisa 
de NADPH e ATP:
G6P é convertido a 
Ru5P (via 
oxidativa), e este é 
convertido a F6P e 
GAP, e usado na 
via glicolítica