Carboidratos e metabolismo anaeróbico de monossacarídeos

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MÓDULO: Metabolismo 
Problema 1: “Carboidratos” 
Por: Erikssen Iury C. Lages 
1) Caracterizar os carboidratos (funções, fontes e 
classificações). 
2) Descrever o metabolismo anaeróbico da 
glicose e sua regulação: glicólise e fermentação 
lática. 
3) Explicar o metabolismo da frutose e da 
galactose. 
REFERÊNCIAS 
•Pamela – Bioquímica Ilustrada (3ª ed.) 
•Stryer – Bioquímica (7ª ed.) 
•Gustavo Gonçalves Silva – Intolerância à lactose 
e galactosemia: importância dos processos 
metabólicos 
CARBOIDRATOS 
 Conceito 
•Moléculas orgânicas mais abundantes da 
natureza. 
•Fórmula empírica é “(CH2O)N”, daí o nome 
hidratos de carbono 
Funções 
•Energética: fornecimento de energia em si, aos 
seres (e também armazenamento e reserva de 
energia) 
•Estrutural: membrana celular (mediando 
comunicações intracelulares), parede celular das 
bactérias, exoesqueleto de insetos, fibras de 
celulose das plantas, cartilagens 
(glicosaminoglicanos), DNA (constituído de 
açúcares simples) 
Classificação e estrutura 
Monossacarídeos 
•Açúcares simples (unidades básicas dos 
carboidratos) 
•Classificados pelo N de carbonos na molécula 
(trioses, pentoses, hexoses...) 
•Podem ser: aldoses (que contém grupo aldeído) 
ou cetoses (grupo cetona) 
•Destacam-se: glicose, frutose e galactose 
•Unem-se através de “ligações glicosídicas para 
criar estruturas maiores 
Dissacarídeos (02 unidades de monossacarídeos) 
•Maltose: glicose + glicose (açúcar de mesa) 
•Sacarose: glicose + frutose (açúcar do malte) 
•Lactose: glicose + galactose (açúcar do leite) 
•Celobiose: glicose + glicose (hidrólise 
incompleta da celulose) 
Oligossacarídeos (03 a 12 unidades) 
divergência de fonte, pois alguns autores 
consideram “oligo”, de 2 a 12, incluindo, neles, os 
dissacarídeos 
Polissacarídeos (mais de 12 unidades) 
•Celulose: várias glicoses, parede celular das 
plantas; humanos não tem a endoglicase-B, e 
não digerem a celulose 
•Amido: reserva energética dos vegetais 
Fontes 
•Mel, batata, arroz, farinha, doces 
•Açúcar de mesa, malte 
•Grãos (milho, trigo, aveia) e tubérculos 
(mandioca, batata e inhame) 
METABOLISMO DA GLICOSE 
(ANAERÓBICO) 
•Sem a participação do oxigênio 
•Glicose -> piruvato -(NADH)-> lactato 
•Permite a produção de ATP em tecidos: (a) sem 
mitocôndrias (eritrócitos) e (b) com oxigênio 
insuficiente 
 GLICOSE ENTRA NA CÉLULA 
Duas vias possíveis: 
A) Difusão facilitada 
•Independe de Na+ e energia 
•Mediado por 14 transportadores de glicose 
(Glut-1 a Glut-14), os quais possuem 
especificidade tecidual 
•Segue gradiente de concentração, podendo 
também tirar da célula 
•Glut-5 = transporta frutose 
B) Co-transporte monossacarídeo-Na+ 
•Requer energia 
•Contra o gradiente de concentração 
•Mediado por carreador, no qual o movimento 
da glicose é acoplado ao gradiente do Na+, sendo 
ambos transportados para dentro da célula 
•Células epiteliais do intestino, túbulos renais e 
plexo coroide 
Reações da glicólise 
•Duas etapas, em sequência: 
 -Investimento (5 reações) (gasta ATP) 
 -Produção (reações seguintes) (gera ATP) 
•Na glicólise aeróbica, dois NADH são formados; 
mas na anaeróbica, o NADH é convertido 
novamente a NAD+ 
•Produção de energia: 
 •apesar da produção desse ciclo, os produtos 
finais, lactato ou piruvato, retêm a maior parte 
da energia contida na glicose, sendo que é o ciclo 
do ácido cítrico quem libera essa energia 
 •saldo = de 2 ATP, e zero NADH 
 •fonte valiosa = em condições de hipóxia e em 
tecidos com pouca ou nenhuma mitocôndria 
1) Fosforilação da glicose 
•Hexoquinase •irreversível 
•Ampla especificidade ao substrato 
•baixo Km = alta afinidade 
•baixa Vmax = não manda mais glicose quando já 
tem muita dentro da célula 
•Produto da reação inibe a enzima 
•Glicose -> glicose-6-fosfato 
•No fígado e no pâncreas, há é a glicoquinase, 
que é diferente da hexoquinase (baixo Km e alto 
Vmax). Ela é, ainda: 
 -estimulada pela glicose 
 -estimulada pela insulina (= hexoq.) 
 -inibida pela frutose-6-fosfato 
2) Isomerização da glicose-6-fosfato 
•Fosfoglicose-isomerase •reversível 
•Glicose-6-fostato -> frutose-6-fosfato 
3) Fosforilação da frutose-6-fosfato 
•Fosfofrutoquinase-1 (PFK-1) •irreversível 
•Mais importante ponto de controle 
•Passo limitante da velocidade da glicólise 
•frutose-6-fosfato -> frutose-1,6-bifosfato 
•Regulação: 
 -citrato e ATP inibem 
 -AMP estimula 
 -frutose-2,6-bifosfato estimula muito 
 -glucagon diminui a f-2,6-bf 
 -insulina aumenta a f-2,6bf 
4) Clivagem da frutose-1,6-bifosfato 
•Aldolase A •reversível e não-regulada 
•Frutose-1,6-bifosfato -> diidroxiacetona-fosfato 
 gliceraldeído-3-fosfato 
5) Isomerização da diidroxiacetona-fosfato 
•Triose-fosfato-isomerase 
•interconverte os dois produtos da reação 4 
•diidroxiacetona-fosfato -> gliceraldeído-3-fosfat 
6) Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato 
•Gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase 
•Primeira reaçã de oxidação-redução da glicólise 
•Gliceraldeído-3-fosfato -> 1,3-bifosfoglicerato 
•NAD+ na célula é limitado, então o NADH 
produzido deve ser reoxidado a NAD+ ao fim do 
processo, para que a glicólise continue 
•Arsenato (arsênio pentavalente) compete como 
substrato da enzima desta fase, privando a célula 
de energia 
7) Síntese do 3-fosfoglicerato 
•Fosfoglicerato-quinase 
•Ao contrário das outras quinases, é reversível 
•1,3-bifosfoglicerato -> 3-fosfoglicerato 
•O 1,3-BPG tem grupamento fosfato de alta 
energia, que é usado na síntese de ATP 
•Aqui, há o pagamento da dívida da fase de 
investimento, já que há dois 1,3-BPG 
8) Troca do grupo fosfato do carbono 3 para o 2 
•Fosfoglicerato-mutase •reversível 
•3-fosfoglicerato -> 2-fosfoglicerato 
9) Desidratação do 2-fosfoglicerato 
•Enolase •reversível 
•Redistribui energia dentro da molécula de 2-PG 
•2-fosfoglicerato -> fosfoenolpiruvato 
•Fosfoenolpiruvato (PEP) têm um enol fosfato de 
alta energia 
10) Formação do piruvato 
•Piruvato-quinase 
•3ª reação irreversível da glicólise 
•PEP -> piruvato 
•Baixa de glicose no sangue ... aumenta glucagon 
... aumenta AMPc celular ... fosforilação da 
piruvato-quinase ... PEP vai à gliconeogênese 
•Deficiência de piruvato-quinase: eritrócitos são 
dependentes da glicólise (não tem mitocôndria) - 
usam a energia para manter a forma da célula ... 
eritrócitos sem energia se deformam e são 
destruídos, causando anemia hemolítica. 
Gravidade da doença depende do nível de 
deficiência enzimática e do nível que os 
eritrócitos podem compensar a deficiência 
11) Redução do piruvato a lactato 
•Lactato-desidrogenase 
•Piruvato -> Lactato 
•Nos eritrócitos, cristalino, córnea, medula renal, 
testículos e leucócitos, o lactato é o destino 
principal do piruvato 
•Detalhes: 
 1- no músculo esquelético em exercício 
intenso, a capacidade oxidativa da cadeia 
respiratória é excedida, favorecendo a redução 
de piruvato a lactato e o acúmulo deste, 
causando cãibras (de exercício, não súbitas) 
 2- sentido da reação depende das [ ] de lactato 
e piruvato; piruvato pode ser usado na 
gliconeogênese ou oxidado no ciclo do ácido cit. 
 3- acidose láctica: alta concentração de lactato 
no plasma, em condições onde falta O2 e as 
células passam a usar glicólise anaeróbica 
Regulação hormonal 
•A regulação por ativação ou inibição alostérica, 
bem como por fosfo e desfosforilação de 
enzimas é de curto prazo (minutos/poucas horas) 
•Hormôniostêm influências mais lentas e mais 
profundas, sobre a quantidade de enzima 
sintetizada 
•Estes efeitos podem potencializar de 10 a 20 
vezes, ao longo de horas e dias 
Insulina e estado alimentado 
•Estimula síntese de glicoquinase, 
fosfofrutoquinase e piruvato-quinase 
•Favorece conversão de glicose em piruvato 
Glucagon, jejum e diabetes 
•Transcrição gênica e sínteses dessas enzimas 
estão diminuídas 
•Acumula-se glicose, pois não há glicólise 
 Destinos alternativos do piruvato 
Descarboxilação oxidativa 
•Tecidos de alta capacidade oxidativa (musCard) 
•Piruvato desidrogenase converte o piruvato em 
acetil-CoA (principal combustível do ciclo Ac.Cit e 
bloco construtivo na síntese de ácidos graxos) 
Carboxilação a oxalacetato 
•Piruvato-carboxilase 
•Dependente de biotina (B7) 
•Fornece substrato para gliconeogênese e repõe 
intermediários do ciclo Ac.Cit 
METABOLISMO DA FRUTOSE 
•Resp. por 10% das calorias da dieta ocidental 
•Principal fonte: dissacarídeo SACAROSE 
•Não promove secreção de insulina (e seu 
transporte à matriz celular não depende desta) 
Catabolismo da frutose 
1) Fosforilação da frutose 
•Frutoquinase •ATP doa fosfato 
•Frutose -> Frutose-1-fosfato 
•Hexoquinase só fosforila a frutose quando 
houver muito substrato, pois tem alto Km para 
esta! 
2) Clivagem da frutose-1-fosfato 
•Aldolase B (frutose-1-fosfato-aldolase) 
•Frutose-1-fosfato -> diidroxiacetona-fosfato 
 gliceraldeído 
•A partir daqui, o DHAP pode ir para a via da 
glicólise ou da gliconeogênese, ao passo que o 
gliceraldeído pode ir para diversas vias 
•Note que o metabolismo da frutose é mais 
rápido que o da glicose, porque a 1ª desvia da 
etapa da PFK-1 (etapa marca passo da glicólise) 
Outros temas sobre frutose 
a) Deficiência no metabolismo da frutose 
Pode ser: 
•Benigna = deficiência da frutoquinase 
•Grave = deficiência de Aldolase B, chamada de 
intolerância hereditária à frutose 
 •sintomas começam com a ingesta de frutose 
ou sacarose 
 •acumula-se frutose-1-fosfato; reduz ATP; 
adenina converte-se em ac. úrico (hiperuricemia) 
 •se frutose não for removida da dieta, há óbito 
 •diagnóstico = frutose na urina 
b) Conversão da manose em frutose-6-fosfato 
•Hexoquinase 
 manose -> manose-6-fosfato 
•Fosfomanose 
 manose-6-fosfato -> frutose-6-fosfato 
•A partir daqui, ciclo da glicólise 
•Manose (epímero da glicose) é pobre na dieta 
c) Conversão da glicose em frutose 
•Aldose-redutase 
 •glicose -> sorbitol 
 •fígado, rins, placenta, eritrócitos, vesic.semin., 
células de Schwann, cristalino e retina 
 •glicose não precisa de insulina para entrar nas 
células acima, então se acumula sorbitol dentro 
destas, que incham por osmolaridade e 
provocam danos aos tecidos (ex.: diabetes) 
•Sorbitol-desidrogenase 
 •sorbitol -> frutose 
 •fígado, ovários, espermatozoides, vesic.semin. 
METABOLISMO DA GALACTOSE 
•Obtida de leite e derivados (do dissecar.lactose) 
•Não depende de insulina para adentrar células 
1) Fosforilação da galactose 
•Galactoquinase •ATP doa fosfato 
•Galactose -> galactose-1-fosfato 
2) Formação de UDP-galactose 
•Galactose-1-fosfato-uridiltransferase 
•Um UMP é removido de uma UDP-glicose e 
transferido à galactose-1-fosfato -> UDP-
galactose, que pode entrar na via glicolítica 
3) UDP-galactose na glicólise e gliconeogênese 
•UDP-galactose -> UDP-glicose 
•UDP-galactose precisa ser convertida em UDP-
glicose para entrar no metabolismo da glicose 
•UDP-hexose-4-epimerase 
 •compensa a ausência de galactose na dieta, 
como em pessoas com intolerância à lactose 
(ausência de B-galactosidase), pois produz a 
UDP-galactose (importante para diversas reações 
biossintéticas de glicoproteínas e glicolipídeos) a 
partir da UDP-glicose 
Outros temas sobre galactose 
Deficiência no metabolismo da galactose 
•Galactosemia clássica 
 -galactose-1-fosfato-uridiltransferase encontra-
se deficiente 
 -galactose acumula na célula 
 -consequência fisiológica semelhante à da 
intolerância à frutose, com espectro mais amplo 
•Galactosemia benigna 
 -galactoquinase deficiente 
•Intolerância à lactose 
 -ausência de lactase (B-galactosidase) 
 -não há quebra de lactose (em glicose e 
galactose), permanecendo ela no intestino 
 -então, a lactose é fermentada pela flora 
intestinal, produzindo gases e cólicas 
 -facilmente confundida com alergia à proteína 
do leite, a qual é uma alergia alimentar 
Fêmea galctosêmica produz lactose? 
Sim, porque a galactose pode ser produzida por 
um metabólito da glicose por epimerização 
(UDP-hexose-4-epimerase), como visto 
anteriormente