11_METABOLISMO DE CARBOIDRATOS I

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METABOLISMO DE CARBOIDRATOS I
Glicólise
Via Glicolítica
Regulação da glicólise
Gluconeogenese
Glicogenólise
Glicogenese
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1. Algumas Considerações Históricas:
No decurso da primeira metade do séc. XX, a Glicólise foi estudada por alguns dos mais renomeados Bioquímicos:
 1860: Pasteur postula que a Fermentação é catalisada por enzimas indissociáveis das estruturas celulares
 1897: Buchner descobre que as enzimas da fermentação podem atuar independemente das estruturas celulares
 1905: Harden e Young identificam uma Hexose bifosfato como intermediária da Glicólise e verificaram a necessidade de certas coenzimas (NAD, ADP e ATP)
 Anos 30: Embden postulou a separação da frutose 1,6 - Bifosfato
 1938 – Warburg et al. Demonstraram a capacidade de conservar energia sob a forma de ATP
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2. Conceitos - Sumário:
 Glycolysis tem a sua origem no Grego em que glyk = Doce + Lysis = Dissolução
Glicólise = Sequencia de reações que converte a Glicose em Piruvato, havendo a produção de Energia sob a forma de ATP
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A glicose é metabolizada por todas as células de mamíferos para formar ATP;
A glicólise anaeróbica produz duas moléculas de Lactato e de ATP a partir de uma molécula de glicose; 
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A glicólise aeróbica produz duas moléculas de NADH e de piruvato; 
O NADH deve ser reoxidado para que a glicólise continue;
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A glicólise é regulada em três etapas. 
1) 6-fosfofruto-1-quinase
2)Piruvato quinase
3)Fosfofrutoquinase I
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Gliconeogênese consiste na formação de glicose a partir de substratos não-carboidratos, sendo necessária para manter a glicose sanguínea e envolve as enzimas glicolíticas que catalisam reações reversíveis; 
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As reações da glicólise que são irreversíveis são contornadas por reações específicas da gliconeogênese; 
Alguns aminoácidos são glucogênicos, mas os ácidos graxos com número par de carbono não são
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Glicogênicos
Alanina
Asparagina
Aspartato
Cisteína
Glutamato
Glutamina
Glicina
Prolina
Serina
Arginina
Histidina
Metionina
Treonina
Valina
Glico e cetogênicos
Tirosina
Isoleucina
Fenilalanina
Triptofano
Cetogênicos
Leucina
Lisina
NÃO-ESSENCIAIS
ESSENCIAIS
Classificação dos aminoácidos
(estudos com animais indicam que é glico e cetogênico)
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A gluconeogênese é inibida por insulina e estimulada por glucagon, mediados pela regulação dos estados de fosforilação de enzimas regulatórias;
Efeitos de longo prazo, estimulatórios do glucagon e inibitórios da insulina, sobre a gluconeogenese são mediados por indução e repressão de enzimas chaves de vias glicolítica/gluconeogênica;
O músculo não libera glicose livre.
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Quando a glicose é abundante, o fígado e o músculo esquelético sintetizam e armazenam glicogênio;
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O músculo esquelético utiliza o glicogênio armazenado para a síntese de ATP durante o exercício, e o fígado libera glicose a partir do glicogênio quando os níveis de glicose sanguínea estão baixos;
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Doenças do armazenamento de glicogênio são causadas por defeitos hereditários em enzimas envolvidas na degradação do glicogênio;
TIPO I: DOENÇA DE von GIERKE - A deficiência de glicose-6-fosfatase é
TIPO II: DOENÇA DE POMPE - Deficiência de a –glicosidades
TIPO III: DOENÇA DE CORI - deficiência da enzima desramificadora
TIPO IV: DOENÇA DE ANDERSEN -Deficiência da enzima ramificadora
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A glicogênio sintase existe em uma forma fosforilada, que é dependente para atividade da presença de glicose 6-fosforilada, um efetor alostérico positivo, e uma forma não-fosforilada, que é independente de glicose 6-fosfato;
A glicogênio fosforilase, uma enzima chave na degradação do glicogênio, é ativada por AMP e inibida por glicose e ATP, e é ativada também por uma cascata de sinalização envolvendo proteína quinase;
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3.  Onde Ocorre A Glicólise?
No Citoplasma das Células
Pode Ocorrer 
Em Dois meios 
diferentes
Anaerobiose
Aerobiose
 O produto final é Piruvato que posteriormente é fermentado em Acido Láctico ou Etanol
 O produto final é o piruvato que depois, por processos posteriores à glicólise, é oxidado em CO2 e H2O 
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Glicólise ocorre em todas as células humanas
Para muitos tecidos, a glicólise é só uma via fornecedoras de energia de emergência, capaz de produzir 2 moles de ATP a partir de 1 mol de glicose, em ausência de oxigênio.
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Glicólise é metabolizada diferentemente em várias células
A glicose é metabolisada principalmente por glicólise em eritrócitos; 
O transporte através da membrana plasmática é catalisada por GLUT1 transportador de glicose 1; 
Como os eritrócitos são desprovidos de mitocôndrias, o produto final da glicólise é o ácido láctico, que é liberado no sangue;
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Glicólise é metabolizada diferentemente em várias células
 A glicose usada pela via das pentoses fosfato em eritrócitos fornece NADPH para manter a glutationa no estado reduzido, o que tem um papel importante na destruição de peróxidos orgânico e H2O2
Peróxidos causam danos irreversíveis a membranas, DNA e outros componentes celulares, e devem ser removidos para evitar lesão e morte celular
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4. Esquema Geral da Glicólise
2 açúcares de 3 C
1 açúcar de 6 C
A partir deste ponto as reações são duplicadas
2 moléculas de Piruvato (3C)
Saldo
2 moléculas de ATP
2 moléculas de NADH
Glicose + NAD + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + NADH + H + 2ATP + 2H2O 
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5. Etapas Da Glicólise
3 – Óxido-redução- Fosforilação
1- Ativação ou Fosforilação da Glicose
2- Transformação do Gliceraldeído em Piruvato
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5.1 Fosforilação da Glicose
Nesta Primeira Fase temos:
- Utilização de ATP (2 Moléculas)
- Formação de duas Moléculas de Triose-Fosfato: Dihidroxicetona Fosfato e Gliceraldeído 3-Fosfato
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 Glicose 	+ ATP 		 Glicose -6-Fosfato + ADP
 A Glicose é uma molécula quimicamente inerte, assim para se iniciar a sua degradação é necessário que seja ativada
 Depois de entrar na Célula a Glicose é fosforilada pela Hexoquinase produzindo Glicose-6-P pela transferência do Fosfato Terminal do ATP para o grupo Hidroxila da Glicose
 Reação Exergônica
 Reação irreversível
 Permite a entrada da Glicose no Metabolismo Intracelular dado que Glicose-6-P não é transportado através da membrana Plasmática 
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 Glicose -6- Fosfato 			Frutose -6- Fosfato
 Conversão da Glicose -6- Fosfato em Frutose -6- Fosfato pela Fosfohexose Isomerase
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 Frutose -6-P + ATP 	Frutose 1,6-BiFosfato + ADP
 A Frutose -6-P é Fosforilada a Frutose -1,6-Bifosfato pela Fosfofrutoquinase 
 Esta é a Primeira Reação Especifica da Glicolise
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 Frutose 1,6-BiFosfato 	Gliceraldeído 3-P + Dihidrocetona Fosfato
 A Frutose 1,6- Bifosfato é dividida pela aldolase em duas trioses fosfatadas ficando cada uma com um fosfato
 As duas trioses são: Gliceraldeído 3-Fosfato e a Dihidroxicetona Fosfato
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 Gliceraldeído 3-P 		 Dihidrocetona Fosfato
 As Duas trioses são interconvertíveis por uma reação reversível catalizada pela Isomerase dos Fosfatos de Trioses ou Fosfotrioses Isomerase (TIM)
 A Aldolase e a Isomerase estabelecem equilíbrio assinalado no Esquema da Esquerda:
 Só o Gliceraldeído é Substrato das reações seguintes, por isso o isômero assegura que todos os 6 Carbonos Derivados da Glicose podem Prosseguir na Via Glicolítica
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5.2 Transformação do Gliceraldeído em Piruvato
Nesta Segunda Fase temos:
- Formação de ATP
- Oxidação da Molécula do Gliceraldeído 3-P
- Redução do NAD+
- Formação do Ácido Pirúvico
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 Gliceraldeído 3-P + NAD + Pi	 1-3 Bisfosfoglicerato + NADH + H
 O Gliceraldeído 3-P é Convertido num Composto intermédio potencialmente energético
 Enzima Interveniente: Desidrogenase do Gliceraldeído 3-P
 Grupo Aldeído (-CHO) oxidado em Grupo Carboxílico(-COOH)
 Grupo Carboxílico formado, forma uma ligaçao Anídrica com o fosfato
 O NADH intervirá na Formação de ATP
 O Grupo Fosfato deriva de um Fosfato Inorgânico
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ESTRUTURA DO NAD
Nicotinamida adenina dinucleotídio
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 1-3 Bisfosfoglicerato + ADP	 3-Fosfoglicerato + ATP
 Formação de ATP
 Enzima interveniente: Cinase Fosfoglicerato
 Fosforilação ao Nível do Substrato
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 3-Fosfoglicerato 			 2-Fosfoglicerato
 O 3-Fosfoglicerato é Isomerado a 2-Fosfoglicerato pela Fosfoglicerato Mutase 
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 2-Fosfoglicerato		 Fosfoenolpiruvato + H O
2 
 Há Desidratação e redistribuição da Energia
 A Enzima Responsável é a Enolase
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 Fosfoenolpiruvato + ADP		 Piruvato + ATP
 Ultima Reação
 É Catalizada pela Cinase do Piruvato
 Transferencia do Grupo Fosfato do Fosfoenolpiruvato para o ADP
 Produto intermediário Enol-Piruvato que é Convertido à forma Ceto Piruvato
 Reação Exergônica Irreversível
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Oxidação Mitocondrial de NADH
Quando oxigênio e mitocôndrias estão presentes, os equivalentes de redução de NADH gerados pela gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase são transportados para dentro da mitocôndria para oxidação, formando piruvato e não Lactato, como produto final da glicólise;
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Oxidação Mitocondrial de NADH
A membrana mitocondrial interna não é permeável ao NADH, mas a lançadeira malato-aspartato e a lançadeira glicerol-fosfato transportam equivalentes de redução para dentro do espaço da matriz mitocondrial;
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Lançadeiras para transporte de equivalentes de redução
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O fígado faz mais uso da lançadeira malato-aspartato, mas algumas celulas musculares são mais dependentes da lançadeira glicerol-fosfato.
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Oxidação Mitocondrial de NADH
Os sistema de lançadeiras movem equivalentes de redução do citosol para dentro da mitocôndria, mas não transportam equivalentes de redução da mitocôndria para o citosol
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Lançadeiras são importantes para outras vias de óxido-redução
Álcool é oxidado a acetaldeído com produção de NADH pela álcool desidrogenase;
O acetaldeído atravessa a membrana mitocondrial interna para oxidação por uma aldeído desidrogenase no espaço da matriz mitocondrial; 
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Lançadeiras são importantes para outras vias de óxido-redução
O NADH gerado pelo álcool desidrogenase citosólica é oxidado de volta a NAD+ por uma das lançadeiras de substratos;
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Lançadeiras são importantes para outras vias de óxido-redução
Oxidação do álcool depende da capacidade do fígado de transportar equivalentes de redução do citosol para dentro das mitocôndrias pelos sistemas de lançadeiras;
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FORMAÇÃO DE GLUCORONÍDEOS
Glucoronídeos hidrossolúveis de bilirrubina e de várias drogas são eliminados na urina e na bile; 
Para formação de glucoronídeos, UDP-Glicose é oxidado a UDP-ác. glucurônico; 
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FORMAÇÃO DE GLUCORONÍDEOS
Primariamente no fígado, o ácido glucurônico “ativado” é transferido para uma molécula aceptora não polar, como a bilirrubina ou um composto estranho ao corpo
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7. INIBIÇÃO DA GLICÓLISE
A Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase é inibida por reagentes sufidrilas por causa do resíduo de cisteína cataliticamente importante em um sítio ativo;
Durante um ciclo catalítico, o grupo sufidrila reage com gliceraldeído 3-fosfato para formar um tio-hemiacetal
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7. INIBIÇÃO DA GLICÓLISE
Reagentes sufidrilas, que são frequentemente compostos contendo mercúrio ou compostos alquilantes como iodoacetato, impedem a formação do tio-hemiacetal
O fluoreto é um importante inibidor da enolase
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Hiperglicemia inibe Glicólise
A gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase é vulnerável a inibição em células expostas a alto níveis de glicose; 
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Hiperglicemia inibe Glicólise
A hiperglicemia promove superprodução de espécie reativas de oxigênio, as quais ativam a poli (ADP-Ribose) polimerase (PARP)
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Arsenato impede síntese de ATP sem inibir Glicólise
O arsênio pentavalente ou arsenato impede a síntese líquida de ATP por causa da arsenólise na reação da gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase; 
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Arsenato impede síntese de ATP sem inibir Glicólise
O anidrido misto do ácido arsênico e o grupo carboxila do 3-fosfoglicerato é formado pela gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase;
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Arsenato impede síntese de ATP sem inibir Glicólise
O 1-arsenato 3-fosfoglicerato é instável, e sofre hidrólise espontânea para 3-fosfoglicerato e arsenato inorgânico, tendo como consequência, a glicólise continua normalmente em presença de arsenato, havendo síntese de ATP.
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8. Controle Da Glicólise
A necessidade glicolítica varia de acordo com os diferentes estados fisiológicos
Há uma ativa degradação deste açúcar após uma refeição rica em hidratos de carbono, assim como uma acentuada redução durante o Jejum.
Deste Modo, o grau de conversão de Glicose para o Piruvato é regulado, como forma de satisfazer as necessidades celulares
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Controle Da Glicólise
 O Controle a Longo Prazo da Glicólise, particularmente no fígado, é efetuado a partir de alterações na quantidade de Enzimas glicolíticas. Este contido terá reflexos nas taxas de síntese e degradação
 O Controle a Curto Prazo é feito por alteração alostérica (concentração de Produtos) reversível das enzimas e também pela sua fosforilação.
As enzimas mais propensas a serem locais de controle são as que catalisam as reações irreversíveis:
Hexoquinase
Fosfofrutoquinase
Cinase do Piruvato
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Regulação da Glicólise
1) hexoquinase: em músculo, inibida por seu produto glicose-6-fosfato (inibição aloestérica)
Isozima de hexoquinase no fígado é hexoquinase D ou glicoquinase que tem baixa afinidade para glicose
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Regulação da Glicólise
2) Piruvato quinase: inibição aloestérica pelo ATP, diminuindo sua afinidade para fosfoenolpiruvato. 
Piruvato quinase é tambem inibida pela acetil-CoA e por ácidos graxos 
Inibida pela alanina
Ativada pelo frutose-1,6-bisfosfato 
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Regulação da Glicólise
3) Fosfofrutoquinase I
Inibida aloestéricamente por ATP, citrato, fosfoenolpiruvato
Ativada aloestéricamente pela AMP, ADP, frutose-6-fosfato e frutose-2,6-bisfosfato
Frutose-2,6-bisfosfato é produzido pela Fosfofrutoquinase-2 (PFK2)
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REGULAÇÃO DA GLICÓLISE
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A atividade da glucoquinase é regulada por deslocamento da enzima entre o citoplasma e o núcleo:
A glucoquinase é uma enzima indutível; 
A insulina promove a transcrição do gene da gluconase; 
O fígado com glucoquinase induzida contribui mais para baixar os níveis elevados de glicose sanguínea;
Defeitos no gene que codifica a glucoquinase, que alteram sua S0,5 e ∕ou Vmax causam diabetes do jovem com inicio na maturidade
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Lembrando que: 
- Insulina e Glucagon normalmente regulam atividade da enzima por colocação ou retirada de grupo fosfato.
 
- Enzimas que são mais ativas com insulina são também mais ativas sem fosfato e a fosforilação (pelo glucagon) então reduz sua atividade. 
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