Estudo Dirigido Glicólise e Ciclo de Krebs (Respondido)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
FACULDADE DE MEDICINA
MÓDULO DE BIOLOGIA MOLECULAR E CELULAR
DISCIPLINA DE BIOQUÍMICA
ESTUDO DIRIGIDO 2 – Glicólise e Ciclo de Krebs
Considerando que a glicólise tem como principal objetivo a produção de energia, por que o início da via ocorre com o consumo de ATP? Por que o metabolismo oxidativo da glicose (glicólise) cessa quando o suprimento celular de ATP está esgotado?
Relacione as enzimas reguladoras da via glicolítica, seus efetores e explique porque elas são consideradas enzimas alostéricas
Qual a importância da glicólise anaeróbica para as células do homem?
No exercício intenso, as fibras musculares ficam relativamente submetidas à oxidação da glicose de forma anaeróbica. Justifique este fato e explique como o produto formado desta via pode ser reciclado em glicose.
O ATP pode ser sintetizado através de dois processos conhecidos: Fosforilação Oxidativa ou Fosforilação a Nível de Substrato. Explique. 
A partir de que composto ocorre a intersecção do metabolismo energético oxidativo dos nutrientes (carboidratos, lipídios e proteínas)? Quando o objetivo é produzir ATP, qual destino deste composto?
Quais as isoenzimas que catalisam a fosforilação da glicose-6P a partir de glicose no fígado e nos músculos? De que forma os Kms dessas enzimas levam às diferenças no metabolismo da glicose? 
Sob condições aeróbicas a mitocôndria oxida NADH na CTE e em condições anaeróbicas como o NADH é oxidado? Qual enzima participa desta reação e qual importância clínica desta enzima?
Por que o Ciclo de Krebs é considerado um processo anfibólico? Podemos considerar esse ciclo autônomo? Explique porque, apesar deste ciclo não utilizar oxigênio, ele cessa na ausência deste.
 Tomando como base as taxas de consumo de oxigênio, que tecidos poderiam ser mais criticamente afetados por causa de enzimas geneticamente defeituosas do ciclo de Krebs?
CASO CLÍNICO- 
INFARTO AGUDO DO MIOCÁRDIO: Paciente de 76 anos de idade, sexo masculino, branco foi internado no HU para realização de cirurgia não-cardíaca. Várias horas depois do pós-operatório passou a apresentar mal-estar e dor no peito. Exames laboratoriais revelaram aumento das enzimas cardíacas creatina quinase (CK total e CK-MB) no plasma consistente com um infarto do miocárdio. 
QUESTÕES
Quais são os principais compostos utilizados no metabolismo energético do músculo cardíaco. Explique sua origem e vias metabólicas utilizadas.
Considerando um processo isquêmico do miocárdio. Explique: quais as opções metabólicas que poderiam ser lançadas para atender a demanda de ATP na área afetada? Explique as conseqüências desta alteração metabólica.
O que são isoenzimas? Qual é a importância das isoenzimas para o diagnóstico clínico?
No caso em questão por que as enzimas CK e CK-MB estavam aumentadas?
Quais os tipos (isoformas) da enzima lactato desidrogenase (LDH). Explique como a avaliação desta enzima poderia auxiliar no diagnóstico deste paciente?
Respostas Sugeridas-Glicólise e Ciclo de Krebs
O gasto de ATP na primeira fase da glicólise (fase preparatória) objetiva a fosforilação dos intermediários dessa via metabólica. Dessa forma, tais intermediários não conseguem extravasar do meio intracelular, permitindo que a glicólise continue ocorrendo exclusivamente no citosol. Além disso, o grupo fosforil consegue se acoplar ao sitio ativo da enzima, contribuindo para a diminuição da energia de ativação e aumentando a especificidade do complexo enzima-substrato.
Assim, caso ocorra o esgotamento completo de ATP no meio intracelular, a via glicolítica seria cessada.
A glicólise é regulada pela ação de três enzimas:
Hexoquinase/Glicocinase
Responsáveis por promover a fosforilação da Glicose em Glicose-6 Fosfato, a primeira reação da via glicolítica. Contudo, apesar de serem isoenzimas, apresentam afinidade e efetores distintos. A hexocinase é inibida pela concentração de Glicose-6P, seguindo um mecanismo de feedback negativo. Já a glicocinase é indiretamente inibida pela Frutose-6P e indiretamente estimulada pela Glicose.
Fosfofrutoquinase 1 (PFK-1)
Responsável pela segunda fosforilação da glicose, catalisando a reação da Frutose-6P em Frutose- 1,6 BiP. Essa enzima é inibida por concentrações elevadas de ATP (as quais indicam grande conteúdo energético) e estimulada pela Frutose-2,6 BiP, produzida pela sua isoenzima PFK-2
Piruvato-cinase
Responsável pela transferência do grupo fosforil da Fosfoenolpiruvato (PEP) ao ADP, formando piruvato e ATP, a última reação do processo global da glicólise.
Essa enzima é ativada pela Frutose-1,6-BiP.
Tais enzimas são consideradas alostéricas, pois são reguladas por efetores (positivos ou negativos) os quais se associam, de forma não-covalente, a um sitio diferente do sitio ativo da enzima, denominado sitio alostérico
A glicólise anaeróbica, apesar de ser um processo com um baixo rendimento, é a principal fonte de energia para células humanas incapazes de prosseguir com a respiração aeróbica, como os eritrócitos. Além disso, é uma fonte mais rápida e acessível de energia celular, quando comparada a processos como a beta-oxidação, fornecendo energia em casos de extrema necessidade.
A contração muscular, por ser um processo intenso e repetitivo, demanda uma fonte rápida de energia. Por isso, mecanismo mais eficientes e complexos, porém demorados, de fornecimento energético, como a beta-oxidação, são substituídos por mecanismos mais práticos, como a glicólise anaeróbia (fermentação láctica, no caso das células humanas)
Após a fermentação, o lactato muscular pode entrar no Ciclo de Cori, sendo transportado ao fígado e convertido novamente em glicose, a qual retorna ao músculo.
A Fosforilação Oxidativa consiste na fosforilação do ADP, catalisada pela enzima ATP-Sintase, promovida pela oxidação das coenzimas reduzidas durante a glicólise e o ciclo do ácido cítrico (NADH e FADH2).
Em contrapartida, a Fosforilação a Nível de Substrato consiste na transferência de grupos fosforil, presentes nos intermediários da via glicolítica, ao ADP.
Acetil-CoA. Esse composto entra no Ciclo do Ácido Cítrico, no qual é sistematicamente oxidado para promover a redução das coenzimas NAD e FAD, as quais posteriormente serão oxidadas na Fosforilação Oxidativa.
A hexoquinase atua nos músculos e a glicoquinase, no fígado. 
A hexoquinase muscular possui um valor de Km baixo (alta afinidade), indicando que baixas concentrações de glicose são suficientes para que ela atinja sua velocidade máxima de catalise. Assim, essa enzima contribui para o abastecimento continuo de glicose nessas células, as quais demandam grande conteúdo energético.
Já a glicoquinase hepática possui um valor alto de Km (Baixa afinidade), indicando que são necessárias elevadas concentrações de glicose para saturá-la. Assim, as células hepáticas são privadas de glicose, permitindo seu redirecionamento para outros tecidos.
Em condições anaeróbicas, o NADH é oxidado na reação de formação do lactato a partir do piruvato. Essa reação é catalisada pela lactato-desidrogenase (LDH), localizada em células musculares (miocárdio e musculo esquelético), eritrócitos, fígado e rim. Dessa forma, níveis séricos elevados de LDH são fortes indicativos de lesão, mal funcionamento ou atividade celular irregular nesses tecidos.
O Ciclo de Krebs é denominado anfibólico por que consiste em uma via tanto de biossíntese (anabólica) quanto de degradação química (catabólica). Esse ciclo não pode ser considerado autônomo, pois seu funcionamento depende de compostos produzidos por outras vias metabólicas, como a glicólise e a beta-oxidação. 
O Ciclo de Krebs é responsável pela maior parte da produção de coenzimas reduzidas utilizadas na fosforilação oxidativa, especialmente o NADH. Na ausência de O2, essa coenzima continua na sua forma reduzida, inibindo a atividade das enzimas regulatórias do ciclo de Krebs (citrato-sintase,isocitrato-desidrogenasee α-cetoglutarato-desidrogenase). Dessa forma, o ciclo é interrompido em condições de anaerobiose.
Principalmente os tecidos musculares esqueléticos e cardíacos.
Caso Clínico Proposto-Infarto do Miocárdio
Glicose e Ácidos graxos. Tais compostos são provenientes especialmente da dieta, mas também podem ser obtidos por síntese de novo. As principais vias metabólicas utilizadas são a glicogenólise e o Ciclo de Krebs (glicogênio) e a β-oxidação (ácidos graxos)
Em casos de isquemia, o músculo cardíaco possui duas principais opções: a reciclagem de ADP pela fosfocreatina e a glicólise anaeróbica.
A fosfocreatina promove uma reação com o ADP, catalisada pela creatina-fosfoquinase (CK e CK-MB), a qual forma novamente ATP, por intermédio da doação de um grupo fosforil. Já na glicólise anaeróbica, a lactato-desidrogenase (LDH-1) catalisa a produção de lactato a partir do piruvato.
Consequentemente, as concentrações de CPK-MB e LDH-1 ficam elevadas em casos de isquemia, o que ajuda na identificação de um infarto no miocárdio.
São duas ou mais enzimas que catalisam a mesma ração, mas são codificadas por genes diferentes. A discrepância entre os níveis séricos de determinadas isoenzimas são indicativos de lesão ou mal funcionamento celular.
As enzimas CK e CK-MB são responsáveis por catalisar a fosforilação do ADP em ATP, a partir do grupo fosforil da fosfocreatina. Essa reação é uma das fontes de energia celular dos miócitos no caso de anaerobiose, sendo um forte indicativo de infarto.
O aumento nas concentrações de LDH é um indicativo de condição anaeróbica (anaerobiose), principal condição dos miócitos cardíacos quando submetidos a um infarto
Extraído de Bioquímica Clinica: Princípios e Interpretações (Valter T. Motta)