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Aula de Bioquímica II – SQM04242015201 Bacharelado em Ciências Físicas e Biomoleculares Tema: Glicólise Prof. Dr. Júlio César Borges Depto. de Química e Física Molecular – DQFM Instituto de Química de São Carlos – IQSC Universidade de São Paulo – USP E-mail: borgesjc@iqsc.usp.br Metabolismo de carboidratos Mastigação: fracionamento do alimento e mistura com a saliva; Ação da amilase salivar: quebra do amido em maltoses e dextrinas. Estômago: a digestão de carboidratos cessa temporariamente no estômago devido a inativação da amilase salivar (pH); Intestino: a amilase pancreática continua o processo digestivo no intestino; A digestão final ocorre pela ação de enzimas da mucosa intestinal; Finalmente, ocorre a absorção de monossacarídeos (glicose, frutose e galactose) no intestino. Metabolismo da Glicose A Glicose tem papel central no metabolismo energético e de carboidratos Metabolismo da Glicose A Glicose tem papel central no metabolismo energético e de carboidratos Principal substrato oxidável Fonte de energia universal Única fonte de energia para as hemácias e cérebro (no curto prazo)* Oxidação total da glicose ΔG0 = - 2.840 kJ/mol Glicólise Via de degradação de 1 molécula de Glicose em 2 de Piruvato Piruvato pode seguir 3 caminhos: 1 1) Ser reduzido a Etanol Fermentação alcoólica 2 2) Ser reduzido a Lactato Fermentação Lática 3 3) Ser completamente oxidado a CO2 e H2O Ciclo do ácido Cítrico Glicólise Envolve 10 reações enzimáticos Citoplasma 11 metabólitos Dividida em 3 Estágios 1) Investimento - Aprisionamento e desestabilização da glicose 2) Rendimento - Conversão de DHAP em G3P 3) Extração - Pagamento - Produção de 2 moléculas de ATP e 2 moléculas de NADH Glicólise: Estágio 1 Formação de Frutose-1,6-Bisfosfato O aprisionamento de Glicose dentro da Célula e a sua desestabilização envolve o investimento de: 2 moléculas de ATP Glicólise: Estágio 1 Aprisionamento de Glicose HEXOQUINASE (n1) no músculo e GLICOQUINASE (n1) no fígado O grupo Pi desloca o equilíbrio para seqüestro celular da glicose a partir do plasma - A G-6P não se difunde pela Membrana plasmática - Não existem transportadores para G6P - O Grupo Pi aumenta a reatividade da Glicose Glicólise: Estágio 1 Aprisionamento de Glicose HEXOQUINASE (n1) no músculo e GLICOQUINASE (n1) no fígado A MUDANÇA CONFORMACIONAL NA ENZIMA INDUCED FIT Glicólise: Estágio 1 Formação de Frutose-1,6-Bisfosfato 2 Passos reacionais 1) Isomerização da G-6P em F-6P: Aldose Cetose: FOSFOHEXOSE ISOMERASE (n2) - Reação próximo ao equilíbrio químico Reversível Controlada pelo concentração de substrato/produtos Glicólise: Estágio 1 Formação de Frutose-1,6-Bisfosfato 1º Passo: 1) Isomerização da G-6P em F-6P: Aldose para Cetose - Envolve a abertura do ciclo hexagonal - Isomerização - Fechamento do Ciclo pentagonal Glicólise: Estágio 1 Formação de Frutose-1,6-Bisfosfato 2º Passo: Fosforilação: FOSFOFRUTOQUINASE-1 (PFK-1) (n3) - A PFK-1 é uma enzima alostérica e catalisa uma reação exergônica Importante ponto de Regulação da Glicólise Controla a velocidade da Glicólise Irreversível em condições fisiológicas Glicólise: Estágio 2 Quebra de 1 carboidrato de 6 Carbonos em 2 de 3 Carbonos ALDOLASE (n4) - Reação reversível - Somente o GAP entra na rota do Estágio 3 da Glicólise Glicólise: Estágio 2 Quebra de 1 carboidrato de 6 Carbonos em 2 de 3 Carbonos ALDOLASE (n4) Reação reversível em condições fisiológicas apesar do ΔG >>> 0 - Somente o GAP entra na rota do Estágio 3 da Glicólise - O consumo do GAP desloca o equilíbrio no sentido direto da reação - O consumo de DAHP também desloca o equilíbrio no sentido direto da reação Glicólise: Estágio 2 Reaproveitamento da DAHP em GAP A TRIOSE FOSFATO ISOMERASE – TIM (n5) Converte DAHP em GAP Reação Rápida e Reversível - No Equilíbrio: 96% da Triose fosfato está na forma de DHAP - A remoção da GAP pelas reações subsequentes desloca o equilíbrio no sentido direto. Glicólise: Estágio 2 Reaproveitamento da DAHP em GAP A TRIOSE FOSFATO ISOMERASE – TIM (n5) Converte DAHP em GAP Envolve Catálise ácido-base TIM Barrel Glicólise: Estágio 3 Entrou uma molécula de Glicose -6C Consumo de 2 ATPs para a fosforilação da Glicose Saíram 2 moléculas de GAP - 3C fosforilado Glicólise: Estágio 3 Fase 1 do PAGAMENTO 2 Moléculas de GAP entram nesta fase GLICERALDEÍDO 3-FOSFATO DESIDROGENASE (n6) Oxidação da GAP em 1,3-Bisfosfoglicerato (1,3-BPG) - Etapa de preparação da GAP – baixo potencial fosforila – em um produto com alto potencial fosforila - Formação do primeiro intermediário de alta energia - Reação exergônica em condições fisiológicas ↑ [GAP] e consumo do 1,3-BPG Glicólise: Estágio 3 Fase 1 do PAGAMENTO Reação ocorre em duas etapas 1) A GAP é oxidado pelo NAD+ 2) Fosforilação GLICERALDEÍDO 3-FOSFATO DESIDROGENASE (n6) Glicólise: Estágio 3 Fase 1 do PAGAMENTO FOSFOGLICERATO QUINASE (n7) 1,3-Bisfosfoglicerato: Anidrito misto de ácido fosfórico - Possui alto potencial doador de Pi - Fosforilação de ATP ao nível do substrato Glicólise: Estágio 3 Fase 1 do PAGAMENTO 2 GAP 2 moléculas de 3-Fosfoglicerato Aldeído Ácido carboxílico 2 moléculas de ATP formadas 2 Moléculas de NADH formadas Acoplamento das reações n6 e n7 Intermediário comum 1,3-BPG x2 Glicólise: Estágio 3 Fase 2 do PAGAMENTO 2 Moléculas de 3-Fosfoglicerato entram nesta fase 3-fosfoglicerato é convertido a Piruvato com ‘formação’ de mais 2 ATP Envolve 3 reações: - Rearranjo do grupo Pi: preparação - Desidratação: preparação - Fosforilação de ADP ao nível do Substrato Glicólise: Estágio 3 Fase 2 do PAGAMENTO FOSFOGLICERATO MUTASE (n8) - Rearranjo do grupo Pi Isomerização Essa reação é uma preparação para a próxima etapa da via O efetor da hemoglobina! Glicólise: Estágio 3 Fase 2 do PAGAMENTO ENOLASE (n9) - Reação de rearranjo molecular: Desidratação - A desidratação aumenta o potencial doador de fosforila Formação do 2º intermediário de alta energia: Fosfoenolpiruvato - PEP Catálise por íons metálicos Mecanismo da Enolase Participação de Mg2+ Glicólise: Estágio 3 Fase 2 do PAGAMENTO PIRUVATO QUINASE (n10) - Fosforilação - PEP doa 1 Pi para o ADP: Fosforilação ao nível do substrato - Piruvato Quinase é importante ponto de regulação O Piruvato é mais estável do que o PEP Apresenta Ressonância Glicólise BALANÇO GERAL DA GLICÓLISE Cancelando os termos comuns ATP utilizado como moeda energética NADH em condições aeróbicas sofre oxidação pelo O2 produção de ATP e H2O na mitocôndria NADH em condições anaeróbicas Glicólise cessa devido à ausência de NAD+ NADH Carreador temporário de elétrons: precisa haver a reoxidação a NAD+ para ocorrer a glicólise Quantidade limitada de NAD+ nas células (derivado da vitamina niacina) Regeneração de NAD+ O metabolismo de Piruvato permite manter a glicólise em condições anaeróbicas O Balanço Redox no citoplasma deve ser mantido - A fermentação do piruvato permite regenerar NAD+ Fermentação do Piruvato - Fermentação Alcoólica - Fermentação Lática Pouca energia é extraída da Glicose pela Fermentação O 3º destino do piruvato permite extrair 20 x mais energia do que na Glicólise Fermentação do Piruvato - Fermentação Alcoólica Ausente no tecido de vertebrados Presente em muitos organismos que metabolizam álcool, e em humanos (no fígado: oxidaçãodo etanol) Tiamina pirofosfato (TPP) - coenzima da enzima piruvato descarboxilase - derivada da vitamina B1 - levedo de cerveja: fonte de vitamina B1! - piruvato descarboxilase: em levedura (pão: bolhas de CO2, cerveja, champagne) Fermentação do Piruvato - Fermentação Lática Catalisa a oxidação do NADH e redução do piruvato a lactato Esta reação é reversível - eritrócitos - músculo em contração vigorosa - microrganismos: Lactobacilos (abaixamento de pH: iogurte) O lactato pode ser exportado da célula ou convertido (novamente) a piruvato Grande parte do lactato é transportado pelo sangue até o fígado, onde é usado na síntese de glicose Outras Hexoses na Glicose A glicose não é a única Hexose que entra na Glicólise - Frutose e Galactose são substrato para a Glicólise Outras Hexoses na Glicose Galactose é convertida em Glicose por 4 passos enzimáticos Outras Hexoses na Glicose Intolerância à Lactose - Alguns adultos não produzem a Lactase Lactose Metabolizada lactato liberando a CH4 e H2 por bactérias intestinais anaeróbicas Flatulência Lactato provoca diarréia por questão osmótica Deficiência da Galactose 1-Fosfato Uridil Transferase mais comum - Provoca retardo mental, hepatomegalia, icterícia, cirrose, atraso no crescimento e catarata formação do Galctitol - Tratamento evitar produtos lácteos Galactosemia Doença metabólica devido à incapacidade de metabolizar galactose Regulação da Glicólise A via glicolítica tem papel duplo no metabolismo Degradar Glicose para gerar ATP Fornecer blocos de construção para nucleotídeos e ácidos graxos A via glicolítica é rigidamente controlada Metabolismo energético primário Três reações da glicólise são virtualmente irreversíveis - Fosfofrutoquinase-1 n3 - Hexoquinase ou Glicoquinase n1 - Piruvato Quinase n10 Pontos potenciais de controle: 1) Alostérica milissegundos 2) Modificação covalente (hormonal) minutos 3) Controle da expressão de proteínas Horas Regulação diferencial para o Músculo e Fígado Regulação da Glicólise: Músculo FOSFOFRUTOQUINASE principal Ponto de Controle - Enzima comprometida com a via glicolítica - HEXOQUINASE e PIRUVATO QUINASE atuam sobre metabólitos de outras vias FOSFOFRUTUQUINASE-1: Sensível à Carga Energética Alta [ATP] Inibida alto teor energético Alta [AMP] Ativada baixo teor energético Alta [H+] Inibida presença de Lactato proteção Regulação da Glicólise: Músculo [Alanina] - Sintetizada a partir do Piruvato Regulação da Glicólise: Músculo Carga energética baixa Estimulação Anterógrada Regulação da Glicólise: Fígado Função de “tamponar” glicose para o Cérebro e Rins Também fornece blocos para construção diversos a partir de Carboidratos FOSFOFRUTOQUINASE-1 Regulada por [ATP] e [AMP] de maneira similar à enzima muscular [H+] não tem efeito fígado não produz lactato [Citrato] indica a presença de blocos de construção inibe Frutose 2,6-Bisfosfato ATIVADOR formada pela FOSFOFRUTOQUINASE-2 Se existe alta [Frutose 6- fosfato], a síntese de Frutose 2,6-Bisfosfato será favorecida Regulação da Glicólise: Fígado Função de “tamponar” glicose para o Cérebro e Rins Também fornece blocos para construção diversos a partir de Carboidratos GLICOQUINASE Isoenzima da hexoquinase hepática Menos ativa sobre a glicose Afinidade 50 x menor do que a Hexoquinase - Fosforila glicose somente quando esta é farta no fígado - Não é inibida pela Glicose 6-fosfato – Sem retroalimentação negativa - Fornece Glicose 6-fosfato para síntese de glicogênio. Regulação da Glicólise: Fígado Função de “tamponar” glicose para o Cérebro e Rins Também fornece blocos para construção diversos a partir de Carboidratos PIRUVATO QUINASE Sujeita à regulação hormonal via modificação covalente. Também sofre regulação alostérica anterógrada por F1,6-BP e inibição por ATP Número do slide 1 Número do slide 2 Número do slide 3 Número do slide 4 Número do slide 5 Número do slide 6 Número do slide 7 Número do slide 8 Número do slide 9 Número do slide 10 Número do slide 11 Número do slide 12 Número do slide 13 Número do slide 14 Número do slide 15 Número do slide 16 Número do slide 17 Número do slide 18 Número do slide 19 Número do slide 20 Número do slide 21 Número do slide 22 Número do slide 23 Número do slide 24 Número do slide 25 Número do slide 26 Número do slide 27 Número do slide 28 Número do slide 29 Número do slide 30 Número do slide 31 Número do slide 32 Número do slide 33 Número do slide 34 Número do slide 35 Número do slide 36 Número do slide 37 Número do slide 38 Número do slide 39 Número do slide 40
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