Gliconeogênese e Metabolismo do Glicogênio

Prévia do material em texto

Aulas de grupo 2001-02; Rui Fontes 
Página 1 de 5 
Gliconeogénese e Metabolismo do Glicogénio 
1- Gliconeogénese 
1- A gliconeogénese é um termo usado para incluir o conjunto de processos pelos quais o organismo 
pode converter substâncias não glicídicas (como aminoácidos, lactato, piruvato, glicerol e propionato) 
em glicose ou glicogénio. 
2- Durante o jejum aumenta a actividade lipolítica (hidrólise dos triacilgliceróis em glicerol e ácidos 
gordos) no tecido adiposo e a maioria dos órgãos do organismo (nomeadamente os músculos e o 
fígado) começam a usar como combustível preferencial os ácidos gordos. Contudo, os eritrócitos e, em 
grande medida, os neurónios dependem do catabolismo da glicose para a síntese de ATP. Embora a 
glicogenólise hepática (formação de glicose a partir do glicogénio armazenado no fígado) seja, 
durante as primeiras horas de jejum, a principal fonte da glicose que é vertido no sangue, à medida que 
o tempo de jejum aumenta a gliconeogénese vai sendo cada vez mais importante. 
3- Quer na glicogenólise quer na gliconeogénese forma-se glicose-6-P e a formação de glicose só pode 
ocorrer por hidrólise da glicose-6-P. Porque a enzima responsável por este processo (glicose-6-
fosfátase) só existe no fígado e no rim são estes os órgãos responsáveis pela manutenção de níveis de 
glicemia compatíveis com a actividade dos neurónios e dos eritrócitos durante o jejum. O fígado tem, 
neste contexto, um papel mais importante que o rim. 
4- Três das enzimas da glicólise [(1) cínase da glicose: ATP + glicose → glicose-6-P + ADP; (2) cínase 
1 da frutose-6-P: ATP + frutose-6-P → ADP + frutose-1,6-bisfosfato; (3) cínase do piruvato: ADP + 
fosfoenolpiruvato → ATP + piruvato] catalisam reacções fisiologicamente irreversíveis. Na 
gliconeogénese, também são fisiologicamente irreversíveis as reacções catalisadas pelas enzimas que 
permitem as conversão de piruvato em fosfoenolpiruvato [(3a) carboxílase do piruvato: ATP + H2O 
+ piruvato + CO2 → ADP + Pi + oxalacetato; (3b) carboxicínase do fosfoenolpiruvato: GTP + 
oxalacetato → GDP + fosfoenolpiruvato + CO2], da frutose-1,6-bisfosfato em frutose-6-P [(2) frutose-
1,6-bisfosfátase: frutose-1,6-bisfosfato + H2O → frutose-6-P + Pi] e da glicose-6-P em glicose [(1) 
glicose-6-fosfátase: glicose-6-P + H2O → glicose + Pi]. A actividade relativa das enzimas envolvidas 
nas transformações referidas determina a velocidade e o sentido (anabólico ou catabólico) no 
metabolismo da glicose. 
5- Muitas das enzimas envolvidas na gliconeogénese também participam na glicólise: catalisam reacções 
fisiologicamente reversíveis e o seu papel (anabólico ou catabólico) depende das concentrações dos 
compostos (reagentes e produtos) envolvidos nessas reacções. De notar que a reacção catalisada pela 
cínase do 3-fosfoglicerato (ATP + 3-fosfoglicerato ↔ 1,3-bisfosfoglicerato + ADP) funciona no 
sentido da conversão de ATP em ADP durante a gliconeogénese mostrando claramente que, em jejum, 
não existe no fígado déficit de ATP. A oxidação hepática dos ácidos gordos libertados no tecido 
adiposo fornece ao fígado a energia necessária para a síntese de ATP. 
6- A lipólise no tecido adiposo também liberta glicerol para o sangue. Ao contrário do que acontece em 
muitos tecidos (nomeadamente no tecido adiposo) no fígado (e rim) existe uma enzima que é capaz de 
catalisar a transformação do glicerol em glicerol-3-P (cínase do glicerol: glicerol + ATP → glicerol-3-
P + ADP) iniciando o processo de conversão do glicerol em glicose. A transformação do glicerol-3-P 
(3C) em glicose (6C) envolve a actividade das seguintes enzimas: desidrogénase do glicerol-3-P 
(glicerol-3-P + NAD+ ↔ dihidroxiacetona-P + NADH), isomérase das trioses-P (dihidroxiacetona-P 
↔ gliceraldeído-3-P), aldólase (dihidroxiacetona-P + gliceraldeído-3-P ↔ frutose-1,6-bisfosfato), 
frutose-1,6-bisfosfátase (frutose-1,6-bisfosfato + H2O → frutose-6-P + Pi), isomérase das hexoses-P 
(frutose-6-P ↔ glicose-6-P) e glicose-6-fosfátase (glicose-6-P + H2O → glicose + Pi). A equação 
soma relativa à transformação que ocorre no fígado (e rim) pode ser escrita: 
2 glicerol + 2 NAD+ + 2 ATP + 2 H2O → glicose + 2 NADH + 2 ADP + 2 Pi 
7- Os eritrócitos produzem continuamente lactato e os músculos, mesmo em jejum, dependem da 
glicólise anaeróbia para realizarem esforços que consomem ATP a uma velocidade maior que a 
velocidade de formação de ATP na fosforilação oxidativa. O lactato vertido no sangue pode, no fígado 
e no rim, ser convertido em glicose e por isso se diz que o lactato é um composto glicogénico. As 
Aulas de grupo 2001-02; Rui Fontes 
Página 2 de 5 
enzimas envolvidas na transformação do lactato em glicose são a desidrogénase do lactato, a 
carboxílase do piruvato, a carboxicínase do fosfoenolpiruvato, a enólase, a mútase do fosfoglicerato, a 
cínase do 3-fosfoglicerato, a desidrogénase do gliceraldeído-3-P, a isomérase das trioses-P, a aldólase, 
a frutose-1,6-bisfosfátase, a isomérase das hexoses-P e a glicose-6-fosfátase. O conjunto de reacções 
pode ser resumido na seguinte equação soma 
2 lactato (C3H6O3) + 2 GTP + 4 ATP + 6 H2O → glicose (C6H12O6) + 2 GDP +4 ADP + 6 Pi 
A formação da glicose a partir de lactato (processo endergónico) só é possível porque está acoplada 
com a hidrólise de ATP e do GTP (processo exergónico). 
 
8- Mais importantes que o lactato como fonte de carbono para a gliconeogénese são os aminoácidos. 
Em jejum aumenta a hidrólise das proteínas e o esqueleto carbonado da maioria dos aminoácidos 
libertados no processo hidrolítico pode gerar glicose no fígado. Neste contexto são particularmente 
importantes a alanina e o glutamato. A alanina pode por transaminação gerar piruvato (alanina + α-
cetoácido-X ↔ piruvato + α-aminoácido-X) e o piruvato pode, através da acção da carboxílase do 
piruvato, gerar um intermediário do ciclo de Krebs, concretamente o oxalacetato. O glutamato 
também pode, por transaminação (glutamato + α-cetoácido-X ↔ α-cetoglutarato + α-aminoácido-X), 
gerar um intermediário do ciclo de Krebs, concretamente o α-cetoglutarato que pode gerar 
oxalacetato. 
9- No homem, a maioria dos ácidos gordos têm um número par de carbonos (cadeia par) e geram no seu 
catabolismo acetil-CoA que reage com o oxalacetato por acção catalítica da síntase do citrato. Nesta 
reacção não há formação de intermediários do ciclo de Krebs e os ácidos gordos de cadeia par não 
são glicogénicos. Pelo contrário, os ácidos gordos de cadeia ímpar podem dar origem (para além de 
acetil-CoA) a propionil-CoA (o grupo propionil contém 3 carbonos). O propionil-CoA pode por acção 
de uma sintétase (carboxílase do propionil-CoA: propionil-CoA + CO2 + ATP + H2O → D-metil-
malonil-CoA + ADP + Pi) e de duas isomérases gerar succinil-CoA que é um intermediário do ciclo 
de Krebs. Para além do glicerol, do lactato, do piruvato, da alanina e do glutamato também os 
ácidos gordos de cadeia ímpar são glicogénicos. 
10- Sendo parte importante nos processos homeostáticos as enzimas que catalisam as reacções 
fisiologicamente irreversíveis na glicólise e na gliconeogénese são, no fígado e rim, reguladas de tal 
forma que quando a glicemia está elevada as primeiras estão activadas e as segundas inibidas. O 
contrário acontece quando a glicemia está diminuída. A regulação da actividade destas enzimas pode 
envolver a (i) indução ou a repressão dos genes codificadores dessas enzimas, (ii) variação na 
concentração intracelular de substratos ou (iii) reguladores alostéricos assim como (iv) activação 
ou inibição por fosforilação reversível. 
11- Os mecanismos que condicionam a regulação da actividade das enzimas que catalisam os passos 
irreversíveis da glicólise e da gliconeogénese hepáticas e renais são complexos envolvendo também a 
acção de hormonas que se libertam noutros tecidos. Assim, são parte importante nos processos 
homeostáticos a insulina (que aumenta no sangue emresposta a aumentos na glicemia e tem acção 
hipoglicemiante) e a glicagina (que aumenta no caso inverso e tem acção hiperglicemiante). Estas 
hormonas pancreáticas exercem os seus efeitos regulando a actividade de enzimas e de 
transportadores. 
12- Em jejum a hipoglicemia estimula as células α dos ilhéus pancreáticos a produzir glicagina. A 
glicagina liga-se ao seu receptor na face externa da membrana dos hepatócitos estimulando a cíclase 
do adenilato (ATP → AMPc + PPi) que tem como consequência a acumulação de AMP cíclico 
(AMPc) no citosol. O AMPc é um estimulador alostérico da “cínase de proteídos dependente do 
AMPc” (PKA). A PKA é uma cínase que tem como substrato aceitador de fosfato múltiplas enzimas 
(ATP + proteído → ADP + proteído-P) que, dependendo da enzima concreta, podem ser activadas ou 
inibidas por essa fosforilação. A glicagina induz os processos que levam à formação de glicose porque 
os processos de fosforilação catalisados pela PKA activam as enzimas chave das vias metabólicas 
envolvidas na formação de glicose. A glicagina prejudica o consumo de glicose porque os processos 
de fosforilação catalisados pela PKA inibem as enzimas chave das vias metabólicas envolvidas no seu 
consumo. Pelo contrário, a insulina, que está diminuída durante o jejum, prejudica os processos de 
fosforilação estimulados pela glicagina. 
Aulas de grupo 2001-02; Rui Fontes 
Página 3 de 5 
13- Dois dos substratos da PKA são a cínase do piruvato hepática e uma enzima “bifuncional” envolvida 
na regulação do par fosfátase da frutose-1,6-bisfosfato/cínase 1 da frutose-6-P. Em concordância com 
o papel da cínase do piruvato na glicólise a forma fosforilada desta enzima é menos activa. 
Também em concordância com o papel da fosfátase da frutose-1,6-bisfosfato na gliconeogénese e da 
cínase 1 da frutose-6-P na glicólise a fosforilação da enzima “bifuncional” vai implicar a activação da 
fosfátase da frutose-1,6-bisfosfato e a inibição da cínase 1 da frutose-6-P. A enzima “bifuncional” 
regula a concentração intracelular de um composto – a frutose-2,6-bisfosfato – que é, 
simultaneamente, activador da cínase 1 da frutose-6-P e um inibidor da fosfátase da frutose-1,6-
bisfosfato. A enzima “bifuncional” tem duas actividades: cínase 2 da frutose-6-P (ATP + frutose-6-P 
→ ADP + frutose-2,6-bisfosfato) e fosfátase da frutose-2,6-bisfosfato (frutose-2,6-bisfosfato + H2O 
→ frutose-6-P + Pi). Via frutose-2,6-bisfosfato a activação da cínase 2 da frutose-6-P implica 
activação da cínase 1 da frutose-6-P e, pelo contrário, a activação da fosfátase da frutose-2,6-
bisfosfato implica a activação da fosfátase da frutose-1,6-bisfosfato. Em concordância com isto a 
fosforilação pela PKA da enzima “bifuncional” tem como consequência a diminuição da concentração 
intracelular da frutose-2,6-bisfosfato porque na sua forma fosforilada a enzima “bifuncional” tem 
predominantemente uma actividade hidrolítica: ou seja, na forma fosforilada anula-se a actividade 
de cínase 2 da frutose-6-P e fica estimulada a actividade de fosfátase da frutose-2,6-bisfosfato. 
14- Resumindo os dois pontos anteriores: 
glicemia↓ ⇒ glicagina ↑ ⇒ AMPc↑ ⇒ frutose-2,6-bisfosfato↓ ⇒ gliconeogénese↑ 
glicemia↑ ⇒ insulina ↑ ⇒ AMPc↓ ⇒ frutose-2,6-bisfosfato↑ ⇒ glicólise↑ 
15- No jejum ocorre também hidrólise dos triacilgliceróis endógenos. O resíduo glicerol é, como 
primeiro passo da sua transformação em glicose, fosforilado no fígado (cínase do glicerol: ATP + 
glicerol → ADP + glicerol-3-P). Os ácidos gordos de cadeia par (os mais abundantes) não são 
substratos da gliconeogénese mas tem um importante papel no processo. A sua oxidação leva à 
formação de acetil-CoA e ATP. (i) A acetil-CoA é, simultaneamente, um activador alostérico da 
carboxílase do piruvato (gliconeogénese) e, via activação da cínase do desidrogénase do piruvato 
(ATP + desidrogénase do piruvatoactiva → ADP + desidrogénase do piruvato-Pinactiva), um inibidor da 
oxidação do piruvato e, consequentemente, da glicose. Embora a fosforilação da desidrogénase do 
piruvato (piruvato + CoA + NAD+ → acetil-CoA + CO2 + NADH + H+) não esteja dependente da 
acção da PKA também aqui a hipoglicemia tem como consequência a fosforilação de uma enzima. (ii) 
O ATP gerado no catabolismo dos ácidos gordos fornece energia necessária para a gliconeogénese e 
para as outras actividades do hepatócito. 
16- Para além dos mecanismos alostéricos e de fosforilação reversível já apontados também têm 
importância na regulação da glicólise e na gliconeogénese a regulação da síntese dessas enzimas ao 
nível da transcrição. Em geral a insulina estimula a síntese das enzimas próprias da glicólise e inibe a 
síntese das enzimas próprias da gliconeogénese. A glicagina tem efeitos opostos. 
17- Por si só, o valor da glicemia tem importância na regulação da cínase da glicose (ATP + glicose → 
ADP + glicose-6-P) pois esta enzima hepática, porque tem um Km elevado (de cerca de 8-10 mM), é 
sensível às variações fisiológicas da glicemia (4-12 mM na veia porta). 
2- Metabolismo do glicogénio 
18- O glicogénio é um polímero de tamanho variável que contém resíduos glicose ligados por ligações α-
1,4 e, nos locais de ramificação, α-1,6. A formação deste polímero permite a acumulação de glicose 
nas células sem aumentar a pressão osmótica dentro destas. O glicogénio existe no citosol de todas as 
células do organismo mas é mais importante no fígado e músculo esquelético. 
19- A glicogénese é a via metabólica pela qual as moléculas de glicogénio crescem por transferência de 
resíduos glicose para os grupos 4-OH livres dos resíduos glicose das extremidades. Esta transferência 
é catalisada pela síntase do glicogénio e o dador de glicose é a UDP-glicose. A UDP-glicose forma-se 
a partir da glicose-1-P (pirofosforílase da UDP-glicose: glicose-1-P + UTP → UDP-glicose + PPi), 
por sua vez formado por isomerização da glicose-6-P (mútase da hexoses-P: glicose-6-P ↔ glicose-
1-P). A ramificação do glicogénio é catalisado pela enzima ramificante, que catalisa a transferência 
Aulas de grupo 2001-02; Rui Fontes 
Página 4 de 5 
de uma cadeia com cerca de 7 resíduos glicose de uma extremidade para um grupo 6-OH de uma 
cadeia vizinha. 
20- A glicogenólise é a via catabólica. A fosforílase do glicogénio catalisa a fosforólise do glicogénio; ou 
seja, catalisa a transferência de resíduos glicose das extremidades com grupos 4-OH livres para o Pi 
formando glicose-1-P (glicogénio(n) + Pi → glicogénio(n-1) + glicose-1-P). De seguida a glicose-1-P 
sofre isomerização gerando glicose-6-P. A desramificação do glicogénio é catalisada por uma enzima 
(enzima desramificante) com duas actividades: transferência intra-molecular de maltotriose e 
hidrólise da ligação α-1,6. 
21- No fígado, a glicogénese está activada quando, durante a absorção intestinal de glicídeos, a glicemia 
aumenta. A descida da glicemia leva ao desencadear de mecanismos homeostáticos que levam à 
activação da glicogenólise. A presença de glicose-6-fosfátase neste órgão permite a formação de 
glicose que é vertida na corrente sanguínea sendo consumida pelos tecidos extra-hepáticos. O fígado é 
um órgão central no metabolismo da glicose: acumula glicose na forma de glicogénio quando a 
glicemia é elevado e, através da glicogenólise e da gliconeogénese, forma glicose que verte para o 
sangue e, em última análise, para os outros tecidos quando a glicemia baixa durante o jejum. De 
recordar que, no jejum, o ATP formado no fígado é uma consequência da oxidação dos ácidos gordos. 
22- Nos músculos esqueléticos, o papel do glicogénio é muito distinto do do fígado. Nos músculos 
esqueléticos, o glicogénio aumenta durante o repouso e a sua degradação é uma consequência da 
actividade muscular. A glicose-6-P formada durante a glicogenólise é consumida na fibra muscular 
onde se formou. Aquando do exercício muscular intenso o consumo de ATP pode exceder acapacidade de síntese da fosforilação oxidativa e, nestas circunstâncias, a glicólise anaeróbia é muito 
importante como mecanismo de formação de ATP. No músculo (e noutros tecidos) a degradação do 
glicogénio serve as necessidades energéticas da célula onde foi armazenado. 
23- As enzimas reguladoras da velocidade da glicogénese e da glicogenólise são, respectivamente, a 
síntase do glicogénio e a fosforílase do glicogénio. Na regulação da actividade destas enzimas 
participam mecanismos de fosforilação reversível assim como mecanismos alostéricos. A síntase do 
glicogénio é menos activa na forma fosforilada o contrário acontecendo no caso da fosforílase do 
glicogénio. Várias cínases, como, por exemplo: a PKA, a cínase-3 da síntase do glicogénio e a 
cínase da fosforílase do glicogénio, estão envolvidas na fosforilação e consequente inactivação da 
síntase do glicogénio. A fosforilação e consequente activação da fosforílase do glicogénio é o 
resultado da acção catalítica da cínase da fosforílase do glicogénio. Esta enzima, catalisando a 
fosforilação quer da síntase quer da fosforílase, inactiva a síntese de glicogénio e activa a sua 
fosforólise. A desfosforilação da síntase de glicogénio (activação) e da fosforílase do glicogénio 
(inactivação) é o resultado da acção catalítica de uma mesma fosfátase: a fosfátase-1 de proteínas. O 
AMP, um nucleotídeo que aumento na célula quando o consumo de ATP é elevado, é um activador 
alostérico da fosforílase do glicogénio. A ligação do AMP à forma desfosforilada (supostamente 
inactiva) da fosforílase activa esta enzima. 
24- Estimuladas pela hipoglicemia as células α dos ilhéus pancreáticos libertam glicagina durante o 
jejum. Na membrana dos hepatócitos existem receptores para esta hormona. A ligação da glicagina 
aos seus receptores induz a activação da cíclase do adenilato que leva ao aumento da concentração de 
AMP cíclico no citoplasma do hepatócito. O AMP cíclico activa a PKA (enzima.alvo + ATP → 
enzima.alvo-P + ADP) que é uma cínase capaz de catalisar a fosforilação de muitos proteídos. Dentre 
estes são de destacar a cínase da fosforílase, a síntase do glicogénio, a fosfátase-1 de proteínas e o 
inibidor-1. A fosforilação destes proteídos leva à estimulação da glicogenólise e à libertação de 
glicose para o sangue. 
25- A fosforilação da cínase da fosforílase activa esta enzima; a actividade catalítica da cínase da 
fosforílase leva à fosforilação da fosforílase do glicogénio e da síntase do glicogénio e, 
consequentemente, à activação da fosforílase e à inactivação da síntase. A fosfátase-1 catalisa a 
hidrólise dos resíduos fosfato ligados nestas três enzimas mas a sua fosforilação pela PKA inactiva-a. 
Para esta inactivação também contribui a fosforilação do inibidor-1 que fosforilado funciona como 
inibidor da fosfátase-1. Assim, da activação da PKA pelo AMP cíclico resultam a activação da 
cínase da fosforílase, da fosforílase do glicogénio e do inibidor-1 e a inactivação da síntase do 
glicogénio e da fosfátase-1. 
Aulas de grupo 2001-02; Rui Fontes 
Página 5 de 5 
26- Quando a glicemia é elevada ocorre acumulação de glicogénio no fígado. A própria glicose estimula 
a fosfátase-1 na sua acção inactivadora sobre a fosforílase do glicogénio. O mecanismo de activação 
envolve a ligação da glicose à fosforílase do glicogénio modificando a sua conformação de tal forma 
que os resíduos fosfato a ela ligados ficam acessíveis à acção hidrolítica da fosfátase-1. A glicemia 
elevada estimula as células β dos ilhéus pancreáticos a produzir insulina. As acções da insulina são 
opostas às da glicagina e envolvem a diminuição da concentração do AMP cíclico e a activação da 
fosfátase-1. 
27- A glicogenólise muscular é estimulada durante o trabalho muscular mas, preparando este trabalho, 
pode também ter lugar por acção da adrenalina, uma hormona produzida na medula da glândula 
supra-renal. Os receptores adrenérgicos β que existem no músculo quando estimulados pela 
adrenalina levam a uma cascata de reacções em tudo semelhante à discutida para o caso da acção da 
glicagina no fígado. 
28- Na origem da contracção muscular está um estímulo nervoso que induz aumento na concentração 
citosólica do ião cálcio. Este aumento leva à contracção muscular mas também à estimulação directa 
da cínase da fosforílase com a consequente estimulação da glicogenólise e inibição da glicogénese. O 
trabalho muscular pode levar à diminuição da concentração de ATP e leva ao aumento do AMP; o 
AMP é um activador alostérico da fosforílase do glicogénio muscular podendo estimular a forma 
desfosforilada da fosforílase muscular que é activa na sua presença.