506995 metabolismo de carboidratos

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METABOLISMO
DE
CARBOIDRATOS
METABOLISMO
DE
CARBOIDRATOS
Departamento de QuímicaDepartamento de Química -- Curso Química TecnológicaCurso Química Tecnológica -- BioquímicaBioquímica
METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
A glicose no metabolismo animal e vegetal
O
C H 2O H
O H O H
O H
O H
•Molécula precursora de vários intermediários biossintéticos.
( na E. coli os carbonos de todas as moléculas provém da glicose).
•Ocupa posição central no metabolismo anima e vegetal rica em
ENERGIA POTENCIAL – BOM COMBUSTÍVEL
•Pode ser armazenada na forma de polímeros.
GLICOSE
Polímeros – garantem
manutenção da osmolaridade
intracelular mantendo mesmo
potencial energético
Fornece ATP e
intermediários
metabólicos
Fornece NADPH e
ribose 5-fosfato (para
ácidos nucleicos)
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
As vias metabólicas da glicose
GLICOGÊNIO
GLICOSE -6-FOSFATOGLICOSE
GlicogenoseGlicogênese
ANABOLISMO CATABOLISMO
liberação
de
energia
armazenamento
de
energia
PIRUVATO
Glicólise
Gliconeogênese
liberação
de
energia
CO2 + acetila
lactato
CO2 + etanol
CO2
Fermentação -
Músculo (hipoxia)
retina
Fermentação – vegetais e MO.
Via do ácido cítrico
Vias posteriores
à glicólise que
garantem
máximo
aproveitamento
da energia da
glicose.
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
Fontes de glicose
Organismos que não tem acesso à glicose externa
FOTOSSINTÉTICOS NÃO FOTOSSINTÉTICOS
CO2 Ex: fungos
trioses Trioses e/ou tetroses
Gliconeogênese
GLICOSE
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Fontes de glicose
ALIMENTAÇÃO
Glicogênio
Organismos que tem acesso à glicose externa
Amido oligossacarídeos Maltose
Maltotriose
dextrinas
Glicose
Enzimas do
epitélio
intestinal
e/ou outros
intermediários da
via glicolítica*
Dissacarídeos
Maltose
Maltotriose
dextrinas
Enzimas do
epitélio
intestinal
Amilases
salivres Amilasespancreáticas Transporte ativo
para dentro das
células epiteliais
Corrente sanguinea
Tecidos
Via glicolítica
Monossacarídeos Frutose*, manose, galactose
Lactose = glicose + galactose
Sacarose = glicose + frutose
Trealose = glicose + glicose
Maltose = glicose + glicose
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
Via glicolítica
10 passos
(5 = fase preparatória /
5= fase de pagamento)
210 passos
(5 = fase preparatória /
5= fase de pagamento)
Resultado líquido
LIERAÇÃO DE ENERGIA
Conservada na forma de ATP e NADH
Esta é a via na qual ocorre o maior fluxo de carbono
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
Via glicolítica
FASE PREPRATÓRIA FASE PAGADORA
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
Via glicolítica – considerações gerais
•Na fase preparatória é investida energia, aumentando o conteúdo energético dos
intermediários, que chegam à um produto comum (gliceraldeído-3-fosfato). Na fase de
pagamento a energia liberada supera a que foi consumida.
•É uma via altamente controlada.
•Atende necessidades do organismo em condições variáveis.
•Há 3 etapas irreversíveis.
•determinam a irrevesibilidade desta via.
•Todos os 9 intermediários são fosforilados:
•Não efluem das células (membranas não possuem transportadores para açúcares
fosforilados)
•A célula não gasta energia para reter os metabólitos em seu interior.
•Grupos fosfato conservam energia metabólica.
•Na forma de éster difosfato.
•Grupos fosfatos são essenciais para ligações nos sítios ativos das enzimas.
•Tais ligações diminuem a energia de ativação, aumentando a especificidades destas.
•Grupos fosfato formam complexo com Mg+, ativando, desta forma o sítio ativo da
enzima.
•Na fase preparatória é investida energia, aumentando o conteúdo energético dos
intermediários, que chegam à um produto comum (gliceraldeído-3-fosfato). Na fase de
pagamento a energia liberada supera a que foi consumida.
•É uma via altamente controlada.
•Atende necessidades do organismo em condições variáveis.
•Há 3 etapas irreversíveis.
•determinam a irrevesibilidade desta via.
•Todos os 9 intermediários são fosforilados:
•Não efluem das células (membranas não possuem transportadores para açúcares
fosforilados)
•A célula não gasta energia para reter os metabólitos em seu interior.
•Grupos fosfato conservam energia metabólica.
•Na forma de éster difosfato.
•Grupos fosfatos são essenciais para ligações nos sítios ativos das enzimas.
•Tais ligações diminuem a energia de ativação, aumentando a especificidades destas.
•Grupos fosfato formam complexo com Mg+, ativando, desta forma o sítio ativo da
enzima.
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
Via glicolítica – estudo dos passos
1º Fosforilação: “glicose-6-fosfato”
HEXOQUINASE
Enzima citosólica
solúvel presente
em todos os
tecidos
•Quinase = toda enzima que cataliza
transferência do grupo fosforil terminal do ATP
para substrato nucleofílico (é uma transferase).
•O verdadeiro substrato da enzima não é o ATP4-
, mas sim o complexo [Mg:ATP]2- (O Mg2+ atenua
a carga negativa do ATP tornando-o suscetível
ao ataque do OH da glicose.
•A hexoquinase não é específica da glicose.
Pode atuar sobre outras hexoses.
HEXOQUINASE
Enzima citosólica
solúvel presente
em todos os
tecidos
•Quinase = toda enzima que cataliza
transferência do grupo fosforil terminal do ATP
para substrato nucleofílico (é uma transferase).
•O verdadeiro substrato da enzima não é o ATP4-
, mas sim o complexo [Mg:ATP]2- (O Mg2+ atenua
a carga negativa do ATP tornando-o suscetível
ao ataque do OH da glicose.
•A hexoquinase não é específica da glicose.
Pode atuar sobre outras hexoses.
ATP 4-
Mg2+
[Mg:ATP] 2-
Gli
[Mg:ATP] 2-Gli
Após a ligação da Gli. A enzima
muda sua conformação,
aproximando as moléculas dos
seus substratos no seu interior,
protegendo o sítio nucleofílico
do ataque da água.
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
2º Isomerisação: “frutose-6-fosfato”
Via glicolítica – estudo dos passos
MECANISMO
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
3º Fosforilação: “frutose-1,6-bi-fosfato”
Principal ponto de
regulação da via da
glicólise
Via glicolítica – estudo dos passos
Enzima reguladora
PFK-1
Atividade:
Há ATP suficiente na célula.
Há, na célula,
outros combustíveis celulares (ác. Graxo) cuja [ ] está aumentada.
Atividade:
[ ATP ] diminui na célula.
[ADP ] ou [AMP] determina excesso.
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
4º Clivagem: “cetona/aldeído”
Via glicolítica – estudo dos passos
Classe I
Animais
plantas
Classe II
Fungos e
bactérias
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
Mecanismo
de
Clivagem
4º Clivagem: “cetona/aldeído”
Via glicolítica – estudo dos passos
Mecanismo
de
Clivagem
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
Via glicolítica – estudo dos passos
5º Isomerização: “cetona aldeído”
Ocorre via
mecanismo
semelhante ao do
passo 2.
C
C
H O
H
O
2-O3POH2C
H
B:
C
C
O
H
OH
2-O3POH2C
HH+
H B
C
CH
O
H
OH
2-O3POH2C
H+
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
6º Oxidação – “1,3-bifosfoglicerato”
Via glicolítica – estudo dos passos
ACILFOSFATO= anidrido de
ác. Fosfórico e ác. carboxílico
O H aldeídico abandona a
molécula como hidreto,
que é capturado pelo NAD+
Fase conservadora de energia – mol. Incorpora fosfato inorgânico que será, em etapas
posteriores, fornecido para promover a formação de ATP.
Nesta etapa, a ligação entre substrato e enzima é covalente ( via grupo SH de resíduo de
cisteína). Se o grupo SH não estiver disponível, a enzima estará inativada – (ex: Hg+ inibe
irreversivelmente a enzima ao ligar-se à SH da cisteína).
O H aldeídico abandona a
molécula como hidreto,
que é capturado pelo NAD+
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
6º Oxidação – “1,3-bifosfoglicerato”
Via glicolítica – estudo dos passos
Mecanismo
da
Oxidação
Mecanismo
da
Oxidação
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Via glicolítica – estudo dos passos
7º Transferência de fosfato: “Formação ATP”
•As etapas 6 e 7 juntas constituem o processo
acoplado de transferência de energia.
Passo 6 = reação endergônica
Passo 7 = Reação exergônica
Somadas = saldo exergônico
• Se passos 6 e 7 forem somados, observa-se
que a [1,3-bifosfatogliceraldeído] será pequena
no processo global (um passo produz e o outro
consome)
•As etapas 6 e 7 juntas constituem o processo
acoplado de transferência de energia.
Passo 6 = reação endergônica
Passo 7 = Reação exergônica
Somadas = saldo exergônico
• Se passos 6 e 7 forem somados, observa-se
que a [1,3-bifosfatogliceraldeído] será pequena
no processo global (um passo produz e o outro
consome)
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8º Formação do 2-fosfoglicerato
Via glicolítica – estudo dos passos
•É uma reação de isomerização.
•A enzima apresenta, no sítio ativo, um
resíduo de histidina fosforilado. O grupo
fosforila da enzima é cedido ao C-2 do
substrato e, o posteriormente, a enzima se
regenera, capturando o grupo fosforila
presente em C-3 do subsrato.
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
Via glicolítica – estudo dos passos
9º Desidratação do 2-fosfoglicerato: Formação fosfoenolpiruvato
Composto com alto potencial de
transferência de fosforila.
10º Transferência de fosfato: “Formação ATP” A tranferência do grupo fosforil
libera a forma enólica, que em
pH 7, tautomeriza para a forma
ceto.
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOSMETABOLISMO DE CARBOIDRATOS Profa. Esther Ma F Lucas
Regulação da via glicolítica
O fluxo de glicose através da via glicolítica deve ser ajustado de modo a garantir [ATP]
intraceluar constante, em qualquer condição fisiológica.
Interação complexa entre consumo de ATP e reoxidação do NADH
(essencial para o passo 6 - Se o NADH não for reoxidado a glicólise
é paralisada).
Regulação alostérica de enzimas (hexoquinase – passo 1,
fosfofrutoquinase – passo 3, piruvato quinase – passo 10 /os passos
irreversíveis)
[ ] dos intermediários da via.
Hormonal ( glucagon, epinefrina, insulina).
Expressão de genes que codificam enzimas da via.
Mecanismos
de regulação
da via
Interação complexa entre consumo de ATP e reoxidação do NADH
(essencial para o passo 6 - Se o NADH não for reoxidado a glicólise
é paralisada).
Regulação alostérica de enzimas (hexoquinase – passo 1,
fosfofrutoquinase – passo 3, piruvato quinase – passo 10 /os passos
irreversíveis)
[ ] dos intermediários da via.
Hormonal ( glucagon, epinefrina, insulina).
Expressão de genes que codificam enzimas da via.
Mecanismos
de regulação
da via
Curiosidade: Células cancerosas são menos irrigadas, sofrem hipóxia frequentemente.
Dependem da via glicolítica anaeróbia para produção de ATP. Os tumores tem maior velocidade
de metabolismo da glicose.
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Entrada de outros metabólitos na via glicolítica
detalhes
INTESTINO
Fígado
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Destinos do piruvato
Fermentação Láctica
Fermentação Alcoólica
Determina o aproveitamento energético total desta
molécula - cerca de 30 - 32 ATP por mol. De glicose.
Permitem regeneração do NAD+ em
condições anaeróbicas.
Não ocorre produção de ATP adicional à via
glicolítica.
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Fermentação Láctica
Destinos do piruvato
•Ocorre nos músculos em condição de hipoxia e em tecidos específicos,
mesmo em presença de Oxigênio (córnea).
•Esta reação requer pH=7 (acúmulo de lactato paralisa a fermentação e,
consequentemente, a glicólise – atleta só mantém veloc. Máxima por 1 min.)
•Está fortemente favorecida no sentido dos produtos (muito exergônica)
•Regenera os 2 NAD+ consumidos na glicólise (para cada molécula de glicose).
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Destinos do piruvato
Fermentação Alcoólica
Exclusiva de MO Presente no homem –
metabolismo do álcool
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Destinos do piruvato
Formação de novas moléculas de glicose - GLICONEOGÊNESE
Há tecidos, para os quais a glicose é a única fonte de energia
Ex:
neurônios – cérebro = sozinho, consome 120mg/dia de glicose. – Representa mais da metade
de glicose que pode ser armazenada pelo glicogênio.
Se o glicogênio esgota, o organismo precisa sintetiar a glicose à
partir do piruvado ou de outro composto com 3 ou 4 átomos de
carbono.
A gliconeogênese ocorre em todos os seres vivos, envolvendo as mesmas reações
mas, sob. Contextos metabólicos e regulações diferentes.
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GLICONEOGÊNESE
Precursores nos animais:
lactato
piruvato
glicerol
aminoácidos
Orgãos nos quais ocorre:
fígado
cortex renal
Precursores nos animais:
lactato
piruvato
glicerol
aminoácidos
Via com 10 passos ( 7 são os mesmos da glicólise: os passos irreversíveis
da glicólise, na gliconeogênese terão enzimas específicas).