Glicólise e sua regulação atualizado

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Carboidratos 
Alimentares
Glicose Glicose-6-fosfato
Glicose-1-fosfatoGlicogênio
Glicólise(via Embdeneyerhof)
Ácido Pirúvico
Ciclo de Krebs
Cadeia respiratória
Produção de CO2
e H 2O e 
ENERGIA (ATP)
Glicose Glicogênio= Glicogenossíntese
Glicogênio Glicose = Glicogenólise
Metabolismo de Carboidratos
Via Glicolítica
 Quebra
 Controlada
 Duas fases:
 Preparação: coleta de hexoses até GAP
 Investimento
 divisão
 Pagamento
1ª Enzima - Hexocinase
Esta enzima, presente em todas as nossas células, apresenta diferentes isoformas no nosso organismo e é o
primeiro ponto de regulação da glicólise. De uma maneira geral, independentemente da isoforma considerada, a
sua massa é de cerca de 100kDa. É uma enzima que estruturalmente pode ser dividida em duas metades com
bastante homologia, a metade N-terminal e a metade C-terminal. Devido a esta característica, pensa-se que o
gene desta enzima possa ter surgido por duplicação de um gene ancestral. A estrutura 3D da hexocinase pode
ser comparada à concha de um bivalve...
Existem 4 isoformas principais da hexocinase (I-IV), sendo que a quarta pode também ser designada
por glucocinase (ou hexocinase D), e é encontrada essencialmente no fígado. A glucocinase apresenta
propriedades cinéticas e regulatórias significativamente diferentes das restantes isoformas. As hexocinases I-III
possuem uma afinidade muito elevada para a glucose (Km para a glucose é de cerca de 0,1mM), sendo que para
valores normais de concentração de glucose (4-5mM) a enzima encontra-se saturada com substrato. Isto é, a
quantidade de substrato disponível é suficiente para que a enzima possa funcionar à sua velocidade máxima. Por
outro lado, a glucocinase apresenta um Km muito superior (10mM), o que significa que em condições normais a
enzima está longe da saturação com substrato. Podem estar neste momento a perguntar: "Qual é o interesse
desta situação? Era muito mais vantajoso ter uma enzima a funcionar à sua velocidade máxima!" A resposta a
essa questão é muito simples... A função da glucocinase é de produzir glucose-6-P que depois será
principalmente desviada para a síntese de glicogénio hepático. Ora, só faz sentido nós sintetizarmos glicogénio
quando temos muita disponibilidade de glucose. Portanto, a glucocinase só vai começar a funcionar a uma
velocidade superior se existir um aumento da disponibilidade do substrato. Por outras palavras, ao contrário do
que acontece com as restantes hexocinases, quando mais elevada for a concentração de glucose maior
a velocidade de actuação da glucocinase.
O principal substrato da hexocinase é a D-glucose, mas também pode usar como substrato outras
hexoses, como é o caso da D-frutose e D-manose. No entanto, o valor de Km para esses substratos é superior,
ou seja, a enzima pode utilizá-los mas apresenta menos afinidade para os mesmos. Esta situação ocorre
principalmente paras as hexocinase I-III, sendo que a glucocinase é mais específica para a glucose.
O mecanismo de actuação da hexocinase é designado por Random Bi Bi, no qual a enzima forma um
complexo ternário com a glucose e com o Mg2+-ATP, antes da reacção ocorrer. Efectua uma catálise por efeito de
proximidade.
2ª Enzima - Fosfohexose isomerase
Esta enzima apresenta uma actividade
extremamente dependente do pH, o que sugere
um mecanismo de actuação envolvendo cadeias
laterais carregadas de aminoácidos no seu centro
activo. De facto, a presença de um glutamato e de
uma lisina no centro activo da fosfohexose
isomerase é indispensável para a actividade
catalítica da mesma. Esta enzima é altamente
esteroespecífica.
3ª Enzima - Fosfofrutocinase-1 (PFK-1)
A PFK-1 é a segunda enzima regulatória da glicólise, sendo o seu principal ponto
de regulação. Apresenta uma certa analogia com a hexocinase, pois a reacção que
catalisa é idêntica à primeira reacção da glicólise. A nível estrutural, apresenta-se
como um homotetrâmero.
Existe uma outra PFK, a PFK-2, que não actua directamente na glicólise, mas é
fundamental para a sua regulação, pois controla os níveis de frutose-2,6-bisfosfato,
um importante activador da PFK-1
4ª Enzima - Aldolase
Esta enzima é altamente
esteroespecífica. Apresenta 3 
diferentes isoformas (A, B e C), 
cuja expressão varia durante o 
desenvolvimento do organismo. 
A principal isoforma nos
humanos é a A.
Na glicólise, a aldolase catalisa
uma reacção designada por
retro-condensação aldólica. 
Existem 2 resíduos de 
aminoácidos indispensáveis
para a actuação da enzima, 
uma lisina e uma cisteína. 
6ª Enzima - Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase
Esta enzima, muitas vezes abreviada de GAPDH, apresenta-se sob a
forma de um tetrâmero. Cada subunidade possui cerca de 35,9kDa
(331 aminoácidos) e apresenta como cofactor uma molécula de
NAD+. As subunidades são designadas por O, P, Q e R e são
independentes umas das outras. Ou seja, cada subunidade catalisa a
sua reacção sem a intervenção das restantes. Tal como descrito no
post sobre as reacções da fase payoff, a reacção que esta enzima
catalisa é dupla, envolvendo uma oxidação e uma adição de um
grupo fosfato. É uma enzima que pode ser afectada pela presença de
arsénio no nosso organismo, levando a que o rendimento da glicólise
passe a ser nulo. O seu mecanismo de actuação envolve
simultaneamente uma catálise covalente e ácido-base. Para tal, é
indispensável a participação da cisteína 149 e da histidina 176 para
os dois tipos de catálise, resectivamente. O substrato liga-se
covalentemente à cisteína, formando um hemitioacetal. A nível
laboratorial esta enzima é amplamente utilizada (eu também a
utilizo...) como um controlo positivo em técnicas como immunoblotting
ou RT-PCR, pois de uma maneira geral a sua expressão é constante
em quase todos os tipos celulares. Por isso, é possível determinar
alterações na expressão de determinado gene ou na presença de
determinadaproteína, comparando-acom os níveis de GAPDH.
Esta enzima necessita de Mg2+ para 
efectuar a sua actividade catalítica. O 
nome da enzima deriva da reacção no 
sentido reverso, que ocorre durante a 
fixação fotossintética de CO2. É a 
responsável pela produção das primeiras 
moléculas de ATP na glicólise. A sua 
sequência de aminoácidos apresenta-se 
extremamente conservada em diferentes 
organismos. A enzima é monomérica, 
composta por dois domínios de tamanhos 
equivalentes, que corresponde às metades 
N- e C-terminal. O substrato (1,3-
bisfosfoglicerato) liga-se à primeira 
metade, enquanto que o ADP se liga à 
segunda. Apresenta um mecanismo de 
cinética sequencial, em que a catálise de 
dá por efeitos de proximidade.
7ª Enzima - Fosfoglicerato cinase
A fosfoglicerato mutase é dimérica, sendo 
que cada uma das suas subunidades tem 
cerca de 32kDa. Conforme o nome indica, 
esta enzima é uma mutase, ou seja, catalisa 
a transferência de grupos fosforilo dentro de 
uma molécula. Por outras palavras, muda os 
grupos fosforilo de posição. Na realidade, a 
enzima encontra-se fosforilada (é uma 
fosfoenzima), e vai ceder o seu grupo 
fosforilo ao carbono 2 do substrato, 
originando um intermediário com 2 grupos 
fosforilo (2,3-bisfosfoglicerato). 
8ª Enzima - Fosfoglicerato mutase
Só depois desse passo ocorrer é que o grupo fosforilo que se encontrava inicialmente no 
substrato (na posição 3) é removido, regenerando a forma inicial (fosforilada) da enzima. A 
fosfoglicerato mutase possui 3 diferentes isoformas (isozimas, ou isoenzimas), sendo que 
uma delas é predominantemente encontrada no músculo cardíaco, outra no músculo 
esquelético e a terceira nos restantes tecidos.
Os 2 ions Mg2+ necessários para a atividade catalítica são fundamentais na neutralizaçãode cargas
negativas. Esta enzima apresenta um pH óptimo de cerca de 6,5, e pode ser também designada por
fosfopiruvato desidratase. Foi incialmente descoberta em 1934, pelos investigadores Lohmann e
Meyerhof. Tal como aconteceu com a enzima anterior, a enolase também possui 3 isoformas diferentes,
sendo que uma é predominantemente encontrada no tecido muscular, outra nos neurónios e outra nas
restantes partes do organismo.
A enolase é inibida pelo ião fluoreto, sendo que este facto é explorado, por exemplo, quando se fazem
colheitas de sangue para análise. Nesse caso, quando é importante inibir a glicólise (para manter a
concentração de glucose sanguínea inalterada), o sangue pode ser recolhido em tubos que contêm
fluoreto.
9ª Enzima - Enolase
A enolase é uma metaloenzima
dimérica, sendo que cada
subunidade possui cerca de 40-
50kDa. Essas subunidades
apresentam uma orientação
antiparalela, interatuando uma com a
outra através de 2 pontes salinas,
envolvendo uma arginina e um
glutamato cada. O domínio N-
terminal das subunidades possui 3
alfa-hélices e 4 folhas beta. O
domínio C-terminal possui 2 folhas
beta e 2 alfa-hélices, sendo que
termina com um barril composto por
folhas beta e alfa-hélices alternadas.
Esta enzima é responsável pela
segunda produção de ATP na
glicólise e é a terceira enzima
regulatória dessa via metabólica.
Necessita de 2 iões metálicos
para funcionar: K+ e Mg2+ (ou
Mn2+). Apresenta 4 diferentes
isoformas, uma
predominantemente localizada no
fígado, outra nos glóbulos
vermelhos, outra no músculo
esquelético e cardíaco e cérebro e
a última é essencialmente
encontrada em tecidos fetais. É
uma enzima tetramérica, sendo
que cada subunidade apresenta
cerca de 500 aminoácidos.
10ª Enzima - Piruvato cinase
Investimento.
Divisão.
Pagamento
Respiração e fermentação
Via aeróbica
 Piruvato acetil-CoA 
CO2 e ATP
Via anaeróbica
 Fermentação alcoólica
 Fermentação lática
Inibidores
 2-deoxi-glicose
 Reagentes sulfidrila (Hg)
 Gap-DH
 Fluoreto: 
 Enolase
 Arsenato
Estratégias regulatórias para o 
metabolismo da glicose
 1 – Regulação da transcrição da enzima
= [E]t
 2 - Isozimes: Hexokinase e Glucokinase
 3 – Modulação alostérica
 4 – Modulação Covalente
 5 - proteólise
06.4.5 26
Regulação da Glicólise
 Nas reações consideradas irreversíveis no 
sentido da glicólise: 3 reações mais
exergônicas
 PFK (ou PFK-1): reação de etapa limitante.
Regulação da glicólise
 Hexoquinase: inibida pelo produto
 Glicoquinase: não inibida pelo produto
Figure 2. Regulation of glucokinase and hexokinase
Glucose-6-phosphate
Hexokinase
ADP
ATP
Hexose
e.g.,glucose, 
fructose, galactose
induced by
Insulin in liver
Feedback inhibition 
by glucose-6-P
Glucose
(liver; pancreas)
Glucokinase
Fosfofrutocinase (PFK-1)
 Perpetua a glicólise
 Efetores alostéricos
 (-) ATP, Citrato, H+ (pH ácido);
 (+) AMP, Frutose 2, 6 difosfato, Pi
 ATP, AMP e Pi = estado de energia;
 Ambiente interno (pH)
 Citrato é sinal de combustíveis alternativos.
 Frutose 2,6 difosfato (razão insulina 
/glucacon
Teorema do croosover
 Efeito Paster (sobre a PFK-1)
 Anaeróbico:  velocidade da glicólise (20x)
 Aeróbico: inibição da via glicolítica pela presença 
do O2.
 [ATP]  inibi a glicólise? Não no nível esperado; pois 
[ATP] no músculo cardíaco c/ e s/ O2 é de 4,7 e 5,6 
mol/g.
  [ATP], [ADP] e [Pi] = cte Reação: 2ADP  ATP + 
AMP (nucleosídeo monofosfato)
 Keq = [ATP][AMP]/[ADP]
2 ; [AMP]=keq[ADP]
2/[ATP];
 Pequeno aumento do ATP leva a mais significativa 
diminuição do AMP (desativando a enzima)..
 AMP excelente sinal estado de energia celular para PFK-1
Efeito do pH
 Diminuição da fermentação  o pH (menor 
[H+]).
 Retirando a inibição por H+ da PFK-1
 Então na presença de O2 a velocidade da 
glicólise também aumente.
 Lactato é exportado (antiporte) com OH- e 
(simporte) com H+.
 Modo de aumentar a velocidade da glicólise
Papel da frutose 2, 6 difosfatos
(Fru2,6P2) na regulação da PFK-1
 PFK-2 (Fosfofrutocinase-2)
 Fru-6P + ATP -> Fru2,6P2 + ADP
 PFK-2 ativado alostericamente por Fru-6P
 Fru-6P alta concentração durante a alimentação
 PFK-2 enzima ativa = defosforilada
 Insulina induz a fosfatase
 Glucagon (cAMP) activa Cinase para inativar
 PFK-2 ativa =>  [F2,6P2] => ativa PFK-1 
=> glicólise velocidade.
Enzima bifuncional: tem PFK-2 e frutose 
difosfato fosfatase-2 (FBPase) na mesma 
estrutura.
De-fosforilada:
ativa PFK-2 e inibi a FBPase
Fosforilada:
inibi a PFK-2 e ativa a 
FBPase
Piruvato cinase (PyrK)
Indução de síntese
 PyrK e glicocinase: síntese induzida por 
alta concentração de insulina e portanto 
de carboidratos.
 Portanto, quando aumenta glucagon
ocorre degradação desta enzimas.
Inibidores da glicólise
 2-deoxi-glicose: inibidor competitivo da 
hexocinase. O produto não é usado na 
próxima reação.
 Metais pesados e alquilantes reagem com 
o grupamento SH do sítio ativo da GAPDH.
 Fluoreto inibe a enolase: formação de 
complexo iônico com Mg2+ e Pi que inbi o 
sítio de ligação do substrato: Mg2+ e 2-PG
 Arsenato: imita Pi (na reação da GAPDH) e 
o substitui formando um intermediário 
instável. Líquida glicólise so produz 2ATPs. 
 Arsenato também reage com cofator ácido 
lipóico (inibe irreversívelmente PDH, e 
outras
 Arsenato também reage com cofator 
ácido lipóico (inibe irreversívelmente 
PDH, e outras
Caso especial: oxidação 
alcoólica
 Álcool desidrogenase (citossolica)
 Etanol + NAD+  acetaldeido + NADH + H+
 Acetaldeido desidrogenase
 Acetaldeido + NAD+  ácido acético + NADH + H+
 Capacidade de oxidar etanol ligada às lançadeiras.
Vai ser consumido nas 
lançadeiras mitocondriais 
apenas.
Atravessa a MIM
Formação de glucoronideos
 UDP-glucorônico usado para conjugar com 
compostos a serem eliminados, tais como 
medicamentos, bilirrubina; pois formam 
compostos solúveis.
 UDP-glucorônico + R-OH  R-O-glucorônico + UDP.
 UDP-glicose + 2 NAD+ + H2O  UDP-
glucorônico + NADH + H+
 Misturar álcool e drogas  produção de NADH 
acima da capacidade das lançadeiras
 Barbituricos x alcoólatras.
 Ambos efeito sobre o SNC
 Morte certa!
 Etanol inibe a degradação do barbitúrico pois 
inibe a hidroxilação deste em sistema 
específico de transporte de elétrons que 
utiliza NADPH. Prolonga a estadia do 
barbitúrico.
 O alcoólatra sóbrio menos sensível ao 
Barbitúrico. O etanol deixa o SNC insensível e 
aumenta a cadeia de transporte de elétrons 
que utiliza NADPH.