Glicólise: Metabolismo de Carboidratos

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Aula de Bioquímica Avançada
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
 Fornece esqueleto de C para grande número de metabólitos
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
 Envolve 10 reações enzimáticas
 Citoplasma
 11 metabólitos
 Dividida em 2 Fases
1) Fase preparatória
- Aprisionamento e desestabilização 
da glicose
- Investimento de 2 moléculas de ATP
2) Fase de Extração - Pagamento
- Produção de 2 moléculas de ATP e 2 
moléculas de NADH
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: Fase 1
 Aprisionamento de Glicose
 HEXOQUINASE (n1) no músculo e GLICOQUINASE (n1) no fígado
 O grupo Pi desloca o equilíbrio para sequestro 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
 A mudança conformacional na enzima: induced fit
Glicólise: Fase 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: Fase 1
 Isomerização da G-6P em F-6P: Aldose para Cetose
- Envolve a abertura do ciclo hexagonal
- Isomerização
- Fechamento do Ciclo pentagonal
Glicólise: Fase 1
 Formação de Frutose-1,6-Bisfosfato
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: Fase 1
 Quebra de 1 carboidrato de 6 Carbonos em 2 de 3 Carbonos
ALDOLASE (n4)
 Envolve a abertura do anel
 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: Fase 1
ALDOLASE (n4)
Classe II: bactérias e fungos 
 mecanismo envolve Zn2+
Classe I: animais e vegetais 
 Mecanismo envolve uma 
base de Shiff
Glicólise: Fase 1
 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: Fase 1
 Reaproveitamento da DAHP em GAP
 A TRIOSE FOSFATO ISOMERASE – TIM (n5)  Converte DAHP em GAP
Envolve Catálise ácido-base
TIM Barrel
Balanço Parcial Fase 1
 Entrou uma molécula de Glicose: 6C
Consumo de 2 ATPs para a fosforilação da Glicose
 Saíram 2 moléculas de GAP  3C fosforilado
Glicólise: Fase 2
Estágio 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  Acil-fosfato
- Formação do primeiro intermediário de alta energia
- Reação exergônica em condições fisiológicas  ↑ [GAP] e consumo do 1,3-BPG
Glicólise: Fase 2
Estágio 1 do PAGAMENTO
 Reação ocorre em 
duas etapas
1) A GAP é oxidado 
pelo NAD+ 
2) Fosforilação
GLICERALDEÍDO 3-FOSFATO 
DESIDROGENASE (n6)
Glicólise: Fase 2
Estágio 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
- Acoplada termodinamicamente com a reação da 
GAPDH  guia o processo
Glicólise: Fase 2
Estágio 1 do PAGAMENTO
Balanço parcial Fase 2
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: Fase 2
Estágio 2 do PAGAMENTO
 2x 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
FOSFOGLICERATO MUTASE (n8)
- Rearranjo do grupo Pi  Isomerização
Essa reação é uma preparação para a próxima etapa da via
Glicólise: Fase 2
Estágio 2 do PAGAMENTO
FOSFOGLICERATO MUTASE (n8)
- Rearranjo do grupo Pi  Isomerização
- Reação dependente de Mg2+
- Reação reversível controlada pela [substrato/produto]
- 2,3-BPG é o intermediário
O efetor da 
hemoglobina! 
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: Fase 2
Estágio 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
- Reação dependente de K+ e Mg2+ ou Mn2+
O Piruvato é mais estável do que o PEP
Apresenta Ressonância
Glicólise: Fase 2
Estágio 2 do PAGAMENTO
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 (oxidação completa no ciclo de Krebs) do piruvato permite extrair 15x 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: oxidação do 
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,
champanhe)
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  Ciclo de Cori
Outras Hexoses na Glicose
- Dissacarídeos 
Lactose, Trealose e 
Sacarose 
 Frutose, Manose e 
Galactose são 
substratos para a 
Glicólise
 A glicose não é a 
única Hexose que 
entra na Glicólise
Outras Hexoses na Glicose
Galactose é convertida em Glicose por 4 passos enzimáticos
Outras Hexoses na Glicose
Lactose
 Metabolizada lactato liberando a 
CH4 e H2 por bactérias intestinais 
anaeróbicas  Flatulência
 Lactato provoca diarréia por 
questão osmótica
 Câimbras abdominais
Intolerância à Lactose
- Alguns adultos não produzem a Lactase
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 e Glicoquinase (isoenzimas muscular e hepática respectivamente)  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 regulação 
- 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]/[ADP]  Ativada  baixo teor energético
Alta [H+]  Inibida  sinaliza presença de Lactato
Regulação da Glicólise: Músculo
[Alanina]
- Sintetizada a 
partir do Piruvato
Regulação da Glicólise: Músculo
Carga 
energética 
baixa
Estimulação 
Anterógrada
=
Retroalimentação 
positiva
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]/[ADP] de maneira similar à enzima muscular
 [H+] não tem efeito  fígado não produz lactato
 [Citrato] indica a presença de blocos de construção  inibe
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
 Frutose 2,6-Bisfosfato  ATIVADOR  formada pela FOSFOFRUTOQUINASE-2
Se existe alta [F6P], 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 (Hexoquinase IV)
 Isoenzima hepática
 Menos ativa sobre a glicose 
- Km ~50 x menor do que a 
Hexoquinase
- Fosforila glicose somente quando esta 
é farta no fígado 
- Fornece G6P para síntese de 
glicogênio.
- Não é inibida pela G6P – Sem 
retroalimentação negativa
 Regulação pela disponibilidade de 
glicose
 Inibição mediada por F6P  ativa 
sequestro nuclear – sinaliza baixa 
concentração de glicose
 ↑[Glicose] mobiliza Glicoquinase para 
o citoplasma
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
 Também sofre regulação alostérica anterógrada por F1,6-BP e inibição por ATP e Alanina
 Isoenzima L é 
sujeita a regulação 
hormonal via 
modificação covalente 
reversível via 
glucagon e insulina.
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