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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. 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
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