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APOSTILA DE BIOQUIMICA

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Carboidratos – Químicos dos carboidratos
Definição:
São hidratos de carbono
Moléculas orgânicas mais abundantes da natureza
Formadas por carbono, hidrogênio e oxigênio
Funções: São a base da nossa dieta, pois nos fornecem energia a partir de sua oxidação. Nossas reservas energéticas são a partir dos carboidratos, pois seu excedente, após a utilização de glicose necessária na formação de ATP, formará o glicogênio (principalmente no músculo esquelético e fígado). Porém, o armazenamento do glicogênio é limitado, nosso fígado armazena de 5 a 10% de seu peso em glicogênio, enquanto o músculo apenas 1%. Se ainda sobrar glicose, após a formação do ATP, e posteriormente de glicogênio, nosso corpo a transformará em triacilglicerol, para a adipogênese (formação de gordura).
Além dessas funções que são as mais importantes para a bioquímica, os carboidratos também são componentes de membrana celular, e componentes estruturais de muitos organismos.
São divididos em 3 classes:
Monossacarídeos ou açúcares simples: uma única unidade de poliidroxialdeído ou poliidroxicetona. Exemplo: glicose, galactose, manose e frutose.
Oligossacarídeos: de 2 até 19 monossacarídeos unidos através da ligação glicosídica. Os mais importantes oligossacarídeos são os dissacarídeos. Exemplo: Sacarose, maltose e lactose. Os que têm acima de dois monossacarídeos geralmente não estão livres na célula, eles se unem a proteínas, lipídios, formando os glicoconjugados.
Polissacarídeos: Acima de 20 monossacarídeos. Exemplo: Amido, glicogênio e celulose.
Monossacarídeos
Geralmente têm sabor doce
O mais simples tem 3 carbonos, mas podem ter até 7 carbonos
Entre os carbonos apenas ligações simples
Não é ramificado
Têm sempre o grupo C=O (carbonila). Se estiver na ponta da cadeia vai ser da série ALDOSE. Se estiver no segundo carbono, vai ser da série CETOSE.
Por que chamamos os monossacarídeos de unidade de POLIIDROXIALDEÍDO OU POLIIDROXICETONA? Porque POLI são muitos, HIDRÓXI é o grupo hidroxila (OH). E cetona ou aldeído é a posição onde está o grupo C=O. Então é uma cadeia de carbono, com muitos OH, que tem um grupo carbonila (C=O) que indica se é aldeído ou cetona
O gliceraldeído (que está na figura ali em cima) possui um carbono quiral que é o 2º. Quando uma molécula tem carbono quiral ela possui estereoisômeros. A quantidade de estereoisômeros depende da quantidade de carbonos quirais. A fórmula é 2n, sendo n a quantidade de carbonos quirais. Portanto, o gliceraldeído tem 2 estereoisômeros. A diidroxicetona é o único monossacarídeo que não tem carbono quiral, todos os outros vão ter.
Esses são dois isômeros de gliceraldeído. Sendo que por convenção se olha para que lado está o grupo OH do carbono quiral mais longe da carbonila, se estiver à direita é D-GLICERALDEÍDO, caso for a esquerda é L-GLICERALDEÍDO.
A maioria dos monossacarídeos na natureza está na forma D, mas também existem na forma L.
Algumas ALDOSES com mais carbonos:
Ambos têm dois carbonos quirais, o 2 e o 3
Portanto têm 4 estereoisômeros
Dois estão na figura, são mais dois, lembrando sempre da regra direita ou esquerda, lembrando que precisa olhar o carbono quiral que está mais longe da carbonila
5 Carbonos:
Nessas aldoses de 5 carbonos temos 3 carbonos quirais, portanto 8 estereoisômeros
Nunca esquecer que a determinação D ou L é pelo carbono quiral mais longe da carbonila.
6 Carbonos:
Novamente a mesma coisa, nesse caso de 6 carbonos temos 4 quirais, ou seja 16 estereoisômeros
Todas as imagens estão com a série D, pois são os mais encontrados na natureza, mas não podemos esquecer que existe a série L, onde a hidroxila estaria para o lado esquerdo no carbono quiral mais longe da carbonila.
Vamos ver agora a série da CETOSE, ou seja, a carbonila está no carbono 2
Aqui a única coisa que muda é que a carbonila não é mais no carbono 1, e sim no dois. Mas a regra da quantidade de estereoisômeros é a regra do D e L continua a mesma, ou seja, sempre o carbono quiral mais longe da carbonila é o que devemos olhar para ver se o grupo OH está a direita (D), ou a esquerda (L).
6 Carbonos
A mesma coisa, nesse caso são 3 carbonos quirais, portanto 8 estereoisômeros. A regra é a mesma
Epímeros: são monossacarídeos que são diferentes apenas na posição de UMA hidroxila.
Olhando as estruturas nós podemos dizer que a manose e a glicose são epímeros, porque entre eles apenas a hidroxila do carbono dois está mudando. A glicose e a galactose são epímeros no carbono 4, pois apenas este possui OH em posição diferente. Mas a manose com a galactose não são epímeros, pois a hidroxila do carbono 2 e 4 são diferentes.
Com essa teoria podemos dizer que sempre um monossacarídeo L vai ser epímero com sua estrutura D, porque vai variar apenas o carbono quiral mais longe da carbonila. Por exemplo, a D-manose vai ser epímero da L-manose, pois apenas o carbono 5 teria sua hidroxila trocada de lado.
Esses monossacarídeos em soluções aquosas vão formar estruturas cíclicas
Vamos ver como se fecham as ALDOSES
As ALDOSES podem se fechar formando estruturas piranosídicas ou furanosídicas. As piranosídicas são representadas pela união do Carbono 1 (C1), que é o carbono da carbonila, com a hidroxila do carbono 5. Já as furanosídicas são o carbono 1 com o carbono 4
Pode formar a estrutura α ou β, sendo que na α a hidroxila do carbono 1 está para baixo e na β a hidroxila do carbono 1 está para cima.
99% das glicoses, ou das hexoses da série aldose, no geral, estão na forma piranosídica.
Agora vamos ver como fecham os monossacarídeos da série CETOSE
As cetoses também podem fechar estruturas piranosídicas e furanosídicas. Se o carbono 2 (que é o da carbonila) se fechar com o carbono 5, teremos uma estrutura furanosídica. Se o carbono 2 se fechar com o carbono 6 teremos uma estrutura piranosídica.
Da mesma forma podemos formar α ou β, sendo que a hidroxila do carbono que tinha a carbonila (que nesse caso é o 2) estiver para cima é β, e se estiver para baixo é α, como podem ver nas imagens.
Na série aldose, a maioria estava na forma piranosídica, as da série Cetose, estão em sua maioria (99%) na forma furanosídica
O carbono que possuía a carbonila vai ser chamado de carbono anomérico nas estruturas cíclicas. Então, se era uma aldose, quando fechado, o carbono anomérico será o C1. Se era uma Cetose, o carbono anomérico será o C2
Mutarrotação é o processo pela qual, em solução aquosa, os anômeros α e β da glicose se interconvertem-se. Ou seja, quando essa glicose se fecha, ela não fica estabilizada, podendo abrir-se e fechar-se novamente com a hidroxila na posição diferente, ou seja, mudando entre α e β
Os monossacarídeos são agentes redutores, porque eles se oxidam, se transformando no ácido glicônico e reduzem o cobre ou o ferro. Mas para eles serem açúcares redutores eles precisam estar na forma aberta
DISSACARÍDEOS
Para formarmos oligossacarídeos ou polissacarídeos antes é preciso explicar a formação glicosídica que junta dois monossacarídeos.
A ligação ocorre sempre entre o carbono anomérico de um monossacarídeo, com qualquer hidroxila do outro monossacarídeo. Veja a imagem abaixo.
Então, como mostrado na imagem, quando ocorrer a ligação entre o carbono anomérico da primeira glicose com a hidroxila do carbono 4 da outra glicose ocorre a liberação de uma molécula de H2O
Lembrando que a ligação do carbono anomérico poderia ser com qualquer hidroxila do carbono de outro monossacarídeo. Menos com o carbono 5 pois ele não possui hidroxila.
Como nesse caso a ligação foi feita 1=>4, o carbono anomérico da segunda molécula ficou livre. Essa extremidade do carbono anomérico pode se abrir e fechar novamente várias vezes, sendo que cada vez que ele se fechar, pode se fechar α ou β, como já foi explicado antes.
O fato de essa extremidade poder se abrir nesse açúcar pode ser chamado de redutor, pois lembra que o monossacarídeo linear pode se oxidar, reduzindo o cobre ou o ferro? Então, essa extremidade, estando livre, esse açúcar pode ser redutor.
Porém,caso a ligação seja entre os dois carbonos anoméricos, não terá esse carbono anomérico livre em uma extremidade e, dessa forma, não pode abrir, não podendo ser redutor.
Então, para nomear essa ligação da figura acima que forma a maltose, nomearia assim:
GLC α(1->4) GLC
GLC para indicar que é glicose, o α pois a primeira glicose era α; 1->4 pois é entre o carbono anomérico 1 e a hidroxila do carbono 4, e o segundo GLC é para indicar que é com outra molécula de glicose. Na segunda parte eu não indico se é α ou β pois como a extremidade do segundo carbono anomérico está livre ela pode abrir e fechar, variando entre α e β.
Caso a ligação seja entre dois carbonos anoméricos eu teria que indicar se é α ou β dos dois lados, pois não teria extremidade do carbono anomérico livre, e ela não ficaria variando. Portanto, seria fixa, e teria que indicar se tava pra cima a hidroxila (β) ou para baixo (α).
Alguns outros exemplos de ligações
Nesse exemplo são monossacarídeos diferentes mas o mecanismo é o mesmo. Lembrando de obedecer sempre a regra que o risco da ligação fica pra cima se o grupo OH estiver para cima e para baixo se o OH estiver para baixo, como está nas figuras. Essa aqui em baixo mostrará bem. O primeiro é beta, então o risco fica para cima, ai desce para o O que está no centro, e depois desce novamente pois o OH do carbono 4 era para baixo. Sempre precisa respeitar a estrutura.
POLISSACARÍDEOS
A maioria dos carboidratos encontrados na natureza são como polissacarídeos
Para formar esses polissacarídeos é necessário vários monossacarídeos ligados através de ligação glicosídicas explicadas anteriormente. A posição da ligação, como por exemplo (1-4), (1-6), (1-1) ... entre outros muda completamente uma estrutura, além do fato dela ser α ou β. Ligações do tipo α(1-4) entre glicoses são completamente diferentes da β (1-4) entre glicoses.
A α(1-4) por exemplo, é a ligação do amido, que é a maneira do vegetal armazenar energia. Os animais são capazes de quebrar essa ligação.
Já a β(1-4) é a ligação para a formação da celulose, que dá sustentação. Não temos enzima para degradar essa ligação.
Então muitas coisas podem diferenciar polissacarídeos, entre elas:
A identidade de suas unidades monossacarídicas
Os tipos de ligação que os unem
O comprimento de suas cadeias
Grau de ramificação de suas cadeias
Portanto, além da diferença das ligações como já expliquei ali em cima, a estrutura de cada monossacarídeo, e como estão “montados” entre si diferenciam os inúmeros polissacarídeos existentes.
Nós iremos estudar os 4 mais importantes polissacarídeos e os 4 são homopolissacarídeos, que são glicogênio, amido, celulose e quitina
Amido
Apenas glicose
Forma de reserva dos vegetais
Longa cadeia apenas de glicose
Contém dois tipos de polímeros, a AMILOSE, cadeia longa de glicose, não ramificada, com ligações α(1-4), e a AMILOPECTINA, cadeia ramificada, sendo que a ligação entre as glicoses da cadeia linear é α(1-4) e nos pontos de ramificação é α(1-6), com cerca de uma ramificação a cada 24 a 30 unidades
Pequeno segmento de amilose
No ponto de ramificação, a amilopectina tem uma ligação α-1,6
Então, para formar o amido esses dois polímeros se entrelaçam (não tem ligação)
O segmento de amido assume uma forma helicoidal bem compacta, que formam os grânulos de amido de estocagem nos vegetais
Glicogênio
Mais ramificado que o amido
É a principal reserva energética dos animais
O polissacarídeo mais importante para nós na bioquímica
Maior abundância no fígado e no músculo
Formado apenas de glicose
É a mesma estrutura da amilopectina do amido, ou seja, cadeia longa de glicoses, que contém algumas partes ramificações, mas nesse caso as ramificações são a cada 8 a 12 moléculas de glicose, e não mais a cada 24 a 30.
Então o glicogênio é um polímero de glicoses unidas por meio de ligações α(1-4), e os pontos de ramificação são α(1-6), com uma ramificação a cada 8 a 12 unidades
Celulose
Encontrada na parede celular dos vegetais
Não é um polissacarídeo de reserva e sim de sustentação
É um homopolissacarídeo, formado apenas de glicose e não tem ramificações
Além de não ser ramificado a diferença dela para o amido e para o glicogênio é que a celulose possui ligações β(1-4), as quais o ser humano não tem enzimas para quebrar
Além das ligações glicosídicas β(1-4), a molécula de celulose têm muitas pontes de hidrogênio (tracinhos azuis em torno da molécula) que as tornam retas, estáveis e com muita resistência.
Essas pontes ocorrem tanto entre cadeias diferentes como entre as glicoses da própria cadeia
As hexoses são os açúcares de 6 carbonos, como a glicose, a galactose ... Podem receber alguns agrupamentos e formar derivados.
*Segundo a professora não precisa se preocupar muito com isso na prova, ela disse que só quis mostrar que existem esses derivados, e que esses derivados podem se unir entre si para formar os glicoconjugados.
**Faltou a parte final dos slides, a partir do slide 46 – Heteropolissacarídeos – Resumir do Lehninger
Bioenergética
Os organismos precisam de energia para a manutenção da vida, crescimento, reprodução... Bioenergética então descreve como esses organismos vivos capturam, transformam e usam a energia
Metabolismo: conjunto de todas as reações químicas que acontecem dentro da célula, com objetivo de produzir energia para sobrevivência e também para fazer síntese de macromoléculas. Pode ser dividido em dois tipos de reações. As anabólicas e as catabólicas.
Anabólicas: São biossintetizantes e redutivas. Partem de moléculas pequenas para a formação de macromoléculas. Ocorrem com gasto energético
Catabólicas: São degradativas e oxidativas. Partem de moléculas grandes, formando precursores. Liberam energia
Princípio geral da bioenergética: a energia liberada no catabolismo será utilizada no anabolismo
Para que isso aconteça existem moléculas que capturam a energia liberada e transportam para serem utilizadas no anabolismo. Quem faz isso são as moléculas de ATP (transportadores de fosfato), NADH, NADP, FAD (transportadores de elétrons)
Transportadores de elétrons: Essas moléculas são capazes de sofrer reações de oxi-redução de acordo com a situação metabólica da célula
NAD (Nicotinamina Adenina Dinucleotídeo)
Para fazer a síntese do NAD no organismo é preciso da vitamina B3 (ácido nicotínico)
NADP (Nicotamina Adenina Dinucleotídeo Fosfato)
Também precisa B3
FAD (Flavina Adenina Dinucleotídeo)
Precisa da vitamina B2 (riboflavina)
Também metabolizado no ciclo de Krebs
Transportadores de Fosfato
ATP = Trifosfato de adenosina
É o principal transportador de energia no metabolismo energético
Creatina fosfato é uma substância altamente energética que está presente nas fibras musculares. É produzida nos períodos de repouso por fosforilação da creatina, à custa de ATP. Essa reação é reversível e é catalisada pela enzima creatina quinase. É muito utilizada em academias, pois nos momentos de exercício essa reação se desloca no sentido de formação de ATP.
Durante a atividade muscular a reação se processa no sentido inverso, na síntese de ATP
Glicólise
Quando nos alimentamos e ingerimos os carboidratos, vai ocorrer as quebras e no fim a glicose vai estar disponível para nosso organismo
A partir dai, então, o que pode acontecer com a glicose (Tudo depende da necessidade): 
Se a mulher estiver amamentando, essa glicose pode ir para a síntese da lactose (açúcar do leite)
Pode fazer síntese de glicogênio
Pode sofrer oxidação pela via das pentoses fosfato, para a formação de pentoses presentes no DNA e RNA
Se houve excesso de glicose na célula vai para a síntese de triacilglicerol, e vai ser armazenado no tecido adiposo
Para fornecer energia vai acontecer o catabolismo da glicose – Ela é oxidada, vai liberar o piruvato (etapa chamada glicólise), que vai ser convertido em acetil-CoA (descarboxilação oxidativa), que vai entrar no ciclo de Krebs, cadeia transportadora de elétrons, fosforilação oxidativa e no final liberar 32 ATP´s.Então vamos falar sobre o catabolismo da glicose, que é a GLICÓLISE!
Pode ser definida como a sequência de 10 reações que vai liberar, a partir da glicose, duas moléculas de piruvato.
Cada reação química é catalisada por uma enzima (proteína que tem a função de aumentar a quantidade das reações químicas, e mais do que isso, se não tiver enzima, a reação não acontece (???). Por isso tem muitas doenças ligadas a falta de enzima. As enzimas precisam de cofatores também)
Acontece no citosol e libera 2 ATP e 2 NADH
É dividida em duas fases,a preparatória, que são as 5 primeiras reações, onde gastam-se duas moléculas de ATP, e a de pagamento, onde são produzidos 4 ATP, tendo “lucro” no final, de 2 ATP.
Fase preparatória da glicólise
Primeira Reação: Fosforilação da glicose
A glicose vai ser fosforilada no carbono 6, e esse fosfato que vai entrar no carbono 6 veio do ATP. Então, ai é o gasto do primeiro ATP na glicólise
A enzima que catalisa essa reação é a hexoquinase e ela necessita do cofator magnésio
Essa reação é necessária pois a glicose fosforilada é aprisionada dentro da célula. Se ela não estivesse fosforilada e tivesse uma concentração grande de glicose dentro da célula ela tenderia a sair da célula.
Segunda reação: Conversão da glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato
É chamada de isomerização
Transoforma a glicose, que é uma aldose, em uma frutose que é uma cetose
A enzima fosfohexose quinase “muda” a carbonila do carbono 1 para o carbono 2
Isso acontece para permitir que a próxima reação aconteça (que é uma fosforilação do carbono 1 que só acontece se tivevr um álcool no carbono 1)
Terceira Reação: Fosforilação da frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato
A enzima que faz essa reação, a fosfofrutoquinase, é uma enzima de regulação
A partir desse momento essa glicose (que virou frutose-1,6-bifosfato) se compromete para a glicólise. Ou seja, a partir desse momento essa molécula só pode pertencer a glicólise
Então nessa etapa vai ocorrer a inserção de outro fosfato na molécula, dessa vez no carbono 1 (Lembra que na etapa anterior teve que ser mudado a carbonila de lugar para o carbono 1 ter um álcool, para que essa fosforilação acontecesse)
Novamente esse fosfato inserido vem do ATP, então aqui é gasto o segundo ATP
Quarta Reação: Clivagem da frutose -1,6-bifosfato
Agora então essa frutose-1,6-bifosfato vai ser quebrada ao meio, porém as duas moléculas geradas não são iguais. Uma vai ser o gliceraldeído-3-fosfato, que já está pronto para a sexta reação. Já a outra molécula é a dihidroxicetona fosfato, e ela precisa ser convertida a gliceraldeído-3-fosfato, então ela passa pela quinta reação.
A enzima que faz essa reação de quebra é a aldolase.
Quinta reação: Interconversão das trioses fosfato
Aqui então a dihidroxicetona fosfato liberada antes precisa ser convertida em gliceraldeído-3-fosfato
Essa também é uma isomerização, pois vai converter um açúcar, que é uma cetose, em um que é uma aldose. Ou seja, vai mudar a carbonila do carbono 2 para o carbono 1
A enzima que catalisa essa reação é a triose fosfato isomerase
Fase de Pagamento da Glicólise
Sexta reação: Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-bifosfoglicerato
Então aqui a gente tem duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato. Uma que veio direito da quarta etapa, e outra que na quebra da quarta etapa não formou direto o gliceraldeído-3-fosfato, então teve que passar pela quinta etapa. Mas, enfim, aqui temos 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato, e tudo que acontecer daqui para frente acontece duas vezes pois temos duas moléculas
Aqui acontecem duas coisas, o gliceraldeído-3-fosfato vai ser oxidado, liberando um elétron que vai ser carregado pelo NAD+, formando NADH. A segunda coisa que acontece é a fosforilação, que vai acontecer no carbono 1, formando o 1,3-bifosfoglicerato.
A enzima que catalisa essa reação é a gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase
O fosfato que veio do fosfato inorgânico e não mais do ATP, então essa etapa não gasta ATP. A energia para essa fosforilação vem da oxidação que libera elétrons e que acontece junto nessa etapa, como já falei antes
Sétima reação: Transferência do fosfato do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP
A molécula do 1,3-bifosfoglicerato tem 2 fosfatos, um no carbono 3 e outro no carbono 1. Então, o fosfato do carbono 1 vai sair e vai para o ADP formando então a primeira molécula de ATP da glicólise (lembrando que temos outra reação igual a essa contecendo pois tínhamos duas moléculas no início da fase de pagamento, então além desse ATP, tem outro sendo formado a partir da mesma reação). A molécula que sobra depois disso é a 3-fosfoglicerato
A enzima da reação é a fosfoglicerato quinase
Essa fosforilação a gente chama de fosforilação a nível de substrato (acontece duas vezes na glicólise e uma vez no ciclo de Krebs). Ela forma ATP assim como a fosforilação oxidativa, mas a oxidativa gera muito mais.
Oitava reação: Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato
Então aqui temos o 3-fosfoglicerato que possui um fosfato no carbono 3. Nessa etapa o fosfato vai ser transferido para o carbono 2, formando o 2-fosfoglicerato
Essa reação acontece porque quimicamente fica mais fácil retirar o fosfato do carbono 2 do que do carbono 3, então essa troca acontece para posteriormente facilitar a retirada do fosfato da molécula para que possa formar outro ATP.
A enzima que catalisa essa reação é a fosfoglicerato mutase
Essa reação parece bastante simples mas não podemos achar que é uma simples transferência do fosfato do carbono 2 para o carbono 3. O que acontece é assim: Primeiro a enzima, que possui um fosfato na sua molécula, passa seu fosfato para o carbono 2 da 3-fosfoglicerato, formando uma molécula com dois fosfatos, que é a 2,3-fosfoglicerato. E logo em seguida a enzima tira o fosfato do carbono 3 e coloca nela mesma. Ficando no fim uma molécula com o fosfato no carbono 2, e não mais no 3 como era antes
Nona reação: Desidratação do 2-fosfoglicerato para fosfoenolpiruvato
Essa etapa é simples, acontece a retirada de uma molécula de água, formando então a partir do 2-fosfoglicerato o fosfoenolpiruvato
A enzima que catalisa a reação é a enolase.
Décima reação: Transferência do grupo fosforil do fosfoenolpiruvato para o ADP
O fosfoenolpiruvato perde seu fosfato que vai para o ADP, formando então ATP, e forma o produto final da glicólise que é o piruvato
A enzima que faz essa reação é a piruvato quinase, que também é uma enzima reguladora assim como a fosfofrutoquinase, que falei antes. As duas reações que são de regulação são irreversíveis
Então temos que lembrar que ao chegar na molécula do piruvato que é o último produto da glicólise, temos 2 piruvatos, pois tínhamos 2 gliceraldeído-3-fosfato no início da fase de pagamento. Além dos dois piruvatos, temos também 2 NADH e 2 ATP (foram formados 4, mas 2 foram utilizados no começo, então como balanço final sobraram 2).
Esse NADH que está na forma reduzida precisa ser oxidado para voltar a ser NAD+, pois a célula tem uma quantidade limitada de NAD+, então ele precisa ser oxidado para voltar para a glicólise para carregar mais elétrons que vão gerar energia
Esse NADH pode ser oxidado na cadeia respiratória (ciclo de Krebs), se houver oxigênio disponível. Caso não haja, vai acontecer a fermentação, que pode ser alcoólica (que acontece nas leveduras) ou láctica
A cadeia respiratória vai ser contemplada depois
Agora vamos falar dos dois casos onde não há oxigênio
Fermentação Alcoólica
A enzima que transforma o piruvato em acetaldeído é a piruvato descarboxilase (nós não temos essa enzima, por isso não fazemos essa fermentação). Ela utiliza como cofator o magnésio e o TPP (tiamina pirofosfato, a tiamina é vitamina B1, por isso precisa dessa vitamina).
O acetaldeído então vai ser reduzido à etanol. E para que ocorra essa redução, o NADH vai se oxidar, fornecendo elétron. A enzima que faz isso é a álcool desidrogenase, e nós temos essa enzima pois ela degrada o álcool no nosso organismo, fazendoessa reação ao contrário.
Libera apenas 2 ATP (esses ATP são os que foram produzidos na glicólise) – Objetivo reoxidação do NAD+
Fermentação Láctica
Pode acontecer em qualquer tecido do nosso corpo em condição de hipóxia, e sempre acontece nos eritrócitos, porque não tem mitocôndria
O piruvato vai ser reduzido à lactato, e para ser reduzido tem que ter uma molécula que forneça o poder redutor. E quem vai oferecer vai ser o NADH, que vai se oxidar, liberando os elétrons, e reduzindo o piruvato
A enzima que faz isso é a lactato desidrogenase
2 ATP de rendimento (esses ATP são os que foram produzidos na glicólise)
Quando a pessoa faz exercício com uma contração muscular muito intensa, não “chega” o oxigênio necessário para o músculo, então ocorre a produção de ácido láctico, o que torna tanto o músculo quanto o sangue acidificado. Ai a pessoa sente dor e para o exercício. Então, no período de repouso, após essa contração intensa, vai acontecer o ciclo de Cori para que esse ácido láctico seja convertido em nova glicose no fígado (essa glicose produzida vai para o músculo e vai ser armazenada na forma de glicogênio, ou vai ser usada na hemácia). Apesar desse processo gastar 6 moléculas de ATP, é necessário para o organismo não entrar em acidose metabólica. Afinal, a formação do ácido láctico não ocorre apenas na contração intensa. A hemácia, por exemplo, está sempre produzindo esse ácido láctico, e é preciso fazer essa reciclagem, pois se não fizer a pessoa terá uma acidose metabólica e morrerá.
A intolerância à lactose acontece quando a pessoa tem deficiência na enzima lactase, que no intestino delgado quebraria a lactose em galactose e glicose, que seriam absorvidas. Sem essa enzima, a lactose vai inteira para o intestino grosso, onde é osmoticamente ativa, “puxando” água, causando diarreia osmótica. Além da diarreia, essa lactose no intestino é fermentada por bactérias, produzindo o CO2, o que causa distensão abdominal
DESCARBOXILAÇÃO OXIDATIVA
Ocorre na matriz da mitocôndria
Faz parte do 1º estágio da respiração células junto com a glicólise
Transforma o piruvato em Acetil-CoA para entrar no Ciclo de Krebs
Falamos então da glicólise que tem como produto final o piruvato, além dos 2 ATP e 2 NADH. O piruvato então pode ser utilizado na fermentação, como já estudado na outra aula, quando há privação de oxigênio. Mas nessa aula então vamos estudar o caminho do piruvato na respiração celular, quando há oxigênio.
A respiração celular é dividida em 3 estágios, sendo que o primeiro é a glicólise (que vimos na aula passada), e a descarboxilação oxidativa (que veremos agora). O segundo é o ciclo de Krebs, e o terceiro estágio é a fosforilação oxidativa.
Bom então vamos falar agora como o piruvato vai se transformar em Acetil CoA para então entrar no ciclo de Krebs
O piruvato vai ser liberado no citosol da célula, e através de uma proteína transportadora vai ser levado (com O2) até a matriz da mitocôndria onde vai ser oxidado à Acetil-CoA. Então, todos os processos a partir de agora acontecem na mitocôndria.
A oxidação do piruvato é muito importante pois muitas doenças são relacionadas à enzima que faz essa oxidação.
A enzima que faz essa reação química de oxidação do piruvato a Acetil-CoA é na verdade a união de três enzimas que formam um complexo chamado de complexo da piruvato desidrogenase.
O piruvato então primeiro vai perder seu ácido carboxílico (ou seja, vai ser descarboxilado), liberando CO2. Os dois carbonos que sobraram então vão ser oxidados, vão liberar elétrons, e o NAD+ que estava oxidado, vai ser reduzido, recebendo esses elétrons, e virando NADH. Cada piruvato então libera um NADH.
Então se olharmos a reação, aconteceu uma descarboxilação seguida de oxidação. Portanto, o nome do processo é descarboxilação oxidativa.
Os dois carbonos vão se ligar então a molécula da coenzima A, formando então a molécula de Acetil-CoA
O complexo da piruvato desidrogenase necessita de 5 cofatores para sua ativação:
Tiamina pirofosfato: TPP – Derivado da vitamina B1
FAD – Derivado da vitamina B2
NAD – Derivado da vitamina B3
Coenzima A – Derivado da vitamina B5
Lipoato (“bracinho” da enzima que é capaz de transportar elétrons e o grupo acetil)
Na imagem abaixo tem todos os passos da descarboxilação oxidativa e o papel de cada parte da enzima no processo, mas a professora disse que não precisa saber. Só tem que saber os cofatores e a importância das vitaminas e quais são envolvidas. O básico ...
Também é importante saber que com um defeito no complexo a pessoa não vai ter o piruvato transformado em Acetil-CoA, portanto o único caminho do piruvato é a fermentação láctica, e começa a produzir demais, tendo muitos problemas
Beribéri, por exemplo, é uma deficiência de vitamina B1 que é uma das necessárias para o complexo, causando deficiência no complexo e impedindo a continuação da respiração
O sistema nervoso é o que mais sofre pois obtêm toda sua energia pela oxidação aeróbica da glicose
O balanço final de uma molécula de glicose até aqui então se dá:
2 ATP
2 NADH
Que vieram da glicólise
2 NADH – que veio da descarboxilação oxidativa, um de cada piruvato
Ciclo de Krebs
Agora vamos ver então como aquele Acetil-CoA entra no ciclo de Krebs. Lembrando que a partir de uma molécula de glicose obtivemos 2 piruvatos, e consequentemente 2 Acetil-CoA, então tudo o que falarmos aqui vai estar acontecendo duas vezes, pois cada ciclo necessita de 1 Acetil-CoA
Ciclo de Krebs, Ciclo do Ácido Cítrico ou Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos, são todos sinônimos
É via comum para o metabolismo de carboidratos, proteínas e lipídios, pois ambos geram Acetil-CoA, que vai entrar no ciclo. Mas o que importa para nós agora são os carboidratos pois estamos vendo essa via.
Acontece na matriz da mitocôndria. Lembra que eu falei que a partir do momento que o piruvato entra na mitocôndria, todos os outros passos são dentro da mitocôndria ... Então, a descarboxilação oxidativa já aconteceu dentro da mitocôndria, agora o ciclo de Krebs também.
Então o ciclo de Krebs é formado por oito reações químicas, onde é iniciado com a entrada do Acetil-CoA. Esse Acetil-CoA, que tem 2 carbonos, vai ser condensado ao oxaloacetato, que tem 4 carbonos, e vai formar o citrato, que tem 6 carbonos. A partir daí vão acontecer mais 7 reações químicas, em que o oxaloacetato vai ser regenerado para que realize um novo ciclo. Por isso que se chama CICLO.
Para que a molécula que a partir do citrato, que tem 6 carbonos, volte a ter 4, durante essas reações são liberadas duas moléculas de CO2, fazendo com que a molécula tenha 4 carbonos para regenerar o oxaloacetato. É importante saber que os dois carbonos que saem na forma de CO2 não são os carbonos do Acetil-CoA, esses dois carbonos ficam na molécula e vão fazer parte do próximo oxaloacetato que está fazendo aquela volta do ciclo. Por exemplo assim:
C-C-C-C-C-C
Essa é a molécula com 6 carbonos que é o citrato, os 4 primeiros carbonos vieram no oxaloacetato e os 2 últimos do Acetil-CoA. Na hora que for liberar os CO2, os carbonos liberados vão ser dois dos 4 primeiros,e não dos últimos que eram do Acetil-CoA.
A energia liberada nesse ciclo vai ser armazenada na forma de NADH que serão 3 por ciclo, de FADH2 que vai ser 1 por ciclo, e ATP que é um por ciclo também. Os NADH e o FADH2 depois vão para a cadeia transportadora de elétrons para liberar sua energia.
Agora vamos falar de todos os oito passos do ciclo de Krebs
PRIMEIRA REAÇÃO: Formação do citrato – Condensação
Então como já foi dito antes, o Acetil-CoA (2 carbonos) vai se condensar com o oxaloacetato (4 carbonos), formando a molécula de citrato (6 carbonos)
A enzima que faz isso é a citrato sintase
A Coenzima A vai sair da molécula de Acetil-CoA, e os dois carbonos que ficaram vão se ligar então ao Carbono 2 do oxaloacetato. Veja na imagem
OBS: A coenzima A liberada aqui vai voltar lá para descarboxilação oxidativa para ser reutilizada na formação de outro Acetil-CoA
SEGUNDA REAÇÃO:Formação do isocitrato via cis-aconitato
Vai ser retirada uma molécula de água do citrato através da enzima aconitase, mas logo em seguida essa mesma enzima recoloca essa molécula de água na estrutura do citrato, porém com o OH e o H em posições trocadas, formando então o isocitrato.
TERCEIRA REAÇÃO: Oxidação do iscocitrato à α-cetoglutarato e CO2
O isocitrato vai sofrer uma descarboxilação, ou seja, vai sair CO2. Depois vai ocorrer uma oxidação desse citrato, e esses elétrons vão então para o NAD+, que vai virar NADH. Essa é a primeira liberação de energia do ciclo. O produto então depois dessa descarboxilação e oxidação vai ser o α-cetoglutarato
A enzima que faz isso é a isocitrato desidrogenase
Na imagem ali está faltando a fecha da liberação do CO2, mas ele tá saindo. E também está mostrando o NADP, mas isso depende da enzima. Só está mostrando que poderia usar os dois. Mas, por enquanto, vamos considerar que está usando o NAD
QUARTA REAÇÃO: Oxidação do α-cetoglutarato à succinil-CoA e CO2
Aqui então vai acontecer a mesma coisa que aconteceu na terceira reação. Uma descarboxilação seguida de oxidação. Primeiro então vai sair um CO2 e depois vai ocorrer uma oxidação onde os elétrons vão ser liberados e captados pelo NAD+ formando então o NADH. Além disso nessa reação ocorre também a entrada de uma coenzima A.
A enzima presente aqui é a α-cetoglutarato desidrogenase, que transforma então o α-cetoglutarato em succinil-CoA
Então já foram liberados os dois carbonos que no início lá eu falei que seriam liberados (um na terceira reação e outro na quarta). Agora essa molécula de succinil-CoA tem 4 carbonos
QUINTA REAÇÃO: Conversão do Succinil-CoA em Succinato
Temos aqui então o succinil-CoA. Essa coenzima A que está ligada ao carbono da molécula forma uma ligação que tem bastante energia. E quando essa ligação é quebrada então essa energia é liberada. E é isso que acontece aqui nessa etapa
A enzima Succinil-CoA sintetase vai quebrar essa ligação, liberando a Coenzima-A, e consequentemente liberando toda a energia que tinha essa ligação. Essa energia então vai ser utilizada para a síntese do ATP (ou GTP como está representado na figura) a partir de ADP + Pi (ou GDP + Pi se for GTP)
Caso forme o GTP depois ele vai ser convertido à ATP, então vai dar na mesma, no fim a liberação vai ser de ATP
Depois de acontecer isso o produto vai ser o succinato
SEXTA REAÇÃO: Oxidação do succinato a fumarato
O fumarato aqui então vai ser oxidado, e liberar elétrons que serão capturados pelo FAD, que vai se reduzir virando FADH2. O succinato vai ser transformado então em fumarato.
A enzima que catalisa essa reação é a succinato desidrogenase. Essa enzima é a única que está ligada a membrana mitocondrial, então quando o FADH2 for liberado, ele já vai estar praticamente dentro da cadeia transportadora de elétrons que veremos depois.
Existem uma molécula que se chama MALONATO (não existe normalmente no organismo, mas pode ser ingerido), esse malonato é um bloqueador do ciclo de Krebs, pois ele é muito parecido com o succinato, então ele acaba se ligando a enzima succinato desidrogenase, impedindo que o succinato seja oxidado e continue o ciclo.
SÉTIMA REAÇÃO: Hidratação do fumarato para produzir malato
O fumarato vai ser hidratado e convertido em malato
A enzima que faz isso é a fumarase
OITAVA REAÇÃO: Oxidação do malato a oxaloacetato
Esse malato então vai ser oxidado à oxaloacetato (o oxaloacetato era aquele primeiro lá de 4 carbonos que se ligava à Acetil-CoA, ele foi então regenerado para um novo ciclo). Então como sempre quando há oxidação, alguém precisa se reduzir, e quem vai ser reduzir é o NAD+, que vai virar então NADH quando receber os elétrons. Esse é o terceiro NADH formado no ciclo
A enzima que vai catalisar vai ser a malato desidrogenase.
A primeira, a terceira e a quarta reação do ciclo de Krebs são irreversíveis. As outras são reversíveis. Essas reações irreversíveis são importantes porque nelas tem as enzimas de regulação, onde o ciclo vai ser controlado. Mas isso vamos ver mais adiante
Então cada volta do ciclo de Krebs vai liberar
3 NADH
1 FADH2
1 ATP
Além dos 2 CO2 que não gera energia mas é bom saber que é liberado
O ciclo de Krebs é considerado uma via anfibólica, porque além do catabolismo, que a gente acabou de ver, ele também vai ter uma rota de anabolismo, pois ele fornece precursores para síntese de muitas moléculas
Então os intermediários do ciclo, como podemos ver na imagem abaixo, podem sair do ciclo para servir de precursores de outras moléculas, como:
O citrato -> ácido graxo e colesterol
α-cetoglutarato -> glutamato (que é um aminoácido) – pode formar outros aminoácidos
Succinil-CoA -> porfirinas (que quando recebem ferro, formam o grupo heme)
Oxaloacetato -> Aspartato (que é um aminoácido) – pode gerar outros aminoácidos. Também pode sair para síntese da glicose na gliconeogênese.
Então caso esses intermediários saiam do ciclo para serprecursores e formar essas outras moléculas, é necessário que esses intermediários sejam repostos, para que o ciclo possa continuar. Essa reposição é feita pelas reações anapleróticas, porque a concentração desses intermediários não pode diminuir.
Então as reações anapleróticas são indicadas pela setinha vermelha na imagem abaixo
As reações então
Piruvato à oxaloacetato – Caso eu tenha pouco oxaloacetato na célula, o piruvato em vez de se converter em Acetil-CoA, vai através da enzima piruvato carboxilase se converter em oxaloacetato para repor esse intermediário. Isso gasta uma molécula de ATP e acontece através da introdução de um CO2 na molécula de piruvato, pois o piruvato tem 3 carbonos e o oxaloacetato tem 4. Então é preciso inserir esse carbono. O excesso de Acetil-CoA é um ativador positvo da enzima piruvato carboxilase
Fosfoenolpiruvato à oxaloacetato – Não tem muita importância, só saber que existe. A mais importante é a que falei ali em cima. Mas enfim, através da enzima fosfoenolpiruvato carboxiquinase, o fosfoenolpiruvato pode ser convertido à oxaloacetato.
Na imagem mostra também o fosfoenolpiruvato sendo convertido a oxaloacetato através de uma outra enzima mas não precisa saber porque só acontece em vegetais
Piruvato à malato – Também não têm muita importância, a mais importante é a primeira. Mas o piruvato também pode ser convertido à malato, através da enzima málica.
Aí vocês podem perguntar ... E os outros intermediários do ciclo não são repostos? São repostos indiretamente conforme o ciclo vai acontecendo, por isso a reposição do oxaloacetato é a mais importante
Então para concluir – o ciclo de Krebs é responsável pela Oxidação final de carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos (Produção de energia) e também pelo fornecimento de precursores para a síntese de: Glicose, alguns aminoácidos, hemes, porfirinas, colesterol, ácidos graxos.
Uma molécula de glicose gera de energia até aqui:
2 ATP
2 NADP
Que vieram da glicólise
2 NADH – Que veio da descarboxilação oxidativa, um de cada piruvato
6 NADH
2 FADH2
2 ATP
Em cada volta do ciclo de Krebs gera metade disso. Mas temos duas voltas para cada glicose, pois temos dois Acetil-CoA que inicia 2 ciclos, gerando esse montante final
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Temos de energia, advinda de uma molécula de glicose, as seguintes moléculas:
2 ATP
2 NADH
Que vieram da glicólise
2 NADH
Que veio da descarboxilação oxidativa, um de cada piruvato
6 NADH
2 FADH2
2 ATP
Em cada volta do ciclo de Krebs gera metade disso. Mas temos duas voltas pra cada glicose, pois temos dois Acetil-CoA, que inicia dois ciclos, gerando então esse montante final
Podemos perceber que a maioria da energia que temos até o momento é em forma de NADH e FADH2. Então vamos estudar agora o que vai acontecer com essas coenzimas reduzidas (NADH e FADH2). É muito importante saber que temos um número limitado dessas coenzimas, portanto é necessário que elas sejam oxidadas para que possam ser reutilizadas nas vias de degradaçãoque estudamos (glicólise, descarboxilação oxidativa e ciclo de Krebs). Além do mais, essa oxidação das coenzimas reduzidas (NADH e FADH2) fornecerá energia, para a síntese de ATP. Isso tudo, portanto, acontecerá na cadeia transportadora de elétrons e na fosforilação oxidativa, que trabalham acoplados
A cadeia transportadora de elétrons e a fosforilação oxidativa acontecem na mitocôndria, são processos separados, mas que trabalham acoplados, pois a cadeia transportadora de elétrons usa O2 para oxidar as coenzimas e a fosforilação oxidativa usa a energia para síntese de ATP. A cadeia consiste em uma série de transportadores de elétrons (que são proteínas integrais de membrana, localizadas na membrana mitocondrial interna) e que atuam sequencialmente. Caso pare a cadeia transportadora, para a fosforilação também, pois não terá energia para a síntese de ATP
Cadeia transportadora
É responsável pela oxidação do NADH e do FADH2
Formada por 4 complexos, que são proteínas, que estão presos na membrana mitocondrial interna.
Além desses 4 complexos tem também a molécula de ubiquinona (Q) e do citocromo (C). Tanto a ubiquinona quanto o citocromo C são móveis, eles consegue se difundir pela membrana mitocondrial interna. A ubiquinona carrega elétrons do complexo 1 e 2 para o complexo 3, enquanto o citocromo C carrega do complexo 3 para o 4
O NADH será oxidado no complexo 1 e o FADH2 no complexo 2
O oxigênio é o aceptor final de elétrons, por isso é necessária a sua presença para que ocorra a cadeia respiratória. Sem ele a cadeia não ocorreria, ai não oxidaria o NADH e o FADH2, não tendo mais NAD e FAD oxidados não aconteceria o ciclo de Krebs, acontecendo apenas fermentação láctica para produzir energia
Então o NADH vai ser oxidado no complexo 1 e vai liberar elétrons, a ubiquinona vai pegar esses elétrons e levar até o complexo 3, ai o citocromo C vai pegar os elétrons e levar até o 4, onde o oxigênio vai ser o aceptor final de elétrons e vai se reduzir à água. Já o FADH2 vai ser oxidado no complexo 2, vai liberar seus elétrons que vão ser transportados pela ubiquinona até o complexo 3 (da mesma forma que os do NADH), onde o citocromo C vai pegá-los e leva-los ao complexo 4, que vão reduzir o oxigênio.
A oxidação do NADH e do FADH2 vai produzir energia que será utilizada para o bombeamento de prótons da matriz mitocondrial para o espaço intramembranoso
A energia da oxidação de um NADH faz com que sejam bombeados 4 H+ pelo complexo 1, mais 4 H+ pelo complexo 3, mais 2H+ pelo complexo 4, totalizando 10 H+
Já a energia da oxidação de um FADH2 irá bombear só através do complexo 3 e 4, pois o 2 que é onde ele entra, não é capaz de fazer bombeamento. Então, no total ele fará com que sejam bombeados 4 H+ pelo complexo 3, mais 2 H+ pelo complexo 4, totalizando 6 H+.
É importante saber essa contagem de prótons, porque mais para frente serão esses prótons (que terão gerado um gradiente) que irão dar energia para a síntese de ATP na fosforilação oxidativa. E quanto mais prótons (H+) que são bombeados, mais ATP será formado, então o NADH que bombeia 10 H+ gerará mais ATP do que o FADH2 que bombeia apenas 6 H+
Isso foi no geral, agora a gente vai ver detalhadamente o que acontece em cada complexo. Mas para a prova ela quer mais o geral, só precisa dar uma olhadinha nos detalhes, sem se preocupar em ficar decorando certinho os detalhes que acontecem em cada complexo
Através de uma reação de oxido-redução, a ubiquinona oxidada (Q) recebe os elétrons do NADH no complexo 1 e fica reduzida (QH2). Então vai até o complexo 3 e libera esses elétrons se tornando oxidada novamente, e voltando para pegar novos elétrons e assim por diante
No complexo 1 existem os grupos prostéticos (grupamento que não é de aminoácido e que está ligado a proteína). Então quando o NADH se oxida e libera seus elétrons, eles vão passando por esses grupos prostéticos mostrados na figura até chegar a ubiquinona
A hora que esses elétrons vão passando eles vão liberando energia para bombear aqueles 4 H+ da matriz para o espaço intermembranoso, que já falamos antes, que é importante para depois ocorrer a síntese de ATP
O FADH2 que estão reduzido, vai oxidar e passar seus elétrons para o grupo prostético, Fe-S, que passa então esses elétrons para a Ubiquinona, que estava oxidada (Q), e ficou reduzida (QH2). Que então vai levar esses elétrons para o complexo 3.
Lembrar sempre que o complexo 2 não bombeia prótons par ao espaço intermembranoso
No complexo 3 nós temos um problema porque a ubiquinona chega reduzida (QH2), carregando 2 elétrons, mas o citocromo C só carrega um elétron por vez, então vai ocorrer duas etapas que chamaos de ciclo Q (vou explicar o ciclo Q, mas esses detalhezinhos não caem na prova)
Então a QH2 (ubiquinona reduzida) chega ao complexo 3, ela tá carregando 2 elétrons e 2 prótons. Ela então vai liberar um próton pro espaço intermembranar, e um elétrons que vai ser captado pelo citocromo C, que carrega apenas 1 elétron por vez, o levando para o complexo 4. Essa ubiquinona que estava reduzida na forma QH2 e que liberou esse 1 próton e 1 elétron, vai se tornar uma semi-ubiquinona QH+.
Essa semi-ubiquinona vai liberar então o outro próton para o espaço intermembranas, e vai liberar também o outro elétron que vai passar para o citocromo B. Porém, é só momentâneo, pois esse elétron vai voltar para a ubiquinona que no momento estava oxidada, que vai receber um próton da matriz, e vai se tornar semi-ubiquinona novamente (só olhar a imagem para entender bem). Essa semi-ubiquinona fica ali esperando para acontecer o próximo passo.
Vai vir outra molécula de ubiquinona reduzida (QH2), vai entrar no complexo 3, vai liberar um próton para o espaço intermembranas, e um elétron pro citocromo C, se tornando semi-ubiquinona. Essa semi-ubiquinona vai perder o outro próton e o outro elétron se tornando ubiquinona oxidada (Q), e essa Q vai sair do complexo 3. O elétron dessa semi-ubiquinona que foi para o citocromo B vai ir para aquela semi-ubiquinona de antes que estava esperando, ela então recebe mais um próton da matriz, se tornando Ubiquinona reduzida (QH2), que vai entrar no ciclo Q novamente
Lembrar sempre que o complexo 3 bombeia 4 prótons para o espaço intermembranoso
O citocromo C que estão carregando 1 elétron, chega no complexo 4, libera esse elétron que passa pelo centro de cobre, que passa pelo grupo heme a, heme a3, cobre b, até chegar e ser recebido pelo oxigênio
Na imagem está mostrando o complexo 4 bombeando 4 elétrons, e antes falamos que bombeava 2. É que assim, nessa imagem, eles colocaram a redução de um oxigênio (O2) inteiro. Para que isso aconteça é necessário que tenham 4 elétrons trazidos pelo citocromo C. Mas cada molécula de NADH, ou de FADH2, serão bombeados apenas 2 H+ pelo complexo 4, e será reduzido apenas meio O2
Então a cadeia respiratória além de oxidar os NADH e o FADH2, para que possam voltar ao ciclo de Krebs e reduzir o oxigênio à água, bombeia muitos prótons para o espaço intermembranoso, 10 para cada NADH e 6 para cada FADH2. O que vai ser muito importante agora na fosforilação oxidativa
Fosforilação Oxidativa
O gradiente de prótons que foi formado no espaço intermembranoso graças a cadeia respiratória, agora será importantíssimo para a síntese de ATP. Haverá tanto um potencial químico pela acidificação do espaço intermembranas, quanto um potencial elétrico, e esses potenciais criam uma força que chamamos de força próton-motriz
Essa força próton-motriz que vai dirigir esses prótons que estão no espaço intermembrana, de volta para a matriz mitocondrial. Mas essa volta vai ocorrer pela molécula da ATPsintase, que está na membrana mitocondrial interna e possui dois domínios, o F1 e o Fo. (Fo pois o antibiótico oligomicina é capaz de inibir esse complexo). Ligando F1 tem o ADP e o fosfato. Conforme passa a “energia”, que é dada pela passagem dos prótons, acontece a síntese do ATP.
A cada 4 prótons que passa ocorre a síntese de 1 ATP. Então, o NADH como fornece energia para o bombeamentode 10 prótons, equivalerá então a formação de 2,5 ATP. Já o FADH2, que promove o bombeamento de 6 prótons, equivalerá a formação de 1,5 ATP
Uma glicose então vai gerar no final 32 ATP (pode ser 30 dependendo da lançadeira que vamos falar na próxima aula)
Glicólise gerava: 2 ATP + 2 NADH. Cada NADH forma 2,5 ATP
Então o TOTAL = 2 ATP + 5 ATP = 7 ATP
Descarboxilação oxidativa: gerava 2 NADH. Cada NADH forma 2,5 ATP. Então o TOTAL = 5 ATP
Ciclo de Krebs: gerava 2 ATP + 2 FADH2 + 6 NADH. Cada FADH2 gera 1,5 ATP, e cada NADH gera 2,5 ATP. TOTAL = 2 ATP + 3 ATP + 15 ATP = 20 ATP
TOTAL FINAL = 7 ATP + 5 ATP + 20 ATP = 32 ATP
LANÇADEIRAS
Como foi citado na aula passada, o balanço energético final de uma molécula de glicose pode ser 30 ou 32 ATP. Isso acontece porque temos 2 NADH que foram produzidos lá no citosol da célula e que precisa entrar na matriz da mitocôndria para que possa ser oxidado na cadeia transportadora de elétrons. Esse NADH no entanto não consegue passar pela membrana mitocondrial interna, necessitando com isso de uma maneira alternativa para oxidar essa molécula. A maneira alternativa, portanto, são as lançadeiras, que podem ser de dois tipos: Lançadeira do Malato – Aspartato, encontrada no fígado, rins e coração. E a lançadeira do Glicerol Fosfato, encontrada no músculo esquelético e cérebro.
Importante saber que não será o NADH em si que passará pela lançadeira, ele transferirá sei poder redutor, ou seja, vai passar seus elétrons, para outra molécula, que irá passar pelas lançadeiras.
Lançadeira do Malato – Aspartato: (fígado, rins e coração)
Como mostra na imagem, existem dois transportadores na membrana mitocondrial interna, um que transporta o malato e o α-cetoglutarato, e outro que transporta glutamato e aspartato
Temos então o NADH que veio da glicólise e está no espaço intermembranoso, pois pela membrana mitocondrial externa ele passa livremente, já pela interna não
Esse NADH quando chega no espaço intermembranoso vai reduzir o oxaloacetato e se transformar em malato. Nessa redução do oxaloacetato, o NADH vai ser oxidado, e se transformará em NAD+, podendo voltar à glicólise. A enzima que faz isso é a malato desidrogenase.
Quando ocorreu essa reação de oxido-redução, os elétrons foram transferidos do NADH para o oxaloacetato que vira malato. Dessa maneira, esses elétrons podem ser encaminhados para a matriz mitocondrial, pois o malato pode entrar pelo transportador malato α-cetoglutarato
O malato passa então por esse transportador e chega a matriz da mitocôndria. Quando ele chega ele vai se oxidar, passando então os elétrons para um NAD+ que está nessa matriz mitocondrial. Quando ele se oxida, passando esses elétrons para o NAD+, ele vira oxaloacetato novamente, e o NAD+ vira NADH. A enzima que faz isso é a malato desidrogenase também.
Esse NADH então vai normalmente para a cadeia respiratória, e no fim originará 2,5 ATP
O oxaloacetato precisa voltar para o espaço intermembranoso, só que ele não passa pelos transportadores, então ele vai receber um grupamento amino do glutamato que se transforma em α-cetoglutarato, isso ocorre pela enzima aspartato aminotransferase. Quando esse oxaloacetato recebe esse grupamento, se transforma em aspartato, que passa então pelo transportador glutamato-aspartato, e vai para o espaço intermembranoso.
Esse aspartato no espaço intermembranoso vai voltar a ser oxaloacetato quando perder esse grupamento amino. E isso vai acontecer através do processo reverso que aconteceu antes. A enzima aspartato aminotransferase vai transferir o grupamento amino para o α-cetoglutarato, que se transforma em glutamato novamente. Olhem na imagem para entenderem bem, porque é uma confusão
Caso alguma coisa bloqueie essa lançadeira, haverá um problema imenso, pois o NADH da glicólise não será oxidado, portanto ele não poderá voltar para a glicólise, a qual tenderia a parar. Para que não pare totalmente a produção de ATP, vai acorrer a fermentação láctica, ou seja, ocorre apenas a formação de 2 ATP, pois o piruvato produzido pela glicólise será destinado a fermentação láctica (que tem por objetivo reoxidar o NADH), não indo mais para a mitocôndria para a realização do ciclo de Krebs, portanto todo esse processo irá parar. Vai acontecer apenas a fermentação láctica com a formação de 2 ATP.
Lançadeira do Glicerol Fosfato (m. Esquelético e cérebro)
Nessa lançadeira, o NADH que veio da glicólise e está reduzido vai passar seu poder redutor, ou seja, seus elétrons, para uma molécula nesse caso será a molécula de diidroxiacetona-fosfato, que se reduz a glicerol 3-fosfato. O NADH então passa a ficar na sua forma oxidada NAD+, podendo voltar à glicólise
Esse glicerol 3-fosfato através da enzima glicerol 3-fosfato desidrogenase (que está na membrana mitocondrial interna, e que possui um FAD no seu sítio catalítico) vai ser oxidado, liberando elétrons para o FAD, que vai ficar na forma reduzida FADH2. Então, os elétrons que estavam no NADH lá no espaço intermembranoso foram transferidos para o FADH2. (Como no caso dessa lançadeira o FADH que recebeu os elétrons, serão produzidos apenas 1,5 ATP para cada NADH da glicólise, resultando em 3, e não em 5 como normalmente resultaria, daí vem a diferença dos 30 ou 32 ATP finais). Esse FADH2 formado então vai passar seus elétrons para a Ubiquinona, que os levará para o complexo 3 da cadeira respiratória, o que no final gerará 1,5 ATP
INIBIDORES DA CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
Quando uma molécula inibir a cadeia transportadora de elétrons, vai parar a cadeia, vai parar a fosforilação oxidativa pois não tem gradiente de prótons, vai para o ciclo de Krebs pois não vai ter NAD+ e FAD, na forma oxidada, para que o ciclo se realize, já que a oxidação dessas coenzimas (NAD e FAD) ocorrem na cadeia transportadora de elétrons.
Então existem várias substâncias que podem bloquear essa cadeia, portanto é importante saber, independentemente de qual seja a inibidora da cadeia, que parando a cadeia, vai parar o ciclo de Krebs, e a fosforilação oxidativa, restando à célula fazer apenas a fermentação láctica.
Então aqui são alguns exemplos de inibidores:
Rotenina: É um inseticida que inibe o complexo 1. Ela se liga ao complexo 1 da cadeia transportadora de elétrons.
Antimicina A: É um antibiótico que inibe o complexo 3
Cianeto/monóxido de carbono: Se liga, e inibe o complexo 4
Independente de qual complexo esses inibidores se ligarem, o efeito será o mesmo. Vai parar a cadeia, a fosforilação oxidativa e o ciclo de Krebs, pelos motivos que já falei antes.
Existe também outro inibidor muito importante que é a oligomicina, que é um antibiótico, e ele vai ser ligar não mais aos complexos como os outros exemplos. Ela vai se ligar à ATPsintase, no domínio Fo, o tornando impermeável a prótons. A fosforilação então vai parar. Com isso, no início a cadeia transportadora de elétrons continua, porém vai chegar um momento que vai ter tanto próton no espaço intermembranoso, que a força vai ser muito grande, impedindo que mais prótons sejam bombeados, e isso vai fazer com que a cadeia transportadora pare, o que vai fazer com que o ciclo de Krebs pare pois não terá NAD e FAD oxidados
DESACOPLADOR
Como o próprio nome já diz, ela vai desacoplar a cadeia respiratória da fosforilação oxidativa. O desacoplador 2,4 dinitrofenol (DNP) é um ácido fraco.
Normalmente os prótons que são bombeados pela cadeia transportadora de elétrons para o espaço intermembranoso e formam um gradiente, vão voltar para a matriz mitocondrial pela ATPsintase, formando ATP. Porém, o DNP vai se ligar a esses prótons no espaço intermembranoso, vai passar pela membrana mitocondrial interna, e vai liberar esse próton na matriz mitocondrial, ai volta para o espaço intermembranas, se liga a outro próton, se difunde na membrana, entra na matriz mitocondrial e libera o próton. Ou seja, ele carrega esses prótons que deveriam estar passando pela ATPsintase, dessa forma eles não passam por ela, não produzindo ATP.
Esse DNP foi descoberto quando vários operáriosque trabalhavam em uma indústria de explosivos começaram a sentir hipertermia e depois morriam. A hipertermia acontece pois a energia não está sendo liberada na forma de ATP, então tem que ser liberada na forma de calor. A morte acontece porque não está sendo produzido ATP. Quando foi descoberto, tentaram usar com o objetivo de emagrecer, pois não tendo ATP, não haveria energia para a síntese de gordura, ao mesmo tempo em que as nossas reservas seriam desesperadamente mobilizadas para produção de ao menos um mínimo de energia. Mas não deu certo, foi fatal, pois sem ATP impossível viver. Além disso, o DNP é mutagênico.
Existe também a termogenina, que é uma proteína desacopladora. Ela está presente no tecido adiposo marrom. Ela existe ali para a produção de calor, então não vai matar o animal, pois está apenas no tecido adiposo marrom, não prejudicando a produção de ATP no resto do organismo. É fisiológico. Os prótons passam pela termogenina ao invés de passar pela ATPsintase. Não produzindo ATP, e liberando a energia na forma de calor.
METABOLISMO DA FRUTOSE, GALACTOSE E MANOSE
Até agora a gente estudou o metabolismo da glicose, só que existem outros carboidratos além da glicose que também são importantes e que a gente usa como fonte de energia. A lactose, por exemplo, que é o açúcar do leite, quando digerida, vai ser quebrada em glicose e galactose. Quando ingerimos a sacarose, ela é quebrada em glicose e frutose. A glicose a gente já estudou, agora vamos estudar os outros
O que a gente vai ver agora então é o metabolismo da frutose, manose e galactose. E a gente vai ver que todos eles vão sofrer reações químicas e vão se transformar em intermediários da via glicolítica.
Metabolismo da Frutose
A frutose vai ser metabolizada de duas maneiras diferentes, dependendo se ela estiver no fígado ou nos tecidos extra-hepáticos. Se ela estiver nos tecidos extra-hepáticos, vai ocorrer a degradação que a gente mais conhece. A frutose vai ser fosforilada na presença de ATP no carbono 6, e a frutose vai se transformar em frutose 6-fosfato. A enzima que faz isso é a hexoquinase. Essa frutose 6-fosfato vai entrar então na via glicolítica.
Já no tecido hepático vai ser diferente. A frutose vai ser fosforilada a custa de ATP, mas dessa vez no carbono 1, e pela enzima frutoquinase, formando então a frutose 1-fosfato. Essa frutose 1-fosfato vai ser quebrada bem no meio pela enzima aldolase B (mesma coisa que frutose 1-fosfato aldolase), liberando diidroxiacetona fosfato e gliceraldeído. A Diidroxiacetona fosfato, pela enzima triose fosfato isomerase, vai se transformar em gliceraldeído 3-fosfato. Já o gliceraldeído vai ser fosforilado no carbono 3 com gasto de ATP, pela enzima triose quinase, formando também o gliceraldeído 3-fosfato. Então a molécula de frutose no fígado, vai formar 2 moléculas de gliceraldeído 3-fosfato, que vai entrar na glicólise e seguir o percurso que já estudamos.
Podem haver dois problemas relacionados à deficiência do metabolismo da frutose
Frutosúria essencial: Deficiência da enzima frutoquinase. Sem ela a frutose não vai conseguir ser fosforilada no fígado. Essa doença é assintomática e benigna, pois não estando fosforilada ela simplesmente pode sair do fígado, ir para outros tecidos e ser metabolizada, pois nos tecidos extra-hepáticos quem fosforila a frutose é a hexoquinase. No início pode ter acúmulo de frutose na urina e no sangue, mas depois ela será metabolizada em outros tecidos e não haverá problema algum.
Intolerância hereditária a frutose: Doença grave. A enzima deficiente nesse caso será a aldolase B. Então a frutose chega no fígado, vai ser fosforilada pela frutoquinase, formando frutose 1-fosfato, e então seria quebrada pela aldolase B, o que não vai acontecer. Com isso terá um acúmulo de frutose 1-fosfato no fígado (pois quando está fosforilada fica aprisionada na célula). Os níveis de fosfato caem, pois terá muito aprisionamento no fígado, e os níveis de ATP também caem. Os sintomas serão:
Hipoglicemia grave: os dois mecanismos para manter a glicemia são, glicogenólise e gliconeogênese (próximos conteúdos) estarão inibidos pois a gliconeogênese precisa de ATP e os níveis de ATP estão baixos, enquanto a glicogenólise precisa de fosfato que também está com níveis baixos.
Icterícia: pois o fígado estará prejudicado devido aos baixos níveis de ATP e fosfato, e ao grande acúmulo de frutose 1-fosfato no fígado.
Hemorragia: os fatores de coagulação são produzidos no fígado, se o fígado está prejudicado e sem energia ele não consegue produzir adequadamente esses fatores
Hiperuricemia: aumento do ácido úrico no sangue. Com o fosfato aprisionado, terá um aumento de ADP, pois não pode ser convertido a ATP devido a falta de fosfato. Esse ADP será convertido a AMP, e esse AMP quando metabolizado ocorre a liberação de ácido úrico
Pode causar falência hepática. O tratamento se dá com a detecção rápida e remoção imediata da frutose e da sacarose da dieta
Metabolismo da galactose
A primeira coisa que vai acontecer na galactose, assim como ocorre em todos os outros monossacarídeos é a fosforilação. Então ela vai ser fosforilada no carbono 1, formando então a galactose 1-fosfato. A enzima que faz isso é a galactoquinase.
Vai chegar um UDP-glicose, e através da enzima UDP-glicose-galactose 1-fosfato uridiltransferase, vai passar esse UDP para a galactose 1-fosfato, que vai perder esse fosfato. O fosfato então vai se juntar com a glicose e vão ser liberados. Então vamos ter uma molécula de UDP-galactose que vamos ver a continuação, e será liberado também uma molécula de glicose 1-fosfato, que pode entrar na glicólise ou ir para a gliconeogênese
A UDP-galactose pode servir para síntese da lactose, se a mulher estiver amamentando, síntese de glicoproteína e glicolipídio.
Ou se não for para a síntese ela vai sofrer a ação da enzima UDP-glicose 4-isomerase, que vai transformá-la em UDP-glicose. Esse UDP-glicose, pode então ir para o metabolismo do glicogênio (que a gente ainda vai estudar) ou voltar ali no início, na segunda reação desse metabolismo onde ela entra e se junta a galactose 1-fosfato e surge o UDP-galactose, e formar também a glicose 1-fosfato e surge o UDP-galactose, e formar também a glicose 1-fosfato (já foi explicado ali em cima)
É importante saber que uma mãe que tenha intolerância a lactose, e que portanto não ingira galactose, ela consegue produzir leite? Sim, porque ocorre a reação reversa de UDP-glicose para UDP-galactose acontece facilmente, e a UDP-galactose que vai então para a síntese de lactose
Pode haver doenças relacionadas à deficiência desse metabolismo
Deficiência de galactoquinase: Sem essa enzima funcionando direito, a galactose não vai ser transformada em galactose 1-fosfato. Então começa a ter acúmulo de galactose no organismo, e quando há esse acúmulo ela começa a ser convertida a galactiol. Um aumento desse galactiol no cristalino dá catarata. Mas essa doença não é muito grave
Galactosemia grave: Deficiência da enzima UDP-glicose-galactose 1-fosfato uridiltransferase. Essa enzima estando deficiente vai haver acúmulo de galactose 1-fosfato. Com esse acúmulo haverá o seqüestro de fosfato dentro da célula, da mesma forma que houve na intolerância à frutose, então os sintomas relacionados a baixa de fosfato serão os mesmos. Mas aqui haverá também a catarata pois o excesso de galactose vai formar o galactiol, que acumulado no cristalino causa catarata. Doença bastante grave devido ao sequestro de fosfato. Os sintomas aparecem logo que a criança começa a mamar. O tratamento tem que excluir a lactose do cardápio. Utilizam-se leites especiais que contém sacarose ao invés de lactose. Se essa doença não for identificada cedo causa retardo mental irreversível
Metabolismo da manose
É o mais simples
A manose vai ser fosforilada no carbono 6, pela enzima hexoquinase, formando manose 6-fosfato
Essa manose 6-fosfato vai sofrer ação da enzima fosfomanose isomerase, e vai ser transformada em frutose 6-fosfato, que entra então na via glicolítica,e segue normal como já estudamos.
Não tem nenhuma doença importante relacionada ao metabolismo da manose.
METABOLISMO DO GLICOGÊNIO
O glicogênio é formado por milhares de unidades de glicose, unidas por ligações α(1->4), e a cada 8 a 12 unidades de glicose haverpa uma ramificação α(1->6)
O glicogênio é armazenado no fígado e no músculo esquelético
Glicogenólise: Quebra do glicogênio
12 a 24 horas de jejum não há mais glicogênio no organismo pois ele vai sendo degradado para liberar glicose
Caminho da glicose: pessoa se alimenta, absorve a glicose no trato gastro intestinal, vai para glicólise para liberar energia mas também vai para síntese do glicogênio (glicogênese). Se houver jejum depois, esse glicogênio é degradado em glicose para ser utilizado (glicogenólise). A glicose pode então se transformar em piruvato e fazer ou respiração aeróbica como fermentação láctica
O piruvato também pode se transformar em glicose pelo processo de gliconeogenese
No ciclo de Cori há também um exemplo de gliconeogênese pois o lactato (ácido láctico) é convertido em glicose (essa reação só acontece no fígado)
Funções da quebra do glicogênio no fígado
Liberar glicose para corrente sanguínea, manutenção da glicemia
Ocorre a glicogenólise e liberação pelo fígado da glicose 6-fosfato
Glicose 6-fosfatase, que só existe no fígado e no rim, retira o fosfato do carbono 6 da glicose 6-fosfato e lbiera glicose livre que consegue ir para a corrente sanguínea
Assim a glicose consegue ir para diversos tecidos, entre eles os do sistema nervoso que só conseguem utilizar a glicose como fonte de energia, por isso a regulação da glicemia é tão importante
*Numa situação de jejum o sistema nervoso começa a utilizar corpos cetônicos como fonte de energia
Funções da quebra do glicogênio no músculo
O músculo não tem a enzima glicose 6-fosfatase
Então ocorre a glicogenólise e o glicogênio libera glicose 6-fosfato, como não tem a enzima glicose 6-fosfatase, a glicose fosforilada não consegue sair da célula e fica comprometida com a via glicolítica para a produção de energia.
Como acontece a glicogenólise?
A enzima fosforilase do glicogênio quebra as ligações α(1->4)
A fosforilase do glicogênio só consegue quebrar o glicogênio com a presença do fosfato inorgânico, isto é chamado de fosfotolise (quebra na presença de fosfato)
A fosforilase do glicogênio vai quebrando sempre as pontas não redutoras do glicogênio
É liberado glicose 1-fosfato
Quando se chega a 4 unidades da ligação α(1->6), a fosforilase do glicogênio (que quebra ligações α(1->4)) para, não conseguindo mais fazer as quebras
Quem começa a atuar é a enzima de desramificação, que tem a atividade de transferase. Ela quebra a unidade de glicose e as transfere para a ponta não redutora do glicogênio as levando para serem integradas as ligações α(1->4) e só sobra uma glicose ligada α(1->6)
A enzima de desramificação quebra a ligação α(1->6) restante e libera glicose livre, pois esta enzima não precisa de fosfato inorgânico.
A fosforilase do glicogênio volta a atuar nas ligações α(1->4)
A enzima fosfoglicomutase transforma a glicose 1-fosfato em glicose 6-fosfato para que ela possa ir para a via glicolítica. Essa enzima também faz a reação reversa
Como a glicose proveniente do glicogênio já é fosforilada, ela não gasta um ATP para ser fosforilada e entrar na via glicolítica, por isso ela forma 33 ATP´s.
Se for a partir da glicose da alimentação se formará 32 ATP´s
Doenças Relacionadas ao depósito de Glicogênio
Existem aproximadamente 13 doenças genéticas relacionadas ao depósito de glicogênio
Vamos estudar duas
Tipo 1: Doença de Von Gierke: Deficiência de glicose 6-fosfastase, então a glicose 6-fosfato não consegue se transformar em glicose. Sintomas: Afeta fígado, rins e intestino. Hipoglicemia em jejum severo, aumento do depósito de glicogênio no fígado, causando hepatomegalia. Esteatose fígado gorduroso (aumento de ácidos graxos).
Tipo 5: Síndrome de McAdle: Deficiência da fosforilase músculo esquelética do glicogênio. Fraqueza temporária dos músculos e câimbras dos músculos esqueléticos após exercício. Não há aumento de lactato durante o exercício pois não há glicose livre para ir para glicólise, a não ser que haja uma ingestão no mesmo momento. Alto nível de glicogênio com estrutura normal do músculo.
GLICOGÊNESE
Síntese de glicogênio
Ocorre após uma refeição
A síntese do glicogênio ocorre principalmente no fígado e no músculo esquelético
7 a 10 % do peso do fígado é glicogênio
1 a 2 % do peso do músculo é glicogênio
Síntese do Glicogênio: REAÇÕES
1ª reação da glicólise: fosforilação da glicose pela enzima hexoquinase, com o gasto de 1 ATP, formando a glicose 6-fosfato
Para acontecer a síntese do glicogênio, o fosfato tem que estar no carbono 1, então enzima fosfoglicomutase faz essa reação, formando a glicose 1-fosfato
Vem o UTP-uridina difosfato, saem 2 fosfatos inorgânicos, e a glicose 1-fosfato se liga no UTP e libera UDP-glicose, a enzima que faz isso é a glicose 1-fosfato uridil transferase
Na forma de UDP glicose ela está pronta para a síntese do glicogênio
UTP: Uridina trifosfato (base nitrogenada Uracila + Ribose = Uridina, ligada a 3 fosfatos)
O fosfato da glicose 1-fosfato quebra a ligação entre o primeiro e o segundo fosfato liberando 2 fosfatos (pirofosfato ou PPi)
A Uridina 1-fosfato restante se liga com a glicose 1-fosfato, e forma uridina Difosfato Glicose (UDP-Glicose)
Os fosfatos liberados sofrem hidrólise pela enzima pirofosfatase, para liberar energia para que ocorra a própria reação de produção da UDP-Glicose
Glicose 1-fosfato uridil transferase é a enzima que catalisa essa reação ou UDP-glicose pirofosforilase dependendo do livro. Mas é pra usar o primeiro nome porque é o que ta no Lehninger
É a UDP-glicose resultante que vai entrar na síntese do glicogênio
A enzima glicogênio sintase vai unindo as moléculas de glicose para formar glicogênio. Sai o UDP e a enzima vai unindo as moléculas de glicose, só por ligações α(1->4)
Para fazer a ramificação α(1->6) é necessário outra enzima, que é a enzima de ramificação
Para o glicogênio sintase agir ela precisa de um primer, ou iniciador, no mínimo 8 moléculas de glicose (ta errado no slide, cuidado com essa treta)
A glicogenina, que é uma proteína, é o primer
A glicogenina possui um aminoácido tirosina que possui uma hidroxila, a glicose se une na hidroxila da tirosina e perde o UDP. A glicogenina vai adicionar mais 7 moléculas de glicose, então quando tiver 8 glicoses ligadas na glicogenina está pronto o primer (iniciador) e a glicogênese pode começar a agir
Depois que o primer estiver pronto é a glicogênio sintase que vai unir as glicoses por ligações α(1->4), como já foi visto anteriormente
Quanto as ramificações, elas são feitas pela enzima de ramificação do glicogênio, quando já tem 12, 13 ou 14 resíduos de glicose, essa enzima pega de 6 a 7 moléculas de glicose quebrando uma ligação α(1->4) e fazendo uma ligação α(1->6), e a glicogênio sintase entra novamente para alongar essa ramificação
Resumo
Por que é tão importante armazenar glicogênio e não somente gorduras (triacilglicerol)
O triacilglicerol é armazenado no tecido adiposo e é mais difícil a sua mobilização quando se precisa de energia
O triacilglicerol não libera glicose, quando ocorre degradação do ácido graxo, por isso o glicogênio é importante para se manter a glicemia
O glicerol consegue fazer um pouco de gliconeogênese quando liberado, mas é muito pouco e o ácido graxo só libera energia quando oxidado
A oxidação do ácido graxo não é utilizada quando não tem oxigênio
A glicose não fica livre dentro da célula porque é osmoticamente ativa e puxaria muita água para dentro dela
 
GLICONEOGÊNESE
Síntese de glicose nova (a partir de moléculas que não são carboidratos, como lactato, a maioria dos aminoácidos, piruvato e glicerol).
Também é importante para a manutenção da glicemia, assim como a glicogenólise hepática.
É importante a manutenção da glicemia para tecidosque só usam a glicose como fonte de energia: cérebro, medula renal, eritrócitos, retina
A manutenção da glicemia inicia com a glicogenólise, mas como há uma quantidade de glicogênio limitada no fígado, depois começa a gliconeogênese por um período mais prolongado
De 8 a 12 horas de jejum ainda tem glicogênio armazenado para realizar glicogenólise
A gliconeogênese ocorre principalmente no fígado e em menor extensão também nos rins
Utiliza várias enzimas da glicólise
A gliconeogênese parte de 2 moléculas de piruvato e forma uma molécula de glicose mas não é o contrário da glicólise (1ª etapa da respiração celular)
Usa 7 enzimas iguais a da glicólise e 3 enzimas são diferentes (hexoquinase, fosfofrutoquinase, piruvato quinase não são usadas)
As reações das enzimas que são diferentes são irreversíveis
Se partir do lactato ele se transforma em 2 piruvatos para fazer a gliconeogênese. Se partir de aminoácidos, eles são transformados em alanina, ela forma o piruvato que faz a gliconeogênese. E se partir do glicerol a coisa já fica louca, será explicado a seguir.
Origem das moléculas que realizam a gliconeogênese:
Os triacilglicerois que são armazenados no tecido adiposo quando em jejum ou exercício muito intenso, ocorre hidrólise dos triacilglicerois em ácidos graxos e glicerol, o glicerol vai para o fígado através da corrente sanguínea
Os eritrócitos só fazem fermentação lática, mesmo na presença de oxigênio. Então a todo momento estão produzindo ácido lático, que vai para o fígado, se transforma em piruvato e entra na gliconeogênese.
Se o músculo estiver fazendo exercício físico muito rigoroso e há falta de oxigênio ele fará fermentação lática que também produzirá ácido lático que vai para a gliconeogênese (que é o Ciclo de Cori).
O músculo também libera a Alanina, quando a gente está num jejum prolongado (pode ser noturno, por exemplo), ocorre degradação da proteína muscular, os aminoácidos resultantes são transportados em forma de alanina, que chega no fígado, se transforma em piruvato e entra na gliconeogênese.
Imagem esquemática de gliconeogênese em comparação com a glicólise
	Só iremos ver as reações que precisam de um contorno alternativo, que usa enzimas diferentes do que a glicólise, pois o restante das reações será semelhante mais com o caminho contrário. Vamos começar com o primeiro contorno:
Na glicólise o fosfoenolpiruvato se transformava em piruvato, na gliconeogênese é ao contrário, o piruvato precisa se transformar em fosfoenolpiruvato, só que para isso precisa de 2 enzimas: piruvato carboxilase e a fosfoenolpiruvato carboxiquinase. Essa reação gasta 2 ATPs (na verdade um ATP e um GTP). Na primeira reação que é uma carboxilação, a piruvato carboxilase coloca um ácido carboxílico no piruvato, o transformando em oxaloacetato, gasta um ATP. Formado o oxaloacetato ocorrerá uma descarboxilação, tirando o ácido carboxílico na forma de CO2 pela PEP carboxiquinase e a molécula vai ser fosforilada, e quem doa o grupo fosfato para isso é um GTP. Isso tudo resultará no fosfoenolpiruvato
Ocorre essa carboxilação seguida de uma descarboxilação para rearranjar os elétrons e ficar mais fácil pro fosfato entrar na carbonila e ser fosforilada e transformado em fosfoenolpiruvato
A piruvato carboxilase precisa da biotina como cofator
A fosfoenolpiruvato carboxiquinase precisa de magnésio como cofator
A gliconeogênese ocorre no citoplasma da célula. Só que tem um pequeno empecilho. A piruvato carboxilase só existe dentro da mitocôndria, então o piruvato entra na mitocôndria para fazer essa reação e volta para o citoplasma para continuar a gliconeogênese.
O piruvato entra na mitocôndria por um transportador que tem na membrana mitocondrial interna para o piruvato, então ocorre sua carboxilação e ele se transforma em oxaloacetato, esse oxaloacetato precisa voltar ao citoplasma para continuar a reação. Só que o oxaloacetato não consegue sair, não tem um transportador na membrana mitocondrial interna para ele. Então, o oxaloacetato se transforma em malato, que consegue sair da mitocôndria pois tem um transportador do malato, no citoplasma o malato se oxida a oxaloacetato liberando NADH (NAD reduzido), e dai o oxaloacetato se transforma em fosfoenolpiruvato pela PEP carboxiquinase.
Além de só ter piruvato carboxilase na mitocôndria, o NADH (NAD reduzido) existe em maior quantidade na mitocôndria. O NADH formado pela oxidação do oxaloacetato é utilizado na gliconeogênese.
Existem 2 caminhos para o piruvato se transformar em oxaloacetato na mitocôndria, se esse piruvato vem da alanina ou do lactato. A alanina consegue entrar na mitocôndria e faz uma reação de transaminação, que sai um grupamento amino da alanina e ela se converte em piruvato ou se a gliconeogênese começar do piruvato ele também consegue entrar na mitocôndria. O piruvato faz sua carboxilação na mitocôndria e se transforma em oxaloacetato, este por sua vez é reduzido a malato que sai da mitocôndria e o malato no citoplasma da célula é oxidado a oxaloacetato e forma NADH, o oxaloacetato se transforma em fosfoenolpiruvato que vai para a gliconeogênese
Se a gliconeogênese partir do lactato (ácido láctico), no citoplasma da célula o lactato é oxidado a piruvato, liberando NADH, pela lactato desidrogenase. O piruvato entra na mitocôndria e se transforma em oxaloacetato pela piruvato carboxilase, esse oxaloacetato não consegue sair da mitocôndria, mas ele não precisa se transformar em malato, pois já foi liberado NADH no citosol (é só ler a segunda linha desse parágrafo), então ele já se transforma em fosfoenolpiruvato, este por sua vez consegue sair da mitocôndria e vai para a gliconeogênese. Pode se perceber que a enzima fosfoenolpiruvato carboxiquinase existe tanto na mitocôndria quanto no citosol, é só olhar os dois últimos tópicos
Segundo contorno da gliconeogênese, a frutose 1,6-bifosfato se transforma na frutose 6-fosfato. Acontece uma reação de hidrólise simples, quebrando uma ligação do fosfato, saindo fosfato inorgânico e libera frutose 6-fosfato. Não forma ATP. A enzima que faz isso é a frutose 1,6 bifosfatase.
O terceiro contorno é feito pela glicose 6-fosfatase. Essa enzima já vimos na glicogenólise, que só tem no fígado e no rim, ela retira o fosfato do carbono 6 da glicose para gerar glicose livre e fosfato inorgânico. A deficiência nessa enzima como já foi visto na última aula é a hipoglicemia severa pois não há como completar a gliconeogênese nem a glicogenólise.
A gliconeogênese, a partir do glcierol, onde ele chega no fígado precisa ser fosforilado a custa de 1 ATP e forma glicerol 3-fosfato pela enzima glicerol quinase. O glicerol 3-fosfato é oxidado a diidroxicetona a fosfato pela enzima glicerol 3-fosfato desidrogenase, formando NADH. A diidroxicetona fosfato ou vai para a gliconeogênese ou vai para a gliconeogênese ou para a glicólise dependendo da necessidade do hepatócito no momento.
Balanço Geral da glicólise e gliconeogênese
Se estamos em jejum para ocorrer a gliconeogênese a energia necessária para ela ocorrer provém de ácidos graxos (oxidação)
A última reação da gliconeogênese é a mesma da glicogenólise, onde a glicose 6-fosfato é transformada em glicose livre e libera fosfato inorgânico, no RER, lembrando essa enzima não se encontra no músculo e por isso ele não pode controlar a glicemia.
Saber reações do contorno: Piruvato carboxilase (biotina), fosfoenolpiruvato carboxiquinase, frutose 1,6 bifosfatase e glicose 6-fosfatase
VIA DAS PENTOSES FOSFATO
A pentose está no citoplasma da célula, a primeira coisa que acontece é a fosforilação da pentose no carbono 6, formando glicose 6-fosfato
A partir da glicose 6-fosfato ela pode ir para 3 caminhos: Glicólise, ciclo de Krebs, cadeia transportadora de elétrons e produz ATP. Pode ir também para a síntese de glicogênio (glicogênese). Também pode ir para a via das pentoses fosfato
A via das pentoses fosfato é uma oxidação alternativa da glicose, essa via não tem por objetivo a produção de energia. Essa via produz ribose 5-fosfato e

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