Metabolismo geral 2017

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Metabolismo - objectivos
De modo controlado e equilibrado
É necessário:
Irene Jesus
Metabolismo - objectivos
Obtenção de energia
Componentes
De modo controlado e equilibrado
É necessário:
energia (ATP)
poder redutor (NADPH)
Irene Jesus
Irene Jesus
Ligação das vias metabólicas para produção de energia
runners on a Greek amphora painted in the sixth century, B.C 
A manutenção dos níveis sanguíneos de glucose, requer uma.........
A oxidação da glucose para produção de ATP é um processo em que intervem:
1.
2.
3.
Irene Jesus
Ligação das vias metabólicas para produção de energia
runners on a Greek amphora painted in the sixth century, B.C 
A manutenção dos níveis sanguíneos de glucose, requer uma integração 
metabólica elaborada 
A oxidação da glucose para produção de ATP é um processo em que intervem:
Glicólise
Ciclo do ácido cítrico
Fosforilação oxidativa
Irene Jesus
Efeito Pasteur
A inibição da glicólise pela respiração foi descrita por Pasteur ao estudar a
fermentação das leveduras. O consumo do hidratos de carbono é cerca de 7
vezes ........... em condições aeróbicas do que em condições anaeróbicas. A
inibição da ........... pelo ........ e pelo ..... são muito importantes no efeito Pasteur.
.
Irene Jesus
Efeito Pasteur
A inibição da glicólise pela respiração foi descrita por Pasteur ao estudar a
fermentação das leveduras. O consumo do hidratos de carbono é cerca de 7
vezes inferior em condições aeróbicas do que em condições anaeróbicas. A
inibição da fosfofrutocinase pelo citrato e pelo ATP são muito importantes no
efeito Pasteur.
.
Irene Jesus
O fluxo metabólico através da glicólise é regulado em três
pontos:
•hexocinase: é inibida pelo próprio produto, glucose-6-P
•fosfofrutocinase: inibida por ATP e por citrato (que sinaliza a abundância de
intermediários do ciclo de Krebs. É também inibida por H+, o que é importante em
situações de anaerobiose (a fermentação produz ácido láctico, que faz baixar o pH).
Provavelmente este mecanismo impede que nestas situações a célula esgote toda a
sua reserva de ATP na reacção da fosfofrutocinase, o que impediria a activação da
glucose pela hexocinase. É estimulada pelo substrato (frutose-6-fosfato), AMP e ADP
(que sinalizam falta de energia disponível), etc.
•piruvato cinase: inibida por ATP e por acetil-CoA
Irene Jesus
Alterações alostéricas
the committed step
fosfofrutocinase na glicólise
acetilCoA carboxilase na síntese dos ácidos gordos
Modificação Covalente 
a actividade da fosforilase do glicogénio é exacerbada pela fosforilação
a síntase do glicogénio é diminuida pela fosforilação
Níveis Enzimáticos
Os ácidos gordos são transportados para a mitocondria para degradação 
apenas quando é necessária energia, enquanto que os ácidos gordos no citosol 
são esterificados ou exportados 
Compartimentação
Especializações metabólicas dos órgãos 
As especializações metabólicas são o resultado da expressão genética 
diferencial.
Irene Jesus
Principais vias metabólicas
-
-
-
-
-
-
Irene Jesus
Principais vias metabólicas
1. Glicólise
2. Ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa 
3. Via das pentoses fosfatos
4. Gluconeogénese
5. Síntese e degradação do glicogénio
6. Síntese e degradação dos ácidos gordos
Irene Jesus
Irene Jesus
Irene Jesus
Principais vias metabólicas e locais de controlo
Glicólise
citoplasma 
1 glucose => 2 ............: cada um produz 2 ...... e .........
NAD+ consumido na reacção catalizada por
....................... deve ser regenerado para a glicólise prosseguir
Condições anaeróbicas (músculo esquelético em actividade)
Esta regeneração é acompanhada pela redução de ........ a ..........
Condições aeróbicas
NAD+ é regenerado por transferência de electrões do ....... a ...... através da 
................................ 
Glicólise tem 2 objectivos principais:
degrada a ....................
fornece c................ para a biossíntese
Irene Jesus
Principais vias metabólicas e locais de controlo
Glicólise
citoplasma 
1 glucose => 2 piruvato: cada um produz 2 ATP e NADH
NAD+ consumido na reacção catalizada por
gliceraldeíde 3-fosfato desidrogenase deve ser regenerado para a glicólise 
prosseguir
Condições anaeróbicas (músculo esquelético em actividade)
Esta regeneração é acompanhada pela redução de piruvato a lactato
Condições aeróbicas
NAD+ é regenerado por transferência de electrões do NADH a O2 através da 
cadeia de transporte de electrões 
Glicólise tem 2 objectivos principais:
degrada a glucose para gerar ATP
fornece carbonos para a biossíntese
Irene Jesus
Principais vias metabólicas e locais de controlo
Ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa
Oxidação das moléculas “fuel” de hidratos de carbono, aminoácidos e ácidos 
gordos 
Mitocondria
A maior parte dos combustíveis entram no ciclo como ...........
A oxidação completa de uma unidade acil pelo ciclo do ácido cítrico gera .......1 
molécula de ... e 4 pares de electrões na forma de 3 moléculas de ..... e 1 de .......
Estes electrões são transferidos para o O2 através da ..........., resultando na 
formação de um gradiente de protões e origina a síntese de X ATP.
Os dadores de electrões são oxidados e reciclados de volta ao ácido cítrico, 
apenas quando ADP é simultaneamente fosforilado a ATP. Esta relação “controlo 
respiratório” assegura que a taxa do ácido cítrico assegure a necessidade de ATP. 
Uma abundância de ATP também diminui a actividade das 2 enzimas no ciclo: 
......... and .................... O ciclo do ácido cítrico tem também uma função 
anaeróbica. Juntamente com a ..........................., o ciclo do ácido cítrico fornece 
intermediários para a biossíntese, como sucinilCoA para a formação de porfirinas e 
citrato para a formação de ácidos gordos. 
Irene Jesus
Principais vias metabólicas e locais de controlo
Ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa
Oxidação das moléculas “fuel” de hidratos de carbono, aminoácidos e ácidos 
gordos 
Mitocondria
A maior parte dos combustíveis entram no ciclo como acetilCoA
A oxidação completa de uma unidade acil pelo ciclo do ácido cítrico gera 1 
molécula de GTP e 4 pares de electrões na forma de 3 moléculas de NADH e 1 de 
FADH2
Estes electrões são transferidos para o O2 através da cadeia de transporte de 
electrões, resultando na formação de um gradiente de protões e origina a síntese 
de 9 ATP.
Os dadores de electrões são oxidados e reciclados de volta ao ácido cítrico, 
apenas quando ADP é simultaneamente fosforilado a ATP. Esta relação “controlo 
respiratório” assegura que a taxa do ácido cítrico “matches” a necessidade de ATP. 
Uma abundância de ATP também diminui a actividade das 2 enzimas no ciclo: 
isocitrate desidrogenase and a-cetoglutarate desidrogenase. O ciclo do ácido cítrico 
tem também uma função anaeróbica. Juntamente com a piruvato carboxilase, o 
ciclo do ácido cítrico fornece intermediários para a biossíntese, como sucinilCoA 
para a formação de porfirinas e citrato para a formação de ácidos gordos. 
Irene Jesus
citoplasma
2 fases
1ª - descarboxilação oxidativa da glucose 6-fosfato
(objectivo: produção de NADPH para a biossíntese redutora e formação de ribose-5-
fosfato para a síntese de nucleótidos. São geradas 2 moléculas de NADPH na 
conversão de glucose-6-fosfato em ribose-5-fosfato. 
A desidrogenação da glucose 6-fosfato é o “committed step” desta via.
Esta reacção é controlada pelo nível de NADP+, o aceitador de electrões. 
2º -metabolismo reversivel não oxidativo de 5 carbonos de fosfoaçucares em 
intermediários fosforilados de 3 carbonos e glicolíticosde 6 carbonos. Para 
catabolismo ou gerar riboses a partir de intermediários glicolíticos para biossíntese.
Principais vias metabólicas e locais de controlo
Via das pentoses fosfato
Irene Jesus
citoplasma
2 fases
1ª - descarboxilação oxidativa da glucose 6-fosfato
(objectivo: produção de NADPH para a biossíntese redutora e formação de ribose-5-
fosfato para a síntese de nucleótidos. São geradas 2 moléculas de NADPH na 
conversão de glucose-6-fosfato em ribose-5-fosfato. 
A desidrogenação da glucose 6-fosfato é o “committed step” desta via.
Esta reacção é controlada pelo nível de NADP+, o aceitador de electrões. 
2º -metabolismo reversivel não oxidativo de 5 carbonos de fosfoaçucares em 
intermediários fosforilados de 3 carbonos e glicolíticos de 6 carbonos. Para 
catabolismo ou gerar riboses a partir de intermediários glicolíticos para biossíntese.
Principais vias metabólicas e locais de controlo
Via das pentoses fosfato
Irene Jesus
A glucose pode ser sintetizada pelo fígado e rins a partir de precursores não hidratos 
de carbono como: lactato, glicerol, aminoácidos. O principal ponto de entrada desta 
via é o piruvato que é carboxilado a oxaloacetato na mitocondria. Oxaloacetato é 
metabolizado no citosol para formar fosfoenolpiruvato.
Outros tipos distintos de gluconeogénese são 2 passos hidrolíticos que bypass as 
reacções irreversíveis da glicólise. 
Gluconeogénese e glicólise são reciprocamente reguladas de modo que uma via está 
minimamente activa enquanto a outra está com elevada actividade. 
Por exemplo, AMP inibe e o citrato activa a fructose 1,6-bifosfatase, uma enzima 
essencial na gluconeogénese, enquanto estas moléculas têm efeitos opostos na 
fosfofrutocinase, o pacemaker da glicólise. 
A fructose-2,6-bifosfate também coordena este processo por inibição da frutose 1,6-
bifosfatase. Deste modo, quando a glucose é abundante, o nível elevado de F-2,6-BP 
inhibe a gluconegénese e activa a glicólise. 
Principais vias metabólicas e locais de controlo
Gluconeogénese
Irene Jesus
A glucose pode ser sintetizada pelo fígado e rins a partir de precursores não hidratos 
de carbono como: ........, ......., ........ O principal ponto de entrada desta via é o ....... 
que é carboxilado a ......... na mitocondria. Este? é metabolizado no citosol para 
formar fosfoenolpiruvato.
Outros tipos distintos de gluconeogénese são 2 passos hidrolíticos que bypass as 
reacções irreversíveis da glicólise. 
Gluconeogénese e glicólise são reciprocamente reguladas de modo que uma via está 
minimamente activa enquanto a outra está com elevada actividade. 
Por exemplo, AMP inibe e o citrato activa a fructose 1,6-bifosfatase, uma enzima 
essencial na gluconeogénese, enquanto estas moléculas têm efeitos opostos na 
fosfofrutocinase, o pacemaker da glicólise. 
A fructose-2,6-bifosfate também coordena este processo por inibição da frutose 1,6-
bifosfatase. Deste modo, quando a glucose é abundante, o nível elevado de F-2,6-BP 
inhibe a gluconegénese e activa a glicólise. 
Principais vias metabólicas e locais de controlo
Gluconeogénese
Irene Jesus
O glicogénio, reserva energética de fácil mobilização é um polímero ramificado de 
resíduos de glucose. Na degradação do glicogénio, uma fosforilase cataliza a 
clivagem do glicogénio por ortofosfato e transforma-se em glucose-1-fosfato, 
rapidamente convertido em glucose-6-fosfato para posterior metabolismo. Na 
síntese do glicogénio, o intermediário activado é a UDP-glucose, formada de 
glucose 1-fosfate e UTP. A síntase do glicogénio cataliza a transferência da 
glucose da UDP-glucose para o resíduo terminal de glucose da cadeia em 
crescimento. A degradação e a síntese do glicogénio são coordenadas 
controladamente por uma cascata hormonal amplificadora de modo que a 
fosforilase está activa quando a síntase está inactiva e vice-versa. A fosforilação e 
as interacções alostéricas não covalentes regulam estas enzimas.
Principais vias metabólicas e locais de controlo
Sintese e degradação do glicogénio
Irene Jesus
Oa AG são sintetizados no citosol pela adição de unidades de ...... a uma cadeia em 
crescimento numa proteína transportadora de ........ O ........, intermediário activado, é 
formado pela descarboxilação da acetilCoA. Os grupos acetilo são transportados da 
mitocondria para o citosol como ...... pelo shuttle do ...........No citosol, o ...... é clivado 
e forma acetilCoA. Além de transportar acetilCoA, o ...... no citosol estimula a acetyl 
CoA carboxilase, a enzima que cataliza o committed step. Quando o ATP e e acetil 
CoA são abundantes, o nível de ...... aumenta , o que acelera a taxa de síntese dos 
ácidos gordos.
Principais vias metabólicas e locais de controlo
Síntese e degradação de ácidos gordos
Irene Jesus
Oa AG são sintetizados no citosol pela adição de unidades de 2 carbonos a uma 
cadeia em crescimento numa proteína transportadora de acil. O malonilCoA, 
intermediário activado, é formado pela descarboxilação da acetilCoA. Os grupos 
acetilo são transportados da mitocondria para o citosol como citrato pelo shuttle 
malato-citrato. No citosol, o citrato é clivado e forma acetilCoA. Além de transportar 
acetilCoA, o citrato no citosol estimula a acetil CoA carboxilase, a enzima que 
cataliza o committed step. Quando o ATP e e acetil CoA são abundantes, o nível de 
citrato aumenta , o que acelera a taxa de síntese dos ácidos gordos.
Principais vias metabólicas e locais de controlo
Síntese e degradação de ácidos gordos
Irene Jesus
Glucose 6-fosfato, piruvato, e acetilCoA
1. Cérebro
A glucose é o único combustível para o cérebro humano, excepto durante períodos 
prolongados de fome
2. Músculo
Os principais combustíveis para o músculo são a glucose, ácidos gordos e corpos 
cetónicos
3. Tecido adiposo
Os triacilglerois armazenados no tecido adiposo são uma enorme 
reserva de combustível metabólico
4. O rim
A principal função do rim é produzir urina
5. Fígado
As actividades metabólicas do fígado são essenciais para providenciar combustível ao 
cérebro, músculo e outros órgãos periféricos
Irene Jesus
A via glicolítica está fortemente controlada
Fosfofructocinase é a enzima chave no controlo da glicólise
Enzima bifuncional regulada
sintetiza e degrada a fructose 2,6-difosfato 
Hexocinase e piruvato cinase também controlam a glicólise
Uma família de transportadores permite 
que a glucose entre e deixe as células animais
Irene Jesus
Modificação covalente é um modo de regular enzimas
Fosforilação é um meio eficaz de regular as actividades das proteínas alvo
AMPcíclico activa a proteína cinase A através da alteração da estrutura quaternária
ATP e a proteína alvo liga fortemente na subunidade catalítica da proteína cínase A
Irene Jesus
Energia
a. A alteração da energia livre está directamente relacionada com 
o equilíbrio da reacção
b. As alterações das energias livre dependem das concentrações 
de reagentes e de produtos
c. As alterações das energias livres padrão são aditivas 
d. O acoplamento de reacções é usado para fazer uma reacção 
energeticamente desfavorável prosseguir
e. Os potenciais redox estão relacionados com alterações das 
energias livres 
f. Muitas vezes o priming ou activação é necessária para permitir 
as reacções biológicas Irene Jesus
Lógica química
As leis da química e da física são seguidas 
As reacções muitas vezes envolvem transferência de grupos.
Tipos de reacções
a. Redox 
b. Eliminações
c. Isomerizações e rearranjos
d. As que constroem ou quebram ligações C-C
C6H12O6 + 6 O2 ---> 6 CO2 + 6 H2O 
12 H da glucose => 6 H2O, 6 carbonos em CO2, e 18 oxigénios 
- C6H12O6 + 10 NAD++ 2FAD + 6 H2O --> 
6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2
10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 +6 O2 ---> 12 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD
- C6H12O6 + 6 O2 + 30 ADP + 30 Pi ---> 6 CO2 + 38 H2O + 30 ATP 
Irene Jesus
1. piruvato 
2. acetilCoA
3. gliceraldeído 3-fosfato
4. fructose 6-fosfato
5. aspartato
6. glutamato
7. oxaloacetato
8. oxoglutarato
8 principais intersecções no metabolismo
Irene Jesus
Duas divisões
a. Catabolismo, degradação oxidativa de alimentos a CO2 e H2O
as vias includem: glicólise, ciclo do ácido cítrico, transporte de 
electrões, fosforilação oxidativa e shunt das pentoses fosfato
b. Anabolismo, biossintético
Intermediários da glicólise, ciclo do ácido cítrico, shunt das 
pentoses
Síntese macromolecular e crescimento
ATP – síntese em geral 
GTP - síntese de proteínas
CTP - síntese de fosfolípidos 
UTP - síntese de polissacarideos
c. Nem sempre são reacçõs separadas em direcções opostas 
d. São reacções chave separadas que são controladas para 
determinar a direcção do fluxo e evitar ciclos fúteis em 
sequências metabólicas dirigidas opostamente Irene Jesus
Dois agentes acopladores chave
ATP - composto energético chave 
the universal currency of free energy in biological systems
NADPH
A series of consecutive chemical reactions 
Irene Jesus
Vias metabólicas
As vias metabólicas são funcionalmente irreversíveis
Todas as vias metabólicas têm um primeiro passo committed
Todas as vias metabólicas são reguladas
As vias metabólicas nas células eucarióticas ocoorrem em localizações
celulares específicas
Irene Jesus
Organelo Função
Mitocondria
Ciclo do ácido cítrico, fosforilação oxidativa, oxidação dos ácidos gordos, 
degradação de aminoácidos
Citosol
Glicólise, via das pentoses fosfato, biossíntese de ácidos gordos, muitas 
reacções de gluconeogénese
Lisosomas Digestão enzimática de componentes celulares e do material ingerido
Núcleo Replicação e transcrição de DNA, processamento de RNA
Aparelho de Golgi
Processamento posttranslacional da membrana e das proteínas 
secretoras; formação da membrana plasmática e das vesículas 
secretoras
Retículo
endoplasmático 
rugoso
Síntese de proteínas secretoras e ligadas à membrana
Retículo
endoplasmático 
liso
Biossíntese de lípidos e de esteróides
Peroxisomas 
(glioxisomes 
em plantas)
Reacções oxidativas catalizadas por oxidases de aminoácidos e catalase; 
reacções do ciclo do glioxilato nas plantas Irene Jesus
Tipos de reacções no metabolismo
Tipo de reacção Descrição
Oxidation-reduction Electron transfer
Ligation requiring 
ATP cleavage Formation of covalent bonds (C-C)
Isomerization Rearrangements of atoms to form isomers
Group transfer Transfer of a functional group from one 
molecule to another
Hydrolytic Cleavage of bonds by the addition of water
Addition or removal 
of functional groups Addition of functional groups to double 
bonds or their removal to form double bonds
Irene Jesus
Glicólise
Início - Glucose 
Final - 2 piruvatos
Produção - 2 ATP e 2 NADH
Condições anaeróbicas:
Piruvato --> lactato 
Piruvato --> etanol (leveduras)
Condições aeróbicas:
Fosforilação oxidativa 
Controlo principal
- fosfofructocinase 
activação - AMP, ADP, F2,6BP 
inibição - ATP, citrato
glucagon, epinefrina, norepinefrina
- Fígado e coração regulados de modo oposto
Irene Jesus
Irene Jesus
Ciclo do ácido cítrico
Oxidação de acetilCoA a CO2 e H2O 
Produção de NADH e FADH2
Enzimas reguladoras
Síntase do citrato, isocitrato desidrogenase, 
e a-cetoglutarato desidrogenase 
Acessibilidade de substrato
Inibição feedback
Irene Jesus
Irene Jesus
Via das pentoses fosfato
Duas funções
Geração de NADH
Produção de ribose-5-fosfato
Glucose 6-fosfate desidrogenase é controlada pelo 
nível de NADP+
Irene Jesus
Controla G6PD
Via das 
pentoses 
fosfato
Irene Jesus
Gluconeogénese
Precursores
Piruvate, lactate, glicerol, e aminoácidos gluconeogénicos
Primariamente no fígado e no rim
OAA é uma intermediário chave 
Convertido a fosfoenolpiruvato
Passos irreversíveis
hexocinase e PFK 
bypasses hidrolíticos
FBPase e glucose-6-fosfatase
Estes são locais reguladores importantes
Irene Jesus
Precursores
Piruvato 
lactate 
glicerol
Aa gluconeogénicos
Irene Jesus
Síntese e degradação do glicogénio
Glicogénio
Forma de armazenamento da glucose nos animais 
Fígado e músculo 
Degradação
Mobilizado por conversão a G6P 
Fosforilase do glicogénio
Síntese
Síntase do glicogénio 
Regulação 
Recíproca
Fosforilação/desfosforilação
Cascatas
Hormonas
Glucagon 
Epinefrina Irene Jesus
Irene Jesus
Síntese e degradação de ácidos gordos
Degradação
C2 unidades - b-oxidação 
produto: acetil-CoA
ciclo do ácido cítrico
Controlo
[ácidos gordos] 
triacilglicerol lipase sensível a hormonas
cAMP-regulated phosphorylation/dephosphorylation
activação:glucagon, epinefrina
inibição: insulina 
Síntese
carboxilase da acetil-CoA
Activação: citrato 
inibição: palmitoil-CoA 
A longo prazo
taxa de síntese de enzimas
estimulação: insulina 
inibição:fome Irene Jesus
Amino Acid Synthesis & Degradation
Excess used
Common intermediates
Remove nitrogen
transamination
urea cycle
reutilization
Leucine and lysine - ketogenic
Acetyl-CoA or acetoacetyl-CoA
can yield no glucose
Glucogenic
convert to pyruvate, OAA, a-KG, succinyl-CoA, or fumarate
Five aa both ketogenic and glucogenic
Essential amino acids
forgot how to make
diet
Nonessential
still have biochemical knowledge of how to synthesize Irene Jesus
Oxidative Phosphorylation
Mitochondria
Oxidize
NADH & FADH2
Synthesize
ATP
Control
Metabolic flux
Glycolysis
Citric acid cycle
Concentration
ATP, ADP, Pi
Irene Jesus
A.Glucose 6-phosphate (G 1-P, F 6-P, 6-PG, G)
Four kinds of sugar phosphates
C3, C4, C5, C6
Key Junctions
Irene Jesus
B. Pyruvate (keto acids) [lactate, alanine, oxaloacetate,
acetyl-CoA]
Pyruvate, oxaloacetate, & a-ketoglutarate
fatty acids, carbon dioxide, cholesterol, ketone bodies
Irene Jesus
C. Acetyl-CoA (CoA derivatives) [ fatty acids, carbon dioxide, 
cholesterol, ketone bodies ] Ac~CoA & succinyl~CoA 
Irene Jesus
D. ATP
Broken down & recycled
E. NAD+ & NADPH
Used & recycled
F. Phosphoenolpyruvate 
Irene Jesus
acetyl-CoA
degradation product: polysaccharides, lipids, proteins
oxidized: citric acid cycle
used for synthesis: fatty acids
pyruvate
product of glycolysis, dehydrogenation of lactate,
breakdown of certain aa
fate: oxidative decarboxylation
acetyl-CoA
citric acid cycle
fatty acid synthesis
carboxylation
OAA
citric acid cycle
gluconeogenesis
amino acid precursor
G. Cross-roads
Irene Jesus
Irene Jesus
Organ Specialization 
A.Brain
- (electrical signals, thinking) The energy source depends on the metabolic state
Irene Jesus
High respiration rate
2% body mass; uses 20% of resting O2
Power plasma membrane (Na+-K+)-ATPase
Maintain membrane potential
Nerve impulse transmission
Usual fuel
Glucose - needs blood glucose
Extended fasting
Ketone bodies
Store little glycogen
Need continual glucose supply
The liver functions to maintain a ~ 5 mM blood [glucose]
glucose
120 g/day; 420 kcal
60% of glucose
Blood
carries O2, metabolites, hormones, and wastes
5-6 liters
Na+ 140 mM, K+ 5 , Ca 2+ 2.5 Irene Jesus
Muscle - (motion)
Irene Jesus
Fuel sources for muscle contraction
Fuel source Maximalrate of ATP production (mmol/s) Total ~P available (mmol)
Muscle ATP 223
Creatine phosphate 73.3 446
Conversion of muscle glycogen into lactate 39.1 6,700
Conversion of muscle glycogen into CO2 16.7 84,000
Conversion of liver glycogen into CO2 6.2 19,000
Conversion of adipose-tissue fatty acids into CO2 6.7 4,000,000
Note: Fuels stored are estimated for a 70-kg person having a muscle mass of 28 kg.
Irene Jesus
Metabolic cooperation of muscle and liver
Irene Jesus
Major fuels
Glucose from glycogen (1-2% weight stored)
Fatty acids & ketone bodies
Export
Glucose - no
Lack glucose-6-phosphatase
Proteins degraded
Alanine <--> pyruvate cycle
No glucagon receptors
Epinephrine receptors are present
cAMP
phosphorylation/dephosphorylation cascade
Heart & skeletal contain a PFK-2/FBPase-2 isoenzyme
opposite control of that in liver
Irene Jesus
1. Muscle contraction is anaerobic under conditions of high exertion
muscle contraction driven by ATP hydrolysis 
resting uses 30% of body O2
increase 25-fold
ATP hydrolysis greater
phosphocreatine is an energy store 
only a 4-s supply
shift to glycolysis
anaerobic
O2 debt
2. Muscle fatigue has a protective function
maximum power output 
20 s 
pH drops from 7.0 to 6.4
3. The heart is a largely aerobic organ.
Continuous activity required with regular rhythm. 
Lots of mitochondria; completely aerobic.
40% of cytoplasmic space
Fuels - uses a mix
fatty acids, ketone bodies, glucose, pyruvate, lactate 
glycogen = 1200 kcal
Irene Jesus
4. Uses ATP for mechanical work; extra energy is stored as 
phosphocreatine.
5. Skeletal uses 50 % of the body's total oxygen when 
resting; uses up to 90 % during very active muscular work.
6. Fuels
Fuel Resting Moderate work Maximum work
Free fatty acids x x
Ketone bodies x x
Glucose x
Glycogen x
Irene Jesus
Adipose Tissue - (store & release fat)
70-kg man contains 15 kg fat; woman, more but unmentionable
enough for 3 month
fatty acids are stored
fatty acyl glycerol esters hydrolyzed
glucagon, epinephrine, insulin
hormone-sensitive lipase
1. Obesity results from aberrant metabolic control
Set-point weight
Fat cells tend to maintain a set volume
2. triacylglycerols
135,000 kcal in a 70-kg man
3. Uses
a. Fatty acids converted to liver lipids.
b. Fatty acids oxidized.
c. Fatty acids converted to acetyl-CoA and ketone bodies.
d. Acetyl-CoA used to form cholesterol.
e. Fatty acid incorporated into plasma lipoproteins.
f. Free fatty acids.
4. A metabolically active tissue.
5. Responds to hormonal signals.
Irene Jesus
Liver - (central processing)
Glucose 6-phosphate metabolism in the liver
Irene Jesus
Metabolism of amino acids in the liver
Irene Jesus
Metabolism of fatty acids in the liver
Irene Jesus
Portal vein communicates
Regulates the distribution of dietary fuels
polymers converted to monomers
Site for fuel interconversion and production of precursors.
A metabolic buffer
glycogen, 400 kcal
The liver is the body's central metabolic clearing house. 
It has remarkable flexibility and smoothing out fluctuations.
Proper levels of nutrients in blood
One function is to maintain blood [glucose].
1. Glucose fate varies with metabolic requirements
G6P is at the crossroads of 5 metabolic routes
a. Converted to glucose by glucose-6-phosphatase.
b. Converted to glycogen.
c. Converted to acetyl-CoA & completely oxidizes in the citric acid 
cycle.
d. Converted to acetyl-CoA and then fat.
e Degraded by the pentose phosphate pathway and used to 
synthesize ribose 5 phosphate. Irene Jesus
2. The liver can synthesize or degrade triacylglycerols
a. When fuel demand is high degrade to acetyl-CoA 
and make ketone bodies
b. When fuel demand is low synthesize triacylglycerols
3. Amino acids are important metabolic fuels.
a. Used to synthesize proteins.
b. AA release to the blood and used by other cells.
c. Converted to nucleotides and hormones.
d. Deaminated with nitrogen going to the urea cycle 
and acetyl-CoA to the citric acid cycle.
e. Degrades muscle protein. (Cori cycle)
f. Excess nitrogen sent to urea cycle.
4. The liver is the body's major metabolic processing unit -
exports nutrients in the correct proportions. Involved in 
enzymatic detoxification using cytochrome P450.
Irene Jesus
Kidney
Involved in recycling and elimination of wastes.
Several important functions that contribute significantly to
the body’s maintenance of a stable internal environment
1. filtration of blood
2. reabsorption of electrolytes, sugars and aa from
the filtrate
3. regulation of blood pH
4. regulation of body water content
The Blood
The blood carries oxygen, metabolits & hormones.
Irene Jesus
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Physiological effect of blood glucose in a human
Irene Jesus
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Irene Jesus
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Major endocrine systems and their targets 
Irene Jesus
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The opposing effects of insulin and glucagon on blood glucose levels
Irene Jesus
The early postprandial state 
Irene Jesus
The early postabsorptive state
Irene Jesus
The metabolic consequences of insulin deficiency or resistance
Irene Jesus
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The phosphatidylinositol pathway
Irene Jesus
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