Aula 1 Glicólise

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Bioquímica II 
Aula 1 – Glicólise 
 
Via Glicolítica 
 
É onde a glicose que é proveniente da dieta ou produção endógena é degrada pelo organismo 
com o principal propósito de liberar energia. Esta via pode funcionar tanto na presença de O2 
quanto na sua ausência. 
o Glicólise anaeróbica: é a degradação da glicose sem a necessidade de O2, tendo como 
produto final o ácido lático, esta via é muito mais rápida que a glicólise aeróbica sendo 
utilizada quando exercícios rigorosos são realizados. 
o Glicólise aeróbica: é a degradação da glicose na presença de O2, tendo como produto 
final o piruvato que por sua vez é transportado para dentro da mitocôndria para 
completar sua oxidação até CO2 e H2, ativando o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória. 
 
o A glicose entra na célula para ser degradada graças à ação da insulina que aumenta 
a permeabilidade da membrana para permitir a sua entrada. 
o A enzima marca-passo desta via é a FFK (fosfofrutoquinase). Ela é a enzima mais 
lenta dentre todas as outras por isso ela é quem marca o passo das reações. 
 
 
Glicólise (1ª leitura) 
 
A glicólise é uma das principais rotas para a produção de ATP nas células e está presente 
em todos os tipos celulares. O papel central da glicólise no metabolismo de substrato 
energético está relacionado à sua habilidade de produzir ATP come sem oxigênio. A oxidação 
de glicose a piruvato produz ATP a partir de fosforilação em nível de substrato (a transferência 
de fosfato de intermediários ricos em energia da rota para ADP) e NADH. Subsequentemente, 
o piruvato pode ser oxidado a CO2 no ciclo do TCA, e o ATP pode ser produzido a partir da 
transferência de elétrons para o oxigênio na fosforilação oxidativa. Contudo, se o piruvato e 
o NADH a partir da glicólise são convertidos a lactato (glicose anaeróbica), o ATP pode ser 
produzido na ausência de oxigênio, por meio de fosforilação em nível de substrato. 
 
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A glicose é prontamente disponível a partir da dieta, de reservas internas de glicogênio e do 
sangue. Os carboidratos fornecem 50% ou mais das calorias na maioria das dietas, e a glicose 
é o principal carboidrato. Outros açúcares da dieta, como frutose e galactose, são oxidados 
pela conversão a intermediários da glicólise. A glicose é armazenada nas células como 
glicogênio, o qual pode fornecer uma fonte interna de substrato energético para a glicólise em 
situações de emergência (p.ex., fornecimento diminuído de substratos energéticos e oxigênio 
durante isquemia, um fluxo baixo de sangue). A insulina e outros hormônios mantêm a glicose 
sanguínea em um nível constante (homeostase da glicose), garantido, assim, que a glicose 
esteja sempre disponível para as células que dependem da glicólise para a produção de ATP. 
 
Além de servir como uma fonte anaeróbica e aeróbica de ATP, a glicólise é uma rota anabólica 
que fornece precursores para a biossíntese. Por exemplo, no fígado e no tecido adiposo, essa 
rota produz piruvato como um precursor para a biossíntese de ácidos graxos. A glicólise 
também fornece precursores para a síntese de compostos, como aminoácidos e ribose-5-
fosfato, o precursor de nucleotídeos. 
 
As Reações da Glicólise 
 
A rota glicolítica, a qual quebra 1 mol de glicose em 2 moles de compostos de 3 carbonos, 
consiste em uma fase preparatória para uma fase de produção de ATP. Na fase preparatória 
inicial, a glicose é fosforilada duas vezes por ATP e quebrada em dois triose-fosfatos (Figura 
22.3 - Bioq. Méd. Bás. de Marks). O gasto de ATP no início da fase preparatória algumas 
vezes é chamado de fase de investimento (priming the pump), pois essa utilização inicial de 
2 moles de ATP/mol de glicose resulta na produção de 4 moles de ATP/mol de glicose na 
fase de produção de ATP. 
 
Na fase de produção de ATP, o gliceraldeído-3-fosfato (um triose-fosfato) é oxidado por NAD+ 
e fosforilado utilizando fosfato inorgânico. A ligação de fosfato rica em energia produzida 
nessa etapa é transferida para ADP para formar ATP. O fosfato remanescente também é 
rearranjado para formar outra ligação de fosfato rica em energia que é transferida para o ADP. 
Como são formados 2 moles de triose-fosfato, a liberação da fase de produção de ATP é 4 
ATP e 2 NADH. O resultado é uma produção líquida de 2 moles de ATP, 2 moles de NADH e 
2 moles de piruvato por mol de glicose. 
 
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Conversão de Glicose a Glicose-6-Fosfato 
 
O metabolismo de glicose inicia com a transferência de um fosfato do ATP para a glicose para 
formar glicose-6-P (Figura 22.4 - Bioq. Méd. Bás. de Marks). A fosforilação de glicose a 
destina para o metabolismo dentro das células, pois a glicose-6-P não pode ser transportada 
de volta através da membrana plasmática. A reação de fosforilação é irreversível sob 
condições fisiológicas, pois a reação tem um G0 negativo alto. A fosforilação não determina, 
contudo, que o destino da glicose seja para a glicólise. 
 
 
A glicose-6-P é um ponto de ramificação no metabolismo de carboidratos. Ela é um precursor 
para quase toda a rota que utiliza a glicose, incluindo a glicólise. Pelo ponto de vista oposto, 
ela não pode ser produzida por outras rotas do metabolismo de carboidratos, com a 
glicogenólise (quebra de glicogênio), a rota do pentose-fosfato e a gliconeogênese (a síntese 
de glicose a partir de fontes que não são carboidratos). 
 
As hexoquinases, as enzimas que catalisam a fosforilação de glicose, são uma família de 
isoenzima tecido-específicas que diferem em suas propriedades cinéticas. A isoenzima 
encontrada no fígado e nas células  do pâncreas tem um Km muito mais alto do que as outras 
hexoquinases e é chamada de glicoquinase. Em muitas células, algumas das hexoquinases 
estão ligadas e porinas na membrana externa da mitocôndria (canais de ânion dependentes 
de voltagem), as quais proporcionam a essas enzimas o primeiro acesso ao ATP recém-
sintetizado quando ele sai da mitocôndria. 
 
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Conversão de Glicose-6-P em Triose-Fosfatos 
 
No restante da fase preparatória da glicólise, a glicose-6-P é isomerizada a frutose-6-fosfato 
(frutose-6-P), novamente fosforilada e subsequentemente quebrada em fragmentos de 3 
carbonos (Figura 22.5 - Bioq. Méd. Bás. de Marks). A isomerização, que posiciona um grupo 
carbonila próximo ao carbono 3, é essencial para a quebra subsequente das ligações entre 
os carbonos 3 e 4. 
 
 
 
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A próxima etapa da glicólise, a fosforilação de frutose-6-P em frutose-1,6-bis-fosfato (frutose-
1,6-bisP) pela fosfofrutoquinase-1 (PFK-1), em geral é considerada a primeira etapa que 
determina a velocidade dessa rota. Essa fosforilação necessita de ATP e é termodinâmica e 
cineticamente irreversível. Portanto, a PFK-1 destina de forma irreversível a glicose para a 
rota glicolítica. A PFK-1 é uma enzima regulada nas células, e sua regulação controla a 
entrada da glicose na glicólise. Como a hexoquinases, ela existe como isoenzima tecido-
específicas cujas propriedades regulatórias correspondem a variações no papel da glicólise 
em diferentes tecidos. 
 
A frutose-1,6-bisP é quebrada em dois compostos fosforilados de 3 carbonos (triose-fosfatos) 
pela aldolase (Figura 22.5 - Bioq. Méd. Bás. de Marks). O diidroxiacetona-fosfato (DHPA) é 
isomerizado em gliceraldeído-3-fosfato (gliceraldeído-3-P), o qual é um triose-fosfato. Assim, 
para cada mol de glicose entrando na glicólise, 2 moles de gliceraldeído-3-fosfato continuam 
através da rota. 
 
Oxidação e Fosforilação em nível de substrato 
 
Na etapa seguinte da rota glicolítica, o gliceraldeído-3-P é oxidado e fosforilado, de tal forma 
que intermediários da glicólise podem doar fosfato para ADP e produzir ATP. A primeira 
reação nessasequência, catalisa por gliceraldeído-3-P-desidrogenase, é realmente a chave 
para a rota (Figura 22.5 - Bioq. Méd. Bás. de Marks). Essa enzima oxida o grupo aldeído a 
gliceraldeído em um grupo carboxila ligado à enzima e transfere os elétrons para NAD+ para 
formar NADH. A etapa de oxidação é dependente de um resíduo de cisteína no sítio ativo da 
enzima, a qual forma uma ligação de tioéster rica em energia durante o curso da reação. O 
intermediário rico em energia imediatamente recebe um fosfato inorgânico da ligação de acil-
fosfato rica em energia no 1.3-bifosfoglicerato, liberando o produto a partir do resíduo de 
cisteína na enzima. Essa ligação de fosfato rica em energia é o início da fosforilação em nível 
de substrato (a formação de uma ligação de fosfato rica em energia em que previamente não 
existia nenhuma, sem a utilização de oxigênio). 
 
Na reação seguinte, o fosfato nessa ligação é transferido para ADP para formar ATP pela 3-
fosfoglicerato-quinase. A energia da ligação de acil-fosfato é alta o suficiente (~13 kcal/mol), 
de tal modo que a transferência para ADP é um processo energeticamente favorável. O 3-
fosfoglicerato também é um produto dessa reação. 
 
Para transferir o fosfato da ligação de fosfoéster, a baixa em energia, do 3-fosfoglicerato para 
ADP, ele deve ser convertido a uma ligação rica em energia. Essa conversão é realizada pelo 
deslocamento do fosfato para o segundo carbono (formando 2-fosfoglicerato) e, então 
removendo água para formar fosfoenolpiruvato (PEP). A ligação de enolpiruvato é uma 
ligação rica em energia (sua hidrólise libera aproximadamente 14 kcal/mol de energia); assim, 
a transferência de fosfato para ADP pela piruvato-quinase é energeticamente favorável 
(Figura 22.5 - Bioq. Méd. Bás. de Marks). Essa reação final converte PEP a piruvato. 
 
Resumo da Rota Glicolítica 
A reação geral da rota glicolítica é: 
 
Glicose + 2 NAD+ + 2Pi + 2 ADP  2 Piruvato + 2 NADH + 4 H+ + 2 ATP + 2 H2O 
 
A rota ocorre com um G0 total negativo de aproximadamente -22 kcal. Portanto, ela não 
pode ser revertida sem o gasto de energia. 
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Glicólise (2ª leitura) 
 
A concentração de glicose na corrente sanguínea é mantida em níveis sensivelmente 
constantes. A glicose entra nas células por difusão facilitada. Este processo não permite o 
acúmulo na célula de concentrações de glicose superiores às existentes no sangue, pelo que 
a célula deve ter um processo para acumular glicose no seu interior. Isto é feito por 
modificação química da glicose pela enzima hexoquinase: 
 
 
A membrana celular é impermeável à glicose-6-fosfato, que pode por isso ser acumulada na 
célula. A glicose-6-fosfato será utilizada na síntese do glicogênio (uma forma de 
armazenamento de glicose), para produzir outros compostos de carbono na via das pentoses 
fosfato, ou degradada para produzir energia - glicólise. 
Para poder ser utilizada na produção de energia, a glicose-6-fosfato é primeiro isomerizada a 
frutose-6-fosfato. A frutose-6-fosfato é depois fosforilada a frutose-1,6-bisfosfato numa reação 
catalisada pela fosfofrutoquinase. Este é o ponto de não-retorno desta via metabólica: a partir 
do momento em que a glicose é transformada em frutose-1,6-bisfosfato já não pode ser usada 
em nenhuma outra via. 
 
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Seguidamente, numa reação inversa da adição aldólica (aldolase), a frutose-1,6-bisfosfato é 
clivada em duas moléculas de três carbonos cada: 
 
Estas duas moléculas (dihidroxiacetona fosfatada e gliceraldeído-3-fosfato) são facilmente 
inter-conversíveis por isomerização. Portanto, basta uma via metabólica para degradar as 
duas. É por esta razão que a glicose-6-P foi isomerizada a frutose-6-P: a clivagem da glicose 
pela reação inversa da condensação aldólica daria origem a duas moléculas bastante 
diferentes, de dois e quatro átomos de carbono, respectivamente, que exigiriam duas vias 
metabólicas diferentes para a sua degradação. 
 
Os aldeídos têm potenciais de oxidação redução bastante baixos. A reação de oxidação do 
gliceraldeído-3-fosfato pelo NAD+ (Nicotinamida adenina dinucleotídeo) é, portanto, bastante 
espontânea. É uma reação tão exergônica (exotérmica) que pode ser usada para produzir 
ATP. A produção de ATP é feita em dois passos. No primeiro, dá-se a oxidação do 
gliceraldeído-3-fosfato e a fosforilação do ácido produzido. 
 
Os ácidos fosforilados (tal como os fosfoenóis e os fosfoguanidinos) têm grupos fosfatos 
bastante energéticos: a saída do grupo fosfato dá origem a espécies muito mais estabilizadas 
por ressonância. O grupo fosfato do carbono 1 do 1,3-bisfosfoglicerato pode por isso ser 
transferido para ADP, produzindo ATP. 
 
 
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O 3-fosfoglicerato é isomerizado a 2-fosfoglicerato, que depois de desidratado (i.e. perder 
H2O) dá origem a um fosfoenol: 
 
Devido ao seu elevado potencial de transferência de fosfato o fosfoenolpiruvato pode 
transferir um fosfato ao ADP: 
 
Na glicólise gastam-se, portanto, dois ATP, e produzem-se quatro ATP. O NAD+ tem de ser 
regenerado, caso contrário a glicólise pára, uma vez que é substrato de uma das reações. 
Em condições aeróbicas, o NADH transfere os seus elétrons para a cadeia transportadora de 
elétrons. Na ausência de O2 o NADH transfere os seus elétrons para o próprio piruvato, dando 
origem a lactato. É o que se denomina fermentação: um processo em que o aceitador final 
dos elétrons provenientes da degradação é um produto orgânico da própria degradação.