13_Glicolise

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13-1Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise
1313
13-2Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise
�� GlicóliseGlicólise: uma série de 10 reações catalisadas 
por enzimas onde a glicose é convertida a duas 
moléculas de piruvato
� existe a transformação líquida de 2ADP em 2ATP
C6 H1 2 O6
Glicose
glicólise
2 CH3 CCO2
-
O
Piruvato
+ 2 H+
C6 H1 2 O6 + 2 ADP + 2 Pi
2 CH3 CCO2
- + 2 ATP
OGlicose
Piruvato
Dez etapas catali-
sadas por enzimas
2
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13-3Copyright (c) 2000 V. T. Motta
Destinos do Destinos do piruvatopiruvato
� Piruvato é comumente metabolizado em um dos 
três compostos, dependendo do tipo de 
organismo e a presença ou ausência de O2
CH3 CCO2
-
O
CH3C-SCoA
O
+ CO2
CH3CHCO2
-
OH
CH3 CH2OH + CO2
Piruvato
Etanol
Lactato
Acetil CoA
Glicólise
anaeróbica
Fermentação
anaeróbica
Oxidação
aeróbica
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13-4Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 1Reação 1
�� Reação 1Reação 1: fosforilação da aa-D-glicose
OH
OH
HO
HO
CH2 OH
O
+ - O- P- O- P-O- AMP
O
O-O-
O
aa-D-Glicose
hexoquinase
Mg2 +
OH
OH
HO
HO
CH2 OPO3
2-
O
ATP
+ - O- P- O-A MP
O
O-
ADPaa-D-Glicose 6-fosfato
3
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13-5Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 2Reação 2
�� Reação 2Reação 2: isomerização da glicose 6-fosfato a 
frutose 6-fosfato
2
1
HO
CH2 OPO3
2 -
CH2 OHO
OH ( aa )
H
H
HO
O
OH
OH
HO
HO
CH2 OPO3
2 -
aa-D-Glicose 6-fosfato
aa-D-Frutose 6-fosfato
Glicosfosfato
isomerase
6
12
6
H
1313
13-6Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 2Reação 2
� Esta isomerização é facilmente compreendida quando 
se emprega fórmulas de cadeia aberta de cada 
monossacarídio; são dois tautômeros ceto-enóis
Frutose 6-
fosfato
Glicose 6-
fosfate
(Um enediol)
2
1 1
2
CHO
CH2 OPO3
2 -
OHH
HHO
OHH
OHH
C
CH2 OPO3
2 -
OH
HHO
OHH
OHH
CH OH
C
CH2 OPO3
2 -
O
HHO
OHH
OHH
CH2 OH
4
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13-7Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 3Reação 3
�� Reação 3Reação 3: fosforilação da frutose 6-fosfato
Frutose 6-
fosfato
C
CH2 OPO3
2 -
O
HHO
OHH
OHH
CH2 OH
+ ATP
Fosfo-
frutoquinase
Mg2 +
Frutose 1,6-
bisfosfato
C
CH2 OPO3
2 -
O
HHO
OHH
OHH
CH2 OPO3
2 -
+ ADP
1313
13-8Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 3Reação 3
� Fosfofrutoquinase: é a enzima-chave no controle 
da glicólise
� é um tetrâmero e está submetido a uma regulação 
alostérica de retroalimentação 
� o tetrâmero é composto de duas subunidades L e M
� M4, M3L, M2L2, ML3, e L4 todas estão presentes
� os músculos são ricos em M4, o fígado é rico em L4
� ATP é um dos efetores alostéricos nessa reação; 
elevados teores de ATP inibem a enzima
� frutose-1,6-bis fosfato é o efetor alostérico mais 
potente da fosfofrutoquinase 
5
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13-9Copyright (c) 2000 V. T. Motta
Glicólise Glicólise -- Reação 4Reação 4
�� Reação 4Reação 4: quebra da frutose 1,6-bisfosfato 
produzindo duas trioses fosfato diferentes
H
C= O
CH2 OPO3
2 -
H
OH
CH2 OPO3
2 -
OH
H
HO Aldolase
C= O
CH2 OPO3
2 -
CH2 OPO3
2 -
Frutose 1,6-
bisfosfato
CH2 OH
C
C= O
H OH
H
Gliceraldeído
3-fosfato
Diidroxiacetona
fosfato
+
um grupo
carbonila
um grupo
bb- hidroxila
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13-10Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 4Reação 4
� A reação 4 é uma reversão da reação aldólica
� o intermediário chave é uma amina formada por um 
grupo C=O da frutose 1,6-bisfosfato e um grupo -NH2
da enzima que catalisa a reação
H
C= O
CH2 OPO3
2 -
H
O-H
CH2 OPO3
2 -
OH
H
HO
Frutose 1,6-
bisfosfato
+
B-
H
C=NH
CH2 OPO3
2 -
O
CH2 OPO3
2 -
OH
H
HO
H3N Enz
B-
Enz
(- H2 O)
+ +
Imina protonada
H
H
6
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13-11Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 4Reação 4
� É o contrário de uma condensação de aldol; libera dois 
fragmentos de três carbonos, um como uma imina
C-NH
CH2 OPO3
2 -
CH2 OPO3
2 -
CHOH
C
C= O
H OH
H
H
C= NH
CH2 OPO3
2 -
O
CH2 OPO3
2 -
OH
H
HO B-
Enz
+
Imina protonada
H B
Enz
H
Gliceraldeído
3-fosfato
H
Condensação reversa 
de aldol
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13-12Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 4Reação 4
� A hidrólise da imina produz diidroxiacetona fosfato e 
regenera o grupo -NH2 da enzima
C= NH
CH2 OPO 3
2 -
CH2 OH
Enz
+ H2 O
C= O
CH2 OPO3
2 -
CH2 OH
+
B-
H 3N Enz
+
Imina protonada
Diidroxiacetona
fosfato
B-
C-N H
CH2 OPO3
2 -
CHOH B
Enz
H
7
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13-13Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 5Reação 5
�� Reação 5: Reação 5: isomerização da triose fosfato
C= O
CH2 OPO3
2 -
CH2 OH
CH2 OPO3
2 -
C
CHO
H OH
Gliceraldeído
3-fosfato
Diidroxiacetona
fosfato
C-OH
CHOH
CH2 OPO3
2 -
Um enediol
intermediário
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13-14Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 6 Reação 6 
�� Reação 6Reação 6: oxidação do grupo -CHO do 
gliceraldeído 3-fosfato
� o grupo -CHO é oxidado a grupo carboxílico
� que por sua vez é convertido em um anidrido de ácido 
carboxílico com o ácido fosfórico
� o agente oxidante, NAD+, é reduzido a NADH
G-C-H
O
+ H2 O G- C-OH
O
2 H+ 2 e -
NAD+ H+ 2 e - NADH
A oxidação:
A redução:
++
++
8
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13-15Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 6Reação 6
� A reação é dividida em três fases
� fase 1: formação de um tioemiacetal
G- C- H
O
+ HS- Enz G- C- S- Enz
OH
HGliceraldeído
3-fosfato
Um tioemiacetal
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13-16Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 6Reação 6
� fase 2: oxidação do tioemiacetal pelo NAD+
G- C- S-Enz
O
H
H
N
CNH2
A d
O
+
G- C- S- Enz
N
CNH 2
A d
O
O
H H
um tioéster ligado 
à enzima
9
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13-17Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 6 Reação 6 
� fase 3: conversão do tioéster em anidrido
G- C- S- Enz
O
+ -O- P-OH
O
O-
G- C- O-P- OH
O-
Enz- S
O
O -
G- C- O-P- O-
O O
O-
+ Enz-S-
1,3-Bisfosfoglicerato
(um anidrido misto)
Intermediário
carbonila tetraédrico
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13-18Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 7Reação 7
�� Reação 7: Reação 7: transferência do grupo fosfato do 1,3-
bisfosfoglicerato para o ADP
+
1,3-Bisfosfo-
glicerato
C
CH2 OPO3
2 -
CO2
-
OHH
C
CH2 OPO3
2 -
C-OPO3
2 -
OHH
O
+
A TP3-Fosfoglicerato
-O- P-O- AM P
O
O -
ADP
O
O -
Fosfo-
glicerato quinase
Mg 2+
-O- P-O- P-O- AMP
O
O -
10
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13-19Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 8Reação 8
�� Reação 8: Reação 8: isomerização do 3-fosfoglicerato a 2-
fosfoglicerato
C
CH 2 OPO 3
2-
CO 2
-
OHH
3-Fosfoglicerato
C
CH 2 OH
CO 2
-
OPO 3
2-H
2-Fosfoglicerato
Fosfoglicerato
mutase
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13-20Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 9Reação 9
�� Reação 9: Reação 9: desidratação do 2-fosfoglicerato
C
CH2 OH
CO2
-
OPO3
2-H
2-Fosfoglicerato
C
CH2
CO2
-
OPO3
2-
Fosfoenolpiruvato
+ H2 O
Enolase
Mg 2+
11
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13-21Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 10Reação 10
�� Reação 10Reação 10: transferência do fosfato para o ADP
� fase 1: transferência do grupofosfato
C
CH2
CO2
-
OPO3
2 -
Fosfoenol-
piruvato
+
-O-P-O- P-O- AMP
O
O -O -
O
ATP
-O-P-O- AMP
O
O -
ADP
C-OH
CH2
CO2
-
+
Piruvato
(forma enólica)
Piruvato
quinase
Mg 2+
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13-22Copyright (c) 2000 V. T. Motta
GlicóliseGlicólise -- Reação 10Reação 10
� fase 2: conversão da forma enol do piruvato em sua 
forma ceto
C-OH
CH 2
CO 2
-
Piruvato
(forma enol)
C=O
CH 3
CO 2
-
Piruvato
(forma ceto)
12
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13-23Copyright (c) 2000 V. T. Motta
Glicólise (reação geral)Glicólise (reação geral)
� Resumindo as 10 etapas, a reação geral da 
glicólise é
C6 H1 2 O6 + 2 NA D
+ + 2 HPO4
2 - + 2 A DP
Glicose
Glicólise
2 CH3 CCO2
-
O
Piruvato
+ 2 NADH + 2 ATP + 2 H 2O + 2 H
+
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13-24Copyright (c) 2000 V. T. Motta
Energética da Energética da glicóliseglicólise
� A variação de energia livre, DDG°’ da glicólise 
(glicose a piruvato) variam de negativa a positiva, 
mas quando somadas, mostram uma grande 
liberação de energia livre: DDG°’ = -73,3 kJ
� Três reações controladas alostericamente
liberam grande quantidade de energia livre
� hexoquinase
� fosfofrutoquinase
� piruvato quinase
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1313
13-25Copyright (c) 2000 V. T. Motta
Energética da Energética da glicóliseglicólise
� Hexoquinase
� Fofofrutoquinase
Glicose + P i Glicose-6-fosfato + H2 O
ATP + H2 O ADP + P i
DDG°'
+13.8
-30.5
Glicose + ATP Glicose-6-fosfato + ADP -16.7
(kJmol-1)
Frutose-6-P + P i Frutose-1,6-DiP + H2 O +16.7
ATP + H2 O ADP + P i -30.5
Glicose + ATP Glicose-6-fosfato + ADP -13.8
DDG°'
(kJmol-1)
1313
13-26Copyright (c) 2000 V. T. Motta
Energética da Energética da GlicóliseGlicólise
� Piruvato quinase
Fosfoenolpiruvato Piruvato + P i
ADP + ATP +P i +30.5
Fosfoenolpiruvato
H2 O
+ ADP
+ H2 O -61.9
DDG°'
(kJmol-1)
Piruvato + ATP -31.4
14
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13-27Copyright (c) 2000 V. T. Motta
Energética da Energética da GlicóliseGlicólise
� Conversão do 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-bisFG) a 3-
fosfoglicerato também ocorre com uma grande 
redução de energia livre
1,3-bisFG 3-Fosfoglicerato + P i
ADP + ATP +P i +30.5H2 O
+ ADP
+ H2 O -49.3
DDG°'
(kJmol-1)
3-Fosfoglicerato + ATP -18.81,3-biFG
1313
13-28Copyright (c) 2000 V. T. Motta
Destinos do Destinos do PiruvatoPiruvato
� O piruvato não acumula nas células. Ele sofre 
uma de três reações enzima-catalisadas 
possíveis, dependendo do tipo de célula e do 
estágio de oxigenação da mesma
� redução a lactato
� redução a etanol
� oxidação e descarboxilação a acetil-CoA
� A glicólise necessita o suprimento de NAD+
� se não existir oxigênio presente para reoxidar o NADH 
a NAD+, então outra via deve ser seguida
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13-29Copyright (c) 2000 V. T. Motta
Fermentação do lactatoFermentação do lactato
� Nos vertebrados sob condições anaeróbicas, a 
via mais importante para a regeneração do NAD+
é a redução do lactato a piruvato
� a lactato desidrogenase (LDH) é uma isoenzima
tetramérica; H4 predomina no músculo cardíaco e M4
no músculo esquelético
CH3 CCO2
- + NA DH + H +
O
Piruvato
CH3 CHCO2
- + NA D+
OH
Lactato
Lactato
desidrogenase
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13-30Copyright (c) 2000 V. T. Motta
PiruvatoPiruvato a Lactatoa Lactato
� Enquanto a fermentação do lactato permite a 
continuação da glicólise, ela aumenta a concentração 
de lactato e também do H+ no tecido muscular, como 
na reação
� quando o lactato sangüíneo atinge ao redor de 0.4 
mg/dL, o tecido muscular torna-se quase 
completamente exausto 
C6 H1 2 O6
Glicose
2 CH3 CHCO2
- + 2 H+
OH
Lactato
Fermentação
do lactato
16
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13-31Copyright (c) 2000 V. T. Motta
Glicose a LactatoGlicose a Lactato
� A fermentação do lactato ocorre com uma 
significante redução na energia livre
Glicose + 2ADP + 2Pi + 2NAD
+
2Piruvato + 2ATP + 2NADH
2Piruvato + 2NADH + 2H +
2Lactato + 2ATPGlicose + 2ADP + 2Pi
DDG°'
(kJ mol-1)
-73.3
-50.2
-123.5
2Lactato + 2NAD+
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13-32Copyright (c) 2000 V. T. Motta
PiruvatoPiruvato a Etanola Etanol
� Leveduras e vários outros organismos 
regeneram o NAD+ em duas fases
� descarboxilação do piruvato a acetaldeído
� redução do acetaldeído a etanol
Piruvato
CH3 CH + CO2
O
Acetaldeído
Piruvato
decarboxilase
CH3 CCO2
- + H+
O
CH3 CH + NADH + H
+
O
Acetaldeído
Álcool
desidrogenase
CH3 CH2 OH + NAD
+
Etanol
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13-33Copyright (c) 2000 V. T. Motta
PiruvatoPiruvato à à AcetilAcetil--CoACoA
� Sob condições aeróbicas o piruvato sofre 
descarboxilção oxidativa
� o grupo carboxilato é convertido a CO2
� os dois carbonos restantes são convertidos no grupo 
acetil do acetil-CoA
Piruvato
CH3 CSCoA + CO2 + N A DH
O
Acetil-CoA
Descarboxilação
oxidativa
CH3 CCO2
- + NA D+ + CoA SH
O
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13-34Copyright (c) 2000 V. T. Motta
PiruvatoPiruvato à à AcetilAcetil--CoACoA
� A descarboxilação do piruvato a acetil-CoA é 
bastante mais complexa do que as equações 
anteriores sugerem
� Além do NAD+ (da vitamina niacina), a coenzima 
A (da vitamina ácido pantotênico), é também 
necessária. Além dessas necessita-se de
� FAD (da vitamina riboflavina)
� tiamina pirofosfato (da vitamina tiamina)
� ácido lipóico
18
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13-35Copyright (c) 2000 V. T. Motta
PiruvatoPiruvato à à AcetilAcetil--CoACoA
N
N
N
NH2
H3 C
S
CH2 CH2 OHH3 C
H
Tiamina
+
S S
CH2 CH2 CH2 CH2CO2
-
Ácido lipóico
(mostrado como 
aníon carboxilato)
H