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Metabolismo de Carboidratos. Profa.Dra. Leticia Labriola Abril 2012 Oxidação Completa da Glicose C6H12O6 + 6O2 + 6CO2 + 6H2O 36-38ADP + 36-38 Pi + 36-38ATP Via glicolítica gastou: 1 glicose, 2 ADP, 2 Pi, 2 NAD+ gerou: 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr Falta: “Usar” Pyr → Formação de AcCoA e Krebs “Reciclar” NADH → Transporte de elétrons Gerar CO2 → Formação de AcCoA e Krebs Formar ATPs → Fosforilação oxidativa NAD – Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (coenzima) NADH FAD – Flavo Adenina Dinucleotídeo (grupo prostético) (Vit B2) A Respiração Celular ocorre em 3 estágios 1 – nutrientes são oxidados e geram Acetil-CoA (Glicólise, β-oxidação e oxidação de aminoácidos) coenzimas são reduzidas 2 – Acetil-CoA é oxidado a CO2 no Ciclo de Krebs coenzimas são reduzidas 3 – Coenzimas são oxidadas, transferindo os e- para O2, formando água e armazenando a energia envolvida na forma de ATP, na Cadeia Respiratória (Cadeia de Transporte de e- + Fosforilação Oxidativa Acetil-CoA aa estágio 1 produção de Acetil-CoA AGL Glicose estágio 2 oxidação de Acetil-CoA estágio 3 transferência de e- e fosf. oxidativa ciclo de Krebs piruvato oxaloacetato citrato glicólise cadeia respiratória transportadores de e- Coenzima A (CoA) grupo reativo tiol β-mercaptoetilamina ácido pantonênico Acetil-CoA 3´-fosfoadenosina difosfato ribose 3´- fosfato adenina o grupo acetil proveniente da descarboxilação do piruvato se une à CoA através do grupo tiol desta O piruvato proveniente da glicólise é uma das principais fontes de Acetil-CoA Descarboxilação oxidativa Remoção irreversível de um CO2 do piruvato, gerando o grupo acetil que se liga à coenzima A (CoA), formando Acetil-CoA 3 enzimas (PDH) 5 coenzimas piruvato desidrogenase Complexo Multienzimático piruvato desidrogenase diidrolipoil transacetilase diidrolipoil desidrogenase Piruvato Acetil-CoA Formação de Acetil-CoA Formação de Acetil-CoA - 5 coenzimas / grupos prostéticos: tiamina pirofosfato (TPP) FAD Coenzima A NAD ácido lipóico - 5 vitaminas: tiamina (B1) riboflavina (B2) ácido pantotênico (CoA) (B5) niacina (nicotinamida) (B3) ácido lipóico vitamina precurssora Piruvato desidrogenase (E1) • tiamina pirofosfato (TPP) tiamina (B1) Diidrolipoil transacetilase (E2) • coenzima A (CoA) ácido pantotênico (B5) Diidrolipoil desidrogenase (E3) • flavina adenina dinucleotídeo (FAD) riboflavina (B2) • nicotinamida adenina dinucleotídeo niacina (B3)/nicotinamida (NAD+) Diidrolipoil transacetilase (E2) • ácido lipóico Cofatores do Complexo da Piruvato Desidrogenase não deriva de vitaminas Formação de Acetil-CoA Regulação da Piruvato Desidrogenase +AMP, NAD+ -ATP, NADH, Acetil-CoA Regulação do Complexo Piruvato Desidrogenase (regulação alostérica e por modificação covalente) O complexo é formado por 3 enzimas e 5 coenzimas As enzimas do complexo têm resíduos de serina, modificáveis por fosforilação As enzimas do complexo quando fosforiladas (por quinases) são inativas As enzimas do complexo quando desfosforiladas (por fosfatases) são ativas Além das 3 enzimas, o complexo tem uma quinase e uma fosfatase associadas Os produtos da via, NADH e acetil-CoA, bem como ATP são efetores alostéricos negativos das enzimas do complexo NADH, Acetil-CoA e ATP ativam a quinase (e inibem o complexo) A diminuição de NADH, Acetil-CoA e ATP ativam a fosfatase (e ativam o complexo) A insulina ativa fosfatases no geral, tendo o mesmo efeito, bem como o Ca2+ e Mg2+ O excesso de acetil-CoA e NADH provenientes da β-oxidação durante o jejum inibem a síntese de acetil-CoA a partir de piruvato, favorecendo a gliconeogênese Oxidação Completa da Glicose C6H12O6 + 6O2 + 6CO2 + 6H2O 36-38ADP + 36-38 Pi + 36-38ATP Via glicolítica gastou: 1 glicose, 2 ADP, 2 Pi, 2 NAD+ gerou: 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr Form. de Acetil-CoA gastou: 2 NAD+, 2 Pyr gerou: 2 CO2, 2 NADH, 2 AcCoA Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + CoA Reação Global - Ciclo de Krebs GTP + ADP GDP + ATPnucleosídeo difosfato quinase Regulação do Ciclo de Krebs Acetil-CoA + OxAc Citratocitrato sintase - NADH, ATP +ADP Isocitrato α cetoglutaratoisocitrato desidrogenase - NADH, ATP +ADP NAD+ NADH α cetoglutarato Succinil-CoAα cetoglutarato desidrogenase - NADH, ATP NAD+ NADH CO2CoASH CoASH piruvato Acetil-CoA citrato cis-aconitato isocitrato α-cetoglutarato Succinil CoA succinato fumarato malato oxalo- acetato ATP, Acetil-CoA, NADH- - ATP - ATP + ADP, Ca2+ (piruvato desidrogenase) (citrato sintase) (isocitrato desidrogenase) (α-cetoglutarato desidrogenase) ATP aumenta o KM da citrato sintase para acetil- CoA - Succinil-CoA NADH, GTP, ATP + Ca2+ + Ca2+, Mg2+ Etapas que requerem coenzima oxidada (NAD+ ou FAD)* * * * * * Regulação do Ciclo de Krebs +ADP NADH, ATP NADH, ATP NADH, ATP Regulação do Ciclo de Krebs +ADP ↓ ATP Frutose 6P Frutose 2,6 P ATP ADP Fosfofrutoquinase 2 Frutose 6PFrutose 2,6 P Frutose 2,6 bisfosfatase Pi - citrato+ AMP + PEP (+ insulina no fígado) (+ glucagon no fígado) Regulação Integrada frutose 6-fosfato frutose 1,6-difosfato ATP ADP Substrato do Ciclo de Krebs regulando Glicólise (fosfofrutoquinase) - Citrato O excesso de citrato indica abundância de precursores biossintéticos, e portanto a não necessidade de degradação de glicose GLICOSE PIRUVATO Destinos Metabólicos do Citrato citrato Fonte de NADPH no citossol, para biossíntese redutora (enzima málica) Ciclo de Krebs Geração de Energia Regulador de outras etapas metabólicas (-) fosfofrutoquinase (+) Acetil-CoA carboxilase * Fonte de carbono para processos citossólicos biossintéticos, como ácidos graxos e esteróides (fonte de acetil-CoA) *Acetil-CoA carboxilase é a enzima que catalisa a formação de malonil-CoA a partir de acetil-CoA, o primeiro passo da síntese de ácidos graxos Oxaloacetato Acetil-CoA Piruvato Citrato NAD+ CoA CO2 NADH +AMP, NAD+ -ATP, NADH, Acetil-CoA Piruvato desidrogenase - NADH, ATP +ADP Citrato sintase ↓ ATP +ADP NADH, ATP NADH, ATP NADH, ATP Regulação do Ciclo de Krebs +ADP ↑ ATP Oxaloacetato Acetil-CoA Piruvato Citrato NAD+ CoA CO2 NADH CO2 ATP ADP + Pi +Acetil-CoA +AMP, NAD+ -ATP, NADH, Acetil-CoA (biotina) Piruvato desidrogenase Piruvato carboxilase - NADH, ATP +ADP Citrato sintase ↑ ATP Oxaloacetato Acetil-CoA Piruvato Citrato NAD+ CoA CO2 NADH CO2 ATP ADP + Pi +Acetil-CoA +AMP, NAD+ -ATP, NADH, Acetil-CoA (biotina) Piruvato desidrogenase Piruvato carboxilase - NADH, ATP +ADP Citrato sintase lipídeos glucagon m ito cô nd ri a ci to ss ol MALATO FOSFOENOLPIRUVATO PIRUVATO ACETIL CoA CITRATO OXALOACETATO α-CETOGLUTARATOSUCCINIL CoA PORFIRINAS AMINOÁCIDOS AMINOÁCIDOS GLICOSE (grupo heme) MALATO Inibição do Ciclo de Krebs por Falta de Oxaloacetato (jejum, fígado, gliconeogênese) β-oxidação intensa cetogênese (recicla CoA) OXALOACETATO (malato desidrogenase citoplasmática) proteólise NADH NAD+ O excesso de NADH da β- oxidação desloca o equilíbrio em direção ao malato Esta oxidação gera NADH citossólico que é transferido para a matriz mitocondrial por lançadeiras específicas glicóliseApresentador Notas de apresentação A glicólise está inibida e logo não tem muito piruvato (será que tem proveniente de proteólise?). O piruvato que tiver vai virar imediatamente oxaloacetato, porque a piruvato carboxilase é ativada pelo excesso de acetil-CoA. O excesso de NADH leva o oxaloacetato imediatamente para malato. Em condição de jejum, vai haver beta oxidação intensa. Isso gera muito NADH e ATP, que inibem krebs. O krebs tb é inibido porque falta oxaloacetato e falta oxaloacetato justamente porque o excesso de NADH, proveniente da beta oxidação desloca o equilíbrio do oxaloacetato em direção ao malato, favorecendo o acúmulo deste que sai via lançadeira de malato, para virar oxaloacetato e ser substrato da gliconeogênese. Quando não há oxaloacetato disponível no fígado (gliconeogênese do jejum), o ciclo de Krebs é inibido. O excesso de Acetil-CoA da b-oxidação é usado na cetogênese (fígado), para restituir CoA. Quando o excesso de Acetil-CoA é proveniente do piruvato, e o ciclo de Krebs foi inibido por excesso de ATP, acetil-CoA é usado na lipogênese Oxaloacetato Acetil-CoA Piruvato Citrato NAD+ CoA CO2 NADH CO2 ATP ADP + Pi +Acetil-CoA +AMP, NAD+ -ATP, NADH, Acetil-CoA (biotina) Piruvato desidrogenase Piruvato carboxilase - NADH, ATP +ADP Citrato sintase ↓ ATP, ↓ Oxaloacetato +ADP NADH, ATP NADH, ATP NADH, ATP Regulação do Ciclo de Krebs +ADP ↓ ATP Inibição do Ciclo de Krebs Jejum ou Atividade Física Prolongada (fígado) - Consumo do oxaloacetato para produção de glicose via gliconeogênese - Acúmulo de Acetil-CoA e NADH proveniente da intensa β-oxidação Abundância de aporte energético - Inibição das enzimas por excesso de ATP (e falta de ADP) e excesso de coenzimas reduzidas – NADH e FADH2 (falta de coenzimas oxidadas – NAD+, FAD) O fluoracetato (acetato fluorado), presente nas folhas de certas plantas venenosas na África, Austrália e América do Sul é tóxico porque é convertido a fluoracetil-CoA e então convertido a fluorcitrato pela citrato sintase. Inibe a aconitase e o transporte de citrato através da membrana interna da mitocôndria. Potentíssimo: LD50 = 0,2mg/Kg de peso corpóreo em ratos (ingerido, inalado ou absorvido pela pele) – Produção, Comercialização e uso proibidos pela OMS Envenenamentos O Arsênico na forma de sais de arsenito (AsO33-) ou sais orgânicos é tóxico porque se liga covalentemente a sulfidrilas, especialmente as vicinais, como no caso das lipoamidas, presentes na piruvato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase. Apresentador Notas de apresentação Napoleão supõe-se que morreu por intoxicação por arsênico, pois encontraram arsênico em um feixe do seu cabelo, porém não se sabe se foi intencional ou ambiental. Encontraram um sal de arsênico na tinta verde do papel de parede do seu quarto de se trocar. Regulação do Ciclo de Krebs em outros níveis (isoformas, nível de expressão, transporte) Há diferentes isoformas das enzimas do complexo piruvato desidrogenase A expressão das isoformas parece ser tecido dependente e dieta dependente Dietas ricas em lipídeos ativa algumas, enquanto outras são favorecidas por dietas ricas em carboidratos – processo pouco compreendido! Estas enzimas mitocondriais são produzidas no citossol. Não só o nível de expressão influencia o ciclo, como também a velocidade de transporte destas para a mitocôndria Deficiência de Piruvato Desidrogenase - Crianças com acidose lática, acúmulo de piruvato e alanina - Geralmente em casamentos cossangüíneos - Acometimento cerebral - Dieta hipocalórica (predomínio de gorduras sobre carboidratos) 1. Indicar as vitaminas necessárias para a produção de acetil-CoA a partir de piruvato, e a localização intracelular desta reação. 2. Indicar a localização celular das enzimas do ciclo de Krebs e descrever os passos irreversíveis do ciclo. Indicar as vitaminas necessárias. 3. Escrever a reação global da metabolização da acetil-CoA pelo ciclo de Krebs. 4. Descrever a regulação do ciclo de Krebs em função das relações de ATP/ADP e NADH/NAD+. (Recorde também quais os efeitos de mudanças nos níveis de ATP/ADP e NADH/NAD+ na glicólise e neoglicogênese.) 5. Quais dos compostos a seguir aumentam a concentração de oxaloacetato em uma suspensão de mitocôndrias: acetil-CoA, piruvato, glutamato, citrato, ácidos graxos? Justifique, e explique porque estes compostos são gliconeogênicos. 6. Descrever os mecanismos de regulação da piruvato desidrogenase e piruvato carboxilase. Como essa regulação afeta a velocidade das reações do ciclo de Krebs? Como afeta a gliconeogênese? 7. Indicar a direção preferencial da reação catalisada pela aconitase se reagentes e produtos estiverem em concentrações equivalentes. Qual o composto que se acumula quando o ciclo de Krebs é inibido por altas relações ATP/ADP e NADH/NAD+? Relacionar a atividade da via glicolítica com a atividade da isocitrato desidrogenase. 8. O beriberi, uma doença causada pela deficiência de tiamina (vitamina B1), é caracterizado pelo acúmulo de piruvato, especialmente após refeições ricas em carboidratos. Explique porque ocorre este acúmulo. 9. A síndrome de Wernicke-Korsakoff é caracterizada por confusão mental, ataxia, oftalmoplegia e letargia, observada normalmente em alcoólatras crônicos. Esta síndrome pode ser revertida completamente através da administração de tiamina. Baseado nesses dados, explique a causa da doença e porque compromete principalmente as funções cerebrais. 10. A deficiência de biotina, uma doença rara, causa intolerância a exercício e hipoglicemia de jejum. Explique esse quadro clínico. Número do slide 1 Número do slide 2 Número do slide 3 Número do slide 4 Número do slide 5 Número do slide 6 Número do slide 7 Número do slide 8 Número do slide 9 Número do slide 10 Número do slide 11 Número do slide 12 Número do slide 13 Número do slide 14 Número do slide 15 Número do slide 16 Número do slide 17 Número do slide 18 Número do slide 19 Número do slide 20 Número do slide 21 Número do slide 22 Número do slide 23 Número do slide 24 Número do slide 25 Número do slide 26 Número do slide 27 Número do slide 28 Número do slide 29 Número do slide 30 Número do slide 31 Número do slide 32 Número do slide 33 Número do slide 34 Número do slide 35 Número do slide 36 Número do slide 37 Número do slide 38
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