Glicólise: Processo Anaeróbico de Conversão de Glicose em ATP

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Aula – Glicólise
Embden-Meyerhof-Parmas
Prof. Jonas Contiero
RC - 2013
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Glicólise
Processo Anaeróbico
Converte uma hexose à duas moléculas de piruvato
Gera 2 ATP e 2 NADH
Para certas células do cérebro e olhos, glicólise é o único caminho para gerar ATP
Glicose+2ADP+2NAD++2Pi -> 2piruvato+2ATP+2NADH+2H++2H20
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Glicólise
Essencialmente todas as células possuem essa via metabólica. 
Dez reações – o mesmo ocorre em todas as células – mas a diferentes velocidades 
Duas fases: 
Na primeira fase glicose é convertida à dois G-3-P 
Na segunda fase ocorre produção de duas moléculas de piruvato 
Produtos formados: piruvato, ATP e NADH 
Três possíveis caminhos para piruvato
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Fase I: Clivagem de 1 hexose fornecendo 2 triose
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Fase II: Geração de 2 ATPs,
2 NADH e 2 Piruvatos
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 Hexocinase
Primeiro passo na glicólise; G grande, negativo
Nessa reação - ATP é consumido de maneira que será recuperado mais tarde 
ATP faz a fosforilação da glicose de maneira espontânea 
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Hexocinase também atua em outros processos 
(não é específica)
Captação da Glicose
Direcionamento da glicose à outras vias
Não atende somente o primeiro passo da glicólise
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Hexocinases Diferentes Isoenzimas
Duas principais formas hexocinases (todas as células) e glicocinase (Fígado)
Km para hexocinase é 10-6 - 10-4 M; célula tem 4 X 10-3 M glicose 
Km para glicocinase é 10-2 M somente ocorrendo quando a célula é rica em glicose. 
Função da Glicocinase: Quando o nível de glicose é alto ocorre sequestro de glicose para o Fígado 
Hexocinase é regulada - alostericamente inibida por (produto) glicose-6-P
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Reação 2: Fosfoglicose isomerase
Usa estrutura de cadeia aberta como substrato
Próximo ao equilíbrio reacional (reversível)
Enzima é altamente estereospecífica (não utiliza epímeros de glicose-6-fosfato
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Reação 2: Fosfoglicose isomerase
Porque essa reação ocorre?? 
Próximo passo (fosforilação no C-1) não ocorre facilmente para hemiacetal -OH, mas sim para o carbono primário -OH 
isomerização ativa C-3 para clivagem na reação com aldolase 
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Reação 3: Fosfofrutocinase – PFK-1
PFK-1 catalisa a transferência de um grupo fosfato do ATP para a Frutose- 6- P
A reação é irreversível nas condições celulares
PFK é altamente regulada, representando o ponto principal de regulação da glicólise 
 b-D-frutose-6-fosfato é o substrato para essa reação
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Fosfofrutocinase é altamente regulada
inibição por ATP, AMP reverte a inibição 
Citrato é também um inibidor alostérico 
Frutose-2,6-bifosfato é ativador alostérico mais significativo
PFK-1 aumenta sua atividade quando o nível de ATP é baixo 
PFK-1 diminui sua atividade quando o nível de ATP é alto
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Reação 4: Aldolase
Hexose é clivada para formar duas trioses
C1 a C3 da F1,6-BP ->DHAP(diidroxiacetona-P)
C4 a C6 -> G-3-P(gliceraldeido-3-P)
Posição do grupo carbonila determina qual ligação será clivada.
Se o substrato fosse Glicose-6 –P o produto final seria uma molécula com 2 carbonos e outra com 4 carbonos
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Reação 5: Triose Fosfato Isomerase (TPI)
	Conversão de DHAP à G-3-P por TPI
Triose fosfato isomerase é uma enzima quase perfeita (Kcat/Km próximo do limite de difusão)(a formação do produto ocorre tão rapidamente quanto a colisão entre enzima e substrato)
Kcat= Vmáx/[E]T
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Reação 5: Triose Fosfato Isomerase (TPI)
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Glicólise - Segunda Fase
Metabolismo produz 4 ATPs 
Rendimento líquido em ATP para glicólise é de dois ATPs 
Segunda fase envolve dois intermediários fosfatados de alta energia.
1,3 BPG 
Fosfoenolpiruvato 
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Fase II: Geração de 2 ATPs,
2 NADH e 2 Piruvatos
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Reação 6: Gliceraldeído-3P-Desidrogenase
G3P é oxidado e fosforilado (NAD+ e Pi) a 1,3-BPG 
Próximo ao equilibrio reacional
Pi é usado como doador de fosfato 
O grupo fosforila do C1 possui um alto potencial para transferência do grupo, usando para fosforilar ADP para fornecer ATP no próximo passo da glicólise
Arsenato pode substituir fosfato na reação (resultando em baixo ATP)
NADH gerada na reação é reoxidado durante transporte de elétrons na cadeia respiratória (gerando ATP)
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Reação 7: Fosfoglicerato Cinase (PGK)
ATP sintetisado a partir de um fosfato de alta energia
Embora tenha um grande DGo’ negativo (-18 kJ/mole) devido PGK catalisar no equilíbrio “in vivo”, o DG geral é 0.1 Kj/mole e ocorre próximo do equilíbrio da reação.
2,3-BPG (para hemoglobina)
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2,3-BPG (para hemoglobina) é produzido evitando a ação de PGK 
2,3-BPG atua para manter Hb com baixa afinidade pelo oxigênio 
	Nível de 2,3 BPG (4 a 5 mM)
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Reação 8: Fosfoglicerato Mutase
Grupo fosforila move do C-3 para C-2 
Mutases são isomerases que transferem fosfatos de uma hidroxila para outra
Envolve um intermediário histidina-fosfato
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Reação 9: Enolase
Próximo ao equilíbrio reacional
“Conteúdo de Energia" de 2-PG e PEP são similares 
Enolase faz um rearranjo, de maneira que mais energia possa ser liberada na hidrólise Requer Mg2+ para atividade
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Reação 10: Piruvato cinase
Geração de ATP
 G negativo - regulação! 
Alostericamente ativada por AMP, F-1,6-biP 
Alostericamente inibida por ATP and acetil-CoA 
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Glicólise 
Regulação da Glicolise
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Destino do Piruvato após glicólise
Sob condições aeróbicas piruvato é oxidado à Acetil-CoA a qual entra no Ciclo do ácido citrico (TCA).
Sob condições anaeróbicas piruvato pode ser reduzido à etanol (fermentação) ou lactato 
Sob condições anaeróbicas a formação de etanol e lactato é importante na oxidação do NADH fornecendo NAD+ 
Sob condições aeróbicas NADH is oxidado à NAD+ pela cadeia respiratória de transporte de elétrons
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Necessidade de reciclar NAD+ a partir de NADH caso glicólise continue sob condições anaeróbicas
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Formação de Lactato
  
Em animais sob condições anaeróbicas piruvato é convertido à lactato através da enzima lactato desidrogenase
Importante para regeneração de NAD+ sob condições anaeróbicas.
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 O sistema circulatório de animais grande é deficiente no transporte de O2 para sustentar longos periodos de atividade muscular.
Condições anaeróbicas levam ao acúmulo de lactato e diminuição do glicogênio armazenado
Períodos pequenos de intensa atividade devem ser seguidos por períodos de recuperação
Acidose Lactica causa diminiução do pH do sangue
Ciclo Cori
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Fermentação Alcólica
Importante para regeneração de NAD+ sob condições anaeróbicas
Processo comum para microrganismos como leveduras 
Produção de CO2 e etanol
CO2 gerado é importante em produtos de padaria e cervejarias.
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 Variação da Energia Livre na Glicólise
Hexokinase
Phosphofructokinase-1
Pyruvate kinase
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Pontos de Controle na Glicólise
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Regulação dos Transportadores de Hexose
A [glicose] Intra-celular é muito mais baixa que [glicose] no sangue 
Glicose é transportada para interior da célula através de transporte passivo.
A elevação da glicose no sangue faz com que o nível de insulina aumente com consequente aumento no número de transportadores de glicose nas membranas plasmáticas de células do músculo e adiposo
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A Insulina Induz Exocitose do Transportador de Glucose
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Regulação da Hexoquinase
Glicose-6-fosfato é um inibidor alostérico da hexoquinase.
O nível de glicose-6-fosfate aumenta quando o passo posterior é inibido.
Hexokinase não é necessariamente o primeiro passo regulatório a ser inibido.
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Regulação da FosfoFrutoquinase (PFK-1)
Inibida por ATP e Citrato
Ativada por AMP e Frutose-2,6-bisfosfato
Regulação relatada ao estatus de energia da célula.
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PFK-1 regulação por adenosina nucleotideos
ATP é substrato e inibidor. Liga ao sítio ativo e alostérico da PFK. Ligação do ATP ao sitio alostérico aumenta Km para ATP
AMP and ADP são ativadores alostéricos da PFK. 
AMP
diminui inibição por ATP.
ADP diminui Km para ATP
Glucagon (hormonio pancreático) produzido como resposta a baixa [glicose] na sangue sinalizando cAMP, a síntese de glicogênio é inibida e sua degradação ativada
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Efeito do ATP sobre Atividade da PFK-1
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Efeito do ADP e AMP sobre Atividade da PFK-1
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Regulação da PFK por 
Frutose-2,6-bifosfato 
 Frutose-2,6-bifosfato é um ativador alostérico da PFK em eucariotos, mas não em procariotos
Formado a partir de frutose-6-fosfato por PFK-2
Degradada à frutose-6-fosfato por frutose 2,6-bifosfatase.
Em mamiferos as 2 atividades estão na mesma enzima
PFK-2 é inibida por Pi e estimulada por citrato
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Regulação da PFK-1 no Fígado por Glucagon
Proteina G media a via de sinalização do cAMP
Inducão da proteina quinase A que induz atividade fosfatase e inibe atividade quinase
Resultando em baixo nível de F-2,6-P e diminuindo atividade PFK-1 (menos glicólise)
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Regulação da Piruvato quinase
Enzima Alostérica
Ativada por Frutose-1,6-bifosfato 
Inibida por ATP
Quando alto nível de frutose 1,6-bifosfato está presente, a plotagem de [S] vs Vo vai de sigmóide à hiperbólico.
Aumentando a concentração de ATP aumenta Km para PEP. 
No fígado, PK também é regulada por glucagon. Proteina quinase A fosforila PK e decresce atividade PK.
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Regulação da Piruvato quinase
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Desregulação da Glicólise em Células Cancerígenas
 A glicólise é dez vezes mais rápida em tumores do que em tecidos não cancerígenos 
Células tumorais inicialmente tem suprimento de oxigênio limitado 
Células tumorais possuem poucas mitocôndrias, dependendo mais da glicólise para obter ATP
Aumento no nível de enzimas glicolíticas em tumores
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Outros açúcares que podem entrar na glicólise 
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Como outros açúcares entram na glicólise 
Manose pode ser fosforilada à manose-6-fosfato pela hexoquinase e então convertida à frutose-6-fosfato por fosfomanose isomerase.
Frutose pode ser fosforilada por frutoquinase para formar frutose-1 fosfato (F-1-P). F-1-P pode então ser convertida à gliceraldeido e DHAP por F-1-P aldolase. Triose quinase converte então gliceraldeido à G-3-P.
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No músculo: a conversão da frutose no intermediário glicolítico F6P envolve apenas uma enzima, hexoquinase
No fígado sete enzimas paricipam da conversão de frutose em intermediários glicolíticos
Frutoquinase: fosforilação da frutose, F-1-P
Frutose-1-P aldolase , converte F-1-P em gliceraldeído e diihidroxiacetona-P
Gliceraldeído quinase, converte gliceraldeído em gliceraldeído-3-P
Alternativamente gliceraldeído pode ser convertidoem glicerol pela álcool desidrogenase
Glicerol quinase pode converter glicerol em glicerol-3-P
Glicerol-P-desidrogenase pode converter glicerol-3-P em diidroxiacetona-P e este ser convertido em gliceroldeído-3-P pela triose-P-isomerase.
O excesso de glicose é prejudicial?
PFK no fígado é ignorada e fluxo glicolítico pode ser conduzido para síntese de lipídeos na ausência de produção de ATP
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Galactosemia
Deficiência de galactose-1- fosfato uridiltransferase.
Acúmulo de galactose-1-fosfato
Causa dano no fígado 
Crianças não tratadas têm um desenvolvimento irregular, ocorrendo retardo mental.
Podem ser tratadas com dieta livre de galactose.
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Intolerância a Lactose
Humanos sofrem redução na lactase aos 5 a 7 anos de idade.
Em deficientes em lactase, lactose é metabolizada por bactérias no intestino.
Produzindo CO2, H2 e ácidos de pequenas cadeias.
Esses ácidos causam um desequílibrio iônico no intestino (diarréia)