Aula 3- Glicólise

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RESPIRAÇÃO AERÓBICA
Fases:
Anaeróbica (glicólise): não necessita de oxigênio para ocorrer e é realizada no citoplasma;
Aeróbica (ciclo de Krebs e cadeira transportadora de elétrons): requer e presença de oxigênio e ocorre dentro das mitocôndrias
Respiração Celular/ Glicólise
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 Glycolysis tem a sua origem no Grego em que glyk = Doce + Lysis = Dissolução
Na atualidade podemos definir a Glicólise como a seqüência de reações que converte a Glicose em Piruvato, havendo a produção de Energia sob a forma de ATP
 Glicólise/Definição
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 Ocorre em todos os tecidos (exceto fígado em jejum)
 Início do processo de oxidação de carboidratos
 Principal substrato = GLICOSE
 Substratos secundários = Frutose e Galactose
 Possui 2 Fases: 
	- Investimento de Energia (-2 ATPs)
	- Pagamento de Energia (+ 4ATPs + 2NADH)
 Glicólise/Definição
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Glicose
Cérebro ~120g/dia
Sistema nervoso
Medula renal
Testículos
Eritrócitos
Tecidos embrionários. Gravidez
Fígado
Cortéx renal
Glândula mamária na lactação
[Glicose] no sangue:
Pós absortivo: 4,5 a 5,5 mM Após refeição: 6,5 a 7,2 mM Jejum: 3,3 a 3,9 mM
Durante o jejum prolongado a glicose contribui com menos do que 5% do total de substratos oxidados por todo o organismo
Em condições normais, a meia vida da insulina no plasma é de 3 a 5 minutos.
Glicose:
Inibe a liberação de glucagon, provavelmente através da ação da insulina ou do IGF-I
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2 açúcares de 3 C
1 açúcar de 6 C
A partir deste ponto as reações são duplicadas
2 moléculas de Piruvato (3C)
Saldo
2 moléculas de ATP
2 moléculas de NADH
Glicose + NAD + 2ADP + 2Pi → 
2Piruvato + NADH + H + 2ATP + 2H2O 
 Glicólise
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1 – Principal meio de degradação da Glicose
2 – Obtenção de Energia mesmo em condições Anaeróbias
3 – Permite a degradação da Frutose e da Galactose
 Outras Razões:
Os tecidos têm necessidade de transformar a energia contida na glicose em ATP
A Glicólise é fundamental para a produção de Acetil-CoA
A Glicólise foi um dos primeiros sistemas enzimáticos a ser esclarecido, contribuindo o seu estudo para a melhor compreensão dos processos enzimáticos e de metabolismo intermediário
 Glicólise/Importâncias
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 Glicólise/Fases- detalhes
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 Glicólise/Fases
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 Glicólise/Fases
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 Glicólise/Fases
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 Glicólise/Fases
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 Glicólise/Fases
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Fase de investimento
Glicólise: 
1
2
3
4
2 x Glyceraldehyde 3-phosphate
Glicoquinase
ou
hexoquinase
fosfohexose 
isomerase
fosfofrutokinase 1
aldolase
triose fosfato 
isomerase
5
(6C)
(2x 3C)
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6
7
8
9
10
Fase de pagamento
5
triose fosfato isomerase 
gliceraldeído 3P deidrogenase
Fosfoglicerato quinase 
Fosfoglicerato mutase
enolase
piruvato kinase
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Via glicolítica
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 Comparação entre a energia livre padrão de vários compostos com fosfato
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 A necessidade glicolítica varia de acordo com os diferentes estados fisiológicos;
 Há uma ativa degradação deste açúcar após uma refeição rica em hidratos de carbono, assim como uma acentuada redução durante o Jejum.
 Deste Modo, o grau de conversão de Glicose para o Piruvato é regulado, de forma a satisfazer as necessidades celulares
 Glicólise/Controle
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 O Controle a Longo Prazo da Glicólise, particularmente no fígado, é efetuado a partir de alterações na quantidade de Enzimas glicolíticas. Esta ação refletirá nas taxas de síntese e degradação;
 O Controle a Curto Prazo é feito por alteração alostérica (concentração de produtos) reversível das enzimas e também pela sua fosforilação.
As enzimas mais propensas a serem locais de controle são as que catalisam as reações irreversíveis:
Hexocinase
Fosfofrutocinase
Cinase do Piruvato
 Glicólise/Controle
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PREPARAÇÃO DO PIRUVATO
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DETALHANDO A AÇÃO DA E1, E2 e E3.
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Ciclo de Krebs
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Passo 1 - condensação
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Passo 2 – desidratação + hidratação
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Passo 3 – descarboxilação oxidativa
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Passo 4 – descarboxilação oxidativa
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Passo 5 – Fosforilação à nível de substrato
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Passo 6 - desidrogenação
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Passo 7 - hidratação 
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Passo 8 - desidrogenação
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Glicólise produz 2 piruvatos (2 acetil CoA)
 Assim o ciclo roda 2 vezes para cada glicose
O rendimento de 1 molécula de glicose então será: 
6 NADH = 15 ATP
2 FADH2 = 3 ATP
2 GTP = 2 ATP
Total = 20 ATP 
lembrar para o futuro que cada ciclo produz 10 ATP
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Controle Da Glicólise
 O Controle a Longo Prazo da Glicólise, particularmente no fígado, é efetuado a partir de alterações na quantidade de Enzimas glicolíticas. Este contido terá reflexos nas taxas de síntese e degradação
 O Controle a Curto Prazo é feito por alteração alostérica (concentração de Produtos) reversível das enzimas e também pela sua fosforilação.
As enzimas mais propensas a serem locais de controle são as que catalisam as reações irreversíveis:
Hexocinase; Fosfofrutocinase e Cinase do Piruvato
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Controle da Oxidação do Piruvato
Cinase da Desidrogenase do Piruvato
	A cinase do Piruvato é outra enzima reguladora, respondendo de forma diferentes conforme o tecido em que se encontra:
	- No Figado: é ativada pela Frutose 1,6-difosfato e pelo fosfoenolpiruvato e inibida pelo ATP, AMP, citrato, acetil-CoA e ác. graxos de cadeia longa.
	- Nos musculos: não é ativada pela frutose 1,6-difosfato
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Controle da Oxidação do Piruvato
Fosfatase da Desidrogenase do Piruvato
1.O oxidação do Piruvato a acetil- CoenzA é regulada por duas enzimas que fazem parte também complexo de desidrogenase do piruvato. 
2. Esta regulação depende dos níveis de ATP e Ca2+. A cinase da desidrogenase do piruvato tem a função de fosforilar uma subunidade da desidrogenase do piruvato, com gasto de ATP. 
3. Esta desidrogenase fosforilada torna-se inativa, sendo reativada por ação da fosfatase da desidrogenase do piruvato que cataliza a remoção do fosfato inibidor (esta reação é favorecida pelo Ca2+).
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Complexo I
Complexo II
Complexo III
Complexo IV
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O fluxo de elétrons é acompanhado por uma transferência de prótons através da MMI produzindo um gradiente químico (pH) e um gradiente elétrico ().
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A energia eletroquímica inerente a concentração de prótons e separação de cargas representam uma conservação temporária da maior parte da energia da transferência dos elétrons;
A energia armazenada nesse gradiente, denominada força motriz, apresenta 2 componentes:
Energia potencial química – devido a diferença na concentração de H+ entre as duas regiões;
Energia potencial elétrica –que resulta da separação de carga qdo um protón se move atraves da membrana sem um contra íon.
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ACOPLAMENTO QUIMIOSMÓTICO
Quantos prótons são bombeados para fora por meio da transferência de elétrons de um NADH para o O2?
Quantos prótons devem entrar por meio da FoF1 para proporcionar a síntese de uma molécula de ATP?
Levar em consideração:
1. Capacidade tamponante da mitocôndria;
2. Vazamento não produtivo de prótons através MMI;
3. Gradiente de protóns.
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Valor de consenso para prótons bombeados para fora por par de elétrons é de 10 para o NADH e 6 para o succinato;
O valor experimental mais aceito para o n° de prótons necessário para síntese de 1ATP é de 4 prótons;
Se 10 prótons são bombeados para fora por molécula de NADH e 4 devem entrar para produzir ATP, a razão é P/O = 10/4 = 2,5 ATPs;
Logo para o FADH2 a razão é 6/4 = 1,5 ATPs.
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A energia eletroquímica
inerente da concentração de protons e da separação de cargas atraves da MMI (força motriz) dirige a síntese de ATP;
A ATP sintase possui 2 domínios Fo e F1:
Fo constitui o poro de prótons e é composto por 3 subunidades a, d e c;
A subunidade c é hidrofóbica constituída por 2 hélices transmembrana;
F1 constitui de ,,, e .;
A subunidade  começa na formação -ADP mudando de conformação para forma -ATP chegando a um equilíbrio imediato e depois muda para conformação -vazia;
Explicando a teoria quimiosmótica
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7. As mudanças conformacionais para esse mecanismo se dá pela passagem dos prótons através do poro Fo;
 
8. A corrente de H+ pelo poro Fo provoca a rotação no cilindro de c e de ;
9. A cada 120° de rotação,  entra em contato com a subunidade  diferente e força a assumir a conformação -vazia;
10. As 3 subunidades  interagem e qdo uma está em -vazia a outra em -ADP e a outra em -ATP;
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11. A cada rotação completa, três ATPs são sintetizados e liberados da enzima;
12. Como foi dito anteriormente para proporcionar a síntese de uma molécula de ATP, via ATP sintase, são necessários 4 prótons;
13. A força protón motriz tb comanda processos de transporte essenciais a própria fosforilação oxidativa;
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Rendimento final
Glicólise: 2 ATPs + 2 NADH
Formação do Acetil-CoA: 2 NADH + 2 CO2
Ciclo de Krebs: 6 NADH + 2FADH + 2 ATPs + 2 CO2
Cadeia Transportadora de Elétrons:
	- NADH  2, 5 ATPs
	- FADH  1,5 ATPs
TOTAL:
	- 10 NADH  25 ATPs
	- 2 FADH 	  3 ATPs
	 	  4 ATPs
 32 ATPs
Respiração Celular/ Glicólise
RESPIRAÇÃO AERÓBICA
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A energia da transferência dos elétrons é conservada eficientemente em um gradiente de prótons
Eq. Geral: exergônica 
NADH + H+ + ½ O2  NAD+ + H2O
Pares redox:
NAD+/NADH 	E° =-0,320V 
O2/H2O		E° = 0,816V
Sendo então a E° = + 1, 14V a variação da energia livre padrão é calculado:
G° = -n.ƒE°  -2(96,5 Kj/V. mol) . ( 1,14 V)
G° = -220 Kj/mol de NADH
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Glicólise produz 2 piruvatos (2 acetil CoA)
 Assim o ciclo roda 2 vezes para cada glicose
O rendimento de 1 molécula de glicose então será: 
6 NADH = 15 ATP
2 FADH2 = 3 ATP
2 GTP = 2 ATP
Total = 20 ATP 
lembrar para o futuro que cada ciclo produz 10 ATP
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PONTOS IMPORTANTES DA CTE
1. A Membrana Mitocondrial Interna (MMI) contém os complexos da cadeia respiratória (numerados I, II, III, IV) e a ATP sintase (complexo V, responsável direto pela fosforilação oxidativa;
As membranas biológicas oferecem enorme resistência à corrente elétrica. Entretanto, a MMI é facilmente percorrida por elétrons
Permanentemente, uma corrente elétrica de 1 Ampère flui do complexo I ao complexo IV, numa ddp = 1,2 V; 
O fluxo dessa corrente elétrica é possível porque os complexos da cadeia respiratória contém átomos de cobre e ferro (em centros ferro-enxofre, em grupamentos HEME, dentre outras formas) por onde os elétrons fluem sem entrar em contato com os lipídeos da membrana; 
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5. A Ubiquinona é solúvel nos lipídeos de membrana;
6. Apesar do citocromo c ser hidrossolúvel, ele se presta ao transporte de elétrons do complexo III ao complexo IV porque estes complexos atravessam a membrana mitocondrial de um lado a outro  - o citocromo c percorre a superfície externa da MMI, servindo de "balsa" que transporta os elétrons um a um;
7. A corrente elétrica que percorre a MMI aciona bombas que expulsam prótons (H+) para fora da mitocôndria, criando uma diferença de concentração de prótons (pH) de cada lado da MMI;
8. Os prótons adquirem energia cinética, permanecendo em elevada agitação térmica fora da mitocôndria, no espaço intermembranar;
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Esses prótons chocam-se violentamente uns contra os outros e todos contra a MMI; possuem enorme tendência a reentrar na mitocôndria, movidos pelos gradientes elétrico (o interior é negativo) e químico (há mais prótons fora do que dentro da mitocôndria);
 O único caminho para os H+ adequado é a ATP sintase, que possui um canal iônico específico para prótons;
O estoque de prótons ricos em energia são obrigados a reentrar na mitocôndria pelos canais de prótons (Fo) da ATP sintase e transferem sua energia para o sítio catalítico (F1) onde o ATP é formado e liberado;
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A energia livre obtida quando os elétrons percorrem os circuitos internos do complexo I é elevada e usada para expulsar H+ da mitocôndria numa quantidade suficiente para gerar 1 ATP:
 2 H+ são expulsos da mitocôndria e 2 H+ são consumidos da matriz, aumentando em 4 H+ o gradiente de prótons.
11. Ao contrário, o fluxo de elétrons do FADH2 para QH2 (passando pelo complexo II), apesar de também exergônico, não provoca expulsão de prótons;
12. Nenhum ATP poderá ser formado por esse fluxo de elétrons dentro do complexo II;
13. Esse complexo, que também faz parte do ciclo de Krebs, está próximo à superfície interna da membrana mitocondrial interna, não alcançando a camada externa da MMI. 
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14. Desse modo, não é possível haver expulsão de prótons. A energia liberada é dissipada na forma de calor no complexo II.
15. Portanto, a oxidação do NADH + H+ gera 1 ATP a mais que a oxidação do FADH2 na cadeia respiratória de transporte de elétrons.
16. A coenzima QH2 é oxidada pelo complexo III, liberando energia para a expulsão de 2 H+;
17. Como não há consumo de H+ no complexo III, essa enzima aumenta o gradiente de prótons apenas em 2 H+;
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18. A passagem dos elétrons do citocromo C para o O2, através do complexo IV, expulsa prótons na mesma quantidade do complexo I, podendo então ser formado mais 1 ATP;
19. A citocromo oxidase - complexo IV- expulsa 2 H;
20. 2 H+ são consumidos (para formar água), o que resulta num aumento de 4 H+ no gradiente de prótons.
21. Concluímos que são formados 2,5 ATP por cada NADH+H+ oxidado e 1,5 ATP por cada FADH2 oxidado na cadeia respiratória.
 
Complexo   I:    1 ATP
Complexo III: 0,5 ATP
Complexo IV:   1 ATP
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Etapas Gerais Da Oxidação do Piruvato (em Condições Anaeróbias)
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 Glicólise/Anaeróbica
Glicólise 
anaeróbia
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Fermentação alcoólica
 Leveduras utilizadas na fabricação de cerveja e de pão
 Podem ser chamados de anaeróbicos facultativos
 Fermentação alcoólica - produz álcool
 Produtos Finais: etanol, CO2 e 2 ATPs
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Fermentação láctica
 Realizada por bactérias do leite que é empregada na preparação de iogurtes e queijos 
 Também ocorre em nossos músculos em situações de grande esforço físico
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Caso especial das Hemácias
	No entanto, tem uma enzima – Bifosfoglicerato mutase – que vai permitir a isomerização do 1,3 Bifosfoglicerato a 2,3 Bifosfoglicerato
	Por ação da 2,3 Bifosfoglicerato fosfatase perde um grupo fosfato e transforma-se em 3-Fosfoglicerato
	Isto não é acompanhado pela formação de ATP, mas traz duas importantes vantagens:
1- Processo mais econômico, pois tem uma necessidade mínima de ATP
2- O 2,3 Bifosfoglicerato liga-se à Hemoglobina desalojando o Oxigênio, fazendo assim que o O2 passe para os Tecidos
1. Os glóbulos vermelhos, não tem mitocôndrias. 
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Glicólise
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Generalidades sobre a via glicolítica
Nome:	Glico  glicose
	Lise  quebra
via catabólica
principal via de metabolismo da glicose
ocorre no citosol de virtualmente todas as células.
Papel central no metabolismo
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Estado metabólico em que a via glicolítica é a principal fonte de energia
A prática do velocismo requer uma fonte de energia que possa ser rapidamente acessada
O metabolismo anaeróbico de glicose provê tal fonte de energia para exercícios curtos e intensos
A prova de 100 metros rasos 
menos de 10 segundos 
45 passadas 
36 km/h.
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Destinos da Glicose
Glicose
Piruvato
Ribose 5-fosfato
Glicogênio
Amido
Sacarose
Amino açúcares
Vitamina C
Outros açúcares
(Galactose, frutose...)
NADP
NADPH
ADP + Pi; 
ATP
GTP
GDP + Pi
Nucleotídeos
Lactato
Etanol
Acetil-CoA
NADH
NAD+
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Glicólise 
Glicose
Glicose 6-fosfato
Frutose 6-fosfato
Frutose 1,6-bisfosfato
Gliceraldeído 3-fosfato
Dihidroxiacetona fosfato
+
2 Gliceraldeído 3-fosfato
j Hexoquinase
k Fosfohexose isomerase
l Fosfofrutoquinase
m Aldolase
n Triose fosfato isomerase
Fosforilação da glicose e sua conversão em gliceraldeído 3-fosfato
Gasto de 2 ATPs
ATP
ADP
ATP
ADP
(fase preparatória)
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q Fosfoglicerato mutase
p Fosfoglicerato quinase
Gliceraldeído 3-fosfato
1,3-bisfosfoglicerato
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
Fosfoenol piruvato
Piruvato
ADP
ATP
ADP
ATP
NAD+
NADH
Pi
H2O
o Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase
r Enolase
s Piruvato quinase
Glicólise 
(fase de “pagamento”)
Síntese de 2 ATPs (por triose)
Redução de 1 NAD+ (por triose)
Consome gliceraldeído 3-P
Produz piruvato
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A via glicolítica em três estágios
As três etapas da fase 1 começa com a fosforilação da glicose pela hexoquinase.
Dois fragmentos de três carbonos são produzidos de um açúcar de seis carbonos.
A oxidação dos fragmentos de três carbonos rende de ATP
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Balanço (saldo) da via glicolítica
O saldo da glicólise é simples: 
a glicose é quebrada em duas moléculas de piruvato
além disso duas moléculas de ATP e duas de NADH e dois prótons (H+) são formados.
glicose
2 piruvato
10 reações (10 enzimas)
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Destinos do Piruvato
Rotas catabólicas.
Piruvato
Glicose
2 Acetil—CoA 
4CO2 + 4H2O
Etanol + CO2
Lactato
Animais, plantas e muitas células microbianas em condições aeróbias
Fermentação a etanol em leveduras (ex.: cerveja)
Fermentação à lactato: músculos em contração vigorosa; em eritrócitos; em microorganismos (ex.: iogurte)
CO2
Condições aeróbicas
Condições anaeróbicas
Hipóxia ou anaerobiose
Glicólise
OBS - O piruvato também serve como um precursor em muitas reações anabólicas não mostradas aqui.
 Ácido acético
(vinagre)
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Glicólise com O2 e sem O2
Na presença de oxigênio, o piruvato e NADH vão para a mitocôndria onde são utilizados
Em condições anaeróbicas, produtos da fermentação, tais como lactato tem que ser formados no citoplasma a partir do piruvato e NADH para regenerar o NAD+ (NAD oxidado)
No estado anaeróbio a glicólise é o único meio de obtenção de ATP que as células animais possuem.
Glicólise aeróbica
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Localização das etapas equilíbrio redox. A geração e o consumo de NADH, na via glicolítica.
Diversos destinos do piruvato. Etanol e lactato podem ser formados por reações envolvendo NADH. Alternativamente, uma unidade de dois carbonos pode ser acoplada a coenzima A , a partir do piruvato.
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A via glicolítica no contexto do metabolismo energético
Glicose-6P
Ribose 
5-fostato
Piruvato
Lactato
Acetil—S—CoA 
Glicogênio
Ácido Graxo
elétrons
Fosforilação oxidativa
ADP + Pi
ATP
H2O
O2
CO2
Glicose
Frutose 1,6BP
Biossíntese
de lipídeos
Degradação 
de lipídeos
 (b-oxidação)
Via glicolítica
Via das pentoses fosfato
Biossíntese de glicogênio
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Os tecidos cancerosos tem o catabolismo da glicose descontrolado
A captação da glicose e a glicólise é cerca de dez vezes mais rápida nos tumores sólidos do que em tecidos não-cancerosos
As células tumorais geralmente experiênciam hipóxia (fornecimento limitado de oxigênio), porque não tem uma rede capilar para suprir o tumor com o oxigênio.
células cancerosas mais do que 100 a 200 m de distância do capilar mais próximo dependem da glicólise anaeróbica para grande parte da sua produção de ATP.
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Fosfomanoseisomerase
Como outros açúcares entram na glicólise
Entrada de glicogênio, dissacarídeos, e hexoses na glicólise.
Glicose 6-fosfato
Frutose 6-fosfato
Frutose 1,6-bisfosfato
Gliceraldeído 3-fosfato
Sacarose
Glicogênio 
Trealose
Lactose
Frutose 1-fosfato
Gliceraldeído + dihidroxiacetona fosfato
sacarase
Triose quinase
Frutose 1-P aldolase
Frutoquinase
Hexoquinase
Hexoquinase
Trealase
Glicose 1-fosfato
Fosforilase
Fosfoglicomutase
Fosfofrutoquinase
ATP
ATP
ATP
Lactase
Aldolase
Fosfohexose isomerase
Manose 6-fosfato
Hexoquinase
ATP
UDP-galactose
UDP-glicose
H2O
ATP
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Variações de energia nas reações glicolíticas
Note: DG´o is the standard free-energy change, as defined in Chapter 13 (p. 491). DG is the free-energy change calculated from the actual concentrations of glycolytic intermediates present under physiological conditions in erythrocytes, at pH 7. The glycolytic reactions bypassed in gluconeogenesis are shown in red. Biochemical equations are not necessarily balanced for H or charge (p. 506).
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Um ponto de Regulação da Glicólise
A fosfofrutoquinase, que catalisa o passo comprometido na glicólise é o ponto de controle mais importante dessa via
ATP é tanto um substrato para transferência de grupamento fosforil como uma molécula regulatória
Alto nível de ATP inibe a fosfofrutoquinase
O sítio regulador é diferente do sítio do substrato e tem _____ (maior/menor) afinidade pelo nucleotídeo
Esse efeito inibitório é aumentado por citrato e revertido por AMP
A velocidade da glicólise depende da relação ATP/AMP e do nível de citrato.
No fígado o principal regulador da fosfofrutoquinase é a frutose 2,6-bisfosfato
Glicose 2,6-fosfatase é estimulada por glucagon
menor
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Ativação da fosfofrutocinase pela frutose 2,6-bisfosfato e sua modulação pelo ATP.
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Inibida por iodoacetato, que reage com sulfidrilas (--SH)
Mecanismo de oxidação do gliceraldeído 3-fosfato.
 (Enz, gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase).
Arsenato e Fosfato
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Revisão da Glicólise
Redução do piruvato a lactato pode regenerar NAD+ (na fermentação)
Localização subcelular: citossol
Objetivos: 
produzir ATP,
fornecer combustível para o ciclo de Krebs (Acetil-)
fornecer “esqueletos de carbono” para biossíntese (piruvato, glicerol)
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Questões
Qual a importância da redução do piruvato a lactato para o funcionamento da via glicolítica em anaerobiose?
Que efeito a frutose 2,6-bisfosfato tem sobre a a fosfofrutoquinase? E sobre a via glicolítica?
Que efeito o APT tem sobre a fosfofrutoquinase e sobre a via glicolítica? Diga qual o significado metabólico desse efeito.
Qual o mecanismo da toxicidade do iodoacetato? Que efeito você acha que ele teria sobre uma cisteíno protease (enzima que hidrolisa proteínas e que tem uma cisteína no sítio ativo)?
Explique por que o arsenato é tóxico.
A via glicolítica pode ser dividida em uma fase composta por hexoses e uma fase composta por trioses. Do ponto de vista energético, o que difere essas duas fases?
Como fica o balanço final da via glicolítica nas condições de aerobiose e anaerobiose?
Quais os principais pontos de conexão da via glicolítca com outras vias metabólicas?
A bactéria E.coli (coliforme fecal) pode viver na presença ou na ausência de O2. Sua necessidade por ATP e a mesma em ambos os casos. Diga em que situação ela vai consumir mais glicose para atender essa necessidade e explique porquê?
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