Bioquímica - Resumo - Metabolismo de Carboidratos - Glicólise, Fermentação, Glicogenólise e Via das Pentoses Fosfato

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Glicólise, Fermentação, Glicogenólise e Vias das Pentoses-Fosfato
Glicólise: Via central do catabolismo de carboidratos, que converte, por meio de 10 reações sequenciais catalisadas por enzimas, uma molécula de glicose (Gli) em 2 de piruvato (Py), conservando parte da energia livre da Gli como ATP e NADH (potencial redutor).
· Linear, praticamente universal, ocorre no citosol;
· Primeira via metabólica a ser elucidada;
· A sequência das reações glicolíticas é a mesma para todos os organismos, diferindo apenas em alguns aspectos da regulação da via;
· Via com maior fluxo de material (carbono) na maioria das células.
Glicose
A glicose (Gli), além de ser o substrato da glicólise, é uma molécula de suma importância para a biossíntese (Ex: de matriz extracelular e de polissacarídeos da parede celular) e pode também ser considerada uma molécula informacional, visto que, em mamíferos, os níveis de Gli sanguínea são importantes sinais para a liberação de hormônios pancreáticos (insulina e glucagon). A Gli também atua como modulador da atividade de enzimas, como a glicogênio fosforilase hepática.
· Carboidrato de 6 carbonos, uma hexose (aldose);
· Ótimo combustível orgânico: oxidação completa da glicose a CO2 e H2O tem ΔG0’ = ‐2.840 kJ/mol;
· Pode ser estocada na célula na forma de polímeros de alta massa molecular (glicogênio ou amido), sem comprometer a osmolaridade do meio intracelular;
· Polímeros de Gli atendem às demandas energéticas em diferentes situações (Ex: jejum, esforço muscular intenso);
· O metabolismo da glicose fornece precursores para a biossíntese.
Fontes de Glicose:
· Exógena: (alimentos);
· Endógena: (síntese e mobilização dos polímeros de reserva).
Síntese de Glicose:
· Organismos autotróficos fotossintetizantes: sintetizam glicose, a partir das trioses geradas pela redução do CO2 atmosférico (Fotossíntese);
· Organismos não fotossintetizantes: sintetizam glicose por meio da gliconeogênese, utilizando precursores (não carboidratos) de 3 ou 4 carbonos.
As principais vias de utilização da glicose
Fases da Glicólise:
Fase Preparatória (reações 1 a 5):
· 2 moléculas de ATP são investidas (2 fosforilações), formando compostos com maior energia livre de hidrólise;
· Clivagem de 1 hexose‐P (Frutose‐1,6‐bifosfato) em 2 trioses‐P;
· As enzimas que catalisam as reações dessa fase são cinases, isomerases e aldolases;
· Resumindo: Gli, uma hexose, é convertida em 2 moléculas de triose fosfato, o gliceraldeído-3P.
Fase de Pagamento (reações 6 a 10):
· Cada molécula de gliceraldeído‐3P é convertida em uma molécula de Py, conservando parte da energia em 2 ATPs, utilizando o mecanismo denominado Fosforilação ao Nível do Substrato (FANS). Como são 2 moléculas de gliceraldeído‐3P, são gerados 4 ATPs. 2 “pagam” os 2 ATPs investidos na fase preparatória e 2 ATPs correspondem ao rendimento líquido, o “lucro”, da glicólise;
· As enzimas são desidrogenases, cinases, mutase e enolase.
Observação: 
Todos os intermediários metabólicos da glicólise são fosforilados! Qual a importância deste fato? 
· A membrana celular, em geral, não tem transportador para açúcar fosforilado. Assim, os intermediários fosforilados são mantidos no meio intracelular;
· O grupo fosfato ioniza‐se em pH 7,0, adquirindo carga negativa, impedindo a passagem do metabólito fosforilado através da membrana;
· Devido à fosforilação, não é requerida energia adicional para manter os intermediários dentro da célula (apesar das diferenças de concentração dentro e fora da célula);
· Os grupos fosforil são essenciais para a conservação de energia nos processos metabólicos;
· Diminuição da energia de ativação e aumento da especificidade das reações catalisadas por enzimas, em função da energia de ligação gerada pelo acoplamento do grupo fosfato ao sítio ativo das enzimas.
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Três Reações da Glicólise são Essencialmente Irreversíveis nas Condições Celulares:
A reação 1, catalisada pela hexocinase:
A reação 3, catalisada pela fosfofrutocinase 1 (FFK1):
A reação 10, catalisada pela piruvato-cinase (K+, Mg2+ ou Mn2+):
Regulação:
Enzimas:
Hexocinase: tecidos extra‐hepáticos;
· Inibição alostérica pelo produto;
· KM baixo - em condições de glicemia normal, trabalha em VMAX.
Glicocinase: hexocinase hepática, específica para Gli;
· KM mais alto que a glicemia – responde a aumento de concentração;
· Inibida por F6P, inibição anulada por F1P.
Piruvato cinase:
· Inibição alostérica por ATP, acetil‐CoA e ácidos graxos.
Fosfofrutocinase-1:
· ATP ↓ afinidade por F6P;
· Citrato ↑ efeito do ATP;
· F2, 6bP, ADP, AMP estimulam.
As três Reações da Glicólise Envolvidas com Conservação de Energia:
A reação 6, catalisada pela gliceraldeído‐3‐fosfatodesidrogenase:
A reação 7, catalisada pela fosfoglicerato-cinase:
A reação 10, catalisada pela piruvato-cinase (K+, Mg2+ ou Mn2+):
Fosforilação ao Nível do Substrato (FANS): mecanismo de conservação de energia na forma de um nucleotídeo de alta energia (como ATP e GTP), por meio da transferência do grupo fosforil de um substrato de alta energia livre padrão de hidrólise (como 1,3-bifosfoglicerato e fosfoenolpiruvato). 
FANS é um mecanismo diferente da fosforilação oxidativa (acoplada à Cadeia de Transporte de Elétrons).
Equação Geral da Glicólise:
Gli + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Py + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
a) Gli + 2 NAD+ 2 Py + 2 NADH + 2 H+ ΔG1°’ = -146 kJ/mol
b) 2 ADP + 2 Pi 2 ATP + 2 H2O ΔG2°’ = 2(30,5) = +61kJ/mol
ΔGS°’ = ΔG1°’ + ΔG2°’ = ‐146 + 61 = ‐85kJ/mol
Considerações Importantes:
· A Glicólise é um processo essencialmente irreversível!
· Grande parte da energia da Gli permanece nos produtos (Py);
· A glicólise resulta na liberação de aproximadamente 5,2% (146 kJ/mol) da energia total disponível com a oxidação completa da molécula de glicose (2840 kJ/mol);
· Quantidade de energia conservada na glicólise = 61 kJ/mol;
· A eficiência do processo é de aproximadamente 41,7% (61/146);
· Nas concentrações intracelulares reais de ATP, ADP, Pi, Gli e Py, geralmente, a eficiência é maior que 60%.
A degradação do esqueleto carbônico de diferentes carboidratos ocorre por meio do acesso à glicólise. A estratégia é a conversão desses carboidratos em um dos intermediários metabólicos da fase preparatória da glicólise (economia).
Entrada de glicogênio, amido, dissacarídeos e hexoses da dieta no estágio preparatório da glicólise
Destino do Esqueleto Carbônico em Condições Aeróbias e Anaeróbias:
· A glicólise é a primeira etapa da oxidação completa do esqueleto carbônico da glicose em organismos com metabolismo aeróbio.
· Presença de O2: Py (produto da glicólise) sofre descarboxilação oxidativa, liberando CO2 e gerando o grupo acetil da molécula de acetil Coenzima A (acetil SCoA), que é completamente oxidado a CO2 no Ciclo do Ácido Cítrico (CAC). O potencial redutor (elétrons) liberado nas reações de oxirredução e transportado pelas coenzimas nas formas reduzidas (NADH e FADH2), que se reoxidam ao transferirem seus elétrons para a cadeia de transportadores de elétrons (CTE), cujo aceptor final de elétrons é o O2, que então é reduzido a água;
· Ausência de O2: o Py, em geral, é reduzido a lactato ou a etanol e CO2, viabilizando a reoxidação da coenzima NAD.
Os três destinos catabólicos possíveis do piruvato formado na glicólise
Fermentação: degradação anaeróbia de glicose (ou outro nutriente orgânico) para a obtenção de energia.
Fermentação Láctica: 2 NADH + 2 H+
Gli 10 reações 2 Py 2 Lactato + 2 NAD+
 (Glicólise)
A fermentação láctica ocorre em 11 reações, 10 das quais são as mesmas da glicólise e a última, catalisada pela lactato‐desidrogenase, reduz o Py a lactato e reoxida o NADH (gerado nas reações anteriores) a NAD+, visto que não há oxigênio disponível para reoxidar as coenzimas (NADH) por meio da cadeia transportadora de elétrons. O NAD+ é requerido na reação 6 (que converte gliceraldeído-3P em 1,3-bifosfoglicerato),
garantindo a conservação de energia na forma de ATP.
A fermentação láctica (ou glicólise anaeróbia) ocorre no músculo esquelético, durante o esforço muscular intenso (ocorre hipóxia). Os eritrócitos e as células da retina realizam a fermentação láctica mesmo em aerobiose. Alguns microrganismos também realizam a fermentação láctica.
Efeito Pasteur: aumento do consumo de glicose, quando células anaeróbicas facultativas são transferidas de condições aeróbias para condições anaeróbias.
Fermentação alcoólica: 2 CO2
Gli 10 reações 2 Py 2 Acetaldeído 	2 Etanol + 2 NAD+
 (Glicólise) 
 2 NADH + 2 H+
O acetaldeído é o aceptor final de elétrons.
Equação Geral das Fermentações:
· Fermentação láctica:
Gli + 2 ADP + 2 Pi 2 Lactato + 2 ATP + 2 H2O
· Fermentação alcoólica:
Gli + 2 ADP + 2 Pi 2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O
Polissacarídeos e Dissacarídeos da Dieta:
· Amido: hidrólise das ligações glicosídicas (α1	 4) por ação da α‐amilase salivar libera oligossacarídeos e pequenos fragmentos de polissacarídeos. No intestino, a ação da α‐amilase pancreática hidrolisa os fragmentos gerando maltose (Gli‐Gli), maltotriose (Gli-Gli‐Gli) e fragmentos maiores de amilopectina que contêm ligações α1 6 (dextrinas limite). Enzimas do epitélio intestinal continuam o processo de hidrólise liberando glicose;
· Glicogênio da dieta: hidrólise liberando glicose de forma similar ao que ocorre com o amido;
· Dissacarídeos: hidrólise a monossacarídeos; entram nas células epiteliais e seguem para o sangue.
Principais Dissacarídeos
Glicogênio Armazenado (Endógeno):
· As reservas de glicogênio, particularmente nas células do fígado e do músculo esquelético, são mobilizadas por fosforólise catalisada pela glicogênio‐fosforilase;
· O ataque da ligação glicosídica (α1 4) é feito pelo fosfato inorgânico (Pi), gerando glicose fosforilada, a Gli‐1P, que, a seguir, pela ação de uma mutase, é convertida em Gli‐6P. Isto implica na economia de um ATP, que seria necessário para gerar Gli‐6P a partir de glicose livre, na 1ª fase da glicólise;
· A glicólise tem um “lucro” de 3 ATPs por glicose mobilizada da reserva de glicogênio e não de 2 ATPs, como ocorre quando o substrato é a glicose livre.
Degradação do Glicogênio Intracelular
Degradação do Glicogênio Próximo a um Ponto de Ramificação
Glicogênio: Fosforilase Hepática e Muscular
· Músculo:
Função: fornecer ATP para contração
Fosforilase do glicogênio:
Adrenalina AMPc fosforila fosforilase cinase fosforila fosforilase do glicogênio
Regulação alostérica: rápida: ATP/AMP
· Fígado:
Função: manter o nível de glicose circulante constante
Fosforilase do glicogênio:
Mecanismo semelhante
Ativado por glucagon (consequência de baixa glicose)
Regulação alostérica: glicose ocupa o sítio alostérico e a enzima expõe os sítios fosforilados à desfosforilação.
Regulação da Glicogênio-fosforilase Muscular por Modificação Covalente
A Glicogênio-fosforilase do Fígado como Sensor de Glicose
Via das Pentoses-fosfato (Via do Fosfogliconato):
Ocorre no citosol das células e apresenta duas fases:
Fase oxidativa: oxida a glicose‐6‐fosfato (Gli‐6P) em pentoses‐fosfato (D-ribose 5-P), reduzindo NADP+ a NADPH.
Equação Geral: 
Gli‐6P + 2 NADP+ + H2O	 ribose‐5P + CO2 + 2 NADPH + 2 H+
· Ribose 5‐P: Importante para a síntese de DNA, RNA, ATP, NAD, FAD e coenzima A. Muito ativa em tecidos com intensa divisão celular (Ex: medula óssea e mucosa do intestino) e também em células tumorais;
· NADPH: Doador de elétrons nos processos de biossíntese (Ex: síntese de ácidos graxos no fígado, tecido adiposo e glândula mamária; síntese de colesterol e hormônios esteroides). Combate efeitos nocivos de radicais livres gerados pela redução parcial do oxigênio (eritrócitos, cristalino e córnea)
Fase não oxidativa: recicla a pentose‐P a Gli‐6P (particularmente importante em tecidos em que a demanda de NADPH é muita maior que a de pentoses‐P). Os esqueletos carbônicos de 6 moléculas de pentoses‐P são rearranjados gerando 5 moléculas de hexose‐P, por meio da catálise de 2 enzimas, transcetolase e transaldolase.
Esquema Geral da Via das Pentoses-fosfato
NADPH e da Glutationa: Combate Radicais Livres
	
Reações Oxidativas da Via das Pentoses-fosfato
Reações não Oxidativas da Via das Pentoses-fosfato
A Primeira Reação Catalisada pela Transcetolase
*Informações adicionais (Lehninger).
A Reação Catalisada pela Transaldolase
A Segunda Reação Catalisada Pela Transcetolase	
Via das Pentoses‐fosfato X Glicólise:
· A via das pentoses‐P e a glicólise ocorrem no citosol das células e têm alguns intermediários e enzimas em comum.
· De fato, o substrato da via das pentoses‐P, a Gli‐6P é o primeiro intermediário da glicólise; assim, o caminho metabólico a ser seguido por essa molécula é definido pelas demandas da célula e pela NADPH no citosol.
Papel do NADPH na Regulação da Partilha da Glicose-6-fosfato entre a Glicólise e a Via das Pentoses-fosfato