BIOQUIMICA - via das pentoses e sinalização AMPc

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BIOQUIMICA 
Via das pentoses 
- Via alternativa de oxidação da glicose. Leva à produção de dois compostos: ribose-5-fosfato e a forma reduzida da nicotinamida adenina dinucletídeo fosfato (NADPH). A ribose-5-fosfato é a pentose constituinte dos nucleotídeos que compõem os ácidos nucleicos e de vários coenzimas; o NADPH atua como coenzima doadora de hidrogênio em sínteses redutoras e em reações de proteção contra compostos oxidantes. A coenzima reduzida utilizada em reações de redução não é o NADPH, quando utilizada nas reduções, a coenzima passa à forma NADP+ e volta à forma reduzida na via das pentoses (Síntese de ácidos graxos e de colesterol -> redução). Na via das pentoses fosfato, a energia derivada da oxidação da glicose é armazenada sob a forma de poder redutor (NADPH) e não de ATP, como na glicólise. 
-> A via das pentoses fosfato consta de uma parte oxidativa, que produz NADPH, e de uma parte não oxidativa, que interconverte açucares fosforilados.
-> Oxidativa: G-6-P é convertida a ribulose-5-fosfato e CO2 por duas oxidações catalisadas por desidrogenases especificas de NADP+, intercaladas por uma reação de hidrolise. 
G-6-P + 2 NADP+ + H2O Ribulose- 5- Fosfato + 2 NAPH + 2H+ + CO2
A etapa oxidativa ocorre no sentido de conversão de NADP+ a NADPH, graças à irreversibilidade da reação catalisada pela lactonase. A etapa não oxidativa compreende a transformação de ribulose- 5- fosfato a Ribose-5-fosfato ou xilulose-5-fosfato, por ação de uma isomerase ou uma epimerase, respectivamente. Sofre, então, uma série de conversões, originando açucares fosforilados com números de átomos de carbono variando entre 3 e 7. As conversões são catalisadas pela transcetolase, com TPP como grupo prostético (transfere grupos de dois carbonos), e transaldolase (transfere grupos de três carbonos). São todas etapas reversíveis.
A via das pentoses-fosfato ocorre no citossol. Está intimamente relacionado com a glicólise, através de compostos em comum, como o G-6-P, F-6-P e o gliceraldeído- 3- fosfato. Quando a demanda de NADPH aumenta devido à síntese aumentada de ácidos graxos, é possível a contínua produção de NADPH sem o acumulo de ribulose-5-fosfato, já que este composto pode ser convertido a gliceraldeído-3-fosfato e F-6-P que são utilizados pela glicólise. Os intermediários da via glicolítica podem originar ribose-5-fosfato para a síntese de nucleotídeos. 
G-6-P transforma-se em glucona-gama-lactona-6-fosfato pela ação da glicose- 6- fosfato desidrogenase, com liberação de 1 NADPH, e depois, por meio de uma hidrólise catalisada pela lactonase este se transforma em fosfo-6-gluconato, que por meio da 6-fosfogliconato desidrogenase, forma a ribulose-5-fosfato, com liberação de um NADPH e 1 CO2. Por meio da ação da epimerase, forma-se xilulose-5-fosfato, por meio de uma isomerase, forma ribose-5-fosfato. Por meio da ação de uma transcetolase, forma-se gliceraldeído-3-fosfato e sedoeptulose-7-fosfato, e por meio de uma transaldolase, forma-se F-6-P, eritrose-4-fosfato. A F-6-P vai embora e a eritrose -4-fosfato, junto com uma xilulose-5-fosfato, por meio de uma transcetolase, forma outra F-6-P e um gliceraldeído-3-fosfato
-> Sobre o NADPH: sua ação pode estar associada ao tripeptideo glutationa. A glutationa constitui o redutor mais imediato de vários processos celulares. Ao exercer seu poder redutor, os grupos SH de duas moléculas de glutationa (GSH) são oxidados, passando a constituir do grupo S-S da glutationa dissulfeto. A restauração da glutationa SH é feita pelo NADPH. Desta forma, podem ser mantidos como tais os grupos SH de resíduos de cisteína em proteínas. A glutationa tem ação importante na eliminação de peróxido de hidrogênio e peróxidos orgânicos, formados em muitos processos peroxidativos, principalmente nas hemácias. Glutationa = glicina + glutamato + cisteína. Os peróxidos são reduzidos pela glutationa em uma reação catalisada pela glutationa peroxidase, uma enzima peculiar por conter selênio. A glutationa dissulfato é reduzida por NADPH, a coenzima da glutationa redutase. É ainda a glutationa a responsável pela manutenção do íons ferro presente na hemoglobina no estado de oxidação 2+, capacitando a hemoglobina a ligar-se com o oxigênio. 
-> Deficiência de G-6-P desidrogenase: pode ser bom para quem mora em regiões de picos de malária hemolítica. 
SINALIZAÇÃO DAS VIAS DE AMPc 
Primeiro mensageiro hormônio: quando os hormônios atingem células-alvo provocam modificações no seu metabolismo, por interferência nas atividades enzimáticas, no controle da expressão gênica ou no transporte através das membranas. São os primeiros mensageiros químicos, extracelulares, do sistema endócrino que constituem os sistemas responsáveis pela integração das funções vitais nos animais. O mecanismo pelo qual o estímulo hormonal repercute nas reações intracelulares é chamado transdução de sinal. 
AMPc como segundo mensageiro: a concentração celular de AMPc e a resposta ao hormônio estão na dependência das atividades relativas da adenilato ciclase e fosfodiesterase. A transdução de sinal dos hormônios que utilizam AMPc como segundo mensageiro depende de três proteínas presentes na membrana plasmática: o receptor hormonal, a adenilato ciclase e a proteína G. A proteína G é assim designada por ter a capacidade de se ligar a nucleotídeos de guanina, o GDP e o GTP. São compostas de três subunidades, alfa, beta, gama, e é a subunidade alfa que tem capacidade de associação a GDP ou GTP, na ausência do hormônio está ligada a GDP e na presença dele, a GTP. As etapas de estimulação da produção de AMPc: 
-> Ligação do hormônio ao receptor, na face externa da membrana plasmática
-> O receptor complexado com o hormônio sofre mudança estrutural que o liga à proteína G.
-> A ligação do complexo hormônio-receptor à proteína G altera sua estrutura, fazendo diminuir a afinidade de alfa por GDP e aumentar a afinidade por GTP. 
-> A ligação de GTP a alfa promove sua dissociação das duas outras unidades da proteína G, e o complexo alfa-GTP move-se pela membrana até ligar-se a adenilato ciclase, formando o complexo alfa-GTP-adenilato ciclase.
-> A ligação ativa a adenilato ciclase e inicia-se a produção de AMPc. 
A estimulação da adenilato ciclase é pouco duradoura. Isso porque quando o complexo alfa liga-se e desliga-se muito rápido, voltando à proteína G. Em virtude dessa atividade GTPásica da subunidade alfa, a atividade da adenilato ciclase depende da estimulação hormonal contínua, cessando na ausência do hormônio. 
- Existem dois tipos de proteínas G, as estimuladoras (Gs) e as proteínas inibidoras (Gi). As catecolaminas podem se ligar a receptores estimuladores e a receptores inibidores. O nível intracelular de AMPc pode se encontrar bem alto devido à alta expressão da adenilato ciclase ou por inibição da fosfodiesterase. A toxina da cólera, por exemplo, é uma enzima que catalisa a transferência de uma unidade de ADP-ribose do NAD+ para um resíduo de arginina da subunidade alfa-s. Essa modificação covalente determina a perda da atividade GTPásica de alfa-s, que permanece ligada a GTP, mantendo a atividade da adenilato ciclase mesmo na ausência do hormônio. 
-> Ação do AMPc: ativa a proteína quinase dependente de AMPc, para distingui-las de outras que são ativadas por Ca2+ ou por GMPc. O AMPc liga-se às subunidades reguladoras, provocando a dissociação das subunidades catalíticas, que se tornam ativas. A fosforilação pode ativar ou inibir a atividade tecidual. A fosforilação de proteínas, catalisada pela pkA, não é permanente. A ação desta enzima é revertida pela fosfoproteína fosfatase I, enzima hidrolitica que remove o grupo fosfato adicionado pela proteína quinase dependente de AMPc, devolvendo à enzima a forma desfosforilada. O AMPc também regula a atividade da fosfoproteína fosfatase I fosforilando a proteína inibidora da fosfoproteína fosfatase I, que quando fosforilada, inativa a fosfoproteína.
-> A atuação de hormônios, como a adrenalina, via receptores alfa-1, resulta em aumentoda concentração citossólica de Ca2+. A ligação do hormônio ao receptor ativa uma proteína G especifica que estimula uma fosfolipase de membrana, a fosfolipase C. Essa enzima catalisa a hidrolise de FIP2, produzindo IP3 e DAG. IP3 é hidrossolúvel e se difunde para o citossol, induzindo a liberação de Ca2+ dos reservatórios celulares; constitui, assim, o elo de ligação entre o hormônio e o pool interno de Ca2+. Nos músculos, promovem a contração muscular e a degradação do glicogênio. Em outras células, o cálcio se liga à calmodulina, uma proteína reguladora. O DAG, na presença de cálcio, ativa uma proteína quinase de membrana, a proteína quinase C, que catalisa um conjunto de proteínas, diferente do modificado pelo complexo Ca2+.calmodulina. 
-> A concentração intracelular de Ca2+ pode influenciar diretamente no nível do AMPc. Este é o caso em que a calmodulina regula a atividade das enzimas que sintetizam e degradam este nucleotídeo. 
-> Uma mesma proteína pode ser regulada tanto por Ca2+ quanto por AMPc, como ocorre com a fosforilase quinase e a miosina quinase dos músculos lisos. 
-> Efeitos da adrenalina:
-Gilocogenólise muscular e hepática;
-Degradação de TAG no tecido adiposo
-Efeitos metabólicos marcadamente degradativos
Inibe insulina e estimula glucagon.
-> Efeitos do cortisol:
-Aumenta a gliconeogenese, aumentando a liberação de aminoácidos dos tecidos periféricos e induz a síntese de enzimas-chave da gliconeogenese. Estimula também a lipólise.
-> Receptor alfa-1 para adrenalina: efeitos mediados por Ca2+
-> Receptor alfa-2: inibição da adenilato ciclase.
- Receptor Beta: estimulação da adenilato ciclase.
-> Glucagon: em resposta à hipoglicemia. Efeitos degradativos para aumentar a glicemia. Altera transcrição genica, mediado por AMPc.
-> Insulina: o receptor de insulina é uma glicoproteína constituída por subunidades alfa-beta, ligadas por pontes dissulfeto. As subunidades alfa ligam-se á insulina e as subunidades Beta fazem transdução do sinal. A união da insulina ao seu receptor estimula a atividade da proteína quinase intrínseca ao próprio receptor, especifica para resíduos de tirosina. A atividade da tirosina quinase reside na porção citoplasmática das subunidades Beta, que apresenta resíduos de tirosina suscetíveis a fosforilação. A autofosforilação do receptor desencadeia a fosforilação em cascata de uma série de proteínas sinalizadoras, que inclui diversas proteínas quinases ativas, que vão se fosforilando e amplificando o sinal hormonal, que passa a interferir na regulação do metabolismo, no transporte de metabólitos e na transcrição genica. O numero de receptores diminui com níveis altos de insulina. Os receptores ligam-se ao hormônio, provocando a manifestação celular, e são internalizados por endocitose adsortiva.
-> Desfosforilação das proteínas... Pode ser causada por diminuição dos níveis de AMPc, pela ativação da fosfodiesterase ou inibição da adenilato ciclase, levando à desativação da pkA, ou fosforilação de proteínas quinases especificas, desencadeada pela cascata, que provocariam o estimulo das fosfoproteínas fosfatases, ou seja, a insulina promoveria a desfosforilaçao promovendo a fosforilação de outras proteínas. A insulina interfere na replicação e diferenciação celular.
 Glicogenio fosforilase: ativa quando fosforilada. Promove a glicogenólise, adrenalina e glucagon fosforilam, insulina desfosforila. A glicogênio fosforilase quinase pode ser ativada pela fosforilação por pkA dependente de AMPc ou por ligação de cadeia Beta à calmodulina.
*Cascata enzimática: tem grande efeito amplificador, com baixíssimas concentrações de hormônios, inclui ativações intermediarias de enzimas que catalisam a ativação de outras enzimas.
 Glicogenio sintase: forma fosforilada é inativa. Insulina apoia.
REGULAÇÃO DA VIA DAS PENTOSES-FOSFATO 
As duas desidrogenases que participam desta via que convertem NADP+ em NADPH são inibidas competitivamente por NADPH. Quando a relação ATP/ADP é baixa, a glicose é degradada pela via glicolítica, produzindo ATP pois a glicólise está estimulada,; não ocorre síntese de ácidos graxos e a relação NADPH/NADP+ é alta, inibindo a via das pentoses-fosfato. Ocorre o inverso em taxas de ATP/ADP altas, portanto, o consumo de G-6-P pela via das pentoses-fosfato é favorecido quando a carga energética celular é alta. A via das pentoses-fosfato acontece quando há taxas glicêmicas altas.
- Quando são necessários NADPH e ribose-5-fosfato simultaneamente, há predomínio da parte oxidativa da via.
- Quando a necessidade de ribose-5-fosfato é maior que a de NADPH, a parte oxidativa não é acionada, e a ribose-5-fosfato é obtida através da frutose-6-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato, produzidos pela glicólise, através da transaldolase e transcetolase. Acontece nos tecidos que não se encarregam pelas sínteses redutoras.
- Quando a necessidade de NADPH é maior que a de ribose-5-fosfato, a ribose-5-fosfato produzida através da etapa oxidativa é convertida a frutose-6-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato através da etapa não oxidativa. A F-6-P pode voltar à via das pentoses após sua conversão a G-6-P. O gliceraldeido-3-fosfato poderá originar glicerol-3-fosfato, necessário para a esterificação dos ácidos graxos. O excedente de gliceraldeido-3-fosfato é conduzido à via glicolitica. 
-Nas condições de cargas enérgicas celulares altas, a inibição da fosfofrutoquinase não impede que os carbonos originários da glicose sejam incorporados em ácidos graxos. Essa inibição encaminha G-6-P para a via das pentoses.
-> Situações de deficiência da G-6-P desidrogenase reduz a capacidade do eritrócito formar NADPH, resultando em hemólise.