Bioquímica (Patrícia) - Aula 2/P2 - Regulação da Glicólise e Gliconeogênese

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BIOQUÍMICA - P2 
Prof
a
. Patrícia Damasceno 
 
Aula 2: Regulação Enzimática da Glicólise e Gliconeogênese 
 
 
 Hoje vamos falar da regulação da via glicolítica. Das 10 reações enzimáticas, 3 são irreversíveis, ou seja, 
elas só ocorrem no sentido de degradação da glicose na via glicolítica. São elas: 1
a
, 2
 a
 e 10
 a
. 
 
 Primeiro ponto regulatório (1ª reação): a glicose ganha um fosfato que entra no seu carbono 6 gerando o 
produto glicose-6-fosfato através da enzima regulatória exocinase. Existem várias isoformas de exocinase no nosso 
organismo, em especial no músculo e no fígado. No músculo as exocinases mais comuns são as do tipo 1 e do tipo 2 
enquanto no fígado é do tipo 4 que também é chamada de glicocinase. 
A função é a mesma, ou seja, transformar glicose em glicose-6-fosfato, mas o mecanismo de regulação e o 
objetivo são diferentes. A exocinase 1 e 2 encontradas no músculo são inibidas pelo seu produto que é a glicose-6-
fosfato. Esta é uma regulação alostérica. Portanto, a exocina do músculo é inibida pelo seu produto: glicose-6-fosfato. 
A enzima exocinase do fígado é uma exocinase D, mais conhecida como glicocinase 4 e possui uma baixa 
afinidade para a glicose e é inibida pelo seu isômero. Já a glicocinase não é inibida pelo acúmulo de glicose-6-
fosfato, ela é inibida pelo acúmulo de frutose-6-fosfato. 
Podemos observar lá na via metabólica (glicolítica) que a primeira reação é a transformação de glicose em 
glicose-6-fosfato e logo em seguida por meio de uma isomerase essa glicose é convertida à frutose-6-fosfato. Uma 
outra diferença da exocinase do músculo para o fígado é a sua afinidade pelo substrato. A exocinase do fígado tem 
uma baixa afinidade pelo substrato enquanto que a exocinase do músculo possui uma lata afinidade pelo substrato. 
Afinidade tem tudo a ver com Km, se eu falo que tem uma baixa afinidade, tem um alto Km. Realmente, o ponto de 
saturação de uma glicocinase é em torno de 10 milimorlar, ou seja, uma quantidade muito maior de glicose que a 
encontrada na corrente sanguínea. Já a do músculo é em torno de 0,1 milimorlar. 
 
Segundo ponto regulatório (3ª reação): a frutose-6-fosfato é transformada em frutose-1,6-bifosfato. Neste 
caso da primeira reação (só para lembrar) se a glicose ganhou fosfato, alguém doou e quem doou fosfato foi a 
molécula de ATP. 
A terceira reação, portanto, é a transformação da frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato onde a frutose 
ganha grupamento fosfato no seu carbono 1. Se temos glicose-6-fosfato sendo transformada em frutose-1,6-bifosfato 
- se a frutose ganhou, o ATP doou. A 3ª reação é feita pela fosfofrutoquinase-1 a qual já tem mais opções de 
regulação. Ela é inibida alostericamente por ATP e por citrato. 
Uma enzima da via glicolítica é inibida por alta concentração de ATP porque se tem muito ATP, significa que 
tem muita energia e como o objetivo da via glicolítica é produzir energia, significa que já tem muita energia e essa 
alta concentração vai inibir a fosfofrutoquinase-1. 
Alta concentração de citrato vai inibir a fosfofrutoquinase-1 porque o citrato é encontrado no ciclo de Krebs 
(ou ciclo do ácido tricarboxílico ou ciclo do ácido cítrico) que faz parte do metabolismo intermediário. A gente vai ver 
que quando o piruvato que é o produto da via glicolítica é formado, ele vai ser convertido numa molécula de acetil-
CoA que vai entrar no ciclo de Krebs e formar o citrato. Então o citrato é o intermediário do ciclo de Krebs que tem 
como objetivo principal produzir energia. Se há muito citrato, significa que isso é sinônimo de muita energia também, 
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e se tem muita energia pode-se então dar uma desacelerada nas vias de degradação e investir nas vias de síntese. 
Então, por isso que altas concentrações de citrato também vão inibir a fosfofrutoquinase-1 que inibe a via glicolítica. 
Então, ela é inibida por moléculas que são sinônimos de energia. 
 
Sabemos da especificidade das enzimas, ou seja, cada uma vai atuar sobre um substrato diferente e elas 
são reguladas de maneira específica também. 
Outra coisa interessante são os ativadores da fosfofrutoquinase-1. Se ATP é sinal de energia e inibe a via 
glicolítica, os produtos da quebra do ATP, por exemplo AMP e ADP vão sinalizar que o organismo está ruim de 
energia e isso vai ativar a via glicolítica. Se temos muito AMP, significa que temos pouco ATP. Se temos muito ATP 
significa que temos pouco ADP. 
Existe outra regulação por uma molécula chamada de frutose-2,6-bifosfato que também ativa a 
fosfofrutoquinase-1. Então a frutose-2,6-bifosfato quando em alta concentração ela também ativa a via glicolítica 
porque aumenta a atividade da fosfofrutoquinase-1. A regulação da frutose-2,6-bifosfato é importante porque é 
através do nível desta frutose-2,6-bifosfato que acontece a regulação hormonal. 
Os principais hormônios que regulam nosso organismo são a insulina, glucagon e adrenalina. A insulina é 
produzida em condições de alta concentração de glicose no sangue. Então, quando temos uma alta concentração de 
glicose no sangue, a insulina vai estimular a síntese da frutose-2,6-bifosfato. Altas concentrações da frutose-2,6-
bifosfato vão estimular a fosfofrutoquinase-1 e, consequentemente, a degradação de glicose pela via glicolítica. Então 
a insulina vai ativar. 
 O glucagon é secretado quando há baixa concentração de glicose no sangue. E a baixa concentração de 
glicose no sangue, o glucagon vai fazer com que a frutose-2,6-bifosfato seja diminuída. Se vai inibir a síntese de 
frutose-2,6-bifosfato, consequentemente, vai inibir a fosfofrutoquinase-1 e também a via glicolítica. 
Adrenalina é produzida nas situações em que há necessidade de rápida energia. Eu vou falar da regulação 
da adrenalina junto com a gliconeogênese. 
 
De que maneira esta frutose-2,6-bifosfato é sintetizada? Ela também é sintetizada a partir da frutose-6-
fosfato, então ela vai ganhar um fosfato no seu carbono 2. Quem vai doar este fosfato é a molécula de ATP. E é a 
fosfofrutoquinase-2 que vai sintetizar a frutose-2,6-bifosfato, ou seja, na presença de insulina esta enzima 
fosfofrutoquinase-2 vai estar ativada formando a frutose-2,6-bifosfato. Em altas concentrações vai ativar a 
fosfofrutoquinase-1 e, consequentemente, vai ativar a via glicolítica. Na presença do glucagon e da adrenalina, eles 
vão ativar a enzima inversa, ou seja, que retira o fosfato do carbono 2. Que é a frutose-2,6-bifosfatase, de maneira 
que vamos ter grande quantidade de frutose-6-fosfato e baixa concentração de frutose-2,6-bifosfato. Então baixas 
concentrações de frutose-2,6-bifosfato vão inibir a via glicolítica. 
 
Terceiro ponto regulatório (10ª reação): a terceira enzima regulatória é a piruvato quinase. Se voltarmos na 
via glicolítica, vamos ver que a etapa 10 é a transformação de fosfoenolpiruvato em piruvato. Nesta etapa o fosfato 
que é retirado do fosfoenolpiruvato é entregue ao ADP e com isso é gerado ATP. Lembrando que da 5ª etapa para 
baixo vamos ter tudo duplicado. 
Então é a piruvato cinase que transforma fosfoenolpiruvato em piruvato. A piruvato cinase também é inibida 
alostericamente pelo seu produto que é o ATP e também é inibida pela acetil-CoA. A acetil Co-A entra, em condições 
aeróbias, no ciclo de Krebs. Então o piruvato é degradado em acetil-CoA em condições aeróbias e entra no ciclo de 
Krebs e faz oxidação e descarboxilação, ou seja, produz muita energia e também CO2 como subproduto. Então, se 
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temos muito Aceltil-CoA, é sinal de que o organismo tem muita energia, se tem muita energia a Acetil-CoA também é 
capaz de inibir a piruvato quinase. 
 
 
Resumindo: quais são as enzimas regulatórias da via glicolítica e de que maneira elas são reguladas? 
A 1ª é aexocinase e depende da isoforma. Se for a do músculo ela é inibida alostericamente pelo seu 
produto e se for a do fígado, frutose-6-fosfato. Se for a fosfofrutoquinase-1, ela é inibida por moléculas que indicam 
energia como ATP e citrato. E são ativadas por moléculas que indicam baixa energia como AMP e ADP que são os 
produtos da quebra de ATP e frutose-2,6-bifosfato a qual faz a ligação da regulação hormonal. Então se temos 
glucagon, adrenalina ou insulina, é na síntese da frutose-2,6-bifosfato é que elas vão interferir diretamente. Se temos 
insulina, vamos produzir muita frutose-2,6-bifosfato o que vai ativar a via glicolítica. Se temos glucagon e adrenalina, 
vamos ativar a enzima inversa que quebra a frutose-2,6-bifosfato, vai cair a quantidade de frutose-2,6-bifosfato e, 
consequentemente, a via glicolítica vai ser inibida. A última que é a piruvato cinase é que inibida alostericamente por 
moléculas que indicam energia (ATP e Acetil-CoA). 
 
 
GLICONEOGÊNESE 
 
Quando falamos de via glicolítica, falamos do substrato glicose, mas nós temos todo o processo de digestão. 
E sabemos que existem outros açúcares além da glicose. Esses outros açúcares, eles nunca são desperdiçados, 
nada é desperdiçado pelo organismo – a não ser que haja um erro metabólico ou se for ingerido em excesso no 
caso de proteínas, etc. 
Sabemos então que tem outros açúcares além da glicose, então nosso organismo consegue aproveitar estes 
monossacarídeos e eles são transformados em intermediários da via glicolítica. Todos os outros açúcares são 
convertidos em intermediários da via glicolítica. Por exemplo, se temos o glicogênio ou o amido da dieta, vamos ver 
que eles são quebrados e vão gerar glicose-1-fosfato, porque glicogênio e amido são homopolissacarídeos (formados 
apenas por glicose). Essa glicose-1-fosfato vai sofrer apensa mudança do grupamento fosfato que estava no carbono 
1 e vai para o carbono 6, gerando a glicose-1,6-fosfato que é intermediário da via glicolítica. 
A lactose é um dissacarídeo formado por galactose e glicose, então a enzima lactase cliva a lactose e produz 
glicose que vai ganhar um fosfato gerando glicose-6-fosfato na via glicolítica. A galactose por uma série de reações 
enzimáticas, vai gerar glicose-fosfato, depois vai ser convertido em glicose-6-fosfato indo pela via glicolítica. 
No caso da manose, ela também vai ser convertida a frutose-6-fosfato e entrar na via glicolítica. 
A trealose é também um dissacarídeo que pode ser clivada pela trealase, é formada por 2 resíduos de 
glicose e também entram como intermediário da via glicolítica. 
A sacarose que é formada por glicose e frutose também pode ser quebrada pela enzima sacarase e formar 
glicose e frutose que também vão entrar na via glicolítica. 
Ou seja, quando a gente fala de via glicolítica, ela é uma via central de degradação de monossacarídeos. Se 
eu não tenho a glicose inicialmente, vamos transformar os outros monossacarídeos em intermediários dessa via que 
normalmente entram como glicose-6-fosfato, frutose-6-fosfato ou gliceraldeído-3-fosfato. 
Nós vimos as condições de degradação de glicose e essa via é ativada quando temos uma alta concentração 
de glicose sanguínea como por exemplo no estado bem alimentado. Porém, em muitos momentos não vamos estar 
em estado bem alimentado e existem muitos órgão que usam preferencialmente glicose como fonte de energia como 
cérebro, hemácias, medula renal, cristalino, córnea, testículos, etc. 
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Se tivermos no estado mal alimentado, temos uma baixa concentração e glicose, e o organismo vai conseguir 
essa glicose a partir do glicogênio, porém este tem uma reserva pequena. Então, nessas condições, normalmente, o 
organismo mobiliza as reservas de glicogênio – quebra o glicogênio, produz a glicose e o degrada pela via glicolítica. 
Só que a reserva do glicogênio é muito pequena, o que significa que isso só ocorre entre uma refeição e outra. Mas e 
se acabar a reserva de glicogênio? O que a gente vai fazer? Se eu não tenho glicose, tenho que me virar e sintetizar 
glicose para aqueles órgãos. Então, para isso nosso organismo tem uma via metabólica chamada de 
gliconeogênese. Esta é uma via metabólica de síntese de glicose. 
Como a concentração de glicose no sangue é mantido relativamente constante apesar da grande variação na 
captação e na utilização da glicose? 
Se estamos no estado bem alimentado, beleza. Agora se não estivermos no estado bem alimentado, vamos 
utilizar, por exemplo, a gliconeogênese. 
 
De cima para baixo temos a via glicolítica que parte de uma molécula de glicose e chega a 2 moléculas de 
piruvato. O caminho inverso, ou seja, a síntese de glicose será a via da gliconeogênese, porém há um problema por 
causa das etapas 1, 3 e 10 que são irreversíveis, o que significa que elas só funcionam de cima para baixo. Se quiser 
fazer a o caminho inverso, nestas etapas temos que pegar outro caminho e utilizar outras enzimas. Então as outras 7 
enzimas são as mesmas. 
Primeiro, quais são os precursores da via gliconeogenese? Ou seja, produzir glicose a partir de piruvato, 
lactato, aminoácidos glicogênicos (os aminoácidos cetogênicos não produz glicose), intermediários do ciclo de Krebs 
(como oxaloacetato, alfa succinato, etc). 
Então nosso organismo em condições de jejum, ele consegue produzir glicose a partir de diferentes 
intermediários. 
 
Vamos ver a primeira etapa onde se produz fosfoenolpiruvato. 
Quando vimos a via glicolítica, ela ocorre exclusivamente no citoplasma, já a gliconeogênese possui algumas 
reações no citoplasma (a maioria) e algumas na matriz mitocondrial. 
Vamos ver o piruvato ou o lactato, por que os demais como por exemplo o aminoácido glicogênico chamado 
alanina (ela pode ser transformada em piruvato que vai para a gliconeogênese). 
O piruvato do citosol, ele consegue entrar na matriz mitocondrial, quando ele entra na matriz mitocondrial, ele 
sofre uma carboxilação, ou seja, ele ganha uma carboxila doada do CO
2
. Então, o piruvato ganha carboxila e forma o 
oxaloacetato. A enzima que carboxila é a carboxilase, e se ela carboxila o piruvato vai então se chamar piruvato 
carboxilase. O oxaloacetato vai ganhar hidrogênios e se transformar em malato. O oxaloacetato ganha hidrogênios 
doado pelo NADH + H
+
 e o oxaloacetado se reduz e forma malato. 
O NADH + H
+
 se oxida, porque perdeu, e forma NAD
+
. O malato formado na matriz mitocondrial - existe um 
transportador de membrana – sai e vai para o citoplasma. A reação oxaloacetato à malato é catalisada malato 
desidrogenase mitocondrial. 
Aí o malato vai para o citosol e novamente (...) na mitocôndria reduzimos o oxaloacetato para formar malato, 
quando chega no citosol o malato vai ser oxidado, ou seja, o malato vai perder hidrogênios e entregar ao NAD
+
 que 
vai ganhar e se reduzir e formar NADH + H
+
 e o malato agora sem os hidrogênios vai formar oxaloacetato - catalizado 
pela malato desidrogenase citosólica. E, por fim, o oxaloacetato vai ser descarboxilado, ou seja, vai perder a 
carboxila que vai sair na forma de CO2 e vai ser transformado em fosfoenolpiruvato. Quem catalisa esta reação é a 
fosfoenol piruvato carboxicinase citosólica. 
 
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Então, a malato chegou ao citoplasma e se transforma em oxaloacetato e, por fim, a fosfoenol piruvato. 
 
O que parece que é desnecessário aqui? Vocês perceberam que dentro da matriz eu transformo 
oxaloacetato em malato e do lado de fora a gente faz o inverso, transforma malato em oxaloacetato. Isso ocorre por 2 
motivos: (1) é porque a membrana mitocondrial interna normalmente é permeável, mas a membrana mitocondrial 
externa não é e nesse caso só existe transportador de malato. 
 
(...) 
 
Quando o precursor é o lactato, temosuma via diferente. O lactato é convertido em piruvato pela lactato 
desidrogenase, ou seja, o lactato pega o hidrogênio, se oxida e vira piruvato, entrega seus hidrogênios ao NAD
+
 se 
reduz formando NADH + H
+
. O piruvato consegue se difundir através das membranas mitocondriais e vai parar lá na 
matriz, ganha carboxilas e se transforma em oxaloacetato pela piruvato carboxilase e também quem doa carboxila é 
o CO2. 
Só que vai ser um pouco diferente, o oxaloacetato vai sofrer a descarboxilação e formar o fosfoenolpiruvato 
ainda na matriz por meio da fosfoenolpiruvato carboxicinase mitocondrial. E o fosfoenol piruvato formado vai se 
difundir através das membranas mitocondriais e vai para o citosol. 
O que é que vai determinar a formação de fosfoenolpiruvato por essa ou aquela via? (...) 
 
Vamos fazer uma ligação aqui com o ciclo de Cori. Mas a resposta é outra, é relacionado com NADH + H
+
. 
Mas vamos fazer um gancho aqui. Numa alta e intensa contração muscular, eu tenho a via glicolítica a qual degrada 
um molécula de glicose, gera 2 de piruvato que em condições anaeróbias faz fermentação lática, liberando lactato. 
Há formação do ácido lático que provoca cãibras. Ao se alongar, a oxigenação do organismo é acelerada, o que 
aumenta o fluxo sanguíneo. Esse lactato cai na corrente sanguínea e vai para o fígado, onde vai entrar na 
gliconeogênese que vai formar glicose, que vai cair na corrente sanguínea e vai retornar ao músculo. Quando esta 
glicose retornar ao músculo ela vai poder ficar acumulada na forma de glicogênio. Temos, portanto, o ciclo de Cori e 
a interação de 2 vias metabólicas: gliconeogênese com a glicólise. 
Na verdade, se degradamos glicogênio no músculo temos a glicogenólise que acoplada à glicólise em 
condições anaeróbias gera lactato que vai para o fígado, acontece gliconeogênese e o ciclo se fecha. 
 
Voltando a pergunta, o que rege a escolha de uma via ou outra para formar o fosfoenolpiruvato, primeiro é a 
disponibilidade do substrato – se tenho lactato, se tenho intermediário do ciclo de Krebs sobrando – mas o que 
rege mais diretamente é o nível de NADH + H
+
. Se vamos ter muito NADH + H
+
 dentro da mitocôndria, 
preferencialmente vamos utilizar esta via metabólica. Se tem uma baixa concentração, vamos utilizar a outra via. 
Então, o nível de NADH + H
+
 ajuda a escolher a via metabólica além da disponibilidade do precursor também ajudar. 
 
 
 
 
 
 
Daniele