Aula 07 Bioq II 2014-01 Via pentose fosfato e Gliconeog

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O que vimos na última aula:
Ciclo do nitrogênio
Mais de 1011 kg de nitrogênio é fixado anualmente na biosfera!
Setas vermelhas: ocorrem em ambientes anaeróbicos.
síntese
degradação
Catabolismo de AAs nos mamíferos:
1 2
3
da dieta
O ciclo da uréia e o ciclo de Krebs podem ser conectados
Enzimas citosólicas podem levar fumarato à malato, que pode voltar para a mitocôndria, 
podendo participar do ciclo de Krebs.
Apenas Leucina e Lisina não são substratos para a gliconeogênese
UENF, CBB, LQFPP
Prof. Gustavo Rezende
Bioquímica II – Metabolismo
7ª aula: Via das pentoses fosfato e Gliconeogênese
Destinos da glicose
Glicose
Armazenagem
Glicogênio, amido, sacarose
Polímeros 
estruturais
Matriz extraceluar, 
parede celular
Oxidação pela glicólise 
PiruvatoRibose-5-fosfato
Oxidação pela via 
das pentoses fosfato
Destinos da glicose
Glicose
Armazenagem
Glicogênio, amido, sacarose
Polímeros 
estruturais
Matriz extraceluar, 
parede celular
Oxidação pela glicólise 
PiruvatoRibose-5-fosfato
Oxidação pela via 
das pentoses fosfato
Biossíntese de glicose 
a partir de precursores 
não glicídicos
Via das pentoses fosfato ou 
via do fosfogliconato
A via das pentose fosfato pode apresentar duas séries de reações: 
1) Primeira de reações oxidativas;
2) Segunda de reações não oxidativas (fase não oxidativa).
Apenas em algumas situações ocorre as reações da fase não oxidativa.
Começaremos pelas reações oxidativas...
Via das pentoses fosfato, reações oxidativas:
Glicose 6-fosfato é oxidada, formando ribose 5-fosfato e produzindo NADPH em 
4 passos enzimáticos.
Glicose 6-fosfato Ribose 5-fosfato
NADPHNADP+
Lembrando: ribose é um tipo de açúcar de 5 carbonos (enquanto glicose é um tipo de 
açúcar de 6 carbonos).
NADPH (assim como NADH) transporta energia química na forma de poder redutor.
É usado para vias biossintéticas e proteção de eritrócitos.
É empregado como redutor quase universal em vias anabólicas (síntese de lipídios, 
por exemplo, como veremos em outra aula).
Sendo assim, tecidos que ativamente sintetizam ácidos graxos e esteróides, como 
glândula mamária, córtex adrenal, fígado e tecido adiposo possuem a via das 
pentoses fosfato extremamente ativa.
Eritrócitos também usam NADPH, mas para proteger a célula contra danos 
causados por oxidações.
Via das pentoses fosfato, reações oxidativas:
Ribose 5-fosfato será usada na formação de ácidos nucléicos (inclusive DNA).
Ribose 5-fosfato
1
5
5
144
Biossíntese de ácidos nucléicos ocorre em altas taxas quando existe proliferação 
celular (produção de mais DNA) em: tecidos em crescimento, que estão se regenerando 
e em tumores.
Via das pentoses fosfato, reações oxidativas:
1ª etapa das reações oxidativas:
Catalisada pela enzima glicose 6-fosfato 
desidrogenase.
Produz um NADPH.
2ª etapa das reações oxidativas:
Catalisada pela enzima lactonase.
3ª etapa das reações oxidativas:
Descarboxilação oxidativa catalisada pela 
enzima 6-fosfogliconato desidrogenase.
O açúcar de 5 carbonos Ribulose 5-fosfato 
é formado, bem como outro molécula de 
NADPH.
4ª etapa das reações oxidativas:
Formação de Ribose 5-fosfato pela enzima 
fosfopentose isomerase.
Saldo (até agora):
Mas.... Existem tecidos biossintéticos que precisam do poder redutor do NADPH 
(eritrócitos, tecidos que sintetizam ácidos graxos, etc), mas não da ribose 5-
fosfato? 
Haveria acumulo de ribose 5-fosfato que não seria utilizado?
Glicose-6-fosfato + 2 NADP+ + H2O Ribose-5-fosfato + CO2 + 2 NADPH + 2H+
Saldo (até agora):
Mas.... Existem tecidos biossintéticos que precisam do poder redutor do NADPH 
(eritrócitos, tecidos que sintetizam ácidos graxos, etc), mas não da ribose 5-
fosfato?
Haveria acumulo de ribose 5-fosfato que não seria utilizado?
Não! A ribose 5-fosfato, numa série de outras reações, chamadas de fase não 
oxidativa, é reciclado de volta à glicose 6-fosfato.
Daí as duas séries de reações: a primeira de reações oxidativas e a segunda de 
reações não oxidativas:
Glicose-6-fosfato + 2 NADP+ + H2O Ribose-5-fosfato + CO2 + 2 NADPH + 2H+
Reações oxidativas e não oxidativas da via das pentoses fosfato:
Reações oxidativas:
Reações não oxidativas:
glicose 6-fosfato ribose 5-fosfato
Produzem ribose 5-fosfato e NADPH.
Produzem NADPH mas não ribose 5-fosfato 
Glicose-6-fosfato + 2 NADP+ + H2O Ribose-5-fosfato + CO2 + 2 NADPH + 2H+
Esquema geral da via das pentoses-fosfato:
Precursores
Ácidos graxos, 
esteróis, etc.
biossíntese 
redutora
Etapas não oxidativas :
epime-
rase
transcetolase transaldolase
transcetolase
fosfoexose
isomerase
As enzimas transcetolase e transaldolase são específicas da via das pentoses fosfato.
fosfoexose
isomerase
Etapas não oxidativas :
fosfoexose
isomerase
1ª reação da transcetolase:
Reação da transaldolase:
2ª reação da transcetolase:
Etapas não oxidativas :
O que fazer com 
esses 3 
carbonos?
fosfoexose
isomerase
Etapas não oxidativas :
Assim, 6 moléculas de 5 carbonos 
(ribose 5-fosfato) viram 5 moléculas 
de 6 carbonos (glicose 6-fosfato)...
E dessa forma tecidos podem 
produzir NADPH em grandes 
quantidades, sem a produção de 
ribose 5-fosfato em excesso.
triose fosfato 
isomerase
aldolase
frutose 1,6 
bifosfatase
2x
triose fosfato 
isomerase
aldolase
frutose 1,6 
bifosfatase
2x
Essas três enzimas também 
atuarão na Gliconeogênese!
triose fosfato isomerase:
Diidroxiacetona
fosfato
Gliceraldeído
3-fosfato
aldolase:
Diidroxiacetona
fosfato
Gliceraldeído
3-fosfato
Frutose 1,6-bifosfatase:
+ H2O + Pi
Na fase não oxidativa, o processo de oxidação que ocorre na etapa 
oxidativa é “revertido” com a perda desse Pi.
Reações oxidativas e não oxidativas da via das pentoses fosfato:
As enzimas transcetolase e transaldolase são específicas da via das pentoses 
fosfato. As outras enzimas também participam da glicólise e gliconeogênese.
Reações oxidativas e não oxidativas da via das pentoses fosfato:
As reações não oxidativas são reversíveis. Assim, vegetais usam essas reações no sentido 
inverso (produção de pentoses fosfato a partir de glicose 6-fosfato), o que é essencial 
para a fixação fotossintética de CO2 pelos vegetais.
Altas concentrações de NADPH regulam a via das pentoses-fosfato...
Vocês acham que essa regulação é positiva ou negativa?
Altas concentrações de NADPH regulam a via das pentoses-fosfato...
Negativa. Altas concentrações de NADPH inibem a via.
GLICONEOGÊNESE
A glicólise é a via metabólica mais conservada nos sistemas biológicos.
A glicose é o combustível preferencial e mais versátil disponível nas 
células vivas.
Cérebro e o resto do sistema nervoso, eritrócitos, testículos, medula renal e 
tecidos embrionários necessitam de glicose fornecida pelo sangue como 
principal, ou em alguns casos, única, fonte de energia.
O cérebro humano, sozinho, requer mais de 120 g de glicose por dia!
Durante o jejum prolongado, ou durante exercícios físicos intensos o corpo 
deve ter a capacidade de produzir glicose. 
A importância da manutenção da glicemia:
Morte
Dano cerebral permanente
Letargia
Convulsão, coma
Falta de atenção, fome
Liberação de hormônios
Suor, tremores
Glicose no 
sangue 
(mg / dL) ou 
(mg/100 mL)
} Nível normal (~5mM)
Hipoglicemia 
severa
A importância da manutenção da glicemia:
Morte
Dano cerebral permanente
Letargia
Convulsão, coma
Falta de atenção, fome
Liberação de hormôniosSuor, tremores
Glicose no 
sangue 
(mg / dL) ou 
(mg/100 mL)
Hipoglicemia 
severa
} Nível normal (~5mM)
Mesmo durante jejum prolongado os 
animais necessitam de energia e manter a 
glicemia.
Assim, em situações de jejum prolongado 
o fígado produz glicose e envia para a 
corrente sanguínea para suprir os outros 
tecidos.
Em casos extremos, ocorre a degradação 
de proteínas musculares, para a produção 
de glicose no fígado.
Repare na hierarquia e fase de uso de 
glicose:
Fase
Tecidos 
usando 
glicose
Combustível 
principal do 
cérebro
Origem da 
glicose 
sanguínea
GlicoseExterna (alimentação) Todos
Glicose
Glicogênio, 
gliconeogênese
hepática
Todos menos 
fígado. Músculo e 
tecido adiposo 
diminuem consumo
Glicose
Gliconeogênese
hepática, 
glicogênio
Todos menos fígado. 
Músculo e tecido 
adiposo diminuem 
mais
Glicose, corpos 
cetônicos
Gliconeogênese
hepática e renal
Cérebro, eritrócito e 
medula renal. Muito 
pouco pelo músculo
Corpos cetônicos, 
glicose. 
Gliconeogênese
hepática e renal
Eritrócito e medula 
renal. Cérebro 
diminui o consumo
I
II
III
IV
V
Esquema indicando as diferentes origens da glicose presente no sangue:
Glicogênio Gliconeogênese
Externa
Fase I II III IV V
g
l
i
c
o
s
e
 
u
s
a
d
a
 
(
g
/
h
)
horas dias
Glicogênio Gliconeogênese
Externa
g
l
i
c
o
s
e
 
u
s
a
d
a
 
(
g
/
h
)
horas dias
No ponto assinalado pela seta inicia-se a gliconeogênese renal e a utilização de corpos 
cetônicos pelo cérebro
Fase I II III IV V
A GLICONEOGÊNESE
Gliconeogênese: glico (açúcar), neo (novo), gênese (criação). Significa “formação de 
açúcar novo”. E é definida como a formação de glicose a partir de precursores que não 
sejam açúcares.
É uma via metabólica que converte piruvato e compostos relacionados de 3 ou 4 
carbonos em glicose.
Ocorre em todos os animais, em plantas, fungos e microorganismos. Reações são 
essencialmente as mesmas em todos os organismos e tecidos onde ocorre.
Porém, o contexto metabólico e a regulação da gliconeogênese difere de uma espécie 
para outra e de um tecido para o outro.
Em mamíferos ocorre principalmente no fígado mas também no córtex renal.
Focaremos no fígado.
Precursores de gliconeogênese: 
Compostos de 3 carbonos (lactato, 
piruvato e glicerol) e a maioria dos 
aminoácidos (glicogênicos).
Compostos que podem ser convertidos em 
piruvato ou oxalacetato podem servir 
como material inicial para gliconeogênese.
Em animais, proteínas servem como 
substratos para a gliconeogênese. Ácidos 
graxos não servem. Mas a oxidação deles 
gera ATP e NADH necessários para que a 
gliconeogênese ocorra.
Metabólitos do ciclo de krebs e muitos AAs são glicogênicos:
Ácidos graxos não são substratos para a gliconeogênese
Piruvato leva a glicose 6-fosfato que se 
transforma em glicose... 
Isso é o inverso da glicólise...
Precursores de gliconeogênese: 
O organismo pode usar a glicólise no sentido inverso para a gliconeogênese?
Não! A gliconeogênese não é
o reverso da glicólise!! 
As 3 reações irreversíveis da glicólise são 
contornadas por um conjunto separado de 
enzimas na gliconeogênese.
Já as outras sete reações são comuns, mas 
em direções opostas.
glicólise
gliconeo
gênese
1º contorno
2º contorno
3º contorno
Dizemos então que a 
gliconeogênese utiliza três 
etapas de “contorno”...
glicólise
gliconeo
gênese
Conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP) requer duas reações 
irreversíveis
Fígado:
Alanina pode ser transformada em piruvato na 
mitocôndria por transaminação
Conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP) requer duas reações 
irreversíveis
Fígado:
1ª reação (irreversível): piruvato carboxilase
Ocorre na mitocôndria
É irreversível.
Piruvato carboxilase é a 
primeira enzima regulatória da 
gliconeogênese (voltaremos a 
isso mas tarde). 
É também uma das reações 
anapleróticas (que repõem 
intermediários do Ciclo de 
Krebs gastos em reações de 
biossíntese).
2ª reação (reversível): malato desidrogenase mitocondrial
Ocorre na mitocôndria
ΔG próximo de zero (reversível)
Malato sai da mitocôndria pelo transportador malato-α-cetoglutarato (o 
mesmo usado na lançaderia malato-aspartato).
3ª reação (irreversível): malato desidrogenase citosólica
Ocorre no citosol
O transporte de malato da mitocôndria para o citosol e sua reconversão em 
oxaloacetato possibilita o transporte de um “NADH” da mitocôndria para o 
citosol. 
Isso é importante uma vez que na gliconeogênese será necessário o consumo 
de um NADH para converter 1,3-bifosfoglicerato em gliceraldeído 3 
fosfato:
1º contorno
2º contorno
3º contorno
glicólise
gliconeo
gênese
4ª reação (reversível): PEP carboxiquinase
Ocorre no citosol
Utiliza GTP como doador de fosfato.
É reversível em condições intracelulares: 
a formação de um composto de fosfato 
de alta energia (PEP) é balançeado pela 
hidrólise de outro composto de fosfato 
de alta energia (GTP).
Resumo do 1º contorno:
Apesar do ΔG’º ser positivo, o ΔG (calculado em condições celulares) é
muito negativo, (cerca de -25 kJ/mol) o que faz com que o processo inteiro 
que leva da conversão do piruvato ao PEP seja efetivamente irreversível na 
célula.
Alternativa para o 1º contorno:
Existe um segundo opção para o 1º contorno que leva de Piruvato a PEP 
quando lactato é o precursor para glicose formada na gliconeogênse.
É utilizado o lactato oriundo da glicólise que ocorre em eritrócitos ou de 
músculos esqueléticos em condições anaeróbicas (exercício vigoroso):
De Piruvato a PEP a partir do lactato:
1º contorno
2º contorno
3º contorno
glicólise
gliconeo
gênese
2o contorno : de frutose 1,6-bifosfato a frutose 6-fosfato
Enzima: frutose 1,6-bifosfatase
+ H2O + Pi
1º contorno
glicólise
gliconeo
gênese
2º contorno
3º contorno
3o contorno : de glicose 6-fosfato a glicose
Enzima: glicose 6 fosfatase
Enzima encontrada no retículo endoplasmático de hepatócitos e células renais.
Músculo e cérebro não possuem esta enzima, portanto não conseguem fazer 
gliconeogênese.
Glicose vinda da dieta, ou produzida pela glicogenogênese no fígado e rim vai 
para o músculo e cérebro pela corrente sanguínea.
Lúmen do retículo 
endoplasmático
Da aula de glicogênio...
Resumo da gliconeogênese:
* reações de contorno em vermelho.
A gliconeogênese tem um custo energético alto mas 
necessário…
Boa parte desse alto custo é para garantir irreversibilidade da gliconeogênese...
A gliconeogênese tem um custo energético alto mas 
necessário…
Boa parte desse alto custo é para garantir irreversibilidade da gliconeogênese...
… que claramente NÂO é o reverso da glicólise:
Tanto a glicólise e parte da gliconeogênese ocorrem no citosol…
Ciclos fúteis do metabolismo de carboidratos consumiriam ATP:
Por exemplo, ação simultânea da fosfofrutoquinase 1 e frutose 1,6-
bifosfatase:
Ciclos fúteis poderiam ter alguma função biológica?
Ciclos fúteis poderiam ter alguma função biológica?
Sim, na homeoestase térmica, como em tecido adiposo marrom de pequenos 
mamíferos, músculos de vôo de insetos e animais enquanto hibernam.
A regulação coordenada da 
glicólise e da gliconeogênese
Estas vias opostas devem ser reguladas
de forma coordenada e recíproca.
Quais seríam os pontos de regulação??
As etapas irreversíveis,onde operam as enzimas
regulatórias!
• Quando a glicólise é ativada, gliconeogênese deve ser desligada e vice-
versa. 
• Quando o estado energético da célula está alto (muito ATP), a glicólise
deve ser desligada e a glicose deve ser direcionada para vias de
biossíntese/estoque. 
• Quando o estado energético da célula está baixo (pouco ATP), glicólise
deve ser rapidamente ativada para fornecer energia. 
Regulação da Hexoquinase
A hexoquinase no fígado é regulada por uma proteína regulatória 
específica, presente apenas no fígado. 
Hexoquinase e glicose 6-fosfatase estão em compartimentos distintos no 
hepatócito.
Além disso, a etapa que é específica da glicólise é a catalizada pela 2ª
enzima regulatória, a fosfofrutoquinase-1 (PFK1)...
Regulação recíproca PFK1 e Frutose 1,6-Bifosfatase:
Regulação recíproca da Fosfofrutoquinase 1 e Frutose 1,6-
Bifosfatase por Frutose 2,6-Bifosfato (potente regulador
alostérico)
O importante papel do fígado na manutenção da glicemia requer 
mecanismos finos para coordenar síntese e degradação de glicose.
A regulação rápida da glicólise e da gliconeogênese por hormônios é
mediada pela frutose 2,6-bifosfato que é modulador alostérico da 
PFK1 e da FBPase1)
Regulação recíproca da Fosfofrutoquinase 1 e Frutose 1,6-
Bifosfatase por Frutose 2,6-Bifosfato (potente regulador
alostérico)
afinidade por substrato
afinidade pelos inibidores
alostéricos ATP e citrato
afinidade por substrato
Fosfofrutoquinase 1 Frutose 1,6-Bifosfatase
Mas quem produz e degrada Frutose 2,6-Bifosfato?
PFK-2 FBPase-2
As enzimas fosfofrutoquinase-2 (PFK-2) e frutose 2,6-bifosfatase (FBPase-2).
Ambas as atividade enzimáticas pertencem a uma única proteína, que é
bifuncional.
Mas quem regula esses reguladores?
O hormônio glucagon regula a proteína PFK-2/FBPase-2
O hormônio glucagon atua aumentando a glicemia (glicose no sangue), enquanto o 
hormônio insulina atua diminuindo a glicemia.
O destino do piruvato é o primeiro ponto de regulação da gliconeogênese: 
Piruvato Carboxilase
Regulação do destino do piruvato
Piruvato pode ser convertido a glicose e glicogênio 
via gliconeogênese ou...
... ser oxidado à acetil-CoA para a produção de 
energia no ciclo de Krebs.
A primeira enzima de cada passo é regulada 
alostericamente, de maneira inversa, por altas 
concentrações de acetil-CoA. 
Regulação do destino do piruvato
Tabela: Níveis de substratos e hormônios no sangue de indivíduos bem alimentados, em 
jejum curto e longo 
Hormônio ou 
substrato (unidades)
Bem 
alimentado 
Jejum 3 
dias
Jejum 5 
semanas
12 horas após 
alimentação