Aula 4 - Glicólise Polly

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Glicólise
Bioquímica para Enfermagem
Prof. Dr. Didier Salmon
MSc. Pollyana Barcelos
Do grego antigo glykýs, adocicado e lýsis, quebra, degradação;
É a sequência metabólica de oxidação da glicose;
Possui 10 reações;
Uma das rotas de produção de ATP;
Presente em todos os tipos de tecido.
O que é a glicólise?
O que acontece com a glicose que ingerimos?
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Oxidação da glicose a piruvato
O que acontece com a glicose que ingerimos?
Matriz extracelular e polissacarídeos da parede celular
Glicogênio, amido, sacarose
Piruvato
Ribose-5-fosfato
GLICOSE
Armazenamento
Oxidação por glicólise
Síntese de polímeros estruturais
Oxidação pela via da pentose-fosfato
O que acontece com a glicose que ingerimos?
Essas são as principais vias de utilização da glicose. Embora não sejam os únicos destinos possíveis da glicose, essas quatro vias são as mais significativas em termos de quantidade de glicose que flui através delas a maioria das células.
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Via Glicolítica
Citossol
Glicólise (quebra da glicose) – via catabólica, transdução da energia presente na glicose em ATP e NADH
1 molécula de glicose é degradada em 10 reações enzimáticas a 2 moléculas de piruvato
10 Etapas catalisadas por enzimas livres no citossol
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Pode ser dividida em fases...
hexoquinase
fosfoglicose isomerase
fosfofrutoquinase-1
triose fosfato isomerase
G0’ = - 16,7 kJ/mol
G0’ = + 23,8 kJ/mol
G0’ = - 14,2 kJ/mol
G0’ = + 1,7 kJ/mol
aldolase
G0’ = + 7,5 kJ/mol
Investimento de energia 
A glicose é fosforilada duas vezes e clivada para gerar duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato. 
Fase preparatória
Fase Preparatória (Gasto de ATP) – investimento de energia
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Pode ser dividida em fases...
gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase
fosfoglicerato quinase
fosfoglicerato mutase
enolase
piruvato quinase
G0’ = + 4,4 kJ/mol
G0’ = - 18,8 kJ/mol
G0’ = + 6,3 kJ/mol
G0’ = + 7,5 kJ/mol
G0’ = - 31,4 kJ/mol
Recuperação de energia
As duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato são convertidas em 2 moléculas de piruvato com a produção de 4 ATPs, tendo um saldo líquido de 2 ATPs.
Fase de pagamento
Fase de pagamento: recuperação da energia investida com saldo positivo de 2 ATPs e 1 NADH
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As 3 reações irreversíveis tem grande ΔG negativa;
As outras reações tem próximo de 0 (equilíbrio);
Contorno das reações irreversíveis na gliconeogênese.
Delta G fisiológico diferente do delta G padrão
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As Reações da Glicólise
1ª Etapa: 
Dupla fosforilação as custas de 2 ATPs
Fase preparatória
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As Reações da Glicólise
Reação 1: Hexoquinase
Ajuste induzido da hexoquinase Aproxima ATP da glicose e bloqueia o acesso da água
Prtotege as cargas negativas do grupo fosforil do ATP, tornando o átomo de fósforo terminal um alvo mais fácil para o ataque nucleofílico por um grupo –OH da glicose
Hexoquinase - catalisa reação exergônica, irreversível nas condições celulares
Fosforilação da Glicose no carbono 6
A hexoquinase como muitas outras quinases, requer Mg para a sua atividade, pois seu verdadeiro substrato não é o ATP e sim o complexo MgATP. 
O Mg protege as cargas negativas do grupo fosforil do ATP, tornando o átomo de fósforo terminal um alvo mais fácil para o ataque nucleofílico por um grupo –OH da glicose.
A água que é bloqueada de entrar com o ajuste induzido da enzima, poderia hidrolisar as ligações fosfoanidras (entre fosfatos) do ATP
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As Reações da Glicólise
Reação 2: Fosfoglicose-isomerase (fosfo-hexose-isomerase)
Conversão de Glicose-6-fosfato a frutose-6-fosfato
Ligação na enzima e abertura do anel
Catálise ácida e formação da frutose-6-fosfato
Dissociação e fechamento do anel
Isomerização de uma aldose em uma cetose (glicose em frutose)
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As Reações da Glicólise
Reação 3: Fosfofrutoquinase-1 (PFK-1)
Transferência de um grupo fosforil do ATP para frutose-6-fosfato
Etapa “comprometida” da via
Direcionamento para a glicólise com a formação da frutose-1,6-bifosfato
Essa é a primeira etapa “comprometida” da via glicolítica; a glicose-6-fosfato e a frutose-6-fosfato tem outros destinos possíveis, mas a frutose-1,6-bifosfato é direcionada para a glicólise
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As Reações da Glicólise
2ª Etapa: 
Clivagem da hexose produzindo 2 trioses fosforiladas, que são interconvertíveis
Fase preparatória
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As Reações da Glicólise
Reação 4: Aldolase
Reaction #4 is catalyzed by aldolase. It has a strongly positive Delta G zero prime. In the cell, however, the reaction is pulled by reactions ahead of it (which remove products) and pushed by reactions behind it (which increase amounts of reactants), making the Delta G favorable (negative). The products of this reaction are G3P and DHAP.
Nas baixas concentrações dos reagents presents na célula a variação real da energia livre é pequena, e a reação da aldolase é prontamente reversível.
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Reação 5: Triose-fosfato-isomerase
Interconversão de trioses
As Reações da Glicólise
Apenas uma das duas trioses-fosfato formada pela aldolase, o gliceraldeido-3-fosfato, pode ser diretamente degradada nas etapas subsequentes da glicólise. O outro produto, a di-hidroxiacetona-fosfato, é rápida e reversilvelmente convertido em gliceraldeido-3-fosfato pela triose-fosfato isomerase. O mecanismo de ação é similar ao da fosfoglico-isomerase (2ª reação)
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As Reações da Glicólise
origem dos carbonos nos dois compostos de três carbonos 
A origem dos carbonos nos dois compostos de três carbonos nas reações da aldose e da triose-fosfato-isomerase. O produto final das duas reações é 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato.
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As Reações da Glicólise
3ª Etapa: 
Oxidação e nova fosforilação das trioses fosfato (por Pi), formando 2 moléculas de 1 intermediário com 2 grupos fosfato
Fase de pagamento
Energia conservada na forma de ATP e NADH
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As Reações da Glicólise
Reação 6: Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase
Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato
Reaction #6 is catalyzed by glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. It contains the only oxidation reaction of glycolysis. Electrons from G3P are donated to NAD+ to form NADH. Note that an additional phosphate group is added to G3P in this reaction to form 1,3BPG. The overall Delta G zero prime is slightly positive. The amount of NAD+ is critical for determining the direction of this reaction.
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As Reações da Glicólise
 Oxidação do aldeído (gliceraldeído 3-fosfato) a ácido carboxílico, com redução de NAD. Reação termodinamicamente favorável. 
2 R – CO – H + 2 NAD+ + 2 H2O → 2 R – CO – OH + 2 NADH + 2 H+
2. Ligação do Ác. Carboxílico com Pi, formando anidrido carboxílico-fosfórico, que é endergônica.
2R – CO – OH + 2 HPO4-2 → 2 R – CO – O – PO3-2 + H2O
As reações ocorrem acopladas por um intermediário rico em energia.
Reação pode ser inibida pelo arseniato que compete com o fosfato
A oxidação do carbono torna a entrada do Pi favorável ...
O arseniato pode substituir o fosfato inorgânico no passo da glicólise que produz 1,3-bisfosfoglicerato, produzindo antes 1-arseno-3-fosfoglicerato. Esta molécula é instável e é rapidamente hidrolisada. Assim, a glicólise ocorre, mas a molécula de ATP que seria gerada a partir de 1,3-bisfosfoglicerato perde-se - o arseniato é uma desacoplador da glicólise, o que explica a sua toxicidade
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Oxidação pelo NAD+
fosforólise
Inibição de GAP desidrogenase
Reação da gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase
As Reações da Glicólise
4ª Etapa: 
Transferência dos grupos fosfato para ADP, formando 4 ATPs e 2 piruvatos.
Fase de pagamento
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As Reações da Glicólise
Fosforilação ao nível do substrato!!
Acoplamento das reações GAPDH e PGK (reações 6 e 7):
GAP + Pi + NAD+ → 1,3-BPG + NADH DG 0’ = +6.3 kJ/mol 
1,3-BPG + ADP → 3PG + ATP DG 0’ = -18.5 kJ/mol
			 	 DG 0’ = -12.2 kJ/mol 
Reação 7: Fosfoglicerato-quinase
Formação de ATP por transferência do grupo fosforil
As etapas 6 e 7 da glicólise constituem um processo de acoplamento de
energia em que 1,3-bifosfoglicerato é um intermediário comum; formado na primeira reação (que seria endergônica se isolada) e seu grupo acil-fosfato é transferido ao ADP na segunda reação (que é extremamente exergônica). Pag 553
Fosforilação ao nível de substrato evolvem enzimas solúveis e intermediários químicos. 
Fosforilação ligada a respiração envolvem enzimas ligadas à membrana e a gradientes transmembrana de prótons.
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As Reações da Glicólise
Reação 8: Fosfoglicerato-mutase
Deslocamento reversível do grupo fosforil
Transferência do grupo fosforil entre o sítio ativo e o C-2 do substrato
Transferência do grupo fosforil de C-3 para o sítio ativo da enzima
As Reações da Glicólise
Reação 9: Enolase
Desidratação reversível e formação do PEP
Conversão de um composto de baixo potencial de hidrólise (2-bifosfoglicerato ΔG’o - -17,6kJ/mol) para um com alto potencial de hidrólise (PEP ΔG’o -61,9 kJ/mol)
Por que fazer a desidratação? Para obter um composto com alto potencial de transferência do grupo fosforil.
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As Reações da Glicólise
Duas partes: - ADP ataca a fosforila do PEP formando ATP e enolpiruvato
	 - tautomerização do PEP a piruvato 
Acoplamento das reações: -61.9 kJ/mol (hidrólise de PEP) suficiente para impulsionar a síntese do ATP.
Reação 10: Piruvato-quinase
Formação de ATP por transferência do grupo fosforil
Aproximadamente metade da energia liberada pela hidrólise de PEP
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 A glicólise é uma via quase que universal, onde 1 molécula de glicose é oxidada a 2 moléculas de piruvato sendo a energia liberada conservada em 2 moléculas de ATP e 2 moléculas de NADH 
 Todas as enzimas da via glicolítica são citoplasmáticas e seus intermediários são moléculas fosforiladas de 3 ou 6 átomos de carbono 
 Na fase preparatória da glicólise, 2 moléculas de ATP são consumidas 
 Na fase de pagamento da glicólise, há produção de 1 molécula de NADH e 2 moléculas ATP para cada triose. 
Resumindo...
Equação geral da glicólise
Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi 
2Piruvatos + 2ADP + 2NADH + H+ + 4ATP + H2O 
2
2
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 
2Piruvatos + 2NADH + H+ + 2ATP + H2O 
De onde vem a glicose circulante?
Gliconeogênese
Glicogênio
7% do peso líquido
Quebra do glicogênio, alimentação ou gliconeogênese
O glicogênio também está presente no músculo esquelético.
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Digestão de Carboidratos
Inicia-se na boca
a-amilase salivar: rompimento das ligações a(1→4)
Amido = amilose a(1→4) e amilopectina 
Amilopectina e glicogênio possuem ligações a(1→6), e sendo assim, o produto da digestão da a-amilase contém uma mistura de moléculas de oligossacarídeos menores e ramificados.
Como adquirimos os carboidratos da dieta?
Digestão inicia-se na boca (digestão do amido -> amilase salivar)
O amido contén dois tipos de polissacarídeos, a amilose composta por a(1→4) e a amilopectina que é altamente ramificada, composta por ligações a(1→4) e a(1→6)
O glicogênio é como a amilopectina, porém é mais ramificado que ela e mais compacto que o amido.
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Digestão de Carboidratos
A digestão dos carboidratos cessa temporariamente no estômago, devido ao pH que inativa a a-amilase salivar
O conteúdo gástrico é neutralizado pelo bicarbonato secretado pelo pâncreas, e a a-amilase pancreática continua o processo digestivo no intestino
A amilase pancreática gera maltose e dextrinas, que são degradadas até glicose por enzimas do epitélio intestinal com borda em escova. O glicogênio tem essencialmente a a mesma estrutura do amido e sua digestão segue a mesma via.
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Digestão de Carboidratos
A digestão final ocorre pela ação de enzimas da mucosa intestinal –dissacaridases e oligossacaridases
Há a absorção de monossacarídeos pelas células da mucosa intestinal
No duodeno estes fragmentos são atacados, com maior eficiência, pela alfa-amilase presente no suco pancreático e são transformados no monossacarídeo glicose, no dissacarídeo maltose, no trissacarídeo maltotriose e nas chamadas dextrinas alfa-limite.
A alfa-amilase é assim chamada, porque só quebra ligações glicosídicas do tipo alfa-1,4. A amilopectina (uma fração do amido) e o glicogênio são polissacarídeos ramificados, por isso contém, em sua estrutura, ligações glicosídicas alfa-1,6, além das ligações alfa-1,4.
As ligações alfa-1,4 de unidades de glicose que servem como pontos de ramificação, não sofrem a ação da alfa-amilase, gerando as dextrinas alfa-limite, contendo uma média de oito unidades de glicose e uma ou mais ligações glicosídicas alfa-1,6.
A hidrólise final de di- e oligossacarídeos a monossacarídeos é realizada por enzimas de superfície das células epiteliais do intestino delgado (lactase, maltase, alfa-1,6-glicosidase, sacarase) liberando monossacarídeos.
Di-, oligo- e polissacarídeos que não são hidrolisados pela alfa-amilase e/ou enzimas de superfície das células epiteliais do intestino não podem ser absorvidos e na porção inferior do intestino são metabolizados por bactérias.
O produto do metabolismo bacteriano são ácidos graxos de cadeia curta, lactato, hidrogênio, metano e dióxido de carbono.
Os monossacarídeos, glicose, galactose, frutose e outros que ocorrem em menor quantidade, são absorvidos por um processo mediado por transportadores específicos.
A entrada de glicose e galactose ocorre com a entrada concomitante de sódio, enquanto a entrada de frutose não é dependente da entrada de sódio.
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Estrutura e Papel dos Polissacarídeos
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Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?
Outros açucares além da glicose: frutose e galactose
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Frutose
A frutose livre presente em frutos ou formada pela hidrolise da sacarose é fosforilada pela hexoquinase. Esta é a principal via pela qual a frutose entra na via glicolítica.
Frutose + ATP → frutose-6-fosfato + ADP
No fígado a frutose entra na via glicolítica através da frutoquinase que catalisa a fosforilação do C1 da frutose.
Frutose + ATP → frutose-1-fosfato + ADP
A frutose-1-fosfato é clivada em gliceraldeído e diidroxicetona-fosfato pela frutose 1-fosfato aldolase. A diidroxicetona-fosfato é convertida em gliceraldeído-3-fosfato e o gliceraldeído é fosforilado. Portanto os produtos frutose-1-fosfato entram na via glicolítca como gliceraldeído-3-fosfato. 
Frutose
Frutose-1-fosfato
Frutose-1-fosfato-aldolase
gliceraldeído + diidroxicetona-fosfato
gliceraldeído-3-fosfato
Triose quinase
Frutose-1-fosfato-aldolase
VIA GLICOLÍTICA
Entry of fructose to the glycolysis cycle may be problematic in some cases. Fructose can be converted to F6P by hexokinase. Fructose can also be converted to fructose-1-phosphate (F1P) by fructokinase. Conversion of F1P to glyceraldehyde and DHAP allows fructose to be metabolized by glycolysis without being controlled by PFK. Ingestion of a lot of fructose (via high fructose corn syrup in many foods) may be a factor in obesity.
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Como os açúcares que ingerimos na alimentação entram na via glicolítica?
Galactose
Galactose é um monossacarídeo resultante da hidrolise da lactose (açúcar presente no leite e seus derivados) 
Galactoquinase
Difosfato de uridina (UDP)
Coenzima transportadora de grupos hexoses
Deficiency of galactose conversion enzymes results in accumulation of galactose (from breakdown of lactose). Excess galactose is converted to galactitol (a sugar alcohol). Galactitol in the human eye lens causes it to absorb water and this may be a factor in formation of cataracts.
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Galactosemia
Ausência das enzimas de conversão da galactose;
Altas concentrações de galactose no sangue e urina;
Conversão de galactose em galactitol;
Acumulo de galactitol no cristalino causa catarata na infância.
Deficiency of galactose conversion enzymes results in accumulation of galactose (from breakdown of lactose). Excess galactose is converted to galactitol (a sugar alcohol). Galactitol in the human eye lens causes it to absorb water and this may be a factor in formation of cataracts.
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Resumindo...
Os destinos do Piruvato
Condições anaeróbicas
Condições anaeróbicas
Condições aeróbicas
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Um pouco de história...
Louis Pasteur
1861: crescimento de leveduras, por grama de glicose, maior na presença do que na ausência de ar. “EFEITO PASTEUR”: Glicose consumida mais lentamente na presença de ar do que na ausência.
Teoria vitalista (“força vital”)
Eduard Buchner
1907 – Prêmio Nobel
Derruba a Teoria vitalista – a fermentação ocorre sem vida organizada – Zimases
Harden e Young
1909: isolamento do primeiro intermediário da via glicolítica
1929: Arthur Harden - Prêmio Nobel
Descoberta de um procedimento para acelerar a fermentação: adição de Pi ao meio.
O efeito Pasteur é um efeito inibidor de oxigénio sobre o processo de fermentação. O efeito foi descoberto em 1857 por Louis Pasteur, que mostraram que gaseificar caldo yeasted provoca o crescimento de células de levedura para aumentar, enquanto que, inversamente, a diminuição das taxas de fermentação.
Explicação
O efeito pode ser facilmente explicado; como o fermento sendo anaeróbios facultativos pode produzir energia usando duas vias metabólicas diferentes. Enquanto a concentração de oxigénio é baixo, o produto da glicólise, é transformado em etanol e dióxido de carbono, e a eficiência de produção de energia é baixo. Se a concentração de oxigénio aumenta, o piruvato é convertido em acetil CoA, que pode ser usado no ciclo do ácido cítrico, o que aumenta a eficiência de 30 32 moles de ATP por mole de glucose. Portanto, cerca de 18 vezes mais glucose deve ser consumida por via anaeróbia como aerobicamente para produzir a mesma quantidade de ATP.
Sob condições anaeróbicas, a taxa de metabolismo da glicose é mais rápido, mas a quantidade de ATP produzido é menor. Quando exposto a condições aeróbias, os aumentos de produção de ATP e a taxa de glicólise diminui, porque o ATP produzido actua como um inibidor alostérico para fosfofrutoquinase 1, a terceira enzima da via da glicólise.
Assim, do ponto de vista da produção de ATP, é vantajoso para a levedura de sofrer o ciclo de Krebs, na presença de oxigénio, como mais ATP é produzido a partir da glicose menos.
No século XIX, aquando do estudo da fermentação de açúcar a álcool em leveduras, Louis Pasteur concluiu que a fermentação era catalisada por uma força vital dentro das células, a que chamou "fermentos". Pensava-se então que os fermentos funcionavam apenas dentro de organismos vivos.
Friedrich Wöhler
Originalmente acreditava-se que a vida não era assunto para a ciência. Acreditava-se que apenas os seres vivos podiam criar as "moléculas das vida" (a partir de moléculas já existentes). Este pensamento começou a mudar a partir do ano de 1828 quando Friedrich Wöhler publicou um trabalho sobre a síntese de ureia, provando que compostos orgânicos podiam ser criados artificialmente e derrubando o vitalismo como base teórica para a distinção entre a matéria animada e inanimada.
Em 1897, Eduard Buchner mostrou que o extrato obtido da maceração de leveduras, mesmo isento de microorganismos vivos, fermentava açúcares, e chamou este extrato de zimase, recebendo o Prêmio Nobel da Química em 1907.
Em 1905 Arthur Harden e William Young mostraram que a zimase podia ser separada em 2 extratos: um contendo moléculas grandes e sensíveis ao calor (que hoje sabemos serem as enzimas) e uma fração de moléculas menores e pouco sensíveis ao calor (que sabemos hoje serem as coenzimas), e que estes só fermentavam o açúcar quando juntos. Harden recebeu o Prêmio Nobel da Química em 1929.
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Destinos do Piruvato em Anaerobiose
Fermentação (Reoxidação do NADH)
Alcoólica
Lática
Lactato é um “beco sem saída”
O equilíbrio da reação é favorecido em direção a formação do lactato devido ao G negativo da reação.
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Otto Meyerhof
1922: Prêmio Nobel
Descoberta da correlação entre o consumo de oxigênio e o metabolismo do ácido lático nos músculos de coelho
Ativador: obtido por autólise de levedura. 
O ativador perde a atividade se aquecido por 1 minuto a 50ºC e conserva-se bem em gelo.
 
Você pode imaginar a natureza desse ativador? 
Para você é espantoso que se obtenha um ativador de músculo de coelho a partir de levedura?
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Metabolismo do Etanol no Fígado
Acetaldeído desidrogenase
Ressaca
Álcool
desidrogenase
Em altas concentrações, o acetaldeído é capaz de produzir efeitos tóxicos adversos (como taquicardia, sudorese, náusea e vômito); e, como estes sintomas também estão associados à ressaca
O álcool desidrogenase está presente no nosso corpo porque necessitamos metabolizar o álcool produzido em pequenas quantidades pela digestão e quebra dos carboidratos e, em grandes quantidades pelas bactérias em nosso intestino.
Em altas concentrações, o acetaldeído é capaz de produzir efeitos tóxicos adversos (como taquicardia, sudorese, náusea e vômito); e, como estes sintomas também estão associados à ressaca, alguns pesquisadores têm sugerido que este metabólito pode contribuir para ressaca. Entretanto, alguns estudos mostram que o acetaldeído não é acumulado em concentrações tão altas no organismo durante a ressaca. Assim, o papel do acetaldeído na ressaca ainda não está bem estabelecido.
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Hipoglicemia pelo Etanol
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Sensibilidade Diferencial ao Etanol
Consumo de álcool segundo diferentes padrões levou a uma evolução divergente (origem evolutiva comum, divergindo ao longo do tempo).
Existem várias enzimas Alcool desidrogenase (ADH) no homem
ADH são essenciais pois quebram e metabolizam as moléculas de álcool (tóxico) que é absorvida para o sangue.
Evolução divergente ou divergência evolutiva ocorre quando duas ou mais características biológicas têm uma origem evolutiva comum, divergindo porém ao longo da sua história evolutiva. 
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Sensibilidade Diferencial ao Etanol
População do Sudeste Asiático: maior intolerância ao álcool
Deficiência genética na Acetaldeído-desidrogenase 
Acúmulo de acetaldeído – rubor alcoólico (“Asian flush”) 
Sudeste asíatico: ~ 50 % pop. possui o alelo mutante ALDH2*2 (8% da atividade do gene wt) 
Populações europeias: alelos ADH2 e ADH3 menos ativas metabolizam lentamente o etanol
Sensibilidade Diferencial ao Etanol
Homens x Mulheres
Como a ADH está menos presente no estômago feminino, uma maior quantidade de álcool é absorvida pelo organismo.
Como a ADH está menos presente no estômago feminino, uma maior quantidade de álcool é absorvida pelo organismo.
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Regulação da Glicólise
1. Número de enzimas (por controles transcricionais/traducionais; Ocorre em minutos ou até horas).
2. Mudança da atividade enzimática (ocorre em segundos) por:
 Modificação covalente ou ligação a proteína reguladora
 Regulação alostérica
 Seqüestro da enzima ou do substrato em compartimentos diferentes
	Fluxo de metabólitos de uma via metabólica pode ser modulado por:
Regulação da via glicolítica
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Via glicolítica
Reações irreversíveis
Hexoquinase
Fosfofrutoquinase-1
Piruvato quinase
 
 DGº muito negativo
G0’ = - 16,7 kJ/mol
G0’ = - 14,2 kJ/mol
G0’ = - 31,4 kJ/mol
O fluxo da via glicolítica precisa se regulado em respostas às condições dentro e fora da célula.
Duas demandas principais: Produção de ATP, Fornecimento de blocos para biossíntese.
enzimas-chave: Hexoquinase, Fosfofrutoquinase-1, Piruvato quinase
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Hexoquinase
Glicose + ATP Glicose-6-fosfato + ADP + H+
HK
inibidor
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Hexoquinase
Isoformas
I, II e III – cinética michaelliana
Km < 0,1 mM – alta afinidade
[plasmática] de glicose = 4 a 5 mM
Ou seja, isoformas I, II e III funcionam sempre na Vmáx
Glicoquinase
Hexoquinase (músculo): I, II, e III 
Glicoquinase ou Hexoquinase IV – presente no fígado: menor afinidade pela glicose.
Ligada a uma proteína reguladora forma um complexo inativo.
Glicoquinase
Não é inibida por glicose-6-fosfato
Maior Km pela glicose: 10 mM
Regulada pela [glicose]plasmática 
Regulação por sequestro no núcleo celular
Estado Alimentado
> 10 mM
Hepatócito
Glicose não é desperdiçada quando estiver abundante, síntese de glicogênio e ácidos graxos
Glicoquinase
Não é inibida por glicose-6-fosfato
Maior Km pela glicose: 10 mM
Regulada pela [glicose]plasmática
Regulação por sequestro no núcleo celular
Jejum
< 10 mM
Hepatócito
Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa. Prioridade cérebro e músculo 
Músculo?
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Fosfofrutoquinase-1 (PFK-1)
Fru 6-F → Fru 1,6-bF 
A partir desse ponto o açúcar está comprometido com a via glicolítica
Reação altamente exergônica e irreversível
DG0’ = - 14,2 kJ/mol
Além do sítio ativo essa enzima possui diversos sítios onde inibidores e ativadores alostéricos se ligam.
Before this enzyme's reaction, glucose-6-phosphate can potentially travel down the pentose phosphate pathway, or be converted to glucose-1-phosphate for glycogenesis.
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Reguladores Alostéricos da PFK-1
Negativos: ATP (retroinibição) e Citrato (CK)
Positivos: AMP (músc. Esq.) e frutose 2,6-bifosfato
ATP – Alta de energia (diminuição glicolítica)
ADP, AMP – Baixa de energia (aumento da via glicolítica)
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Reguladores Alostéricos da PFK-1
Negativos: ATP (retroinibição) e Citrato (CK)
Positivos: AMP (músc. Esq.) e frutose 2,6-bifosfato
De maneira pouco comum, o ATP, que é um substrato da enzima, também é um modulador alostérico negativo.
A ligação do AMP reverte parcialmente a inibição provocada pelo ATP
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Reguladores Alostéricos da PFK-1
Negativos: ATP (retroinibição) e Citrato (CK)
Positivos: AMP (músc. Esq.) e frutose 2,6-bifosfato
Quando a glicose é abundante, há um excesso de frutose-6-fosfato, que passa a ser fosforilada também pela PFK2, gerando frutose-2,6-bifosfato.
A f2,6p é um modulador alostérico da PFK-1, aumentando a atividade dessa enzima.
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Frutose-2,6-Bifosfato
O ativador mais potente da via glicolítica
Ativa PFK-1
Aumenta a velocidade da via
Enzima bifuncional (PFK2/F2,6BPase)
Atividades 6-fosfofruto-2-quinase e frutose-2,6-bifosfatase
Regulação Alostérica
PFK2
Citrato
61
Regulação por Controle Covalente
[frutose-1,6-bifosfato]
Atividade PFK1
glicólise
[frutose-1,6-bifosfato]
Atividade PFK1
glicólise
[glicose] no sangue
[glicose] no sangue
Quando o glucagon chega, ativa a proteína G, aumenta a produção de cAMP que ativa a PKA (proteína quinase A ou ptn quinase dependente de cAMP) que fosforila PFK-2, expõe o sítio catalítico defosforilador da PFK-2
E diminui a produção de frutose 2,6 bifosfato, isso leva a diminuição da atividade de PFK-1
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Piruvato quinase
Último passo da via glicolítica
Fosfoenolpiruvato + ADP → ATP + piruvato
Tetrâmero apresentando diferentes isoformas
L (fígado) e M (músculo)
Regulação Alostérica
Ativação anterógrada
ATP /
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Piruvato quinase
Último passo da via glicolítica
Fosfoenolpiruvato + ADP → ATP + piruvato
Regulação por controle covalente
Piruvato quinase
Também é um tetrâmero apresentando diferentes isoformas em diferentes tecidos.
Isoforma L (fígado) e isoforma M (músculo).
Diferença: regulação por ligação covalente (fosforilação)
Fígado deixa de fazer glicólise quando a [glicose] no sangue cai
This protein kinase phosphorylates liver pyruvate kinase to deactivate it. Muscle pyruvate kinase is not inhibited by epinephrine activation of protein kinase A. Glucagon signals fasting (no glucose available). Thus, glycolysis is inhibited in the liver but unaffected in muscle when fasting. An increase in blood sugar leads to secretion of insulin, which activates phosphoprotein phosphatase I, leading to dephosphorylation and activation of pyruvate kinase. These controls prevent pyruvate kinase from being active at the same time as the enzymes that catalyze the reverse reaction (pyruvate carboxylase and phosphoenolpyruvate carboxykinase), preventing a futile cycle
Nos outros tecidos a via glicolitica não pode parar, já no fígado essa tem a velocidade diminuída quando a glicose no sangue cai para poder ativar a gliconeogênese.
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Regulação da via glicolítica
Via antagônica à glicólise: Gliconeogênese
Síntese de glicose a partir de compostos que não são carboidratos: aminoácidos, lactato e glicerol
Ocorre no fígado, e em menor extensão no córtex renal e nas células epiteliais que revestem o intestino delgado.
Três reações precisam ser contornadas para se fazer o caminho inverso à glicólise (gliconeogênese)
Ênfase na etapa catalisada pela PFK-1. Assim como na PFK-2, existe uma enzima que catalisa a reação reversa: F1,6BPase.
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Reações de contorno Gliconeogênese
Piruvato à fosfoenol piruvato:
Piruvato + bicarbonato +ATP		 oxaloacetato + ADP + Pi
Oxaloacetato + GTP 		 Fosfoenolpiruvato + GDP + CO2
A membrana mitocondrial não tem transportador de membrana para o oxaloacetato.
Oxaloacetato convertido em malato para deixar a mitocôndria;
Malato novamente convertido em oxaloacetato.
Piruvato-carboxilase + biotina (transp. De bicarbonato)
PEP-carbocinase
Três reações precisam ser contornadas para se fazer o caminho inverso à glicólise (gliconeogênese)
Ênfase na etapa catalisada pela PFK-1. Assim como na PFK-2, existe uma enzima que catalisa a reação reversa: F1,6BPase.
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Fosfofrutoquinase-1 e Frutose-1,6-Bifosfatase
Que também é regulada por F2,6BP, regulação em conjunto com a PFK-1
Inibição de Ciclo fútil
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Frutose-2,6-Bifosfato
Ativa PFK-1
Ativa frutose-1,6-bifosfatase
Inibe PFK-1
Reações de contorno Gliconeogênese
Glicose-6-fosfato à glicose:
Glicose-6-fosfato + H2O	 Glicose + Pi
Ultima reação de contorno;
Enzima ativada por Mg2+ dos hepatócitos, células renais e epiteliais do intestino delgado;
Fazem gliconeogênese o fígado e os rins;
Outros tecidos são incapazes de fazer gliconeogênese;
Se outros tecidos tivessem a glicose-6-fosfatase, a atividade enzimática hidrolisaria a glicose-6-fosfato necessária para esses tecidos.
Glicose-6-fosfatase
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Regulação Glicólise x Gliconeogênese
Aspectos clínicos
1) Isquemia (Infarto do miocárdio):
Isquemia: 
Falta de suprimento sangüíneo para um tecido orgânico; 
causada por um trombo, seja ele formado por placas gordurosas ou por coágulos sanguíneos
Necrose do tecido por isquemia se chegar a eliminar completamente o fornecimento de sangue ao tecido muscular cardíaco, ocorre privação da ATP e da fosfocreatina e acumulação de lactato
Isquemia (do grego ισχαιμία; isch- restrição, hema sangue) é a falta de suprimento sanguíneo para um tecido orgânico devido a obstrução causada por um trombo, seja ele formado por placas gordurosas ou por coágulos sanguíneos. Como o sangue, através das hemácias (glóbulos vermelhos), leva o oxigênio às células, a isquemia resulta em falta de glicose e de oxigenação nas células (hipóxia).1 O local mal oxigenado tende a ficar roxo e se não for tratado com urgência pode causar a morte. Segundo a OMS, em 2011 foi a maior causa de mortes no mundo, com mais de 7 milhões de mortes de isquemias cardíacas e pelo menos mais 3 milhões por isquemias cerebrais ou pulmonares.
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Células tumorais Ascites convertem glicose equivalente a 30% do peso seco em lactato/h (Músculo esquelético humano = 6% do peso seco em lactato/h)
Em muitos tumores, a taxa de entrada de glicose e a glicólise aumentam por um fator 10. 
2) Células tumorais: Otto Warburg – 1920
Efeito Warburg – Células malignas (invasivas) tem a via glicolítica aumentada em torno de 200x
Na tomografia de emissão de positrons podemos ver a captação de fluodeoxiglicose, mostrando localização de tumores com alta captação desse composto (Via glicolítica aumentada)
Explicações para o efeito Warburg - The Warburg effect may simply be a consequence of damage to the mitochondria in cancer, or an adaptation to low-oxygen environments within tumors, or a result of cancer genes shutting down the mitochondria because they are involved in the cell's apoptosis program which would otherwise kill cancerous cells
Células
tumorais são expostas à vários nutrientes simultaneamente, mas é o consumo intensivo de glicose e glutamina, o aminoácido mais abundante do plasma sanguíneo, um dos marcos da transformação tumoral. A captação e metabolismo expressivos de glicose com secreção de lactato mesmo na presença de oxigênio, conhecido como glicólise aeróbica ou efeito Warburg, assim como o aumento dos níveis de glutaminólise nas células cancerosas, se correlacionam com suas altas demandas energéticas e biossintéticas.
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Transformação de uma célula normal para tumoral:
Mudança para um metabolismo glicolitico;
Tolerância a baixo pH;
Mais o tumor é agressivo maior é a sua taxa de fluxo glicolítico
 (superxpressão de enzimas glicolíticas e dos transportadores)