Bioquimica Metabolismo de Carboidrato

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Metabolismo de Carboidratos 
 
 A partir dos carboidratos ingeri dosa absorção nos intestinos, a veia porta 
hepática fornece ao fígado uma quantidade enorme de glicose que vai liberar para o 
sangue e suprir as necessidades energéticas de todas as células do organismo. . 
O principal papel do metabolismo dos carboidratos é gerar energia e também 
armazenar, passando pelas fases da glicólise. 
 
Glicólise: 
 Os carboidratos após a ingestão passam pelo processo enzimático de 
hidrólise das ligações glicosídicas, onde as moléculas em monômeros se quebram 
em polímeros para se adaptarem às células, se transformando em glicose, acessam 
as vias das pentoses e seqüencialmente a glicose recebe fosfato e assim 
permanecem confinadas no interior das células, impedidas de acessarem a corrente 
sanguínea, processo este denominado: Glicólise. A glicólise pode ser dividida em 
etapa de investimento e etapa de pagamento. 
 
Fase de Investimento 
1ª Etapa: 
Fosforilação da glicose: A glicose ao entrar na célula é fosforilada em glicose-
6-fosfato com a finalidade de se mantida presa e ser destinada a entrar na via 
glicolíticas. Nessa etapa da via há gasto de energia, duas moléculas de ATP e 
presença da enzima hexoquinase que atua como cofator, o íon Mg2+. 
2ª Etapa: 
Isomerização da glicose: Neste segundo passo, a glicose-6-fosfato sofre catalise 
reversível da enzima fosfoexoseisomerase, transformando-se em frutose-6-fosfato. 
3ª Etapa: 
Fosfofrutoquinase: Enzima fosfofruquinase-1 catalisa a transferência de um grupo 
fosfato do ATP para a frutose-6-fosfato para liberar a frutose-1,6-difosfato, sendo 
essa uma reação irreversível a nível celula . 
4ª Etapa: 
Clivagem da frutose-1,6-difosfato em duas trioses. 
A frutose-1,6-difosfato é quebrada para liberar duas trioses fosfato diferentes, o 
gliceraldeído-3-fosfato, uma aldose e a dihidroxiacetona fosfato, uma cetose. 
5ª Etapa: 
Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato: 
Esta etapa encerra a única oxidação que ocorre durante a glicólise. Realiza em 
presença de fosfato inorgânico e é catalisada por uma desidrogenase que tem a 
NAD+ como cofactor. Durante a etapa, a energia libertada pela oxidação é 
transferida para a formação de uma nova ligação fosfato, rica em energia. Apenas 
uma das trioses fosfato formada pela aldose (gliceraldeído-3-fosfato) pode ser 
diretamente degradada nos passos subseqüentes da glicólise. Já o produto 
dihidroxiacetona fosfato, é rápida e reversivelmente convertida em gliceraldeído-3-
fosfato pela quinta enzima da seqüência glicolítica a triose fosfato isomerase. Esta 
reação encerra a fase preparatória da glicólise 
 
 
 
Fase de pagamento: 
6ª Etapa : 
Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-difosfoglicerato. 
Este e o primeiro passo da fase de rendimento da glicólise, onde ocorre a conversão 
do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-difosfoglicerato, catalisado pelo gliceraldeído-3-
fosfato desidrogenase. É a primeira das duas reações conservadoras de energia da 
glicólise e que leva à formação de ATP. O grupo aldeído do gliceraldeído-3-fosfato é 
desidrogenado em um anidrido de ácido carboxílico como o ácido fosfórico, o 
acilfosfato. O receptor do hidrogênio é a coenzima NAD+ (forma oxidada da 
nicotinamina adenina dinucleotídeo). A redução do NAD+ ocorre pela transferência 
enzimática de um íon hidreto (H-) do grupo aldeído para liberar a coenzima reduzida 
NADH. Este, por sua vez, precisa ser reoxidado até NAD+, pois as células possuem 
um número limitado de NAD+. 
7ª etapa:. 
Transferência do fosfato do 1,3-difosfoglicerato para o ADP . 
A enzima fosfogliceratoquinase transfere o grupo fosfato de alta energia do grupo 
carboxila do 1,3-biofosfoglicerato para o ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato. É 
irreversível nas condições celulares. 
9ª Etapa: 
Desidratação do 2-fosfoglicerato para fosfoenolpiruvato . 
A segunda reação glicolítica que gera um composto com alto potencial de 
transferência de grupo fosfato é catalisado pela emolase. Essa enzima promove a 
remoção reversível de uma molécula de água do 2-fofoglicerato para liberar 
fosfoenolpiruvato. 
10ª Etapa: 
Transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP . 
O último passo na glicólise é a transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato 
para o ADP, catalisada pelo piruvatoquinase. Nesta reação, a fosforilação em nível 
do substrato, o produto piruvato aparece primeiro na sua forma enol. Entretanto, 
esta forma tautomeriza-se rapidamente para liberar a forma ceto do piruvato, forma 
que predomina em pH 7,0. Essa reação é irreversível em condições intracelulares. 
Regulação da Glicolise: 
A via glicolítica em geral é estimulada pela insulina. 
 No fluxo metabólico, através da glicólise existem três pontos de regulação que são 
as etapas irreversíveis onde estão envolvidas as enzimas abaixo: 
A Hexoquinase é inibida pelo próprio produto, glicose-6-P. 
A Fosfofrutoquinase I é inibida por ATP e por citrato, o qual sinaliza a abundância de 
intermediários do ciclo de Krebs. É também inibida por H+, o que é importante em 
situações de anaerobiose, na qual a fermentação produz ácido láctico, o que faz 
baixar o pH. Provavelmente este mecanismo impede que nestas situações, a célula 
esgote toda a sua reserva de ATP na reação da fosfofrutoquinase, o que impediria a 
ativação da glicose pela hexoquinase. É estimulada pelo substrato frutose-6-fosfato, 
AMP e ADP que sinalizam falta de energia disponível. 
Essa etapa é regulada negativamente pela Fosfrutoquinase II através do 
glucagon. A PiruvatoQuinase inibida por ATP e por acetil-CoA e também pelo 
glucagon. 
O controle hormonal das vias glicolíticas é efetuado principalmente por dois 
hormônios sintetizados pelo pâncreas: a insulina e o glucagon. A insulina é libertada 
pelo pâncreas quando a concentração de glicose no sangue é elevada, ou seja, 
sinaliza a abundância de glicose. A insulina estimula a entrada de glicose no 
músculo, a síntese de glicogênio e a síntese de triacilglicerídeos pelo tecido adiposo 
inibem a degradação do glicogênio e a gliconeogênese. O glucagon é produzido 
pelo pâncreas quando os níveis de glicose no sangue baixam muito, e tem efeitos 
contrários aos da insulina. No fígado, o glucagon vai estimular a degradação do 
glicogênio e a absorção de aminoácidos gliconeogênicos, também inibe a síntese do 
glicogênio e promove a libertação de ácidos graxos (em nível do tecido adiposo). 
 As diversas vias metabólicas relacionam-se entre si de maneira complexa, de 
forma a permitir uma regulação adequada. Este relacionamento envolve a regulação 
enzimática de cada uma das vias, o perfil metabólico característico de cada órgão e 
o controle hormônio 
GLICONEOGÊNESE 
A gliconeogênese, a formação de novas moléculas de glicose a partir de 
precursores não-carboidratos, ocorre no fígado. Em certas situações, como acidose 
metabólica ou inanição, os rins também sintetizam glicose. Os precursores não-
glicídicos incluem lactato, piruvato, glicerol e cadeias carbonadas da maioria dos 
aminoácidos. Entre as refeições, os teores adequados de glicose sangüínea são 
mantidos pela hidrólise do glicogênio hepático. Quando o fígado esgota seu 
suprimento de glicogênio (exemplo, jejum prolongado ou exercício vigoroso), a 
gliconeogênese fornece a quantidade apropriada de glicose para o organismo. O 
cérebro e os eritrócitos, utilizam a glicose como fonte primária de energia. Sob 
circunstâncias especiais, as células do cérebro também usam corpos cetônicos 
(derivados dos ácidos graxos) para gerar energia. O músculo esquelético em 
exercício, emprega a glicose a partir do glicogênio em combinação com ácidos 
graxos e corpos cetônicospara obter energia. 
Reações da gliconeogênese: 
Etapa1: conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato. 
Na glicólise, esta etapa ocorre em apenas uma reação, já na gliconeogênese, ocorre 
em duas reações, a primeira que transforma piruvato em oxaloacetato (será é 
mandando para fora da mitocôndria através de uma lançadeira), através da 
piruvatoquinase (que contém biotina), e a segunda que transforma oxaloacetato em 
fosfoenolpiruvato, através da fosfoenolpiruvatocarboxilase. 
O fosfoenolpiruvato se transforma em frutose 1,6-bisfosfato. 
Etapa 2: conversão de frutose 1,6-bisfosfato a frutose 6-fosfato, através da frutose 
1,6-bisfosfatase. 
Etapa 3: conversão de glicose 6-fosfato a glicose, através da glicose 6-fosfatase. 
Regulação 
A velocidade da gliconeogênese é afetada principalmente pela disponibilidade 
de substratos, efetores alostéricos e hormônios. Dietas ricas em gorduras, a 
inanição e o jejum prolongado elevam as concentrações de lactato, glicerol e 
aminoácidos e estimulam a gliconeogênese. As quatro enzimas-chave da 
gliconeogênese (piruvato−carboxilase, fosfoenolpiruvato−carboxicinase, 
frutose−1,6−bifosfatase e glicose−6−fosfatase) são afetadas em diferentes graus por 
moduladores alostéricos. Por exemplo, a frutose−1,6−bifosfatase é ativada pelo ATP 
e inibida pelo AMP e pela frutose−2,6−bifosfato. A acetil−CoA é um modulador 
alostérico positivo da piruvato−carboxilase. A concentração da acetil−CoA, um 
produto da degradação dos ácidos graxos, está elevada durante a inanição 
Como em outras vias bioquímicas, os hormônios afetam a gliconeogênese por 
alterações na concentração dos efetores alostéricos e por modificações na 
velocidade de síntese das enzimas−chave. O glucagon (elevado quando o nível de 
glicose diminui) reduz a síntese da frutose−2,6−bifosfato, ativando a função 
fosfatase da PFK−2. A redução do teor da frutose−2,6−bifosfato reduz a ativação da 
PFK−1 e desinibe a frutose−1,6−bifosfatase. Outro efeito do glucagon nas células 
hepáticas é a inativação da enzima glicolíticapiruvato−cinase. (A proteína−cinase C, 
uma enzima ativada pelo AMPc, converte a piruvato−cinase em sua conformação 
fosforilada inativa). Os hormônios também influenciam a gliconeogênese por 
alterações na síntese de enzimas. Por exemplo, a síntese de enzimas 
gliconeogênicas é estimulada pelo cortisol (um hormônio esteróide produzido no 
córtex da supra-adrenal). A ação da insulina promove a síntese de novas moléculas 
de glicocinase, PFK−1 e PFK-2. O glucagon promove a síntese de novas moléculas 
de PEP−carboxicinase, frutose−1,6−bifosfatatase e glicose−6−fosfatase 
O controle hormonal da gliconeogênese é importante no suprimento de ácidos 
graxos para o fígado além de regular as enzimas, tanto glicolíticas como 
gliconeogênicas. O glucagon aumenta a concentração dos ácidos graxos no plasma 
pela lipólise no tecido adiposo, em ação oposta da insulina. A grande disponibilidade 
de ácidos graxos, estimulada pelo glucagon, resulta em maior oxidação dos ácidos 
graxos para formar acetil−CoA pelo fígado, permitindo a síntese da glicose. Por 
outro lado, a insulina tem efeito oposto. O glucagon e a insulina também regulam a 
gliconeogênese no fígado por influenciar o estado de fosforilação de enzimas 
hepáticas, tais como, a piruvato−cinase e fosfofrutocinase. 
METABOLISMO DE GLICOGÊNIO 
O glicogênio é a reserva disponível de glicose para suprir os tecidos com uma 
fonte de energia oxidável e é encontrado principalmente no fígado, este é 
considerado fonte de glicose que pode ser utilizada por todo o organismo. Uma 
segunda maior fonte de glicose é o glicogênio do músculo esquelético. Contudo, o 
glicogênio muscular não é disponível para outros tecidos, é conhecido como reserva 
particular, uma vez que o músculo não possui a enzima glicose-6- fosfatase, 
responsável pela liberação da glicose livre com capacidade de circulação por todo 
organismo. 
 O principal local de consumo de glicose diário é o cérebro, através da via aeróbica. 
A maior parte da energia restante é utilizada por eritrócitos, músculos esquelético e 
cardíaco. O corpo obtém glicose através da dieta ou da via da gliconeogênese. A 
glicose obtida a partir destas duas fontes primárias permanece solúvel nos fluidos do 
corpo ou é estocado na forma polimérica denominada glicogênio. O glicogênio é 
considerado a principal forma de depósito de glicose e é encontrado, principalmente, 
no fígado e músculo e, secundariamente, nos rins e intestinos. 
 O músculo tem menor quantidade de glicogênio por unidade de massa de tecido, 
mas, considerando-se que a massa do músculo é muito maior do que a do fígado, o 
glicogênio total do músculo é cerca de duas vezes maior que a do fígado. O estoque 
de glicogênio no fígado é considerado o principal tampão de níveis de glicose no 
sangue. A molécula de glicogênio apresenta ligações glicosídica α 1-4 na cadeia 
linear e α 1-6 nos pontos de ramificações. 
 
BIOSSÍNTESE DO GLICOGÊNIO 
 
A síntese do glicogênio a partir da glicose é executada pela glicogêniosintetase. Esta 
enzima utiliza UDP-glicose como um substrato e o estado final não-reduzido do 
glicogênio como outro substrato. A ativação de glicose para ser usada pela síntese 
de glicogênio é executada pela UDP-glicose pirofosforilase, enzima que troca o 
fosfato do C-1 da glicose-1-fosfato por UDP. 
A energia da ligação fosfoglicosil da UDP-glicose é utilizada pela enzima 
glicogêniosintetase para catalisar a incorporação de glicose em uma molécula pré-
existente do glicogênio; UDP é subsequentemente liberado da enzima. 
 Para o início da síntese do glicogênio é necessário o prime (iniciador). Esse 
iniciador é uma proteína conhecida como glicogenina e está localizada no centro da 
molécula de glicogênio. A glicogenina tem uma propriedade incomum de catalisar a 
sua própria glicosilação, fixando o C-1 da UDP-glicose por um resíduo de tirosina na 
enzima. A glicose fixada pode servir como um primer requerido pela glicogênio 
sintetase. 
 As ramificações α-(1,6) na cadeia α- 1,4 glicose são formadas pela ação da amilo-
(1,4- 1,6)-transglicosilase ou enzima de ramificação. Esta, transfere um fragmento 
terminal dos resíduos 6-7 da glicose (de um polímero de no mínimo 10 resíduos de 
glicose), da extremidade não redutora para um resíduo interno na posição C-6 no 
meio da cadeia. 
 A adição da glicose ligada à UDP continua pela enzima glicogênio-sintetase até a 
preparação para novas ramificações. 
 
REGULAÇÃO DA BIOSSÍNTESE DO GLICOGÊNIO 
 
A glicogênio sintase é uma enzima tetramérica consistindo de 4 subunidades 
idênticas. A atividade desta enzima é regulada por fosforilação de resíduos de serina 
nas subunidades protéicas. A fosforilação da enzima reduz a atividade "favorável" da 
UDP-glicose. Quando no estado não fosforilado, a glicogênio sintase não requer 
glicose-6-P como um ativador alostérico; quandofosforilada, ela requer. As duas 
formas da glicogêniosintetase são identificadas pela mesma nomenclatura como 
usadas para a glicogênio fosforilase. A forma não-fosforilada e mais ativa é a 
sintase, e a fosforilada e dependente da glicose-6-fosfato fosforilada, é a b-sintetase. 
 
GLICOGENÓLISE 
 
 É um processo de degradação do glicogênio o qual se inicia pela necessidade de 
glicose intracelular ou pelo organismo. Esse processo ocorre nas 36 primeiras horas 
de fome para sustentar o período em que a glicose está sendo formada pelo 
processo da neoglicogênese. 
 A degradação dos estoques de glicogênio ocorre através da ação da enzima 
glicogênio fosforilase. A ação desta enzima é remover resíduos de glicose-1 P a 
partir da quebra de ligações α-(1,4) da molécula de glicogênio Essa reação 
apresentaduas vantagens para o organismo: 
¾ A glicose é removida do glicogênio em um estado ativado (fosforilada) e isto 
ocorre sem hidrólise de ATP. 
¾ A concentração Pi nas células é alta o suficiente para dirigir o equilíbrio da reação 
no sentido favorável. 
A glicose-1-fosfato produzida pela ação da fosforilase é convertida em glicose-6-
fosfato por uma fosglicomutase. A enzima desramficadora entra quando há poucas 
unidades de glicose para chegar na ligação α1-6, tranferindo unidade de glicose de 
uma extremidade não redutora para outra não redutora dando oportunidade para a 
continuação da glicogênio. Daí a conversão de glicose-6-fosfato para glicose, que 
ocorre no fígado, rim e intestinos, pela ação da glicose-6-fosfatase. No fígado, a 
ação desta enzima conduz a glicogenólisepara geração de glicose livre e à 
manutenção da concentração desta no sangue. 
 A enzima fosforilase não remove resíduos de glicose a partir das ligações α(1,6) ou 
extremidade redutora do glicogênio. A atividade da fosforilase cessa a quatro 
resíduos de glicose do ponto de ramificação. Para a remoção de glicose destes 
pontos é necessária a ação da enzima desramificadora conhecida também por 
transferase que contém duas atividades. A transferase ou desramificadora remove 
um bloco de três glicoses de uma ramificação para outra. 
Em seguida, a glicose em uma ligação α (1,6) da ramificação é removida pela ação 
da 1,6- glicosidase. No fígado, parte da glicose-6-P entra na via glicolítica e parte é 
desfosforiladapela glicose-fosfatase. Essa glicosedefosforilada juntamente com a 
originada da ação da enzima 1,6- glicosidase, caem na corrente sanguínea para 
serem distribuídas para órgãos glicodependentes. A glicose de origem do 
glicogênio hepático pode ser utilizada no fígado ou por tecidos extra hepáticos. 
A defosforilação da glicose-6 fosfato não ocorre no músculo esquelético devido à 
falta da enzima glicose- fosfatase. Teoricamente, a glicogenólise ocorre no músculo 
esquelético e pode gerar alguma glicose livre para entrar na corrente sanguínea. No 
entanto, a atividade da hexoquinaseno músculo é alta e a glicose livre é 
imediatamente fosforilada e entra na via glicolítica. Já no músculo, a glicose livre 
liberada pela 1,6 glicosidase é fosforiladapela hexoquinase, em glicose-6P. E, 
portanto, todas as moléculas de glicose-6-P provenientes da glicogenólise, pela 
hexoquinase e pela fosfatase são destinadas para a via glicolítica muscular. 
 
REGULAÇÃO GERAL DO METABOLISMO DO GLICOGÊNIO 
 
O fígado possui uma hexoquinase com pouca afinidade para a glicose e que não é 
inibida por glicose-6-P. Portanto, a glicose só é fosforilada no fígado quando existe 
no sangue em concentrações muito elevadas (i.e. depois das refeições). Assim, 
quando a concentração de glicose no sangue é baixa, o fígado não compete com os 
outros tecidos, e quando os níveis de glicose são elevados o excesso de glicose é 
convertido pelo fígado em glicogênio.