Homeostase da Glicose

Prévia do material em texto

Homeostasia da Glicose:
1 - Digestão, absorção e transporte 
de carboidratos (GLUT’s).
2 – Glicólise aeróbia e anaeróbia.
3 - Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória.
4 - Regulação da Glicemia.
Carboidratos
Estrutura (Tipos)
Digestão
Absorção
Transporte de Carboidratos
Tipos de açúcares
Os carboidratos dentre eles o alvo do estudo de nossa disciplina: A glicose, são moléculas formadas por C, O, H, alguns solúveis em água outros (celulose), não são solúveis.
- De acordo com o número de moléculas de açúcares os classificamos em monossacarídeos, com poucos moléculas, os oligossacarídeos e os formados por uma grande cadeia de moléculas de açúcares: os polissacarídeos (Ex: glicogênio, amido).
Alguns tipos
de 
monossacarídeos
Tipos de Transportadores de Glicose 
GLUT’s SGLT’s no Corpo.
Fonte:
Machado, 1998
Absorção de carboidratos 
pelo intestino
Uma vez na corrente sanguínea, a glicose da dieta é captada pelos tecidos graças à insulina
Uma vez que a glicose entrou na célula, inicia-se seu processo de oxidação em 3 etapas: Glicólise, Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória ou Fosforilação Oxidativa.
19/10/16
*
GIicólise
Os organismos vivos devem obter glicose:
Por alimentação
Por biossintetização (seres fotossintéticos captam CO2 e o reduzem a glicose)
Ou a partir de precursores simples (compostos de 3 , 4 carbonos) – Gliconeogênese.
19/10/16
*
Destinos da glicose
Em animais e vegetais vasculares:
Sintetizar polissacarídeos,
Ser armazenada na células na forma de (amido ou glicogênio ou dissacarídeos como sacarose)
Ser oxidada a compostos de 3 carbonos (piruvato), formando ATP.
Oxidada na vias da pentoses-fosfato produzindo precursores de ácidos nucléicos.
Destinos da Glicose
Respiração celular aeróbia
A maioria dos seres vivos obtém energia necessária para a manutenção da vida através da respiração aeróbia (presença de oxigênio).
C6H12O6+ 6O2-> 6CO2+ 6H2O
A respiração celular pode ser dividida em 3 etapas: 1)Glicólise, 2) Ciclo de Krebs e 3) Cadeia Respiratória.
Obtenção de energia por meio da glicose
Durante a respiração celular, a energia contida na glicose é liberada, em etapas por meio de uma série de reações:
Fase aeróbia– Acontece obrigatoriamente na presença de oxigênio.
Fase anaeróbia (do grego – a: negação;aeros: ar, e bios: vida) – Esta fase ocorre sem a presença de oxigênio. É início da respiração celular.
Fase anaeróbia da respiração (Ocorre na ausência de oxigênio)
Glicólise:
Do grego:glykys: açúcar elysis: quebra.
Glicólise é a quebra (ou degradação, oxidação)da molécula de glicose com liberação de energia (ATP).
É um processo exotérmico – libera energia
Catabólico.
Esta é a fase anaeróbica da nossa respiração.
Ocorre no citoplasma da célula.
Se houver oxigênio na célula ocorrerão as fases
CK e CR, por isso se fala em glicólise aeróbica 
e anaeróbica
Visão geral:
Possui 2 fases: Preparatória de de Compensação.
A glicólise ocorre em 10 etapas. 
Preparatória: Injeção de ATP
Compensatória: Produção de ATP e NADH.
Glicólise
Glicólise e 
via inversa 
(gliconeogênese)
Glicólise
Visão geral
Glicólise
A glicose é o principal substrato para as reações energéticas, sendo a glicólise o principal processo de utilização energética da glicose, presente em todos os seres vivos, desde a mais antiga e simples bactéria até o mais recente e complexo organismo multicelular.
Glicólise
A glicólise, entretanto, é um processo essencialmente anaeróbico, com o metabolismo aeróbico produzindo quase vinte vezes mais energia para os processos metabólicos intracelulares.
 Desta forma, o Ciclo de Krebs e a Cadeia Respiratória (Cadeia Transportadora de elétrons acoplada a Fosforilação Oxidativa) correspondem à seqüência natural do metabolismo da glicose e dos demais compostos energéticos (ácidos graxos e aminoácidos).
 A glicólise, também conhecida como via de Ebden-Meyerhof, é a primeira via metabólica da molécula de glicose e outras hexoses.
 Todos os seres vivos (a exceção dos vírus) realizam, invariavelmente, a glicólise seja em condições de aerobiose ou de anaerobiose, com as enzimas glicolíticas presentes no citoplasma.
Glicólise
A glicólise ocorre em uma seqüência enzimática de 10 reações, divididas em duas fases: a primeira fase corresponde até a formação de duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato e caracteriza-se como uma fase de gasto energético de 2 ATPs nas duas fosforilações;
 A segunda fase compreende desde as duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato até as duas moléculas de piruvato. 
Tal fase caracteriza-se pela produção energética de 4 ATPs em reações oxidativas enzimáticas independentes de oxigênio, utilizando o NADH como transportador de hidrogênios da reação de desidrogenação. 
O rendimento energético líquido final do metabolismo anaeróbio da glicose, portanto é de somente 2 ATPs.
Glicólise
Em condições de aerobiose, porém, o piruvato não é reduzido e sim oxidado nas mitocôndrias pelo complexo enzimático piruvato-desidrogenase (também chamado de piruvato-descarboxilase) havendo a formação de acetil-CoA e a liberação de uma molécula de CO2 por cada piruvato oxidado.
É formado, também, um NADH na reação de desidrogenação, indo para a cadeia respiratória, uma vez que já está dentro das mitocôndrias. 
É importante observar que, havendo a oxidação do piruvato, o NADH (produzido na glicólise) que seria utilizado para sua redução, é poupado, possibilitando que os elétrons por ele transportados penetrem nas mitocôndrias e sejam convertidos em ATP (na cadeia respiratória).
Glicólise
A glicose tem seis átomos de carbono e sua divisão em duas moléculas de piruvato, cada uma com três átomos de carbono, ocorre em uma seqüência de 10 passos e os cinco primeiros deles constituem a fase preparatória. 
Nestas reações a glicose é inicialmente fosforilada no grupo hidroxila em C-6. 
A D-glicose-6-fosfato assim formada é convertida em D-frutose-6-fosfato, a qual é novamente fosforilada, desta vem em C-1, para liberar D-frutose-1,6-bifosfato. O ATP é o doador de fosfato nas duas fosforilações.
A seguir a frutose-1,6-bifosfato é quebrada para liberar duas moléculas com três carbonos, a diidroxiacetona fosfato e o gliceraldeído-3-fosfato; este é o passo em que ocorre a "lysis" que dá o nome ao processo. 
A diidroxiacetona fosfato é isomerizada em uma Segunda molécula de gliceraldeído-3-fosfato, e com isso termina a primeira fase da glicólise. 
Desta forma, duas moléculas de ATP precisam ser investidas para ativar, ou iniciar, a molécula de glicose para a sua quebra em duas partes com três carbonos; haverá, depois, um retorno positivo para este investimento.
 Resumindo: na fase preparatória da glicólise a energia do ATP é investida, aumentando o conteúdo de energia livre dos intermediários, e as cadeias carbônicas de todas as hexoses metabolizadas são convertidas em um produto comum, o gliceraldeído-3-fosfato.
Glicólise
O ganho energético provém da fase de pagamento da glicólise
Cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato é oxidada e fosforilada por fosfato inorgânico (não pelo ATP) para formar 1,3-bifosfoglicerato. 
A liberação de energia ocorre quando as duas moléculas de 1,3-bifosfoglicerato são convertidas em duas moléculas de piruvato. 
A maior parte dessa energia é conservada pela fosforilação acoplada de quatro moléculas de ADP para ATP. 
O produto líquido são duas moléculas de ATP por molécula de glicose empregada, uma vez que duas moléculas de ATP são investidas na fase preparatória da glicólise. 
A energia também é conservada na fase de pagamento na formação de duas moléculas de NADH a cada molécula de glicose.
Glicólise
Nas reações sequenciais da glicólise três tipos de transformações químicas são particularmente notáveis: 
1. Degradação do esqueleto carbônico da glicose para produzir piruvato;
2. Fosforilação de ADP a ATP pelos compostosde fosfato de alta energia formados durante a glicólise; e
3. A transferência de átomos de hidrogênio ou elétrons para o NAD+, formando NADH. 
O destino do produto, o piruvato, depende do tipo de célula e das circunstâncias metabólicas.
Fase aeróbia da respiração (Fases 2 e 3)
A fase aeróbia é aquela que acontece apenas na presença de oxigênio (O2).
Ocorre no interior das mitocôndrias.
Neste local é onde ocorre a maioria da produção energética(ATP) celular.
Como vimos, na aula passada, as mitocôndrias possuem duas membranas: uma externa –lisa e uma interna: pregueada.
A fase aeróbia é dividida em duas fases:
Ciclo de Krebs (ocorre na matriz mitocondrial)
Cadeia Respiratória (ocorre nas cristas mitocondriais).
Fase aeróbia da Respiração 
Celular (2 e 3 cont. da oxidação 
de piruvato)
Na fase aeróbia, toda a glicose é degradada a dióxido de carbono (CO2)e água (H2O).
Os íons hidrogênio serão carregados por transportadores(NAD Nicotinamide Adenine Dinucleotide),(FAD Flavin adenine dinucleotide).
Estes íons hidrogênio (H+)servirão para movimentar a enzima ATPsintase (que sintetizará ATP).
Íons H+ se ligarão ao oxigênio para formar a água.
O2 ao final das contas, é um aceptor final de elétrons e hidrogênio, na etapa final da respiração.
NAD
FAD
Esquema geral da fase aeróbia da respiração.
Fase 2 da Respiração Celular: Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs, Tricarboxílico ou do Ácido cítrico corresponde a uma série de reações químicas que ocorrem na vida da célula e seu metabolismo. 
Descoberto por Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981). 
O ciclo é executado na matriz da mitocôndria dos eucariontes e no citoplasma dos procariotes. 
Trata-se de uma parte do metabolismo dos organismos aeróbicos (utilizando oxigênio da respiração celular). 
O ciclo de Krebs é uma rota anfibólica, ou seja, possui reações catabólicas e anabólicas, com a finalidade de oxidar a acetil-CoA (acetil coenzima A), que se obtém da degradação de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos a duas moléculas de CO2.
O Ciclo de Krebs (Fase 2)
É uma seqüência de reações exotérmicas e endotérmicas. AssociadoàCadeia Respiratória, permite a liberação de mais energia para a célula.
Os produtos finais do Ciclo de Krebs são:
6 moléculas de gás carbônico
Elétrons energizados.
2 ATP’s
Íons H+ (presos à moléculas de NADH2e FADH2).
2 FADH2,8 NADH, 8H+.
Estes últimos serão utilizados na Cadeia Respiratória para produção de ATP.
Ciclo de Krebs
Fase 2 da Respiração Celular: Ciclo de Krebs
Este ciclo inicia-se quando o piruvato que é sintetizado durante a glicólise é transformado em acetil CoA (coenzima A) por ação da enzima piruvato desidrogenase. Este composto vai reagir com o oxaloacetato que é um produto do ciclo anterior formando-se citrato.
 O citrato vai dar origem a um composto de cinco carbonos, o alfa-cetoglutarato com libertação de NADH, e de CO2.
 O alfa-cetoglutarato vai dar origem a outros compostos de quatro carbonos com formação de GTP, FADH2 e NADH e oxaloacetato. 
Após o Ciclo de Krebs ocorre outro processo denominado fosforilação oxidativa.
Fase 2 da Respiração Celular:Ciclo de Krebs
O ciclo do ácido cítrico começa com o Acetil-CoA, transferindo seu grupo acetila de dois carbonos ao composto receptor oxaloacetato, de quatro carbonos, formando um composto de seis carbonos, o citrato.
O citrato então passa por uma série de transformações químicas, perdendo dois grupos carboxila na forma de CO2. 
Os carbonos liberados na forma de CO2 são oriundos do oxaloacetato, e não diretamente do Acetil-CoA. Os carbonos doados pelo Acetil-CoA se tornam parte do oxaloacetato após o primeiro passo do ciclo do ácido cítrico. 
A transformação dos carbonos doados pelo Acetil-CoA em CO2 requer vários passos no ciclo de Krebs. No entanto, por causa do papel do ácido cítrico no anabolismo (síntese de substâncias orgânicas), ele pode não ser perdido já que muitas substâncias intermediárias do ciclo também são usadas como precursoras para a biossíntese em outras moléculas. A maior parte da energia disponível graças ao processo oxidativo do ciclo é transferida por elétrons altamente energéticos que reduzem o NAD+, tranformando-o em NADH. 
Para cada grupo acetila que entra no cliclo de Krebs, três moléculas de NADH são produzidas (o equivalente a 2,5 ATPs). Elétrons também são transferidos ao receptor Q, formando QH2. No final de cada ciclo, o Oxalocetato de quatro carbonos é regenerado, e o processo continua.
As principais etapas do ciclo de Krebs:
 
1°: Oxalacetato(4 carbonos) Citrato(6 carbonos)
O ácido acético proveniente das vias de oxidaçao de glicídios, lipídios e proteínas, combinam-se com a coenzima a formando o Acetil - CoA. A entrada deste composto no ciclo de Krebs ocorre pela combinação do ácido acético com o oxalacetato presente na matriz mitocondrial. Esta etapa resulta na formação do primeiro produto do ciclo de Krebs, o citrato. O coenzima A, sai da reação como CoASH.
 
2°: Citrato (6 carbonos) Isocitrato(6 carbonos)
O citrato sofre uma desidratação originando o isocitrato. Esta etapa acontece para que a molécula de citrato seja preparada para as reações de oxidação seguintes
 
3°: Isocitrato αcetoglutarato (5 carbonos)
Nesta reação há participaçao de NAD, onde o isocitrato sofre uma descaborxilação e uma desidrogenação transformando o NAD em NADH, liberando um CO2 e originando como produto o alfa-cetoglutarato
 
4°: αcetoglutarato Succinato (4 carbonos)
O α-cetoglutarato sofre uma descarboxilação, liberando um CO2. Também ocorre uma desidrogenação com um NAD originando um NADH, e o produto da reação acaba sendo o Succinato
 
5°: Succinato Succinil - CoA
O succinato combina-se imediatamente com a coenzima A, originando um composto de potencial energético mais alto, o succionil-Coa.
 
6°: Succinil-Coa Succinato
Nesta reação houve entrada de GDP+Pi, e liberação de CoA-SH. O succinil-CoA libera grande quantidade de energia quando perde a CoA, originando succinato. A energia liberada é aproveitada para fazer a ligação do GDP com o Pi(fosfato inorgânico), formando o GTP, como o GTP não é utilizado para realizar trabalho deve ser convertido em ATP, assim esta é a única etapa do Ck que forma ATP.
 
7°: Succinato Fumarato
Nesta estapa entra FAD. O succinato sofre oxidaçao através de uma desidrogenação originando fumarato e FADH2. O FADH2 é formado apartir da redução do FAD.
 
8°: Fumarato Malato
O fumarato é hidratado formando malato.
 
9°: Malato Oxalacetato
Nesta etapa entra NAD. O malato sofre uma desidrogenacão originando NADH, a partir do NAD, e regenerando o oxalacetato.
 
Ciclo de Krebs
A influência do ciclo de Krebs no processo da respiração celular começa com a glicólise, processo ocorrido no citoplasma de uma célula, onde a glicose, obtida através dos alimentos ingeridos, passa por uma série de dez reações químicas que culminam na formação de duas moléculas de ácido pirúvico. 
É a partir desse ponto que começa a participação do ciclo de Krebs na respiração propriamente dita.
O ciclo de Krebs ocorre dentro da mitocôndria, logo as moléculas de ácido pirúvico têm que entrar nela. Esse processo só ocorre quando há moléculas de oxigênio suficientes para cada molécula de glicose; se há, na entrada do ácido pirúvico na mitocôndria faz com que o oxigênio reaja com o ácido formando gás carbônico e libera os elétrons dos átomos de hidrogênio presentes na fórmula da glicose. Esses elétrons são transportados pelo NADH e o FADH, duas moléculas transportadoras. Os elétrons então se responsabilizam pela união de mais um átomo de fósforo, com uma molécula de adenosina difosfato(ADP) formando a adenosina trifosfato o famoso ATP. Esta molécula de ATP então é que fornecerá a energia para a vida da célula e o transporte ativo de substâncias pelo corpo.
Os compostos intermediários do ciclo de Krebs podem ser utilizados como precursores em vias biossintéticas: oxaloacetato e a-cetoglutarato vão formar respectivamente aspartatoe glutamato. 
A eventual retirada desses intermediários pode ser compensada por reações que permitem restabelecer o seu nível. Entre essas reações, que são chamadas de anapleróticas por serem reações de preenchimento, a mais importante é a que leva à formação de oxaloacetato a partir do piruvato e que é catalisada pela piruvato carboxilase. O oxaloacetato além de ser um intermediário do ciclo de Krebs, participa também da gliconeogênese. A degradação de vários aminoácidos também produz intermediários do ciclo de Krebs, funcionando como reações anapleróticas adicionais.
Cadeia Transportadora de Elétrons ou Respiratória (3 e última etapa da respiração).
Nessa fase os íons hidrogênios que são removidos nas diversas etapas anteriores da respiração celular,são transportados até as Cristas Mitocondriais pelo NADH2 e FADH2.
Ao longo da cadeia, estes íons vão ser transferidos para o oxigênio (O2) formando água.
Nestas transferências de hidrogênio, há liberação de elétrons energizados, que são capturados por citocromos, localizados nas cristas mitocondriais.
NADH2+ O2-> NAD + H2O + Energia (elétrons excitados)
Ao longo dessa passagem pelos citocromos, os elétrons perdem energia, de maneira gradual.
Parte desta energia é utilizada para regeneração de ATP a partir de ADP(outra parte é perdida na forma de calor).
A célula não liberta esta energia de uma só vez, pois tal reação poderia ser incontrolável. 
Os elétrons são então removidos do NADH e transferidos para oxigênio (O2) através de uma série de passos catalisados por diferentes enzimas, em que cada passo liberta uma pequena quantidade de energia. Este conjunto de enzimas, designados complexos I, II, III e IV, constitui a cadeia transportadora de elétrons e se encontra na membrana interna da mitocôndria.
Os íons hidrogênio acumulados no espaço entre as membranas mitocondriais tendem a voltar para a matriz.
Eles voltam , mas atravessando uma proteína (ATPsintase). Que “gira” e fabrica mais ATP.
As enzimas neste sistema de transporte de elétrons utilizam a energia libertada na oxidação do NADH para bombear prótons através da membrana interna da mitocôndria. Isto gera o acúmulo de prótons no espaço intermembrana, originando um gradiente eletroquímico através da membrana. A energia armazenada sob este potencial é então utilizada pela ATP sintase para produzir ATP.
Cadeia Respiratória
Saldo final de ATP nas 3 etapas da respiração =36
Cadeia Transportadora de Elétrons ou Cadeia Respiratória
Em eucariontes, tais reações redox são feitas por cinco complexos principais de proteínas mitocondriais. Ao conjunto de complexos proteicos envolvidos nestas reações, dá-se o nome de cadeia transportadora de elétrons.
Regulação da Glicemia
Após estudarmos a Oxidação da Glicose em 3 etapas.
O próximo tópico é o controle da sua quantidade no plasma.
Tópico: Regulação da Glicemia
19/10/16
*
Regulação da glicemia
19/10/16
*
Regulação da Glicemia
Ajustes rápidos (minuto a minuto e mantém a concentração da glicose 4,5 mM
Tais ajustes necessitam da ação antagônica da insulina, do glucagon, da adrenalina e do cortisol.
O excesso de glicose sinaliza sua captação, sua polimerização em Glicogênio e formação de triglicerídeos (armazenagem).
Por outro lado, o glucagon sinaliza que a glic está baixa e os tecidos, os tecidos respondem: 1)produzindo glicose; 2)pela degradação do glicogênio; 3)pela gliconeogênese (hepática) e 4) pela oxidação de gorduras (tentando economizar a glic.
 A adrenalina liberada no sangue prepara músculos, pulmões e coração para um grande aumento das atividade
O cortisol medeia a resposta corporal a agentes estressores de longa duração.
19/10/16
*
A Insulina é disparada em respostas a níveis altos de glicose
Veremos em primeiro lugar a regulação em condições de paciente bem alimentado: 
1) Receptores localizados na membrana plasmática (RI), estimulam ao se ligarem, a captação de glicose.
2)Tal captação se dá pelos músculos, e pelo tecido adiposo, onde a glic. é convertida em glicose6-fosfato.
3) No figado a insulina também ativa a glicogênio-sintase
4) A Insulina inativa a glicogênio-fosforilase.
Como, resultado nesse estado, parte da glic. É canalizada para síntese do glicogênio.
5)O excesso de combustível é armazenado no Tecido Adiposo pela ação da Insulina.
6) A insulina ativa a oxidação de glicose6-fosfato em piruvato, pela glicólise.
7) Transforma Piruvato em Acetil-CoA
OBS: Caso o Acetil- CoA não entre na via degradativa será utilizado para síntese de ácidos graxos. Esses são enviados ao Tecido Adiposo na forma de Triglicerídeos em Lipoproteínas 
O efeito da insulina é favorecer a conversão do excesso 
de glicose sanguínea em duas armazenagens:
Glicogênio (fígado é músculo) e Triglicerídeos (tecido
Adiposo).
19/10/16
*
O Glucagon – Hormônio produzido no pâncreas, nas células α da Ilhotas – Se opõe a níveis baixos de glicose
Após a ingesta, em algumas horas, os níveis de glicose caem levemente por causa da oxidação da glicose no encéfalo.
 A redução de glic, sinaliza ao pâncreas produção do hormônio glucagon
Sinaliza também a redução da liberação de insulina.
O glucagon causa aumento na produção de glicose de várias maneiras: 1) Assim como a noradrenalina ele, ele estimula degradação de glicogênio hepático por ativar a enzima glicogênio-fosforilase e inativar a glicogênio-sintase. (Processo mediado por AMPcíclico)
19/10/16
*
Regulação da Glicemia pelo Glucagon
 O glucagon inibe degradação da glicose pela glicólise (fígado).
 Estimula a gliconeogênese
 Tanto a redução da glicólise quanto a gliconeogênese, resultam da redução na concentração de Frutose-2.6 Bifosfato, um inibidor alostérico da enzima glicogênio frutose1.6 bifosfatase e ativador da enzima glicolítica fosfofrutoquinase.
19/10/16
*
Regulação Hormonal pelo Glucagon
O glucagon inibe a piruvato-cinase, bloqueando a fosfoenolpiruvato em piruvato.
Inibindo a oxidação do piruvato no Ciclo de Krebs
O consequente acúmulo de fosfoenolpiruvato, favorece a gliconeogênese.
Enfim, estimulando a degradação do glicogênio, prevenindo a glicólise e promovendo a gliconeogênese (nos hepatócitos), o glucagon permite que o fígado exporte glicose restaurando seu nível normal.
19/10/16
*
Regulação da Glicemia pelo Glucagon
 Embora o principal alvo do glucagon seja o fígado, ele também atua sobre o Tecido Adiposo da seguinte forma:
 Ativando a degradação de triglicerídeos, por fosforilação, dependente de AMPc, da perilipina e Lipase Sensível a Hormônio.
As lipases ativadas degradam os lipídios liberando ácidos graxos, que são exportados para o fígado (como combustível), poupando glicose para o o encéfalo.
O efeito líquido do glucagon: aumentar síntese e a liberação da glicose pelo fígado, mobilizar ácidos graxos do tecido adiposo para serem usados no lugar da glicose por outros tecidos que não o encéfalo.
Regulação da Glicemia: Adrenalina