2019 Metabolismo de Carboidratos Parte 1

Prévia do material em texto

Fonte: Medical gallery of Mikael Häggström 2014
Fonte:http://pocketdentistry.com/use-of-the-energy-nutrients
-metabolism-and-balance-3/
Parte 1
Introdução
 principal combustível da maioria dos organismos vivos. 
D-glicose
O
O H
O H
O H
O H
C H
2
O H
 principal combustível da maioria dos organismos vivos. 
 oxidação completa : ocorre com Go = -2840 kJ/mol.
 armazenamento na célula: glicogênio, amido, sacarose.
 precursor versátil capaz de suprir vasta gama de 
intermediários metabólicos que são matéria prima 
para reações biossintéticas.
Principais vias de utilização da glicose nas células 
dos vegetais superiores e animais
Armazenagem
Glicogênio, amido, sacarose
Oxidação pela 
via glicolítica
Oxidação pela 
via das pentoses
fosfato
piruvato
Ribose-5-fosfato
GLICOSE
CH3CH2OH
Etanol
Fermentação
Vias catabólicas que utilizam o Piruvato 
Piruvato é posteriormente processado:
anarobiamente através da fermentação;
aerobiamente através da oxidação completa a 
CO2 e H2O, gerando mais ATP.
GlicóliseC6H12O6
Glicose
CH
3
C C
O
O
O
_
Piruvato
CO2 + H2O
CH
3
C
C
OH
OO
H
_
Lactato
Etanol
O2
Oxidação Completa
Etapas da Glicólise
Hexoquinase
Glicose
ATP
ADP
Glicose-6-fosfato
Frutose-6-fosfato
ATP
ADP
Fosfoglicose
isomerase
Fosfofrutoquinase
1ª. ETAPA
Hexoquinase
Glicose
ATP
ADP
Glicose-6-fosfato
Frutose-6-fosfato
ATP
ADP
Fosfoglicose
isomerase
Fosfofrutoquinase
Hexoquinase
Glicose
ATP
ADP
Glicose-6-fosfato
Frutose-6-fosfato
ATP
ADP
Fosfoglicose
isomerase
Fosfofrutoquinase
1ª. ETAPA
ATP
ADP
Pi, NAD
+
NADH
H O
2-Fosfoglicerato
3-Fosfoglicerato
1,3-Difosfoglicerato
2 vezes
Gliceraldeído
3-fosfato
desidrogenase
Fosfoglicerato-
quinase
Fosfoglicerato-
mutase
ATP
ADP
Pi, NAD
+
NADH
H O
2-Fosfoglicerato
3-Fosfoglicerato
1,3-Difosfoglicerato
2 vezes
Gliceraldeído
3-fosfato
desidrogenase
Fosfoglicerato-
quinase
Fosfoglicerato-
mutase
1
2
3
6
7
8
9
1,3-bisfosfogligerato
ADP
ATP
Frutose-1,6-difosfatoFrutose-1,6-difosfatoFrutose-1,6-difosfato
Gliceraldeído
-3-fosfato
Etapas 6 a 10 – Fase de pagamento
Conversão do gliceraldeído-3-fosfato
em piruvato e formação acoplada de ATP
ATP
ADP
H2O
Piruvato
Fosfoenolpiruvato
Enolase
Piruvato-
quinase
ATP
ADP
H2O
Piruvato
Fosfoenolpiruvato
Enolase
Piruvato-
quinase
Aldolase
Diidroxiacetona 
fosfato
Diidroxiacetona 
fosfato
C
CH
2
OH
O
CH
2
OPO
3
2-
C
CH
2
OH
O
CH
2
OPO
3
2-+
Triosefosfato
isomerase
Gliceraldeído
-3-fosfato
4
5
9
10
Etapas 1 a 5 – Fase Preparatória
Fosforilação da glicose e sua conversão 
em gliceraldeído-3-fosfato
Frutose-1,6-bisfosfato
C
OH
C OHH
CH2OPO3
2-
C
OH
C OHH
CH2OPO3
2-
ADP
ATP
Piruvato
Glicólise- sequência de reações que oxidam uma 
molécula de glicose a duas moléculas de piruvato 
com a produção líquida de duas moléculas de ATP
e de NADH .
Glicólise
Glicólise – Balanço energético 
Glicose + 2NAD+ + 2 Pi + 2ADP  2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O + 2 H
+
Reação líquida:
Etapas da Glicólise Etapas da Glicólise 
1ª. ETAPA – Fosforilação da glicose
Glicose Glicose-6-fosfato
Hexoquinase
H O
OH
H
OHH
OH
CH 2OH
H
OH
H
23
4
5
6
1
AT
glucose glucose
Hexokinase
ATP ADP
Mg2+
H O
OH
H
OHH
OH
CH 2OPO 3
2
H
OH
H
1
6
5
4
3 2
DP
glucose glucose-6-phosphate 
Hexokinase 
1. Hexoquinase catalisa:
Glicose + ATP  Glicose-6-P + ADP
Glicose é fosforilada por ATP para formar glicose-6-fosfato.
A carga negativa do fosfato impede a passagem da glicose fosfato através 
da membrana plasmática, mantendo a glicose presa no interior da célula.
Glicose Glicose-6-fosfato
ATP liga-se à enzima como um complexo com Mg2+.
2ª. ETAPA – Conversão da glicose-6-fosfato em frutose-6-
fosfato
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OPO3
2
H
OH
H
1
6
5
4
3 2
CH2OPO3
2
OH
CH2OH
H
OH H
H HO
O
6
5
4 3
2
1
2. Fosfoglicose Isomerase catalisa: 
glicose-6-P (aldose) frutose-6-P (cetose) 
glicose-6-P frutose-6-P
OHH
OH
Phosphoglucose Isomerase Fosfoglicose Isomerase
Ocorre um rearranjo reversível da estrutura (isomerização) 
tranformando uma aldose (glicose) em uma cetose (frutose)
2ª. ETAPA – Conversão da glicose-6-fosfato em frutose-6-
fosfato
Rearranjo reversível da estrutura (isomerização) tranforma 
uma aldose (glicose) em uma cetose (frutose)
3ª. ETAPA – Fosforilação da frutose-6-fosfato em frutose-
1,6-bisfosfato
CH2OPO3
2
OH
CH2OPO3
2
H
OH H
H HO
O
6
5
4 3
2
1
phosphate fructose-1,6-bisphosphate 
CH2OPO3
2
OH
CH2OH
H
OH H
H HO
O
6
5
4 3
2
1
AT
fructose-6-phosphate fructose
ATP ADP
Mg2+
Fosfofrutoquinase
Frutose-6-fosfato Frutose-1,6-bisfosfato
3. Fosfofrutoquinase catalisa:
frutose-6 P + ATP  frutose-1,6-bisP + ADP
Frutose-6-fosfato Frutose-1,6-bisfosfato
A nova hidroxila sobre o Carbono 1 é fosforilada pelo ATP para 
formar frutose-1,6-bisfosfato.
A entrada de açúcares na glicólise é controlada nessa etapa, 
através da regulação da enzima PFK ( fosfofrutoquinase).
4ª. ETAPA – Clivagem da frutose-1,6-bisfosfato
4. Aldolase catalisa:
frutose-1,6-bisP diidroxiacetona-P + gliceraldeído-3-P
Frutose-1,6-bisfosfato é clivada para produzir duas moléculas de 
três átomos de carbono.
5ª. ETAPA – Interconversão das trioses fosfato
6
5
4
3
2
1CH2OPO3
2
C
C
C
C
CH2OPO3
2
O
HO H
H OH
H OH
3
2
1
CH2OPO3
2 
C
CH2OH
O
C
C
CH2OPO3
2
H O
H OH+
1
2
3
Aldolase 
dihydroxyacetone glyceraldehyde-3
 phosphate phosphate 
Aldolase
Gliceraldeído-diidroxiacetona
1
3
5. Triose Fosfato Isomerase (TPI ou TIM) catalisa:
diidroxiacetona-P gliceraldeído-3-P
Glicólise continua a partir do gliceraldeído-3-P.
6CH2OPO3 dihydroxyacetone glyceraldehyde-3
 phosphate phosphate 
Frutose-1,6-bisfosfato
Gliceraldeído-
3-fosfato
diidroxiacetona
Triose Fosfato Isomerase 
C
C
CH2OPO3
2
O
C
C
CH2OPO3
2
H O
H OH
C
C
CH2OPO3
2
H OH
OH
H
H OH H
+
H+ H+ H+
Enodiol
Triose Fosfato isomerase
5ª. ETAPA – Interconversão das trioses fosfato
A conversão ceto-aldose envolve catálise ácido-base, e 
ocorre via um intermediário enodiol. 
Essa reação completa a fase preparatória da glicólise.
dihydroxyacetone enediol glyceraldehyde- 
 phosphate intermediate 3-phosphate 
Gliceraldeído-
3-fosfato
Diidroxiacetona-
Fosfato
Enodiol
A Didroxiacetona-fosfato é rapidamente convertida em 
Gliceraldeído-3-fosfato.
6ª. ETAPA – Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato em 
1,3-bisfosfoglicerato
C
C
CH OPO 2
H O
H OH
C
C
CH OPO 2
O OPO3
2
H OH
+ Pi
 + H+
NAD+ NADH
1
2 2
1
Gliceraldeído-3-fosfato Desidrogenase
6. Gliceraldeído-3-fosfato Desidrogenase catalisa:
gliceraldeído-3-P + NAD+ + Pi 1,3-bisfosfoglicerato +
NADH + H+
CH2OPO3
2 CH2OPO3
2
3 3
gliceraldeído-3-fosfato 1,3-bisfosfoglicerato
6ª. ETAPA
C
C
CH2OPO3
2
H O
H OH
C
C
CH2OPO3
2
O OPO32
H OH
+ Pi
 + H+
NAD+ NADH
1
2
3
2
3
1
Gliceraldeído-3-fosfato Desidrogenase
A oxidação do aldeído do gliceraldeído-3-fosfato a um 
ácido carboxílico, mais que ao ácido livre, leva à formação 
de um acil fosfato, uma ligação de alta energia em C-1 do 
1,3-bisfosfoglicerato. 
Nesta etapa da Glicólise NAD+ é reduzido a NADH.
3 3
gliceraldeído-3-fosfato 1,3-bisfosfoglicerato
N
R
H
C
NH2
O
N
R
C
NH2
O
H H
+
2e + H
+
 
NAD+ NADH 
ENZ -H
A redução de NAD+ ocorre pela transferência enzimática
de um hidreto (:H-) do grupo aldeído do Gliceraldeído-3-
fosfato para o anel nicotinamida do NAD+ , e libera a
coenzima reduzida NADH.
7ª. ETAPA – Transferência do fosfato do 1,3-bisfosfoglicerato 
para o ADP
C
C
CH2OPO3
2
O OPO3
2
H OH
C
C
CH2OPO3
2
O O

H OH
ADP ATP
1
22
3 3
1
Mg
2+
Fosfogliceratoquinase
7. Fosfogliceratoquinase catalisa:
1,3-bisfosfatoglicerato+ADP 3-fosfoglicerato+ ATP
O fosfato é transferido reversivelmente ao ADP para formar 
ATP e 3-fosfoglicerato. 
A enzima sofre variação induzida na conformação, de forma 
similar a que ocorre com a hexoquinase.
CH2OPO3 CH2OPO33 3
1,3-bisfosfatoglicerato 3-fosfoglicerato
8ª. ETAPA – Conversão do 3-fosfoglicerato para 
2-fosfoglicerato
C
C
CH2OH
O O
H OPO3
2
2
3
1
C
C
CH2OPO3
2
O O
H OH
2
3
1
Fosfogliceratomutase
3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato
Mg2+
8. Fosfoglicerato mutase catalisa:
3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato
O grupo fosfato é trasferido reversivelmente de C-3 para C-2. 
3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato
Mg2+ é essencial para a reação.
9ª. ETAPA – Desidratação do 2-fosfoglicerato para 
fosfoenolpiruvato
C
C
CH2OH 
O O

H OPO3
2 
2
3
1 C
C
CH2
O O
OPO3
2
2
3
1
H2O
Enolase
9. Enolase catalisa:
2-fosfoglicerato fosfoenolpiruvato + H2O
A reação de desidratação é dependente de Mg2+. 
CH23
10ª. ETAPA – Transferência do fosfato do fosfoenolpiruvato
para o ADP
 
C
C
CH3
O O

O
2
3
1
ADP ATPC
C
CH2
O O

OPO3
2
2
3
1
Piruvato quinase
10. Piruvato quinase catalisa:
fosfoenolpiruvato + ADP  piruvato + ATP
3323
Fosfoenolpiruvato piruvato
 
C
C
CH3
O O
O
2
3
1
ADP ATPC
C
CH2
O O
OPO3
2
2
3
1
C
C
CH2
O O
OH
2
3
1
Fosfoenolpiruvato enolpiruvato piruvato
A transferência do fosfato para o ADP é espontânea. 
A remoção do Pi do fosfoenolpiruvato produz um enol 
instável, que espontaneamente se converte para a forma 
ceto do piruvato. 
RESUMO 
Glicose
ATP
ADP
Hexoquinase
Glicose-6-fosfato
Frutose-6-fosfato
Fosfoglicose isomerase
ATP
ADP
Fosfofrutoquinase
Frutose-1,6-fosfato
Aldolase
Gliceraldeído-3-fosfato + Diidroxiacetona fosfatoGliceraldeído-3-fosfato + Diidroxiacetona fosfato
Triosefosfato isomerase
Gliceraldeído-3-fosfato
Gliceraldeído-3-fosfato 
desidrogenase
1,3-bisfosfoglicerato
3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato
NAD+ + Pi
NADH
ADP
ATP
Fosglicerato quinase
Fosglicerato mutase
Fosfoenolpiruvato
Enolase
Piruvato quinase
Piruvato
ADP
ATP
H2O2 vezes
Três tipos de transformações químicas são
notáveis na glicólise:
1. Degradação do esqueleto carbônico da glicose
para produzir piruvato;
2. Fosforilação de ADP a ATP pelos compostos de2. Fosforilação de ADP a ATP pelos compostos de
fosfato de alta energia formados durante a
glicólise;
3. Transferência de átomos de H e de elétrons
para o NAD+ formando NADH.
Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2 Pi 
2 piruvato + 2ADP + 2NADH + 2 H+ + 4ATP + 2 H2O
Balanço energético da Glicólise
2
2
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2 Pi Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2 Pi 
2 piruvato + 2NADH + 2 H+ + 2ATP + 2 H2O
Balanço de ATP
2 ATP gastos
4 ATP produzidos (2 de cada um dos dois fragmentos de 3C 
formados a partir da glicose)
Produção líquida de 2 ATP para cada molécula de glicose.
Glicólise: rota total, omitindo H +:
glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi  2 piruvato + 2 NADH + 2ATP 
Nos organismos aeróbios:
piruvato produzido na glicólise é oxidado a CO2 através do 
ciclo de Krebs
NADH produzido na glicólise e no ciclo de Krebs é reoxidado 
através da cadeia transportadora de elétrons, com produção 
adicional de ATP. 
Organismos adultos – estado estacionário.
Composição constante
Regulação da Glicólise
Ingestão de combustíveis 
Liberação de energia 
e
Alteração no estado estacionário  disparo nos 
mecanismos reguladores intrinsecos de cada via
Liberação de energia 
e
Produtos de degradação 
Efeito  retorno do organismo ao estado estacionário-
homeostase.
Regulação da Glicólise
O fluxo através de uma rota metabólica pode ser 
regulado de várias formas:
 Disponibilidade do substrato
 Concentração das enzimas responsáveis por  Concentração das enzimas responsáveis por 
etapas limitantes da velocidade
 Regulação alostérica de enzimas
 Modificação covalente de enzimas
(ex. fosforilação)
Regulação da Glicólise
Essas etapas são:
Etapa 1- Fosforilação da glicose 
Etapa 3- Fosforilação da frutose-6-fosfato
Das 10 etapas da via glicolítica , três envolvem G 
largamente negativo e são essencialmente irreversíveis. 
Etapa 1- Fosforilação da glicose 
Etapa 3- Fosforilação da frutose-6-fosfato
Etapa 10-Transferência de fosfato do fosfoenolpiruvato
para o ADP 
Glicólise/ Enzima
Go' 
kJ/mol
G kJ/mol
Hexoquinase -20.9 -27.2
Fosfoglicose Isomerase +2.2 -1.4
Fosfofrutoquinase -17.2 -25.9
Aldolase +22.8 -5.9
Triosefosfato Isomerase +7.9 negativo
Conteúdo energético de cada estapa da glicólise
Triosefosfato Isomerase +7.9 negativo
Gliceraldeído-3-P Desidrogenase
e Fosfoglicerato quinase
-16.7 -1.1
Fosfoglicerato Mutase +4.7 -0.6
Enolase -3.2 -2.4
Piruvato quinase -23.0 -13.9
*valores de D. Voet & J. G. Voet (2004) Biochemistry, 3rd Edition, John Wiley & Sons, 
New York, p. 613. 
Regulação da Glicólise
Hexoquinase – inibida alostericamente pelo seu produto
(no músculo)
Baixos níveis de ATP : glicólise é ativada
Altos níveis de ATP : atividade da glicólise diminui.
Pontos de controle 
(no músculo)
Fosfofrutoquinase (PFK)- regulação alostérica complexa
Piruvato quinase – inibida pelo ATP e Acetil-CoA
Hexoquinase: inibida alostericamente pela G6P.
No fígado, ocorre a isoenzima
Glicoquinase, que não é inibida
pela glicose 6-fosfato;
Regulação da Glicólise
Fosfofrutoquinase: passo limitante
regulação alostérica complexa
ativadores: ADP, AMP, Frutose 1,6-bisfosfato,
Frutose 2,6 bifosfato 
inibidores: ATP, citrato, NADH, ácidos graxos,
PEP, baixo pH
. 
 
C
C
CH3
O O

O
2
3
1
ADP ATPC
C
CH2
O O

OPO3
2
2
3
1
Piruvato quinase
Fosfoenolpiruvato piruvato
Piruvato quinase: inibida por ATP, Acetil-CoA, ácidos graxos 
de cadeia longa (boa oferta de energia)
A última etapa da glicólise é parcialmente controlada no 
fígado pela modulação da quantidade da enzima.
Glicogênio Glicose
Hexoquinase ou Glicoquinase
Glicose- 6-fosfatase
Glicose-1-P Glicose-6-P Glicose + Pi
Via Glicolítica
Metabolismo da glicose no fígado
Piruvato
A inibição da enzima fosfofrutoquinase na Glicólise quando 
[ATP] é elevado impede quebra de glicose na via cuja função 
principal é liberar ATP.
Quando ATP é abundante é mais útil para a célula armazenar 
glicose como glicogênio. 
Fonte: Medical gallery of Mikael Häggström 2014Fonte: Medical gallery of Mikael Häggström 2014Fonte:http://pocketdentistry.com/use-of-the-energy-nutrients
-metabolism-and-balance-3/