Gliconeogênese

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Bioquímica
Gliconeogênese
Resumo de Bioquímica – Vanessa Wunsch
￫ Via metabólica que tem por finalidade produzir glicose a partir de compostos não glicídicos (não açúcares) para manter a glicemia.
￫ Ocorre nos rins e no fígado.
￫ Regulação Alostérica: há a presença de um composto que liga-se no sítio alostérico da enzima
￫ Regulação Hormonal: um hormônio desencadeará uma série de sinais celulares que ativarão proteínas quinases/fosfatases, que promoverão, respectivamente, fosforilação e desfosforilação enzimática, ativando-as ou inativando-as.
￫ O metabolismo do Etanol pode interferir na gliconeogênese.
￫ Ela será ativada quanto estamos em jejum (estamos sem nos alimentar por um tempo) e o glicogênio hepático já acabou. 
Porque fazer Glicose? Certos tecidos conseguem obter energia a partir da oxidação de lipídeos, mas outros dependem apenas da glicose para os fornecer energia(Glicose é o único substrato utilizado para a obtenção de energia nesses tecidos).
 ￫ O Glicogênio hepático é utilizado para manter a glicemia quando há um curto período de jejum (“Jejum noturno”, de 8 a 12h, quando estamos dormindo e não podemos nos alimentar); já a Gliconeogênese hepática ocorrerá quando o período de jejum é prolongado (mais de 12h de jejum) ou quando há exercício intenso (gera lactato, um precursos da neoglicogênese).
Lembrando que nos animais superiores, os tecidos onde ocorre neoglicogênese são o hepático e o renal (fígado e rins).
Manter a glicemia é muito importante, pois há células com metabolismo tão intenso que necessitam da glicose, às vezes exclusivamente: Cérebro (120g/dia), Hemácias (30g/dia),
Sistema nervoso, Testículos, Medula Renal, Retina, Tecido embrionário.
A neoglicogênese é a via oposta da glicólise com 3 exceções (3 reações irreversíveis: Fosfoenolpiruvato Piruvato ; Frutose-6P Frutose – 1,6-PP ; Glicose Glicose-6P) Nesses 3 pontos, as enzimas que participam da neoglicog. são diferentes daquelas que participam da glicólise. Nas outras reações reversíveis, as mesmas enzimas que realizam a glicólise realizarão as da neoglicogênese.
Enzimas regulatórias da Neoglicogênese, portanto, são as que catalisam as reações irreversíveis.
Se há um composto que inibe a glicólise, ela ativa a neoglicogênse, e vice-versa. 
● Precursores da Gliconeogênese:
- Lactato (fermentação láctica ou degradação anaeróbica nos M. Esquelético e Eritrócitos)
- Aminoácidos glicogênicos, o principal representante circulante no sangue é a Alanina (ALA) (geram piruvato, por uma reação de transaminação, e intermediários do Ciclo de Krebs, como o Oxaloacetato, que pode virar Fosfoenolpiruvato).
- Glicerol (degradação de lipídeos)
￫ Ciclo de Cori Ciclo realizado pelo Lactato que circula entre o m. esquelético e o fígado. Esse ciclo também é importante para ativar a gliconeogênese, pois ele produz lactato, um precursor neoglicogênico. 
￫ Funcionamento: No m. esquelético e em hemácias, o glicogênio muscular é degradado, com o uso de ATP, em lactato. Este vai para a corrente sanguínea, alcançando o fígado. Lá, ele será convertido em glicose através do gasto de ATP. Essa glicose pode ir para a corrente sanguínea e alcançar o m. esquelético e ser armazenado sob a forma de glicogênio muscular. 
LACTATO: Para o Lactato converter-se em Piruvato, é formado NADH, sendo que a reação oposta consome essa coenzima reduzida, que oxida-se a NAD+. Eritrócitos degradam glicose de maneira anaeróbia porque não têm mitocôndria. A única maneira de ele obter energia é degradando glicose anaerobicamente. Essa degradação gera o piruvato, que converte-se a lactato na ausência de O2.
Ciclo Alanina-Glicose Quando não há mais estoques de glicogênio muscular e hepático, o organismo, através desse ciclo, inicia a degradação de proteínas para poder gerar glicose. Nesse caso, o m. esquelético degrada proteínas e gera Alanina (Ala também pode ser criada a partir da conversão de piruvato pré-existente no músculo). Esta cai no sangue e vai para células hepáticas, onde ela tornar-se-á piruvato (transaminação).
AMINOÁCIDOS GLICOGÊNICOS: Leucina e Lisina não viram Ala, nem qualquer outro precursor da neoglicogênese. Ou seja, eles não podem doar seus carbonos para a produção de glicose. Esses aminoácidos são cetogênicos, e não glicogênicos. Eles podem tornar-se Acetil-CoA quanto têm seus esqueletos carbônicos degradados. Dos 20 aminoácidos, 18 podem tornar-se Ceto-ácidos, intermediários do Ciclo de Krebs, que gera Oxaloacetato, um precursor da neoglicogênese.
GLICEROL: O Glicerol, gerado na degradação de triacilgliceróis (Glicerol + 3 Ác. Graxos), ao ir para o fígado, sofre uma sequência de reações que, no final, o transformarão em Diidroxiacetona fosfato, um dos intermediários da glicólise. Ou seja, Glicerol é um composto neoglicogênico. Já o ácido graxo, gerado na degradação lipídica é convertido em Acetil-CoA, não sendo, portanto, um composto neoglicogênico, uma vez que o Acetil-CoA não pode retornar à piruvato ou se tornar um composto precursor da neoglicogênese.
• 1º Desvio = 1ª reação da via
Piruvato Fosfoenolpiruvato (a partir de 2 reações)
1ª : Piruvato Oxaloacetato (Enz: Piruvato Carboxilase, que precisa de ATP)
2ª : Oxaloacetato Fosfoenolpiruvato (Enz: Fosfoenolpiruvato Carboxiquinase, que precisa de
GTP)
￫ Alto nível de ATP: Gliconeogênese
￫ Baixo nível de ATP: Glicólise
1ª Piruvato (3C) Oxaloacetato (4C)
O Carbono que se une ao piruvato provém do tampão biológico Carbonato. Um Bicarbonato do sangue cede seu carbono, através da reação com a enzima Piruvato Carboxilase, que consome ATP, para o piruvato tornar-se Oxaloacetato. Essa enzima Piruvato Carboxilase possui uma coenzima, a vitamina B7, chamada BIOTINA (O CO2 do tampão se liga à biotina e depois é transferido ao piruvato).
Deficiência de Biotina (B7) : dificulta a produção de glicose via gliconeogenese, pois a Biotina não estando presente, a reação não será consumada e a via não terá prosseguimento. Lembrando que a reação ocorre na matriz mitocondrial.
2ª Oxaloacetato (4C) Fosfoenolpiruvato (3C)
A reação necessita de GTP e libera CO2. A enzima que atua nessa etapa é a Fosfoenolpiruvato Carboxiquinase.
A Neoglicogênese é uma via metabólica que ocorre em 2 locais dentro das células hepáticas e
renais: no citosol e na matriz mitocondrial. A primeira etapa (formação do Fosfoenol piruvato)
possui 2 possibilidades, descritas a seguir:
￫ Primeira Possibilidade: O piruvato do citosol proveniente da glicólise entra na mitocôndria, e lá é convertido à oxaloacetato pela piruvato carboxilase. Este produto não atravessa livremente a membrana mitocondrial interna, e por isso, precisa ser convertido à malato para que possa retornar ao citosol. Essa sua conversão em malato ocorre com gasto de NADH, formando NAD+. Esse malato, então, pode atravessar a membrana mitocondrial interna e alcançar o citoplasma. Lá, através de uma outra enzima, volta ser Oxaloacetato (essa reação de ‘retorno’ produz um NADH). Este, por sua vez, pode ser convertido em Fosfoenolpiruvato pela atuação da enzima Fosfoenolpiruvato Carboxiquinase.
￫ Segunda possibilidade: Um lactato citossólico é convertido novamente em piruvato, através da formação de uma molécula de NADH, pela enz. Lactato desidrogenase. O Piruvato, então, atravessa a membrana mitocondrial interna e, na matriz, é convertido a Oxaloacetato pela piruvato carboxilase. No entanto, esse Oxaloacetato já pode ser convertido em Fosfoenolpiruvato através da atividade de uma enzima presente na matriz mitocondrial, a Fosfoenolpiruvato carboxiquinase mitocondrial, com a liberação de uma molécula de CO2. Esse Fosfoenolpiruvato pode atravessar livremente a membrana mitocondrial interna e ir ao citosol para dar prosseguimento às reações da gliconeogênese.
O que que vai determinar a ocorrência de uma das 2 possibilidades? A origem do Piruvato!
- Se o piruvato vem da Alanina, o Oxaloacetato terá que ir pro citosol pra gerar o NADH (1ª possibilidade)
- Se o Piruvato vem o Lactato, o Fosfoenol piruvato é formado diretamente na matriz mitocondrial (2ª possibilidade)
É necessário que sejagerado NADH nessa primeira etapa! A 1ª possibilidade segue um caminho maior porque ela tem que gerar o NADH citossólico, a partir da conversão do Malato em Oxaloacetato; já a 2ª possibilidade já gera o NADH a partir da conversão de Lactato em Piruvato, ou seja, não é necessário que ocorra mais reações químicas para mais produção de NADH, porque ela já ocorreu, e então, o fosfoenol piruvato já pode ser gerado no citosol.
Metabolismo do Etanol: O etanol é metabolizado no fígado por 2 reações de oxidação. Em cada reação, elétrons são transferidos ao NAD+, resultando em um aumento maciço na concentração de NADH citossólico. A abundância de NADH favorece a redução de piruvato em lactato e oxaloacetato em malato, ambos intermediários na síntese de glicose pela gliconeogênese. Assim, o aumento no NADH mediado pelo etanol faz com que os intermediários da gliconeogênese sejam desviados para rotas alternativas de reação, resultando em síntese DIMINUÍDA de glicose. Isto pode acarretar hipoglicemia, particularmente em indivíduos com depósitos exauridos de glicogênio hepático. Em outras palavras, o Etanol inibirá a neoglicogênese. Nas 2 possibilidades de produção de Fosfoenol piruvato descritas acima, ocorre a produção de NADH. O Metabolismo do Etanol também gera NADH, no caso da metabolização de uma molécula só, são gerados 2 NADH. Se a pessoa beber muito, ela estará metabolizando muito etanol, fazendo com que ocorra uma maciça produção de NADH. Isso sinalizará para o organismo que não é mais necessário que o organismo produza NADH, pois há muita disponibilidade dele, o que fará com que reações que geram NADH, como essas descritas acima, fiquem inibidas. O gasto de glicogênio hepático e a não produção de mais glicose, uma vez que a gliconeogenese está inibida, fará o indivíduo ter hipoglicemia. Uma recomendação àqueles que bebem é ingerir glicose diretamente ou que se alimente adequadamente enquanto bebe, pois a alimentação trará aumento da oferta de glicose, e isso impedirá que ela tenha uma forte hipoglicemia.
A metabolização do etanol ocorre em 2 etapas:
Etanol Acetaldeído Acetato (+2NADH)
● Regulação Alostérica
￫ Hipoglicemia = Glucagon Ativa Neoglicogênese. O Hormônio sinaliza para a célula a necessidade de que ela aumente a transcrição de RNAm que codificam as enzimas piruvato carboxilase e fosfoenolpiruvato carboxiquinase, para que trabalhem na neoglicogênese. 
Quando há grande oferta de glicose, esta é convertida em glicose-6P, que pode converter-se em frutose-6P. Portanto, em hiperglicemia, temos altas taxas de glicose-6P e frutose-6P.
Fosfofrutoquinase 2 Realiza a conversão de Frutose-6P em Frutose-2,6-BP.
A Frutose-2,6-BP estimula a Fosfofrutoquinase 1 alostericamente, indicando a ela que há muito açúcar dentro da célula, ou seja, ela precisa trabalhar para remover o excesso da célula. Consequentemente, se a frutose-2,6-BP estimula a glicólise, ela inibe a gliconeogênese. A frutose-2,6-BP inibe a frutose-1,6-BPase
A Fosfofrutoquinase 2 (PFK-2) é uma enzima bifuncional, possuindo atividade de quinase e de fosfatase.
Glucagon realiza a fosforilação da PFK-2, tornando ativa a parte da enzima com atividade fosfatase, o que converterá Frutose-2,6-BP em Frutose-6P. A diminuição da concentração de Frutose-2,6-BP inibirá a Fosfofrutoquinase -1, ou seja, inibirá a glicólise e, consequentemente, favorecerá a gliconeogênese.
Insulina realiza a desfosforilação da PFK-2, tornando ativa a parte da enzima com atividade quinase, o que converterá Frutose-6P em Frutose-2,6-BP. O aumento da concentração de Frutose-2,6-BP ativará a Fosfofrutoquinase-1, ou seja, ativará a glicólise e, consequentemente, desfavorecerá a gliconeogênese.
Como que o Glucagon fosforila essa enzima bifuncional?
Glucagon liga-se ao seu receptor, ativa a Adenilato Ciclase (AC), que aumenta [cAMP], que ativa proteína quinase A e fosforila a proteína bifuncional, perdendo sua atividade de síntese de frutose-2,6-BP Gliconeogenese ativada !
Adrenalina = Epinefrina Age tanto no fígado quanto no m. esquelético! Quando ela se liga aos seus receptores ela ativa Glicogenólise. Esta aumenta [cAMP], que aumenta a atividade da prot. quinase A. Esta ativa fosforilase, que degrada glicogênio.
No fígado, a adrenalina também vai estimular a neoglicogênese: ela é secretada em uma condição de stress, que tem contração de músculo esquelético. Esta gera lactato, que é convertido em piruvato e isso ativa a neoglicogênese.
Glucagon é secretado em estado de hipoglicemia. Realiza uma cascata de reações intracelulares, descritas mais acima. A Proteína Quinase A ativada fosforilará a fosforilase do glicogênio e ativará gliconeogênese. Esse hormônio não age no m. esquelético.
• Glicose-6P Glicose (última reação da gliconeogenese)
Para a glicose sair da célula, ela precisa ser desfosforilada, e por isso, é necessária uma
glicose-6Pase. Esta é regulada por “mais síntese”, mediada pela presença do glucagon. O glucagon ativa a síntese da Glicose-6Pase (hipoglicemia).
• Existem 3 níveis de regulação das enzimas:
- Alostérica – Muito rápida
- (Des)Fosforilação (modificação covalente mediada por hormônio)
- Hormonal – o hormônio, além de desencadear a cascata de reações, que (des)fosforilam as enzimas, ele pode também mandar um sinal para aumento de síntese de certa enzima é o mais lento de todos!
Hipoglicemia Glucagon é secretado, promove cascata de reações nas células que determinará o aumento da [cAMP] e a ativação da Proteína Quinase A. Essa proteína quinase A realizará fosforilação de várias enzimas.
1. Fosforila a Fosforilase Quinase, relacionada com a degradação do glicogênio, ativando a glicogenólise (quebra de glicogênio).
2. Fosforila a Glicogênio Sintase, inativando-a,ou seja, diminui a síntese de glicogênio.
3. Fosforila o Complexo Bifuncional de Fosfofrutoquinase-2 e Fosfatase, que diminui o nível de frutose-2,6-BP. Essa queda inibe a Fosfofrutoquinase-1, inibindo a glicólise e ativando gliconeogenese
4. Fosforila Piruvato Quinase, promovendo a diminuição da via glicolítica.