Estudo dirigido - metabolismo, glicólise, gliconeogênese, glicogênese e glicogenólise

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NOÇÕES GERAIS - METABOLISMO
Catabolismo x Anabolismo
O catabolismo é a fase de degradação do metabolismo, na qual moléculas nutrientes orgânicas (carboidratos, gorduras e proteínas) são convertidas em produtos finais menores e mais simples (como ácido láctico, CO2 e NH3). As vias catabólicas liberam energia, e parte dessa energia é conservada na forma de ATP e de transportadores de elétrons reduzidos (NADH, NADPH e FADH2); o restante é perdido como calor. 
No anabolismo, também chamado de biossíntese, precursores pequenos e simples formam moléculas maiores e mais complexas, incluindo lipídeos, polissacarídeos, proteínas e ácidos nucleicos. As reações anabólicas necessitam de fornecimento de energia, geralmente na forma de potencial de transferência do grupo fosforil do ATP e do poder redutor de NADH, NADPH e FADH2.
· Nesses processos pode haver compartilhamento de enzimas
· Não são simultâneos
· Há mecanismos regulatórios (compartimentos celulares, enzimas, regulação cinética…)
· Regulação intracelular: reação em si - substratos e regulação alostérica por intermediários metabólicos ou coenzimas.
· Regulação extracelular: externos à via - hormônios e regulação alostérica ou covalente (alteração da velocidade de síntese ou degradação)
Vias metabólicas
Algumas vias metabólicas são lineares e algumas são ramificadas, gerando múltiplos produtos finais úteis a partir de um único precursor ou convertendo vários precursores em um único produto. Em geral, as vias catabólicas são convergentes e as vias anabólicas são divergentes. Algumas vias são cíclicas: um composto inicial da via é regenerado em uma série de reações que converte outro componente inicial em um produto.
Metabolismo intermediário: Precursores, metabólitos e produções de baixo peso molecular.
Metabolismo secundário: Fluxo pequeno que envolve degradação ou formação de pequenas quantidades de substrato por dia (ex: mg/dia).
REAÇÃO EXERGÔNICA: Libera energia, degradação, catabolismo.
REAÇÃO ENDERGÔNICA: Absorve energia, síntese, anabolismo.
Tipos de reações
1) Oxidação-redução
2) Rompimento ou criação de ligações covalentes entre carbonos
3) Rearranjo interno - isomerização e eliminação de grupos
4) Transferência de grupos
5) Radicais livres
Rompimento de ligações covalentes
· Homolítico
· Heterolítico
NUCLEÓFILO: doa elétrons
ELETRÓFILO: recebe elétrons
OXIDAÇÃO: perda de elétron
REDUÇÃO: ganho de elétron - requer energia
ATP
· Armazena a energia liberada pelas reações químicas exotérmicas;
· Transfere sua energia através de suas ligações fosfato;
· A adição de fosfato em um substrato favorece a catálise enzimática.
Produção de ATP:
1) Fosforilação em nível de substrato
2) Fosforilação oxidativa
3) Fotofosforilação
ESTRUTURA QUÍMICA
FORMAÇÃO
1) Adenina + fosfato = adenosina
2) Adenosina + ácido fosfórico = adenosina monofosfato (AMP)
3) ADP
4) ATP
ESTUDO DIRIGIDO GLICÓLISE
1. Esquematize a via glicolítica
Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi → 2 piruvato + 2ADP + 2NADH + 2H+ + 4ATP + 2H2O
2. Quais são as enzimas reguladas nesta via? Fale sobre a regulação de cada enzima.
As enzimas que são reguladas dessa via são a hexoquinase, fosfofrutoquinase e piruvato quinase, sendo todas reguladas de forma alostérica. 
A hexoquinase converte glicose em glicose-6-fosfato, sendo que ela é modulada negativamente pelo seu produto (glicose-6-fosfato). 
A fosfofrutoquinase (PFK-1) é a principal enzima regulatória e converte frutose-6-fostato em glicose-1,6-bifosfato, sendo modulada positivamente por AMP, ADP e frutose-2,6-bifosfato e negativamente por ATP, citrato e H+. 
A piruvato quinase converte fosfoenolpiruvato em piruvato sendo regulada positivamente pelo produto da PFK-1, a frutose-1,6-bifosfato, e negativamente por acetil-CoA.
3. Que tipo de síntese de ATP ocorre nesta via? Indique em quais reações.
A síntese de ATP que ocorre é em nível de substrato, sendo que essas reações ocorrem na fase de pagamento da glicólise durante a conversão de 1,3-bifosfoglicerato em 3-fosfoglicerato pela enzima fosfoglicerato quinase que transfere um fosfato para a molécula de ADP gerando 2 ATPs e na conversão de fosfoenolpiruvato em piruvato pela enzima que piruvato quinase, que faz a mesma reação gerando mais 2 ATPs.
4. Como esta via será modulada quando os níveis de 2,6 frutose bifosfato estiverem elevados?
A frutose-2,6-fosfato em níveis elevados irão modular positivamente a enzima fosfofrutoquinase 1, acelerando a conversão de frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato e consequentemente, aumentando a glicólise.
5. Como é regulada a entrada de glicose nesta via quando ela vem a partir do glicogênio? 
A glicose a partir do glicogênio é obtido na glicogenólise, com a enzima glicogênio fosforilase fosforilando o glicogênio em glicose-1-fosfato e a enzima fosfoglicomutase mudando a posição do fosfato e produzindo glicose-6-fosfato que será utilizado na via glicolítica. Essa glicose-6-fosfato a partir do glicogênio pula uma etapa da glicólise que utiliza ATP, sendo então mais favorável por ter um saldo líquido de 3 ATPs ao invés de 2.
6. Qual o destino do piruvato quando em aerobiose?
Em aerobiose, o piruvato irá para a mitocôndria para ser transformado em acetil-CoA e utilizado no ciclo de Krebs.
7. Esquematize e diferencie fermentação láctica da alcoólica. 
A fermentação lática ocorre nos músculos e hemácias e transforma piruvato em lactato com a enzima lactato desidrogenase gerando NAD+. 
Na fermentação alcoólica o piruvato é transformado em acetaldeído pela enzima piruvato descarboxilase que utiliza cofatores (TPP e Mg+) e descarboxila, e o acetaldeído é transformado em etanol pela enzima álcool desidrogenase gerando NAD+. 
8. A insulina e o glucagon atuam na regulação desta via, como?
A insulina tem função de transportar a glicose do sangue para os tecidos sendo liberada pelas células beta pancreáticas quando há o aumento da glicemia, então haverá a indução da via glicolítica a modulando positivamente para utilização dessa glicose (e também de glicogênese). 
Já o glucagon regulará essa via negativamente, já que é um hormônio produzido pelas células alfa pancreáticas responsável por estimular vias glicogenólicas e gliconeogênicas quando há a pouca glicose disponível, inibindo a via glicolítica.
9. Esta via é dividida em duas fases, quais são elas?
As fases da glicólise são: fase preparatória e fase de pagamento. 
A fase preparatória serve para apreensão da molécula de glicose, a fosforilando e utilizando 2 ATPs até formar duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato. 
A fase de pagamento é onde ocorre a conversão oxidativa do gliceraldeído-3-fosfato até piruvato gerando 4 ATPs e 2 NADH.
10. Qual o papel da fosfrutoquinase 1 e da fosfofrutoquinase 2?
A fosfofrutroquinase-1 é uma enzima que converte frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato, sendo a principal enzima regulatória da via glicolítica já que seu produto regula outra enzima (piruvato quinase). 
Já a fosfofrutoquinase-2 é uma enzima que com o seu domínio de quinase ativo converte frutose-6-fostato em frutose-2,6-bifosfato, sendo esse um modulador positivo da enzima fosfofrutoquinase-1.
11. A glicose na célula pode ser precursora de quais compostos?
A glicose pode ser precursora de piruvato produzido na oxidação da via glicolítica; de glicogênio, amido e sacarose para armazenamento; e de ribose-5-fosfato na oxidação da via da pentose fosfato.
12. Quando a glicose a ser oxidada até piruvato é proveniente da glicogenólise, quantos ATPs líquido serão produzidos?
Na glicogenólise, o glicogênio é transformado em glicose-6-fosfato. Na glicólise, a fosforilação da glicose em glicose-6-fosfato utiliza 1 ATP. Então, quando é proveniente da glicogenólise, se “pula” uma etapa sem a utilização de 1 ATP na fase preparatória, tendo então um saldo líquido de 3 ATPs ao invés de 2 quando a glicose-6-fosfato é proveniente da glicogenólise. 
ESTUDO DIRIGIDO GLICONEOGÊNESE
13. Qual o objetivo desta via?
A gliconeogênese é uma via metabólica com função de produzir glicose a partir de precursores.14. Cite os possíveis precursores da glicose em uma célula animal.
Os possíveis precursores de glicose na célula animal são o lactato, glicerol, piruvato e aminoácidos glicogênicos.
15. Onde esta via ocorre?
Ocorre no citosol e na mitocôndria de células do fígado e nos rins em menor quantidade.
16. Esquematize esta via e correlacione os desvios com as reações da via glicolítica.
Na gliconeogênese, existem 3 desvios em relação à via glicolítica. O primeiro desvio é a produção de fosfoenolpiruvato a partir de piruvato, podendo acontecer no citosol ou na mitocôndria. Na mitocôndria, o piruvato sofre a ação da piruvato carboxilase que utiliza ATP e retira CO2 produzindo oxaloacetato, substrato da PEP carboxiquinase mitocondrial que utiliza GTP e retira mais um CO2 gerando fosfoenolpiruvato levado para o citosol. Porém, quando há bastante NADH na mitocôndria e pouco no citosol, o oxaloacetato é transformado em malato para o mesmo ser transformado em oxaloacetato novamente no citosol liberando NADH. O segundo desvio é a produção de frutose-6-fosfato a partir da frutose-1,6-bifosfato, feito pela enzima frutose-1,6-bifosfatase dependente de Mg2+. O terceiro desvio é a produção de glicose a partir de glicose-6-fosfato feito pela enzima glicose-6-fosfatase dependente de Mg2+.
17. “Esta via representa um baixo custo energético para célula”. Esta afirmativa é verdadeira? Justifique sua resposta.
É falsa, pois utiliza 4 ATPs e 2 GTPs para poder sintetizar mais glicose, tendo um alto custo energético para a célula. 
18. Que enzima nesta via compartilha o mesmo modulador alostérico da fosfofrutoquinase-1 da via glicolítica?
A enzima que possui o mesmo modulador da PFK-1 é a frutose-1,6-bifosfatase, sendo esse modulador a frutose-2,6-bifosfato que modula a PFK-1 positivamente e a frutose-1,6-bifosfatase negativamente. 
19. Como esta via é regulada?
A via da gliconeogênese é regulada de forma oposta à via glicolítica. Nesse sentido, as enzimas que atuam de forma oposta às enzimas da via glicolítica, são moduladas de forma oposta. 
Portanto, a PEP-carboxiquinase é modulada positivamente pela concentração de piruvato e GTP, e negativamente pela concentração de GDP. 
A frutose-1,6-bifosfatase é regulada negativamente pela frutose-2,6-bifosfato e positivamente pela concentração de ATP. 
A glicose-6-fosfatase é regulada negativamente pela concentração de glicose livre e positivamente pela concentração de glicose-6-fosfato.
20. Como esta via é regulada quando os níveis de glicose estão altos?
Com os níveis de glicose altos, não há a necessidade de haver gliconeogênese para sintetizar glicose, então a via será regulada com a liberação de insulina estimulando a via de glicogênese e inibindo a de gliconeogênese.
21. O que é o ciclo de Cori?
O ciclo de Cori é um ciclo metabólico que consiste na conversão de glicogênio em lactato através da fermentação lática em condição de exercício intenso, com o lactato indo para a corrente sanguínea e consequentemente pro fígado, onde servirá de precursor para uma nova molécula de glicose-6-fosfato na via de gliconeogênese.
22. Explique detalhadamente o primeiro desvio da via gliconeogênica. 
O primeiro desvio é a produção de fosfoenolpiruvato a partir de piruvato, podendo acontecer no citosol ou na mitocôndria. Na mitocôndria, o piruvato sofre a ação da piruvato carboxilase que utiliza ATP e retira CO2 produzindo oxaloacetato, substrato da PEP carboxiquinase mitocondrial que utiliza GTP e retira mais um CO2 gerando fosfoenolpiruvato levado para o citosol. Porém, quando há bastante NADH na mitocôndria e pouco no citosol, o oxaloacetato é transformado em malato para o mesmo ser transformado em oxaloacetato novamente no citosol liberando NADH.
23. Como é regulada a síntese de frutose 2, 6 bifosfato?
A enzima PFK-2 possui dois domínios, de quinase e de fosfatase. 
A enzima desfosforilada em forma de quinase transforma frutose-6-fosfato em frutose-2,6-bifosfato modulada positivamente pela insulina, já que esse produto irá ativar a glicólise. 
Já a enzima fosforilada em forma de fosfatase transforma frutose-2,6-bifosfato em frutose-6-fosfato modulada positivamente pelo glucagon, já que a diminuição de frutose-2,6-bifosfato irá inativar a glicólise e ativar a gliconeogênese. 
24. Como a insulina e o glucagon atuam na regulação desta via?
A insulina irá ativar a produção de frutose-2,6-bifosfato que é um modulador negativo da enzima glicose-6-fosfatase da gliconeogênese, consequentemente inibindo a via. 
O glucagon irá ativar a conversão da frutose-2,6-bifosfato em frutose-6-fosfato, modulando a via positivamente. 
ESTUDO DIRIGIDO SOBRE GLICOGÊNESE E GLICOGENÓLISE
25. Esquematize a hidrólise do glicogênio, indicando substratos, enzimas e produtos.
26. Explique como é regulada a glicogênio fosforilase.
A enzima glicogênio fosforilase é regulada covalentemente tendo duas formas: A e B. 
A forma A é a enzima fosforilada, sendo mais ativa e a forma B é a enzima desfosforilada, sendo menos ativa e sendo modulada positivamente (regulação alostérica) pelo AMP.
27. Como o glucagon irá regular a glicogenólise?
O glucagon irá fazer com que a enzima glicogênio fosforilase fique na sua forma A (mais ativa), já que o mesmo indica que há baixos níveis de glicose no sangue necessitando da quebra do glicogênio (via da glicogenólise).
28. Esquematize a síntese de glicogênio, indicando substratos, enzimas e produtos.
· Questão 25
29. Como a insulina irá regular a glicogênese?
A insulina aumentará a atividade da enzima glicogênio sintase e diminuirá a atividade da enzima glicogênio fosforilase (enzima da via de glicogenólise) para haver a produção de glicogênio a partir de glicose. 
30. Onde ocorre a glicogenólise e a glicogênese na célula?
Ambos processos ocorrem no meio citosólico.