Gliconeogênese

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GLICONEOGÊNESE 
 
VISÃO GERAL 
Alguns tecidos, como o encéfalo, os eritrócitos, a medula renal, o cristalino e a 
córnea, os testículos e o músculo em exercício necessitam de suprimento 
contínuo de glicose como combustível metabólico. O glicogênio hepático, uma 
fonte essencial pós-prandial de glicose, pode satisfazer essas necessidades por 
menos de 24 horas na ausência de ingestão de carboidratos. Durante um jejum 
prolongado, contudo, as reservas hepáticas de glicogênio são depletadas, e a 
glicose é produzida a partir de precursores não glicídicos. A formação de glicose 
não ocorre por simples reversão da glicólise, pois o equilíbrio geral da glicólise 
favorece fortemente a formação de piruvato. Em vez disso, a glicose é sintetizada 
de novo por uma via especial, a gliconeogênese, que requer tanto enzimas 
mitocondriais quanto citosólicas. Durante o jejum de uma noite, cerca de 90% 
da gliconeogênese ocorre no fígado, com os rins fornecendo 10% das moléculas 
de glicose recém-sintetizadas. No jejum prolongado, no entanto, os rins tornam-
se importantes órgãos produtores de glicose, contribuindo com 
aproximadamente 40% da produção total de glicose. 
SUBSTRATOS 
Precursores gliconeogênicos são moléculas que podem ser utilizadas na 
produção líquida de glicose. Glicerol, lactato e α-cetoácidos, obtidos do 
metabolismo de aminoácidos glicogênicos, são os mais importantes precursores 
da gliconeogênese (apenas dois leucina e lisina não são glicogênicos). 
 GLICEROL 
O glicerol é liberado durante a hidrólise dos triacilgliceróis (TAGs) no tecido adiposo e levado ao fígado pelo 
sangue. O glicerol é fosforilado pela glicerol-cinase, resultando em glicerol-3-fosfato, que é oxidado pela 
glicerol-3-fosfato-desidrogenase, produzindo di-hidroxiacetona-fosfato – um intermediário da glicólise e da 
gliconeogênese. 
 LACTATO 
O lactato, produzido na glicólise anaeróbia, é liberado no sangue pelo músculo 
esquelético em exercício e pelas células que não possuem mitocôndrias, como os 
eritrócitos. No ciclo de Cori, esse lactato é captado pelo fígado e oxidado, 
produzindo piruvato, que é reconvertido em glicose, a qual é liberada de volta 
para a circulação. 
 AMINOÁCIDOS 
Os aminoácidos produzidos pela hidrólise de proteínas teciduais são a principal 
fonte de glicose durante um jejum. Seu metabolismo produz α-cetoácidos, como 
o piruvato, que é convertido em glicose, ou como o α-cetoglutarato, que pode 
entrar no ciclo do ácido cítrico e formar oxalacetato (OAA), um precursor direto do fosfoenolpiruvato (PEP). 
REAÇÕES 
A acetil-coenzima A e os compostos que produzem apenas este metabólito (acetoacetato e aminoácidos 
como lisina e leucina) não podem levar à síntese líquida de glicose. Isso se deve à natureza irreversível da 
reação do complexo da piruvato-desidrogenase (PDHC), que converte o piruvato em acetil-CoA. Esses 
compostos originam, em vez da glicose, os corpos cetônicos e são, portanto, denominados cetogênicos. 
 
Sete reações glicolíticas são reversíveis, sendo utilizadas na síntese de glicose a partir de lactato ou piruvato. 
Três das reações glicolíticas, no entanto, são irreversíveis e devem ser contornadas pela utilização de quatro 
reações alternativas, que favorecem energeticamente a síntese de glicose. Essas reações irreversíveis, que em 
conjunto são exclusivas da gliconeogênese, são descritas a seguir. 
 CARBOXILAÇÃO DO PIRUVATO 
O primeiro “bloqueio na via” que deve ser contornado, na síntese de glicose a partir do piruvato, é a conversão 
irreversível de PEP em piruvato, catalisada pela piruvato-cinase (PK) na glicólise. Na gliconeogênese, o 
piruvato é carboxilado pela piruvato-carboxilase (PC), produzindo OAA, que é então convertido em PEP pela 
ação da PEP-carboxicinase (PEPCK). 
- BIOTINA 
 A PC requer, para sua ação, a coenzima biotina, que se liga covalentemente à proteína enzimática pelo grupo 
ε-amino de um resíduo de lisina. A hidrólise de um ATP impulsiona a formação de um intermediário enzima-
biotina-dióxido de carbono, o qual então carboxila o piruvato, formando OOA. A reação da PC ocorre na 
mitocôndria de células hepáticas e renais e tem dois propósitos: fornecer o PEP, um substrato importante para 
a gliconeogênese, e fornecer OAA, para repor os intermediários do ciclo do ácido cítrico, pois esses podem 
sofrer depleção. As células musculares também contêm PC, mas utilizam o OAA produzido apenas para esse 
último propósito (anaplerótico) – elas não sintetizam glicose (uma proteína transportadora de piruvato o 
carrega do citosol para a mitocôndria). 
 
- REGULAÇÃO ALOSTÉRICA 
A PC é ativada alostericamente pela acetil-CoA. Níveis elevados de acetil-CoA na mitocôndria sinalizam um 
estado metabólico em que é necessária uma síntese aumentada de OAA. Por exemplo, isso pode ocorrer 
durante o jejum, quando o OAA é utilizado para a gliconeogênese no fígado e nos rins. Por outro lado, quando 
os níveis de acetil-CoA estiverem baixos, a PC encontra-se praticamente inativa, e o piruvato é, em sua maior 
parte, oxidado pelo PDHC, produzindo acetil-CoA, que pode ser posteriormente oxidada pelo ciclo do ácido 
cítrico. 
 
 
 TRANSPORTE DE OXALACETATO PARA O CITOSOL 
Para a gliconeogênese continuar, o OAA deve ser convertido em PEP pela PEPCK. Para a produção de PEP 
no citosol, é necessário transportar o OAA para fora da mitocôndria. Não existe, entretanto, um transportador 
de OAA na membrana mitocondrial interna; ele deve ser primeiramente reduzido a malato pela malato-
desidrogenase (MD) mitocondrial. O malato é transportado para o citosol e reoxidado a OAA pela MD 
citosólica, enquanto nicotinamida-adenina-dinucleotídeo (NAD+) é reduzido a NADH. O NADH produzido 
é utilizado na redução do 1,3-bisfos-foglicerato a gliceraldeído-3-fosfato pela gliceraldeído-3-fosfato-
desidrogenase, um passo comum à glicólise e à gliconeogênese. 
 DESCARBOXILAÇÃO DO OXALACETATO NO CITOSOL 
O OAA é descarboxilado e fosforilado no citosol pela PEPCK, produzindo PEP. A reação utiliza energia da 
hidrólise de trifosfato de guanosina (GTP). As ações combinadas da PC e da PEPCK fornecem uma via 
energeticamente favorável do piruvato ao PEP. O PEP sofre então as reações da glicólise, andando no sentido 
inverso, até chegar à frutose-1,6-bisfosfato. 
 DESFOSFORILAÇÃO DA FRUTOSE-1,6-BISFOFATO 
A hidrólise da frutose-1,6-bisfosfato pela frutose-1,6-bisfosfatase, encontrada no 
fígado e nos rins, contorna a reação irreversível da fosfofrutocinase-1 (PFK-1) 
da via glicolítica e fornece uma via energeticamente favorável para a formação 
de frutose-6-fosfato. Essa reação é um importante sítio regulatório da 
gliconeogênese. 
- REGULAÇÃO PELOS NÍVEIS ENERGÉTICOS INTRACELULARES 
A fruto-se-1,6-bisfosfatase é inibida por um aumento na relação monofosfato de adenosina (AMP)/ATP, que 
sinaliza um estado de “baixa energia” na célula. Por sua vez, níveis baixos de AMP e níveis altos de ATP 
estimulam a gliconeogênese, uma via que demanda energia. 
- REGULAÇÃO PELA FRUTOSE-1,6-BISFOSFATO 
A frutose-1,6-bisfosfatase é inibida pela frutose-2,6-bisfosfato, um efetor alostérico cuja concentração é 
influenciada pela relação insulina/glucagon. Quando os níveis de glucagon aumentam, esse efetor deixa de ser 
produzido pela PFK-2 hepática, e, assim, a fosfatase é ativada. 
 
 
 
Quando o lactato estiver em abundância, ele é oxidado a piruvato ao mesmo tempo em que o NAD+ é 
reduzido. O piruvato é transportado para dentro da mitocôndria e carboxilado pela PC, produzindo OAA, 
que pode ser convertido em PEP pela isozima mitocondrial da PEPCK. O PEP é transportado então para 
o citosol. O OAA pode também ser convertido em aspartato, que é transportado para o citosol. 
 
O pareamento da carboxilação com a descarboxilação possibilita a ocorrência de reações que seriam, de 
outra forma, energeticamente desfavoráveis. 
os sinais que inibem (baixa energia, altos níveis de frutose-2,6-bisfosfato) ou quefavorecem (alta energia, 
baixos níveis de frutose-2,6-bisfosfato) a gliconeogênese apresentam efeito oposto sobre a glicólise, 
permitindo o controle recíproco da síntese e da oxidação da glicose. 
 
 
 DESFOSFORILAÇÃO DA GLICOSE-6-FOSFATO 
A hidrólise da glicose-6-fosfato pela glicose-6-fosfatase contorna a 
reação irreversível da hexocinase/glicocinase e fornece uma via 
energeticamente favorável para a formação de glicose livre. O fígado é 
o principal órgão que produz glicose livre a partir da glicose-6-fosfato. 
Esse processo requer um complexo de duas proteínas encontradas 
apenas em tecidos gliconeogênicos: a glicose-6-fosfato-translocase, que 
transporta a glicose-6-fosfato através da membrana do retículo 
endoplasmático (RE), e a glicose-6-fosfatase, que remove o fosfato, 
produzindo glicose livre. Transportadores específicos são responsáveis 
pelo transporte de glicose para o citosol e daí para o sangue. 
 RESUMO DAS REAÇÕES DA GLICÓLISE E DA GLICONEOGÊNESE 
Das 11 reações necessárias para converter piruvato em glicose livre, sete são 
reversíveis, catalisadas por enzimas glicolíticas. As três reações irreversíveis da 
glicólise (catalisadas pelas enzimas hexocinase/glicocinase, PFK-1 e PK) são 
contornadas pelas reações catalisadas pelas enzimas glicose-6-fosfatase, frutose-
1,6-bisfosfatase, PC e PEPCK. Na gliconeogênese, o equilíbrio das sete reações 
reversíveis da glicólise é deslocado para favorecer a síntese de glicose como 
resultado da formação essencialmente irreversível de PEP, frutose-6--fosfato e 
glicose, catalisada pelas enzimas gliconeogênicas. 
 
Essas proteínas da membrana do RE são também necessárias para o último passo da degradação do 
glicogênio. As doenças do armazenamento do glicogênio Ia e Ib, causadas por deficiências na fosfatase e 
na translocase, respectivamente, caracterizam-se por grave hipoglicemia no jejum, pois não é possível 
produzir glicose livre, seja pela gliconeogênese, seja pela glicogenólise.) 
A estequiometria da gliconeogênese a partir de duas moléculas de piruvato 
associa a clivagem de seis ligações de fosfato de alta energia e a oxidação de 
dois NADHs com a formação de uma molécula de glicose. 
 
REGULAÇÃO 
A regulação momento a momento da gliconeogênese é determinada principalmente pelos níveis circulantes 
de glucagon e pela disponibilidade de substratos gliconeogênicos. Além disso, lentas mudanças adaptativas 
na atividade enzimática resultam de alterações na velocidade de síntese ou degradação de enzimas, ou de 
ambas. 
 GLUCAGON 
Esse hormônio peptídico é produzido pelas células α das ilhotas pancreáticas e estimula a gliconeogênese 
por meio de três mecanismos. 
- ALTERAÇÕES EM EFETORES ALOSTÉRICOS 
O glucagon diminui os níveis hepáticos de frutose-2,6-bisfosfato, resultando na ativação da frutose-1,6-
bisfosfatase e na inibição da PFK-1, favorecendo a gliconeogênese em detrimento da glicólise. 
- MODIFICAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMTICA POR LIGAÇÕES COVALENTES 
O glucagon liga-se ao seu receptor, o qual é acoplado à proteína G, e, via aumento nos 
níveis de AMP cíclico (AMPc) e na atividade da proteína-cinase A dependente de 
AMPc, estimula a conversão da PK hepática em sua forma inativa (fosforilada). Isso 
diminui a conversão do PEP em piruvato, tendo o efeito de redirecioná-lo para a 
gliconeogênese. 
- INDUÇÃO DA SÍNTESE DE ENZIMAS 
O glucagon causa um aumento na transcrição do gene da PEPCK via ativação do fator 
de transcrição proteína-ligante do elemento responsivo ao AMPc (CREB), desse modo 
aumentando a disponibilidade dessa enzima, na medida em que os níveis de seu 
substrato aumentam durante o jejum (o cortisol [um glicocorticoide] também aumenta 
a expressão desse gene, enquanto a insulina a diminui). 
 DISPONIBILIDADE DE SUBSTRATO 
A disponibilidade de precursores gliconeogênicos, especialmente de aminoácidos glicogênicos, influencia de 
modo considerável a velocidade da síntese de glicose. A diminuição nos níveis de insulina favorece a 
mobilização de aminoácidos a partir de proteínas musculares, para disponibilizar os esqueletos carbonados 
para a gliconeogênese. O ATP e as coenzimas NADH necessários para a gliconeogênese são fornecidos 
principalmente pela oxidação de ácidos graxos (AG). 
 ATIVAÇÃO ALOSTÉRICA PELA ACETIL-COA 
Durante o jejum, ocorre a ativação alostérica da PC hepática pela acetil-CoA. Como 
resultado do aumento da hidrólise de TAG no tecido adiposo, o fígado é inundado com 
AG. A velocidade de formação de acetil-CoA pela β-oxidação desses AG excede a 
capacidade do fígado de oxidá-la a CO2 e água. Como resultado, a acetil-CoA acumula 
e ativa a PC. 
 
 INIBIÇÃO ALOSTÉRICA PELO AMP 
A frutose-1,6-bisfosfatase é inibida por AMP – um composto que ativa a PFK-1. Isso resulta na regulação 
recíproca da glicólise e da gliconeogênese, como visto anteriormente para a frutose-2,6-bisfosfato. Desse 
modo, níveis elevados de AMP estimulam vias produtoras de energia e inibem vias que demandam energia. 
A acetil-CoA inibe o PDHC por meio da ativação da PDH-cinase. Desse 
modo, esse composto sozinho pode redirecionar o piruvato no sentido da 
gliconeogênese, removendo-o da oxidação no ciclo do ácido cítrico. 
 
 
 
 
 
Bibliografia: CHAMPE, Pamela C.; HARVEY, Richard A.; FERRIER, Denise R. Bioquímica ilustrada. 4. 
ed. Porto Alegre, RS: Artmed, 2009. 519 p. (Biblioteca Artmed). ISBN 978-85-363-1713-7.