Gliconeogênese: Definição, Importância e Precursores

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BIOQUÍMICA – Rafaela Negri
Gliconeogênese 
Definição:
-É o processo pelo qual a glicose é sintetizada a partir de precursores não carboidratos. 
-Pode vir do Glicerol ou qualquer composto que possa gerar piruvato ou oxaloacetato é precursor da glicose.
-A glicose é formada a partir de intermediários comuns da glicólise e gliconeogênese. 
-Das 10 reações (enzimas) da via glicolítica até piruvato, 7 são compartilhadas com a gliconeogênese. 
-Das 3 reações irreversíveis, a mais crítica é a conversão de piruvato a PEP, que não pode ser feita por uma única enzima. A carboxilação do piruvato a oxaloacetato possibilita o retorno a PEP. 
Importância:
-Alguns tecidos (como cristalino e córnea do olho, medula renal, testículos, leucócitos, eritrócitos e músculo esquelético em exercício) necessitam de suprimento contínuo de glicose. 
-O glicogênio hepático satisfaz esta necessidade por 10 a 18h na ausência de ingestão de carboidratos. A gliconeogênese é fonte de glicose durante o jejum prolongado. 
Local:
-Enzimas da Gliconeogênese se expressam:
· Fígado: Durante o jejum de uma noite: 90% da gliconeogênese. Jejum prolongado: 60% da gliconeogênese – serve para a manutenção da glicemia 
· Córtex Renal: Durante o jejum de uma noite: 10% da gliconeogênese. Jejum prolongado: 40% da gliconeogênese A maior parte é usada pela medula renal e o restante entra na corrente sanguínea.
Precursores:
Os precursores mais importantes em humanos são:
· Glicerol 
· Geradores de oxaloacetato: Lactato, piruvato, os aminoácidos glicogênicos (especialmente a alanina, via piruvato) e o propionil-CoA
Glicerol:
-Liberado a partir da hidrólise dos triacilgliceróis do tecido adiposo (lipólise), sendo levado ao fígado via corrente sanguínea
-Adrenalina e Glucagon promovem a produção de AMPc, via proteína Gs. O AMPc irá ativar a PKA, que por sua vez irá ativar a Lipase Hormônio sensível. O cortisol também promove a mobilização de ácidos graxos pelo tecido adiposo, porém o mecanismo não é muito conhecido 
-A Lipase irá degradar o Triacilglicerol em glicerol e ácidos graxos, os quais cairão na corrente sanguínea 
-O glicerol será captado pelo fígado e servirá como substrato para a gliconeogênese 
-O fígado possui a enzima glicerol-cinase, possibilitando a gliconeogênese a partir do glicerol. 
-O glicerol será fosforilado no carbono 3, gerando glicerol-3-fosfato, que será convertido à diidroxicetona-fosfato pela enzima glicerol-3-fosfato-desidrogenase
-A glicerol-3-P-DHé a mesma da lançadeira de elétrons.
-Uma parte da diidroxicetona-fosfato será isomerizada a giceraldeido-3-fosfato e outra parte vai se condensar com o giceraldeido-3-fosfato, formando frutose-1,6-bifosfato
-A frutose segue na gliconeogênese para formar glicose
Lactato:
-É oriundo da glicólise anaeróbica no músculo em exercício, nas células sem mitocôndria (como os eritrócitos) ou nos adipócitos durante o estado alimentado. 
-A enzima LDH hepática facilita a conversão do lactato a piruvato
- A circulação de lactato e glicose entre o fígado e os tecidos periféricos é chamada de Ciclo de Cori 
-O lactato produzido no Ciclo de Cori cai na corrente sanguínea, é captada pelo fígado e vai para gliconeogênese 
- O piruvato gera oxaloacetato, via piruvato carboxilase (reação anaplerótica do ciclo de Krebs), e o oxaloacetato forma PEP
Aminoácidos:
-Originam-se da dieta ou do pool (fundo comum) de aminoácidos no músculo, a partir da proteólise muscular
- De acordo com o destino da sua cadeia carbonada (α-cetoácidos), os aminoácidos dividem-se em glicogênicos, cetogênicos e glicocetogênicos
- Os aminoácidos glicogênicos formam piruvato ou intermediários do ciclo de krebs.
-A formação de piruvato se dá a partir, principalmente, da alanina (via transaminação pela TGP), ou a partir de outros aminoácidos
- O piruvato gera oxaloacetato, via piruvato carboxilase (reação anaplerótica do ciclo de Krebs), e o oxaloacetato forma PEP
- O Asp e a Asn formarão oxaloacetato, e os demais aminoácidos glicogênicos formam intermediários do ciclo de Krebs, que, por sua vez, formarão oxaloacetato. O oxaloacetato originará a glicose
Propionil-CoA:
-Única situação em que os ácidos graxos podem gerar glicose
-É produzido a partir da oxidação de ácidos graxos de número ímpar de carbonos ou de ácidos graxos ramificados, ou, ainda, a partir doa aminoácidos Ile, Val, Met, e Thr
Acetil-CoA x Produção de glicose:
-Para gerar glicose, a acetil-CoA deve produzir piruvato. 
-No entanto, ela não é substrato para a gliconeogênese, pois a reação de PDH é irreversível e como 2 carbonos são liberados na forma de CO2 para cada acetil- CoA que entra no ciclo de krebs, não há a regeneração de oxaloacetato a partir deste carbonos. Logo, não há síntese líquida de glicose a partir de acetil-CoA.
Reações irreversíveis
-Reações da glicólise que precisam ser superadas para a formação da glicose
- Das dez reações da glicólise: 
· Sete reações são reversíveis e podem ser usadas na gliconeogênese.
· Três reações são irreversíveis e devem ser contornadas para formação de glicose: 1)Glicocinase 
2)Fosfofrutocinase-1 
3)Piruvato-cinase
- Das 3 reações irreversíveis, a mais crítica é a conversão de piruvato a PEP (fosfoenolpiruvato), que não pode ser feita por uma única enzima. A carboxilação do piruvato a oxaloacetato possibilita o retorno a PEP. 
Conversão de piruvato a PEP:
1º Passo -Carboxilação do Piruvato na Mitocôndria: 
-A piruvato carboxilase hidrolisa ATP e impulsiona a formação de oxaloacetato. A reação requer biotina. Esta reação tem a função de formar oxalocacetato: 
· Para o ciclo de Krebs (principal reação anaplerótica), ou
· Para a gliconeogênese
-ATP dessa reação vem da β-oxidação de ácidos graxos no fígado 
2º Passo- Transporte do Oxaloacetato para o Citosol: 
-Como o oxaloacetato não pode atravessar a membrana interna mitocondrial, ele deverá se transformar em moléculas que possuem transportadores e podem sair da mitocôndria: 
1) PEP (fosfoenolpiruvato):
-O oxaloacetato se converte em PEP, via PEP- carboxicinase (PEPCK) mitocondrial. O PEP sai da mitocôndria e segue na gliconeogênese (reversão da glicólise até frutose 1,6 bisfosfato)
-O CO2 usado pela piruvato carboxilase para na formação de oxaloacetato é o mesmo produzido durante a conversão de oxaloacetato a PEP.
2) Malato ou 
-Via malato-desidrogenase mitocondrial (enzima do ciclo de Krebs). O malato sai da mitocôndria, e regenera o oxaloacetato via a malato-desidrogenase citosólica. 
3) Aspartato. 
-Via transaminação (TGO). No citosol, o aspartato regenera o oxaloacetato, também, por transaminação
-Assim o oxaloacetato poderá seguir na gliconeogênese. 
3º Passo - Descarboxilação do Oxaloacetato no Citosol:
- O oxaloacetato produzido no citosol, a partir do malato ou aspartato, converte-se a PEP pela enzima PEP- carboxicinase (PEPCK) citosólica.
-Durante a catálise, há a hidrólise de GTP
Resumindo: 
-A combinação das enzimas piruvato carboxilase + Malato DH ou TGO + PEPCK garante a formação do PEP no citosol
-2 piruvatos irão produzir 2 fosfoenolpiruvato (PEP)
-Cada molécula de fosfoenolpiruvato vai gerar 2-fosfoglicerato, que depois se converte a 3-fosfoglicerato
-Para a fosfogliceratoquinase formar 1,3 –bisfosfoglicerato a partir de partir de 3 fosfoglicerato será necessário ATP, que virá da β-oxidação de ácidos graxos
-Para que a gliceraldeido-3-fosfato-desidrogenase forme gliceraldeido-3-fosfato a partir de 1,3-bifosfoglicerato será necessário NADH 
-Origem do NADH:
· A partir do glicerol (glicerol converte-se em glicerol-3-fosfato pela glicerol-cinase e o glicerol-3-fosfato vai converter-se a diidroxicetona pela glicerol-3-fosfato-desidrogenase – com formação de NADH)
· Pela enzima malato-desidrogenase-citosólica (durante a oxidação do malato a oxaloacetato, o NADH produzido pela malato-desidrogenase-citosólica é usado pela gliceraldeído-3-P- DH)
-A cada 2 gliceraldeídos-3- fosfato formados, um é convertido à diidroxicetona-fosfato. A diidroxicetona-fosfatose une com o outro gliceraldeídos-3- fosfato para formar a frutose-1,6-bifsfato
-A próxima reação é irreversível - catalisada pela Fosfofrutocinase-1
Conversão de Frutose-1,6-Bisfosfato a Frutose:
-A reação é catalisada pela frutose-1,6-bisfosfatase. -Na reação contraria há consumo de ATP (na glicólise). No entanto, nessa reação não há produção de ATP pela remoção do fosfato de C1, pois a frutose1,6-bisfosfato é um composto de baixa energia de hidrólise
-A isomerase forma glicose-6-fosfato a partir de frutose-6-fosfato. A próxima reação irreversível é catalisada pela Glicocinase
Conversão da Glicose-6-Fosfato a Glicose:
-Gliconeogênese ocorre no fígado, e a isoforma da hexocinase no fígado é a Glicocinase, logo, a reação catalisada por ela que deve ser revertida 
-A reação é catalisada pela Glicose-6-Fosfatase. A ligação fosfato da glicose-6-fosfato, por ser de baixa energia, não gera ATP
-A reação ocorre no REL. A glicose-6-fosfato é transportada para o REL pela glicose-6-fosfato-translocase
-O fígado e rim são os únicos órgãos que liberam glicose livre a partir de glicose-6-fosfato
Gastos energéticos da gliconeogênese:
-O NADH necessário para que a gliceraldeido-3-fosfato-desidrogenase forme gliceraldeido-3-fosfato a partir de 1,3-bisfosfoglicerato vem:
· Do metabolismo do glicerol (glicerol converte-se em glicerol-3-fosfato pela glicerol-cinase e o glicerol-3-fosfato vai converter-se a diidroxicetona pela glicerol-3-fosfato-desidrogenase – com formação de NADH) ou 
· Da reação catalisada pela malato desidrogenase citosólica (durante a oxidação do malato a oxaloacetato, o NADH produzido pela malato-desidrogenase-citosólica é usado pela gliceraldeído-3-P- DH)
-O ATP necessário para converter o 3-fosfoglicerato em 1,3-bisfofoglicerato virá da β-oxidação de ácidos graxos
-O restante da energia para as outras reações também virá da β-oxidação de ácidos graxos
-Na conversão de 2 moles de piruvato a 1 mol de glicose:
· 2 moles de ATP são hidrolisados, quando 2 moles de piruvato são carboxilados à oxaloacetato, pela piruvato carboxilase. 
· 2 moles GTP (equivale a 2 moles de ATP) são necessários para converter 2 moles de oxaloacetato a 2 moles de PEP, pela PEPCK. 
· 2 moles de ATP são usados na formação de 2 moles de 1,3 bisfosfoglicerato a partir de 2 moles 3-fosfoglicerato, pela fosfogliceratocinase. 
· 2 moles de NADH são necessários para converter 2 moles de oxaloacetato em 2 moles de malato, pela malato DH mitocondrial (mais tarde, os elétrons serão doados pelo NADH, via malato DH citosólica, para a gliceraldeído-3-fosfato-DH).
Quando ocorre a gliconeogênese:
-Jejum (estímulo glucagon/cortisol) 
-Exercício prolongado (estímulo adrenalina) 
-Dieta rica em proteínas e pobre em carboidratos (estímulo hipoglicemia)
-Estresse (estímulo adrenalina/cortisol)
Regulação:
-As enzimas regulatórias são aquelas que catalisam as reações irreversíveis 
-São elas:
Piruvato-Cinase (Via Glicolítica)
- No fígado, o glucagon (via PKA) fosforila e inativa a piruvato-cinase. Assim o piruvato será redirecionado para formar oxaloacetato , e posteriormente, glicose
Piruvato-Desidrogenase (PDH) (Via Glicolítica)
-A atividade da PDH (via glicolítica) é regulada pela velocidade de produção/consumo de energia (ATP), sendo inibida por NADH e acetil-CoA. O NADH e o acetil-CoA têm origem na oxidação de ácidos graxos dos oriundos dos adipócitos (durante o jejum, exercício, estresse). Desta forma, o piruvato não é convertido em acetil-CoA, podendo ser usado na gliconeogênese
Piruvato Carboxilase
-É ativada alostericamente por acetil-CoA. Durante o jejum, há produção de acetil-CoA no fígado, a partir da oxidação de ácidos graxos do tecido adiposo.
-Quanto maior a [acetil-CoA] maior a necessidade de síntese de oxaloacetato para o ciclo de Krebs. -Nesta situação, a gliconeogênese também é beneficiada
Fosfoenolpiruvato-Carboxicinase (PEPCK)
-O glucagon e a adrenalina, via AMPc, e o cortisol aumentam e a insulina diminui a transcrição gênica desta enzima
Fosfofrutocinase-1 (PFK-1) (Via Glicolítica)
-A frutose 2,6-bisfosfato (frutose 2,6-bisP) é o mais potente ativador da PFK-1, ativando-a mesmo quando os níveis de ATP estão elevados. A frutose-2,6-bisP não é intermediário da glicólise. É formada pelo complexo fosfofrutocinase-2 (PFK-2/FBP-2), uma enzima bifuncional, que possui tanto atividade cinásica (domínio cinase: PFK-2), formando frutose 2,6-bisP, quanto atividade fosfatásica (domínio fosfatase: frutosebisP-fosfatase-2, FBP-2), desfosforilando a frutose 2,6-bisP e formando frutose-6-P. 
-Os níveis de insulina e glucagon regulam a atividade desta enzima
Frutose-1,6-Bisfosfatase:
-É inibida por níveis elevados de AMP, durante o alto consumo de ATP, e por frutose 2,6-bisfosfato, formada quando a relação insulina/glucagon é alta. --O Glucagon induz à síntese da frutose-1,6-bisfofatase
-O glucagon ativa a PKA, que fosforila a fosfofrutocinase-2. A fosforilação ativa a função fosfatásica da enzima, que desfosforila a frutose-2,6- bisfosfato, desinibindo a frutose-1,6-bifosfatase.
Glicocinase (Via Glicolítica)
Possui um alto Km (baixa afinidade) para a glicose, sendo estimulada pela glicose. A Glicocinase não é inibida pela glicose-6-P. Ela é inibida indiretamente pela frutose- 6-P (que está em equilíbrio com a glicose-6-P). No jejum, a GK não está muito ativa devido à hipoglicemia. 
Glicose-6-Fosfatase
O Glucagon induz à síntese da Glicose-6-fofatase.
Regulação Hormonal por Transcrição Gênica/Síntese Proteíca:
-O consumo regular de uma refeição rica em carboidratos ou a administração regular de insulina aumentam a transcrição gênica e a síntese da GK, PFK-1, PK. Por outro lado, quando o glucagon plasmático está elevado e a insulina baixa, a transcrição gênica e a síntese destas enzimas estão diminuídas
Fontes da glicose sanguínea:
-A glicemia normal é entre 80 a 100 mg%; • Em um indivíduo adulto normal, no estado alimentado, ela varia entre 120 a 140 mg%; 
Duas horas após a refeição (início do jejum), ela cai para 80 mg% e mantém-se neste nível até 12h de jejum; 
-Em um jejum de 3 dias a glicemia é de 75mg%, chegando a 65mg% em um jejum de 5-6 semanas.
-A glicogenólise é a principal fonte de glicose até 12 h de jejum, iniciando 2h pósrefeição e tendo um pico em 8h de jejum. 
-A gliconeogênese inicia em 4h-6h após a refeição e, em 16h de jejum, a glicogenólise e a gliconeogenese têm igual importância na manutenção da glicemia. 
-A partir de 16h de jejum, a gliconeogênese é a principal fonte de glicose sanguínea, pois com 30h de jejum o glicogênio hepático está quase todo exaurido