Metabolismo Energético

Prévia do material em texto

- CATABOLISMO: ​conjunto de reações degradativas e produtoras de energia livre (exergônicas)                     
→ reações convergentes (diferentes rotas de sínteses produzem o mesmo metabólito) 
- ANABOLISMO: conjunto de reações de síntese e que invariavelmente requerem injeção de                       
energia (endergônicas) → reações divergentes (mesmo metabólito impulsiona diferente rotas                   
de síntese) 
- foco do estudo: CATABOLISMO DE CARBOIDRATOS, com enfoque na glicose 
- NADH e FADH​2​: co fatores enzimáticos importantes que podem ser reduzidos; transportam os                         
elétrons até a cadeia transportadora de elétrons 
- precursores para biodisponibilidade de coenzimas no organismo: 
- coenzima A → ácido pantotênico e outros compostos 
- flavina-adenina-dinucleotídeo → riboflavina (vitamina B​2​) 
- lipoato → não é necessário na dieta 
- nicotinamida-adeninadinucleotídeo → ácido     
nicotínico (niacina) 
- tiamina-pirofosfato → tiamina (vitamina B​1​) 
- holoenzima: enzima completa, cataliticamente capaz →           
enzima (apoenzima) + co-fator (íon metálico ou             
coenzima) 
- associação de um apoenzima com seu cofator             
pode ser transitória ou permanente/firmemente         
(co-fotar considerado como um grupo         
prostético) 
 
- insulina:​ origem nas células beta pancreáticas 
- expressão de GLUT-2 nas céls b-pancreáticas: capta glicose a favor de um gradiente de                           
concentração → glicose assim que internalizada é alvo de fosforilação pela glicoquinase                       
(hexoquinase IV) (G6P) 
- tampão glicêmico: glicoquinase dá início à metabolização da glicose já internalizada                     
apenas quando houver excedente 
- papel do ATP na secreção de insulina: 1) fechamento dos canais de K​+ dependentes de ATP:                               
resulta em despolarização da membrana; 2) abertura dos canais de Ca​2+​: facilitando influxo →                           
participação de ATPases facilitando a associação dos grânulos de insulina à MP e,                         
consequentemente, a exocitose 
 
- fontes de glicose: ​exógena (dieta) e endógena 
- GLUT-3: cérebro/neurônios // GLUT-1: eritrócitos // GLUT-2: fígado e cels b-pancreáticas //                       
GLUT-4: músculo esquelético 
- GLUT-1 e 3 são INDEPENDENTES de insulina para internalização de glicose 
- GLUT-4 é DEPENDENTE da ação direta de insulina para sensibilização da MP a fim de                             
internalizar glicose 
- GLUT-2: internalização do açúcar pelo hepatócito só acontece no ESTADO                   
HIPERGLICÊMICO 
 
- HEXOQUINASE I : enzima constitutiva amplamente distribuída na grande maioria dos tipos                       
celulares 
- HEXOQUINASE II: ​isoenzima prevalente no músculo cardíaco 
- HEXOQUINASE IV (OU GLICOQUINASE):​ isoenzima prevalente no fígado e céls b-pancreáticas 
- Mg​2+​ é cofator da hexoquinase 
 
Metabolismo Energético 
INTRODUÇÃO 
ESTADO DE HIPERGLICEMIA 
ENZIMAS E GLICOSE 
ETAPAS DE MOLECULARES PARA INTERNALIZAÇÃO DA GLICOSE 
1) Insulina circulante 
2) Sensibilização do receptor tirosinaquinase 
3) Ajuste conformacional de GLUT 
4) Internalização da glicose 
5) Síntese de glicoquinase 
6) Destinos metabólicos → G6P 
* ​insulina promove a desfosforilação de enzimas importantes no                 
âmbito celular (a ser estudado posteriormente em detalhes) 
 
PARTICIPAÇÃO DO FÍGADO NA FERMENTAÇÃO LÁCTICA 
- enzima lactato desidrogenase (LDH): catalisa a conversão             
piruvato-lactato em ambos os sentidos → sendo assim, a                 
LDH hepática pode promover a metabolização do             
excedente de lactato, transformando-o em piruvato (retira             
o lactato excedente constante e obrigatoriamente           
produzido pelas hemácias) 
- outros tipos celulares de fermentação láctica obrigatória:             
córnea, cristalino, células da retina, medula renal 
 
Fermentação láctica é circunstancial para o músculo esquelético --> ​permite a obtenção de ATP                           
com baixo suprimento do O​2 
- circunstancial pois músculo esquelético apresenta mitocôndrias, então a fermentação láctica                   
não é obrigatória → ativação citosólica em condição de baixo suprimento de O​2 
- níveis elevados de CPK, LDH, PFK indicam prevalecimento da glicólise anaeróbia 
 
- a glicólise é uma via essencialmente citosólica 
 
Funções da Glicólise:  
1) geração rápida de ATP 
2) gerar intermediários para síntese de outros compostos 
3) regenerar NAD+ citosólico 
4) impulsiona o metabolismo mitocondrial: balanço redox e energético favorável 
 
 
Disponibilidade de glicose pela dieta: 
- membrana basolateral do enterócito: GLUT-2 é o principal transportador de glicose e outroas                         
hexoses (frutose) para a corrente sanguínea e que será internalizada pelos tecidos → uniporte                           
de glicose 
- bomba Na​+​/K​+ ATPase ativa a liberação de glicose para o leito vascular por meio de                             
uma difusão através do GLUT-2 → glicose sensibiliza e promove o ajuste                       
conformacional de GLUT-2 
- membrana apical: (em contato com o lúmen intestinal) SGLT-1 é o principal transportador de                           
glicose → simporte Na​+​/glicose 
 
FASES 
(A) Fase de investimento energético: consumo de 2 ATP para preparar a molécula de açúcar                           
(glicose → G6P) 
(B) Fase de duplicação de GAP: GAP (gliceraldeído fosfato) é uma das trioses geradas na                           
ocorrência das etapas da glicólise 
- a outra triose é instável e apenas o GAP continua na via glicolítica, por isso, deve haver                                 
a conversão catalisada por uma isomerase (enzima TIN) 
(C) Fase de produção de ATP: gerado 2 moléculas de piruvato com a liberação de 4 ATP. A                                 
próxima reação, que gerará lactato ou etanol + CO​2​, vai depender do tipo de                           
GLICÓLISE 
Glicólise Anaeróbia 
organismo/celular e das circunstâncias ambientais (mas o destino é anaeróbio → piruvato⇒                         
lactato = fermentação do tipo lática (músculo) // piruvato ⇒ etanol + CO​2 = fermentação do                               
tipo alcoólica (levedura) 
 
Fermentação alcoólica → ​Saccharomyces cerevisae​: é a base da produção de pães, cerveja, vinho a                             
partir da fermentação de açúcares de frutas ou cereais, com a produção de etanol e CO​2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fermentação lática → ​Otto Meyerhof, estudando a contração muscular em diferentes organismos,                       
mostrou que a contração ocorreu na ausência de oxigênio, um fenômeno semelhante ao observado                           
por Pasteur para a fermentação alcoólica de levedura 
- tipos celulares que realizam fermentação lática: hemácias, células da retina, músculo                     
esquelético, astrócitos e outros 
- diferenciação na última reação → participação da enzima LDH 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FASE DE INVESTIMENTO DE ENERGIA: ​nas reações 1 e 3 há consumo de ATP → caracterização de                                 
investimento energético da fase 
- ativação da glicose: glicose → G6P 
- geração de intermediários fosforilados 
- conversão de hexose em triose 
- DESCRIÇÕES DAS REAÇÕES NO PRÓXIMO PONTO → ​fase de investimento corresponde da                       
reação 1 até a reação 5 (onde há formação de GAP e diidroxiacetona fosfato) 
 
FASE DE DUPLICAÇÃO DE GAP: ​ação da enzima 5: enzima TIN → enzima triose fosfato isomerase                               
(conversão de diidroxiacetona fosfato em GAP) 
 
FASE DE PRODUÇÃO DE ENERGIA (ATP):​ reações até a formação de 2 PIRUVATO 
- 1,3-BPG: adição de Pi livre pela GAP-3-desidrogenase (uma oxidorredutase), do pool citosólico,                       
a uma molécula de GAP → coenzima NAD+ (estadooxidado) é crucial como mediador para                             
essa reação enzimática 
- por meio dessa reação, NAD+ é reduzido formando 2 NADH 
- 1,3-BPG é um composto considerado rico em energia pois apresenta em sua estrutura                         
um fosfato adicional → assim como o fosfoenolpiruvato (PEP) que será formado na                         
reação 9 
- reação 7: síntese líquida de 2 ATP a partir da fosforilação de ADP → enzima se utiliza da                                   
transferência do grupo fosfato do 1,3-BPG (substrato da enzima 7) para o ADP, gerando ATP e                               
3-fosfoglicerato ⇒ ​exemplo de fosforilação a nível de substrato (transferência direta de um                         
grupo fosfato de uma molécula de substrato para o ADP, formando ADP. Esta fosforilação é                             
diferente do mecanismo de síntese de ATP durante a fosforilação oxidativa que é usada pela                             
cadeia de transporte de elétrons, durante a respiração celular) 
- PEP sofre ação da última enzima glicolítica, a piruvatoquinase, que transfere um grupo                         
fosfato do PEP para o ADP, gerando 2 ATP e 2 piruvato, finalizando o processo da glicólise. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REGULAÇÃO GLOBAL DA GLICÓLISE 
1. Balanço energético → níveis de ATP/ADP essencialmente no citosol 
2. Balanço redox → níveis de NADH/NAD​+​ (ação da LDH agindo sobre NADH e devolvendo NAD​+​) 
3. Efetores alostéricos → ​moduladores       
negativos: G6P, ATP, citrato, alanina //           
moduladores positivos: ​Pi, F1, 6BiP, ADP,           
AMP 
4. Proteínas reguladoras → regulação da         
expressão gênica das proteínas       
reguladoras são um importante       
mecanismo (exemplo: modulação da       
isoforma hepática da hexoquinases) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. Modificação covalente reversível: modificação da piruvato quinase presente no fígado: no                     
fígado, existe uma isoforma da         
enzima que é sensível à         
fosforilação e, através dessa       
reação, pode ser inativada (como         
a modificação é reversível, a         
insulina circulante desencadeia     
uma série de sinais intracelulares         
que culminam na desfosforilação       
da enzima piruvato quinase e,         
consequentemente, sua   
reativação). 
 
 
 
 
 
Pontos importantes para glicólise: 
- envolve duas etapas de fosforilação por ATP, formando ADP e Pi 
- cada molécula de glicose contendo 6 átomos de C em duas moléculas de PYR 
- o processo global envolve a formação de 4 moléculas de ATP, ou seja, o saldo de produção é                                   
de 2 molécula de ATP (consumo de 2 moléculas e produção de 4) 
- ocorre uma reação de oxidorredução quando gliceraldeído-3-fosfato é convertido em                   
1,3-bifofoglicerato, os elétrons são transferidos para NAD+ formando NADH 
 
Reação 1: ​Fosforilação da glicose por ATP formando G6P e ADP, catalisada pela hexoquinase 
- G6P é incapaz de entrar ou sair da               
célula → etapa de compromisso com a             
glicose (e não com a glicólise por             
completo pois o G6P pode seguir outra             
via metabólica) 
- ao ser fosforilada, a glicose         
fica ‘presa’ no compartimento com G6P 
- hexoquinase: enzima catalisadora     
da reação → quinases são enzimas que             
catalisam a adição de um grupo fosforil             
do ATP a uma outra molécula 
- reação ​irreversível 
 
 
- regulação da glicoquinase ​→ compartimentalização: a proteína de ligação nuclear                   
(reguladora) INIBE a hexoquinase IV (carrega a enzima para dentro do núcleo e a libera para                               
o citossol ​quando a concentração de glicose está alta​) 
- diferentes destinos metabólicos para o GP6: 
1) Glicose-1-fosfato (G1P) → glicogênio 
2) Frutose-6-fosfato (F6P) → piruvato 
Glicólise Aeróbia 
A reação de fosforilação da glicose formando glicose-6-fosfato ilustra um dos aspectos principais                         
do metabolismo: ​reações endergônicas (que requerem o fornecimento de energia livre para                       
ocorrer) ​são tornadas espontâneas através do acoplamento com outra reação altamente                     
exergônica (que libera uma grande quantidade de energia livre). ​A reação entre glicose e fosfato                             
inorgânico (PO​4 ​-3​) formando glicose-6-fosfato consome uma grande quantidade de energia e não                       
ocorreria caso não fosse acoplada à reação de hidrólise de ATP. ​Evidentemente estas duas                           
reações não ocorrem isoladamente em água, mas uma enzima, a hexoquinase aproxima os                         
reagentes e propicia um ambiente adequado 
para a reação ocorrer. 
3) 6-fosfogluconato → ribose-5-fosfato 
 
Reação 2: ​Isomerização da G6P em F6P, catalisada pela fosfoglicoisomerase 
- G6P (aldose) em F6P (cetose). A reação é reversível com o ​Δ​G é positivo 
 
Reação 3: ​Fosforilação da F6P por ATP formando F-1,6-bifosfato catalisada pela PFK1                       
(fosfofrutoquinase 1) 
- ΔG altamente negativo indicando que é uma reação praticamente ​irreversível → ​indica um                         
ponto de regulação no metabolismo 
- a PFK1 é uma enzima alostérica e             
está sujeita à regulação a partir fatores             
alostéricos como ATP/ADP e F-1,6-bifosfato 
 
Reação 4: ​Clivagem da F-1,6-bifosfato em           
dois compostos de 3 átomos de carbono:             
GLICERALDEÍDO-3-FOSFATO e   
DI-HIDROXIACETONA FOSFATO catalisada     
pela enzima aldolase 
- apesar da reação apresentar ​ΔG         
positivo, nas condições celulares, os         
produtos da reação são rapidamente         
consumidos o que faz com que o ΔG da                 
reação seja menor e ela torne-se           
praticamente reversível. 
- apenas o ​gliceraldeído-3-fosfato     
continuará sendo utilizado na glicólise → ​a             
di-hidróxiacetona fosfato (cetose) sofre       
ação de uma isomerase (triose fosfato           
isomerase) e é transformada em         
gliceraldeído-3-fosfato (aldose) → reação 6 
- esta etapa conclui a conversão de uma molécula de glicose em duas de                         
gliceraldeído-3-fosfato (composto com 3C, mais oxidado que a glicose) 
 
 
Reação 6: Oxidação e fosforilação do gliceraldeído-3-fosfato formando o 1,3-BPG catalisada pela                       
gliceraldeído-3-fosfato desidrogenas​e 
- reação depende da presença do NAD+ → a gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase utiliza NAD+                       
que é reduzido a NADH → ​dependente de NAD+ 
- a fosforilação acontece a partir de Pi (energeticamente favorável e possível) 
 
 
Reação 7: Transferência de um grupo fosforil do 1,3-BPG para ADP formando ATP e 3-fosfoglicerato,                             
catalisada pela enzima fosfoglicerato quinase 
- em condições celulares, a reação é reversível com ΔG positivo 
- primeira reação formadora de ATP → duas moléculas (pois o início é com 2 moléculas de                               
gliceraldeído-3-fosfato 
 
Reação 8 a 10: Conversão do 3-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato e, finalmente, a piruvato                         
concomitante à formação de uma molécula de ATP 
- a transferência do grupo fosforil do fosfoenolpiruvato ao ADP é extremamente favorável →                         
forma enólica do piruvato é altamente instável e converte-se espontaneamente para a forma                         
cetônica piruvato 
- quebra da glicose em duas moléculas de piruvato → formação de duas moléculas de ATP e                               
redução de duas moléculas       
de NAD+ 
 
- piruvato também pode seguir para a fermentação lática (células musculares) ou                     
fermentação alcoólica (leveduras)  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- reações irreversíveis da glicólise: ​REAÇÃO 1, REAÇÃO 3, REAÇÃO 10 → pontosregulatórios da                           
via glicolítica 
- enzimas:​ hexoquinase, PFK1 e piruvato quinase 
- estratégias de regulação: afinidade enzimática; regulação alostérica, fosforilação reversível                 
de enzimas, concentração enzimática 
 
HEXOQUINASE: ​etapa de compromisso de se metabolizar glicose               
(reação 1) 
- alostericamente inibida por G6P →         
forma G6P no sítio ativo e, no sítio               
alostérico, a ligação do G6P altera a             
conformação da enzima (regulação por retroalimentação           
negativa pelo próprio produto da reação catalisado pela enzima) 
- isoformas diferentes em diferentes tecidos → na maioria dos                 
tecidos, a hexoquinase (isoforma I) tem uma afinidade alta pela                   
glicose (Km = 0,1 mM) enquanto a [glicose] típica sanguínea é de                       
5-8 mM o que significa que ela está sempre ativa. Já no fígado, há a presença da hexoquinase                                   
IV (ou glicoquinase) (Km = 10 mM), com baixa afinidade pela glicose (necessidade de maiores                             
[glicose] para atingir a Vmax); sendo assim, conforme a [glicose] vai variando, vai aumentando                           
a atividade da enzima. 
- fígado só forma G6P, de forma significativa, quando a glicemia está alta; enquanto está                           
baixa, a isoforma IV não tem afinidade suficiente para formar G6P 
- a [glicoquinase] no fígado aumenta com insulina: ​facilitar a transformação de glicose em G6P                           
→ correspondente à função hepática de eliminar a glicose excedente na corrente sanguínea,                         
armazenando a energia contida em outros tipos de moléculas (glicogênio e lipídeos) 
- ​a glicoquinase não é alostericamente inibida por G6P (diferentemente das outras isoformas)                         
→ atrelado, também, à função hepática de fixação de glicose em excesso (se o G6P inibisse a                                 
enzima, o número de moléculas de glicose a ser armazenado seria limitado)  
 
FOSFOFRUTOQUINASE 1​: enzima mais importante em termos de regulação pois é a enzima de                           
compromisso com a via glicolítica em si (primeira reação mais específica) 
- riqueza de reguladores alostéricos: ​citrato, ATP -             
indicador de altos níveis energéticos (inibidores alostéricos) e               
GLICÓLISE - Pontos de regulação 
AMP (ativador alostérico) - indicador de baixos níveis energéticos 
- atividade de PFK-1: baixa em altos níveis de ATP // alto em baixos                         
níveis de ATP ⇒ maior ativação da via glicolítica quando houver                     
baixos níveis de ATP 
- regulador mais importante: Frutose 2,6P (ativador potente da               
enzima) - molécula formada apenas como regulador de PFK-1 e da                     
neoglicogênese 
 
 
 
 
 
 
 
- observando reação acima, conclui-se que a frutose 2,6P é formada em casos de baixos níveis                             
energéticos (+AMP) e glicemia alta do indivíduo (+ insulina no fígado)⇒ aumenta níveis de ATP                               
e diminui a glicose na corrente sanguínea 
 
PIRUVATO QUINASE: 
- regulada por F1,6P: ​produto da primeira reação da via                 
glicolítica estimula ao final da cadeia (PEP → PYR) 
- a insulina aumenta a concentração e atividade da               
piruvato quinase 
 
 
 
HEMÁCIAS 
- não possuem mitocôndria → não reoxida o NADH (acumula) por fosforilação oxidativa                       
mitocondrial 
- não metabolizam aminoácidos ou lipídios 
- produzem lactato constantemente → lactato reoxida o NADH acumulado (única forma) 
- não produzem insulina → não possuem resposta metabólica na presença de insulina 
 
CÉREBRO 
- neurônio oxida glicose com grande preferência ou produtos de glicose gerados pelas cels da                           
glia → economia de produção de enzimas de outras vias metabólicas 
- pouca reserva em glicogênio → necessariamente precisa obter glicose da corrente sanguínea 
- alta atividade mitocondrial 
 
FÍGADO 
- glicoquinase apresenta baixa afinidade por glicose (alto Km), portanto, fígado só faz a                         
conversão de glicose em G6P quando a glicemia está muito alta 
- insulina ativa a PFK-2 e a piruvato quinase → a via glicolítica é controlada pela insulina no                                 
fígado 
- o glucagon ativa a frutose-2,6-bifosfatase → diminui os níveis de F2,6BP e inibe a glicólise                             
(através da inibição da PFK-1) 
- piruvato quinase é inibida por alanina 
 
MÚSCULO 
- entrada de glicose estimulada por insulina → ativação dos receptores tirosina quinase que                         
sinalizam a exteriorização de GLUT-4 
- glucagon não inibe a glicólise → músculo é pouco responsivo a glucagon, ele é muito mais                               
responsivo a adrenalina 
- piruvato quinase do músculo não é inibida por alanina 
- em atividade intensa (principalmente no início, sem muita oxigenação), faz glicólise                     
anaeróbica → acúmulo de NADH que desvia a via de produção de piruvato para lactato 
ESPECIFICIDADES TECIDUAIS 
TUMORES SÓLIDOS 
- possuem metabolismo predominantemente fermentativo → crescimento mais rápido do que a                     
taxa de vascularização (crescimento em baixa concentração de oxigênio) 
- ativação de vias típicas de hipóxia → indução do fator de transcrição HIF-1 
- aumento da expressão de enzimas da vio glicolítica → alta avidez por glicose (mecanismo que                             
pode ser usado clinicamente) 
 
 
- NADH não entra facilmente dentro da mitocôndria → ​lançadeiras: transportar os elétrons de                         
NADH citosólico para a matriz mitocondrial, sem que a molécula de NADH propriamente dita                           
seja transportada 
 
LANÇADEIRA MALATO-ASPARTATO​:   
presente em mitocôndrias de fígado, rim e             
coração 
- N​ADH + H​+ vai reduzir, através da             
enzima malato desidrogenase, uma       
molécula de oxaloacetato a uma         
molécula de malato, formando NAD​+ 
- malato é transportado para dentro         
da mitocôndria, para a matriz         
mitocondrial (transportador próprio 
- )dentro da matriz mitocondrial, existe         
uma outra malato desidrogenase       
que catalisa a reação inversa →           
NAD​+ em NADH + H​+ usando elétrons              
de malato para formação de         
oxaloacetato ⇒ finaliza o transporte         
de elétrons do NADH citosólico para           
o NADH mitocondrial 
- para que o processo possa         
continuar, é necessário que o oxaloacetato que é formado dentro da mitocôndria seja                         
transportado de volta para fora → transformação em aa 
- oxaloacetato sofre uma reação com glutamato → transferência do grupo amino do glutamato                         
, pela aspartato aminotransferase, para o oxaloacetato gerando o aspartato; o glutamato que                         
perdeu o grupo amino gera o alfa-cetoglutarato 
- aspartato e alfa-cetoglutarato podem ser transportado para fora da mitocôndria, pois                     
possuem transportadores de membrana 
- fora da mitocôndria, outra cópia de aspartato aminotransferase catalisa a reação inversa                       
que regenera oxaloacetato a partir de alfa-cetoglutarato e aspartato 
- no final do processo, o único elemento que realmente foi transportado por os elétrons de                             
NADH citosólico para o NAD​+​ mitocondrial  
- reação global:  
 
 
- todas as reações são reversíveis: a lançadeira pode funcionar nos dois sentidos, tanto                         
transportando elétrons para dentro da mitocôndria quanto para fora 
 
LANÇADEIRA GLICEROL-FOSFATO: ​presente principalmente em músculo esquelético e cérebro                 
(mesmo função, mecanismo diferente) 
- elétrons de NADH são primeiramentetransferidos para uma molécula de di-hidroxiacetona                     
fosfato, catalisado pela glicerol 3-fosfato desidrogenase citosólica → gera NAD​+ e os elétrons                         
são colecionados em uma molécula de um glicerol-3-fosfato 
- glicerol-3-fosfato atravessa a membrana externa da mitocôndria e chega no espaço                     
intermembranas, na superfície da membrana mitocondrial interna, onde se localiza a glicerol                       
3-fosfato desidrogenase mitocondrial (inserida na membrana e que usa FAD como receptor                       
LANÇADEIRAS: TRANSPORTE DE NADH PARA A MITOCÔNDRIA 
de elétrons) → glicerol-3-fosfato transfere seus elétron para FAD formando FADH​2 que entra                         
na cadeia transportadora de elétron 
- com a entrada de elétrons na mitocôndria, a di-hidroxiacetona fosfato é regenerada e volta                           
para o ciclo poder acontecer novamente 
- reação global:  
 
 
- reação diferente da lançadeira de malato aspartato pois FADH​2 e NADH tem afinidade                         
diferentes por elétrons (FAD tem afinidade maior) → sendo assim, a reação inversa não é                             
termodinamicamente possível e, por isso, o processo só acontece em um sentido (irreversível) 
 
- via glicolítica gastou: ​1 glicose, 2 ADP, 2 Pi, 2 NAD​+ 
- via glicolítica gerou:​ 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr 
- falta: 
- usar Pyr → formação de Acetil-CoA e ciclo de Krebs 
- gerar CO​2​ → formação de Acetil-CoA e ciclo de Krebs 
- reciclar NADH → transporte de elétrons 
- Formar ATPs → fosforilação oxidativa 
 
F​ORMAÇÃO DE ACETIL-CoA: ​reação 
 
 
 
 
 
 
 
 
- complexo piruvato desidrogenase catalisa uma reação que é uma DESCARBOXILAÇÃO                   
OXIDATIVA: perda de um carbono (formação de CO​2​) e oxidorredução (NAD​+ reduzido a NADH)                           
→ a energia desse processo é suficiente para que seja inserida uma coenzima A no restante                               
da molécula, formando o Acetil-CoA 
- o complexo piruvato quinase é bastante complexo e necessita de várias coenzimas (derivadas                         
de vitaminas) 
- tiamina pirofosfato (TPP) → derivado de tiamina (vitamina B1) 
- FAD → derivado de riboflavina (B2) 
- Coenzima A → derivada do ácido pantotênico (B5) 
- NAD → derivado da niacina (nicotinamida - B3) 
- ácido lipóico 
- reação irreversível 
 
REGULAÇÃO DA PIRUVATO DESIDROGENASE: 
- cinco reguladores alostéricos diferentes       
regulando a atividade o complexo piruvato           
desidrogenase 
 
Reguladores negativos: 
- Acetil-CoA e NADH: dois produtos da           
reação que funcionam como inibidores         
alostéricos → retroalimentação negativa: o         
produto da reação acumula e, através de             
ligações alostérica, modula o funcionamento da           
enzima causando sua inibição 
- ATP: enzima é inibida quando há altos             
níveis energéticos → menor formação de Acetil-CoA 
 
FORMAÇÃO DE ACETIL-COA 
Reguladores positivos: 
- NAD+: substrato da enzima → altas concentrações do substrato deslocam a reação para                         
maior formação de produto (Acetil-CoA) 
- AMP: sinalizador de baixos níveis energéticos → estímulo para maior formação de Acetil-CoA                         
para posterior formação de ATP, caso ele entre no ciclo de Krebs 
 
- via glicolítica gastou: ​1 glicose, 2 ADP, 2 Pi, 2 NAD​+ 
- via glicolítica gerou:​ 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr 
- formação de Acetil-CoA gastou:​ 2 NAD​+​ e 2 Pyr 
- formação de Acetil-CoA gerou: ​2 CO​2​, 2 NADH, 2 Acetil-CoA 
 
 
 
 
ENTRA: ​2 Acetil-CoA 
 
SAI: ​6 NADH, 2 FADH​2​, 2 ATP 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REGULAÇÃO DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO:           
regulada em três reações irreversíveis 
 
Reação catalisada pela CITRATO SINTASE:         
Acetil-CoA + OxAc → citrato 
- regulação intimamente ligada aos níveis         
energéticos da célula 
- regulada positivamente por ADP (ativador         
alostérico): enzima mais ativa em situações           
de baixo ADP 
- regulada negativamente por ATP e NADH           
(inibidores alostéricos): enzima menos ativa         
em situações de alto ATP e NADH, que tende                 
a acumular junto com ATP na fosforilação             
oxidativa 
- enzima apenas MODULADA: ainda tem         
atividade significativa mesmo na presença         
dos inibidores alostéricos 
 
Reação catalisada pela ALFA CETOGLUTARATO DESIDROGENASE:​ alfa cetoglutarato → succinil-CoA 
- também tem regulação ligada aos níveis energéticos da célula, pois a reação é inibida por                             
altos níveis de NADH e ATP 
- Ciclo do ácido cítrico funciona MAIS quando a célula está em um estado de BAIXO NÍVEL                               
ENERGÉTICO (pouco ATP) e funciona MENOS quando a célula está em um estado de ALTO                             
NÍVEL ENERGÉTICO (muito ATP) 
- enzima apenas MODULADA: ainda tem atividade significativa mesmo na presença dos                     
inibidores alostéricos 
 
 
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO 
Reação catalisada pela ISOCITRATO DESIDROGENASE: ​isocitrato → alfa cetoglutarato 
- enzima mais regulada do ciclo do ácido cítrico → apresenta grande inibição ou ativação                           
pelos seus moduladores alostéricos 
- regulada positivamente por ADP e regulada negativamente por NADH e ATP → exatamente                         
igual à citrato sintase só que em maior proporção (maior inibição da isocitrato desidrogenase                           
do que das outras enzimas reguladoras do ciclo de Krebs) 
 
REGULAÇÃO INTEGRADA: PFK-2 é inibida pelo CITRATO             
→ influência do ciclo de Krebs na via glicolítica 
- citrato sinaliza a velocidade com que o ciclo de                 
Krebs está acontecendo e isso pode modular a               
formação de F2,6P ⇒ em situações de baixo ATP,                 
a isocitrato desidrogenase está funcionando         
rapidamente ocasionando níveis baixos de         
citrato, o que ajuda a ativar a PFK-2 para a                   
formação de mais F2,6P 
- em situações de alto ATP, acontece o acúmulo de isocitrato e sua conversão para citrato →                               
altas concentrações de citrato inibem a PFK-2 ocasionando uma menor formação de F2,6P 
 
 
1. Demonstrar o saldo energético 
2. Papel das lançadeiras 
O sistema de lançadeiras conduz indiretamente NADH citosólico para as mitocôndrias                     
para que ocorra a sua oxidação. A NADH-desidrogenase da membrana mitocondrial interna                       
pode aceitar elétrons somente do NADH na matriz. Considerando que a membrana interna                         
mitocondrial não é permeável a NADH, os sistemas de lançadeiras carregam equivalentes                       
redutores do NADH citosólico para as mitocôndrias por uma via indireta, sendo assim, esse                           
sistema transporta os elétrons do NADH citosólico para o NADH mitocondrial sem que a                           
molécula de NADH propriamente dita seja transportada. 
PONTOS IMPORTANTES PARA A PROVA 
Existem dois tipos de sistema de lançadeiras: a ​lançadeira do malato-aspartato​,                     
presente em mitocôndrias do fígado, rim e coração, e a ​lançadeira de glicerol-fosfato,                         
presente, principalmente, em mitocôndrias de músculo estriado e encéfalo. 
No sistema de lançadeiras do malato-aspartato, o ​N​ADH + H​+ citosólico reduz, através                         
da enzima malato desidrogenase, uma molécula de oxaloacetato a uma molécula de malato,                         
formando NAD​+​. Malato, então, é transportado para dentro da mitocôndria, para a matriz                         
mitocondrial, via transportador de malato-alfa-cetoglutarato. Na matriz mitocondrial, existe                 
uma outra malato desidrogenase que catalisa a reação inversa (NAD​+ em NADH + H​+​) usando                              
elétrons de malato para formaçãode oxaloacetato. Essa etapa finaliza o transporte de                         
elétrons do NADH citosólico para o NADH mitocondrial. Para que o processo possa continuar,                           
é necessário que o oxaloacetato que é formado dentro da mitocôndria seja transportado de                           
volta para fora. Sendo assim, o oxaloacetato sofre uma reação com glutamato: há                         
transferência do grupo amino do glutamato, pela aspartato aminotransferase, para o                     
oxaloacetato gerando o aspartato, e o glutamato que perdeu o grupo amino gera o                           
alfa-cetoglutarato. Aspartato e alfa-cetoglutarato podem ser transportado para fora da                   
mitocôndria, pois possuem transportadores de membrana. Já fora da mitocôndria, outra                     
enzima aspartato aminotransferase catalisa a reação inversa, regenerando oxaloacetato a                   
partir de alfa-cetoglutarato e aspartato. Percebe-se, portanto, que, ao final do processo, o                         
único elemento que realmente foi transportados para dentro da mitocôndria foram os                       
elétrons do NADH citosólico para formar o NADH mitocondrial. A reação global está                         
representada a seguir: 
  
 
Os elétrons do NADH mitocondrial passam diretamente para a cadeia respiratória e                       
cerca 2,5 moléculas de ATP são geradas à medida que esse par de elétrons passa para o O​2​. 
Já para o sistema de lançadeira de glicerol-fosfato, elétrons de NADH são                       
primeiramente transferidos para uma molécula de di-hidroxiacetona fosfato, catalisado pela                   
glicerol 3-fosfato desidrogenase citosólica. Esse processo gera NAD​+ e os elétrons são                       
colecionados em uma molécula de um glicerol-3-fosfato. Glicerol-3-fosfato, então, atravessa a                     
membrana externa da mitocôndria e chega ao espaço intermembranas, mais especificamente                     
na superfície da membrana mitocondrial interna, onde se localiza a glicerol 3-fosfato                       
desidrogenase mitocondrial (inserida na membrana e que usa FAD como receptor de                       
elétrons). Glicerol-3-fosfato transfere seus elétron para FAD formando FADH​2 que entra na                       
cadeia transportadora    de elétron. Com a       
entrada de elétrons na        mitocôndria, a   
di-hidroxiacetona  fosfato é   
regenerada e volta      para o ciclo     
poder acontecer    novamente. A   
reação global está representada a seguir:  
 
É importante ressaltar que, como FAD​+ e NAD​+ têm afinidades diferentes por elétrons, a                           
reação que acontece no sistema de lançadeiras de glicerol-fosfato é irreversível, pois o                         
acontecimento da reação inversa é termodinamicamente inviável. Já a reação que acontece                       
no sistema de lançadeiras de malato-aspartato é reversível, já que toda a reação só utiliza                             
NADH. Além disso, a lançadeira de glicerol-fosfato difere da malato-aspartato por entregar os                         
equivalentes redutores do NADH para a ubiquinona na cadeia transportadora de elétrons e,                         
então, para o complexo III, não para o complexo I. Sendo assim, a energia proporcionada é                               
suficiente apenas para sintetizar 1,5 moléculas de ATP por par de elétrons. 
 
3. Internalização de glicose e o papel de GLUT/Insulina e GLUT 4 no estado hiperglicêmico 
A glicose proveniente da alimentação é internalizada, primeiramente, pelos enterócitos                   
através do transportador dependente de sódio SGL1. Ela se desloca ao longo da célula para a                               
superfície basal, onde passa para o sangue através do GLUT-2. Quando a glicemia aumenta,                           
os transportadores GLUT-2 carregam a glicose para dentro das células beta-pancreáticas,                     
onde são imediatamente alvo de fosforilação pela glicoquinase (hexoquinase IV) para a                       
formação de G6P, aprisionando a glicose dentro da célula e a comprometendo a entrar na                             
glicólise. Após o final do ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa, há aumento da                             
concentração intracelular de ATP, o que provoca o fechamento os canais de K​+ e a                             
despolarização da membrana. Em resposta a esta despolarização, os canais de Ca​2+                       
dependentes de voltagem se abrem, permitindo o influxo do íon para dentro da célula (para                             
que haja um aumento ainda maior de cálcio intracelular, o íon também é liberado do retículo                               
endoplasmático, em resposta à elevação citosólica de Ca²​+​). A concentração citosólica de                       
cálcio agora é suficientemente alta para provocar a liberação de insulina por exocitose. 
No músculo, a ação da insulina na célula inicia-se pela sua ligação ao receptor de                             
membrana tirosina quinase, presente em praticamente todos os tecidos. A insulina induz a                         
autofosforilação do receptor, que provoca uma cascata de sinalizações intracelulares e                     
desfosforilações enzimáticas que culminam na exteriorização dos transportadores GLUT-4, os                   
quais permitirão o aumento da captação da glicose pelos miócitos. Ao entrar na célula, a                             
glicose sofre fosforilação pela hexoquinase, formando G6P, que aprisiona a glicose dentro da                         
célula. Posteriormente, o G6P poderá ser encaminhado para seus destinos metabólicos, como                       
a glicólise. Portanto, pode-se afirmar que os miócitos ajudam a reduzir a glicemia (controlar o                             
estado hiperglicêmico,) pois quando o nível de glicose se eleva, a insulina atua no músculo                             
para aumentar o transporte de glicose para as células levando o GLUT-4 para a membrana                             
plasmática, atua para induzir a síntese de hexoquinase e, consequemente, a fosforilação da                         
glicose em G6P e, ainda, atua ativando a glicogênio-sintase. 
 
4. Hexoquinase e Glicoquinase 
 
 
•A hexoquinase muscular (hexoquinase II) é umas das ​isozimas da hexoquinase que sofre                         
inibição ​alostérica pelo seu produto, a glicose-6-fosfato. Sempre que a concentração de                       
glicose-6-fosfato no interior da célula aumenta acima do seu nível normal, a hexoquinase é                           
inibida de forma temporária e reversível, colocando a velocidade de formação da                       
glicose-6-fosfato em equilíbrio com a sua velocidade de utilização e restabelecendo o estado                         
de equilíbrio estacionário. 
•A hexoquinase hepática (hexoquinase IV, também conhecida como glucoquinase), por sua                     
vez, é a isoenzima que não sofre inibição pela glicose-6-fosfato, apesar de ter menor                           
afinidade para a glicose, fato que lhe permite mecanismos diferentes de regulação durante a                           
síntese de ​glicogênio​. Além disso a glicoquinase se apresenta ligada a uma proteína no                           
núcleo, e somente é liberada na presença de glicose. Não sofre modulação por G6P e a                               
HEXOQUINASE  GLICOQUINASE 
isoforma I presente na maioria dos ​tecidos             
constitutivos; a hexoquinase II é         
característica de ​músculo estriado cardíaco 
isoforma presente em ​fígado e cels           
beta-pancreáticas 
alta afinidade por glicose​ (baixo Km)  baixa afinidade por glicose ​(alto Km) 
alostericamente inibida por G6P → forma           
G6P no sítio ativo e, no sítio alostérico, aligação do G6P altera a conformação da             
enzima regulando sua atividade por         
retroalimentação negativa com o próprio         
produto da reação catalisado pela enzima 
não é alostericamente controlada por G6P ​e             
sua baixa afinidade à glicose garante que,             
no fígado, só haja formação G6P, de forma               
significativa, quando a glicemia está alta;           
enquanto está baixa, a isoforma IV não tem               
afinidade suficiente para formar G6P; o fato             
também está atrelado à função hepática de             
fixar a glicose em excesso: caso o G6P               
inibisse a enzima, o número de moléculas de               
glicose que poderiam ser armazenadas seria           
limitado 
 
 
 
 
- 
a concentração de glicoquinase aumenta         
com a insulina para facilitar a           
transformação de glicose em G6P, o que             
corrobora a função hepática de eliminar a             
glicose excedente na corrente sanguínea,         
armazenando a energia contida em outros           
tipos de moléculas, como glicogênio e           
lipídeos 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Isozima
https://pt.wikipedia.org/wiki/Inibi%C3%A7%C3%A3o_enzim%C3%A1tica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Controle_alost%C3%A9rico
https://pt.wikipedia.org/wiki/Glicog%C3%A9nio
tendência do fígado é de sintetizar glicose em baixas dose de glicose, podendo produzir por                             
meio do lactato oriundo da fermentação láctica dos mm. Estriado esquelético, para                       
principalmente, manter o aporte de glicose em tecidos altamente dependente de glicose,                       
como os neurônios. 
 
5. Moduladores da glicólise, Krebs e cadeia transportadora de elétrons: 
 
GLICÓLISE: 
a. Hexoquinase:​ inibida alostericamente por G6P (menos a glicoquinase) 
 
b. Fosfofrutoquinase 1 (PFK-1) 
 
 
 
 
 
 
c. Piruvato quinase 
 
 
 
 
 
 
 
CICLO DE KREBS 
a. Citrato sintase: ​Acetil-CoA + OxAc → citrato 
- regulação intimamente ligada aos níveis energéticos da célula 
- regulada positivamente por ADP (ativador alostérico): enzima mais ativa em situações de                       
baixo ADP 
- regulada negativamente por ATP e NADH (inibidores alostéricos): enzima menos ativa em                       
situações de alto ATP e NADH, que tende a acumular junto com ATP na fosforilação oxidativa 
- enzima apenas MODULADA: ainda tem atividade significativa mesmo na presença dos                     
inibidores alostéricos 
 
b. Alfa cetoglutarato desidrogenase:​ alfa cetoglutarato → succinil-CoA 
- também tem regulação ligada aos níveis energéticos da célula, pois a reação é inibida por                             
altos níveis de NADH e ATP 
- Ciclo do ácido cítrico funciona MAIS quando a célula está em um estado de BAIXO NÍVEL                               
ENERGÉTICO (pouco ATP) e funciona MENOS quando a célula está em um estado de ALTO                             
NÍVEL ENERGÉTICO (muito ATP) 
- enzima apenas MODULADA: ainda tem atividade significativa mesmo na presença dos                     
inibidores alostéricos 
 
c. Isocitrato desidrogenase: ​isocitrato → alfa cetoglutarato 
- enzima mais regulada do ciclo do ácido cítrico → apresenta grande inibição ou ativação                           
pelos seus moduladores alostéricos 
- regulada positivamente por ADP e regulada negativamente por NADH e ATP → exatamente                         
igual à citrato sintase só que em maior proporção (maior inibição da isocitrato desidrogenase                           
do que das outras enzimas reguladoras do ciclo de Krebs) 
 
d. Regulação integrada: ​interferência do ciclo de Krebs na regulação da glicólise 
- PFK-2 é inibida pelo CITRATO → influência do ciclo de Krebs na via glicolítica 
- citrato sinaliza a velocidade com que o ciclo de Krebs está acontecendo e isso pode modular                               
a formação de F2,6P ⇒ em situações de baixo ATP, a isocitrato desidrogenase está                           
funcionando rapidamente ocasionando níveis baixos de citrato, o que ajuda a ativar a PFK-2                           
para a formação de mais F2,6P 
- em situações de alto ATP, acontece o acúmulo de isocitrato e sua conversão para citrato →                               
altas concentrações de citrato inibem a PFK-2 ocasionando uma menor formação de F2,6P 
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS: 
 
 
a. Inibidores da transferência de elétrons: a inibição por este mecanismo pode ocorrer de trê                           
formas: 
i) impedem a oxidação de substratos que se comunicam diretamente com a cadeia                         
transportadora de elétrons, via uma desidrogenase dependente de NAD, bloqueando a                     
transferência de elétrons do FeS à ubiquinona. Atuam, portanto, no complexo I da cadeia                           
transportadora de elétrons 
ii) impedem o fluxo de elétrons entre o citocromos b e c 
iii) inibição da citocromo-oxidase → CIANETO X CO: Cianeto liga-se fracamente à forma                         
férrica do citocromo a3, enquanto monóxido de carbono liga-se apenas à forma ferrosa. As                           
ações inibidoras do cianeto neste sítio são muito potentes, enquanto a principal toxicidade                         
do monóxido de carbono reside na sua afinidade pelo ferro da hemoglobina. Sabendo-se que                           
os animais carregam muitas moléculas de hemoglobina, eles precisam inalar uma quantidade                       
muito grande de monóxido de carbono para morrer. Estes mesmos organismos, contudo,                       
possuem comparativamente poucas moléculas de citocromo a3. Consequentemente, uma                 
exposição limitada ao cianeto pode ser letal. Essa ação repentina do cianeto atesta para uma                             
constante e imediata necessidade do organismo pela energia suprida pelo transporte de                       
elétrons. 
 
b. Inibidores da ATP-Sintase: ​os inibidores da síntese de ATP atuam diretamente sobre a                         
partícula FoF1 e sua correspondente ATP sintase devido ao bloqueio do fluxo de prótons. O                             
bloqueio da ATP sintase também pode ser feito através da inibição de translocadores de ADP                             
para dentro da mitocôndria e do ATP para fora dela. 
 
c. Desacopladores da fosforilação oxidativa: de maneira geral, afetam a síntese de ATP mas de                           
uma maneira que não envolve ligação direta a nenhuma das proteínas da cadeia                         
transportadora de elétrons ou mesmo à partícula FoF1-ATP sintase: os desacopladores                     
corrompem o fino acoplamento que existe entre o transporte de elétrons e ATP sintase agindo                             
através da dissipação do gradiente de prótons através da membrana mitocondrial interna,                       
criado pelo sistema de transporte de elétrons.  
 
6. BÔNUS: Qual o principal motivo da suplementação de creatina para melhora do                       
desempenho no exercício físico? ​Em exercícios de alta intensidade, principalmente no início, o                         
primeiro sistema mobilizado para produção de energia é o metabolismo anaeróbico                     
(fermentação láctica) ou do sistema ATP-creatina fosfato, pois ambos permitem a hidrólise de                         
ATP mesmo em baixas concentrações de oxigênio. A mobilização de creatina fosfato sustenta                         
a atividade do músculo esquelético repondo o ATP hidrolisado, sendo sua demanda regulada                         
pela atividade da enzima CPK. Através da hidrólise da creatina fosfato, há liberação de                           
energia, tentando evitar que a concentração de ATP diminua. O principal argumento que                         
sustenta a suplementação de creatina é que ela consegue elevar a concentração de creatinafosfato no músculo em repouso, estabelecendo um potencial energético maior para que o                         
sistema ATP-creatina fosfato possa sustentar as atividades de alta intensidade de curta                       
duração. 
 
7. BÔNUS: Como ocorre e qual a finalidade da “reciclagem” de NAD​+ ​citosólico? 
Regeneração de NAD​+ → O metabolismo de Piruvato permite manter a glicólise em                         
condições anaeróbicas. O Balanço Redox no citoplasma deve ser mantido - A fermentação do                           
piruvato permite regenerar NAD+, sendo a Lactato Desidrogenase (LDH) importante na                     
restituição do NAD​+​, por meio da fermentação lática de piruvato em lactato. Isso ocorre                           
principalmente em caso de privação de O​2​, em que há formação de lactato. Além disso,                             
existem as lançadeiras malato-aspartato e a glicerofosfato que exercem um papel importante                       
na alimentação e renovação de NAD​+ no citosol, oriundo da fosforilação oxidativa nas cristas                           
mitocondriais.  
8. BÔNUS: Por que uma via que produz apenas 2 ATP é importante para todos os tipos                               
celulares? 
Uma vez que há privação de O2 nos tecidos é necessário ATP para manutenção da                             
homeostase no meio intracelular. Para que haja suprimento para alimentar as bombas                       
iônicas do tipo ATPase, faz-se necessário que haja fermentação láctica para produção de 2                           
ATP pela glicólise, ou seja, na ausência de O2, para-se a fosforilação oxidativa, respiração                           
aeróbica, e inicia-se a respiração anaeróbica, por fermentação láctica, com participação                     
importantíssima nessa via da Lactato desidrogenase.