Resumo - Via glicolítica

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METABOLISMO - VIA GLICOLÍTICA
METABOLISMO - VIA GLICOLÍTICA
1. Fosforilação da glicose
No primeiro passo a glicose é ativada para as reações subsequentes pela sua fosforilação
no C-6, formando glicose 6-fosfato, que será o doador de fosfato para o ATP. Esta reação é
irreversível sob as condições intracelulares e é catalisada pela hexoquinase:
As quínases são um subclasse das transferases e catalisam a transferência do grupo
fosforila terminal do ATP para um receptor nucleofílico qualquer. A hexoquinase além de
catalisar a fosforilação da D-glicose, também catalisa de outras hexoses comuns, como a
D-frutose e a D-manose.
Para a hexoquinase ser ativada é necessário que tenha a presença de Mg2+, que mascara
as cargas negativas do grupo fosforila do ATP e faz do átomo de fósforo terminal um alvo
mais fácil para o ataque nucleofílico por um grupo -OH da glicose. A hexoquinase sofre
ajuste induzido quando se liga a molécula de glicose, dessa forma, dois domínios da
proteína aproximam-se quando o ATP se liga. Esse movimento leva o ATP ligado mais
próximo da molécula de glicose também ligada na enzima e bloqueia o acesso de água (do
solvente) que poderia entrar no sítio ativo e hidrolisar as ligações fosfoanidrido do ATP. Essa
enzima é uma proteína citosólica e solúvel, que está presente em todas as células de todos
os organismos.
2. Conversão da glicose 6-fosfato em frutose 6-fosfato
A enzima isomerase da hexose fosfato catalisa a isomerização reversível de uma aldose,
glicose 6-fosfato, em cetose, frutose 6-fosfato:
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Como previsto pela variação relativamente pequena da energia livre-padrão, essa reação
processa-se facilmente em qualquer das duas direções. Esta isomerização tem um papel
crítico na química global da via glicolítica, uma vez que o rearranjo dos grupos carbonila e
hidroxila nos C-1 e C-2 é uma condição necessária para os dois passos seguintes.
3. Fosforilação da frutose 6-fosfato em frutose 1,6 bifosfato
Na segunda das duas reações de ativação da glicolise, a fosfofrutoquinase-1 (PFK -1)
catalisa a transferência de um grupo fosfato do ATP para a frutose 6-fosfato para liberar a
frutose 1,6-bifosfato.
A reação da PFK-1 é essencialmente irreversível e é o primeiro passo “comprometido” da
via glicolítica, pois a glicose-6-fosfato e a frutose- 6-fosfato podem ter outros destinos, mas
a frutose-1,6-bifosfato é dirigida para a glicólise. A fosfofrutoquinase-l, como a hexoquinase,
é uma enzima reguladora, sendo uma das mais complexas. Ela representa o ponto principal
de regulação da glicólise.
A atividade da PFK-1 é aumentada sempre que o suprimento de ATP da célula se torna
baixo ou quando existe um excesso dos produtos da hidrólise do ATP, ADP e AMP. Essa
enzima é inibida sempre que a célula tem amplo suprimento de ATP e quando ela está bem
suprida de outros combustíveis como os ácidos graxos. Em alguns organismos, a frutose
2,6-bifosfato (que não deve ser confundida com a frutose 1,6- bifosfato que é o produto da
ação da PFK-1) é um potente ativador alostérico da fosfofrutoquinase-1.
4. Clivagem da frutose 1,6-bifosfato
A enzima aldolase catalisa a condensação reversível de grupos aldol. A frutose 1,6-bifosfato
é quebrada para liberar duas trioses fosfato diferentes, o gliceraldeído 3-fosfato, uma
aldose, e a diidroxiacetona fosfato, uma cetose.
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5. Interconversão das trioses fosfato
Apenas uma das trioses fosfato formada pela aldolase, o gliceraldeído 3-fosfato, pode ser
diretamente degradada nos passos subsequentes da glicólise. Entretanto, o outro produto, a
diidroxiacetona fosfato, é rápida e reversivelmente convertido em gliceraldeído 3-fosfato
pela quinta enzima da sequência glicolítica, a isomerase da triose fosfato.
Depois da reação da isomerase da triose fosfato, os átomos do C-1, C-2 e C-3 da glicose
inicial tornam-se indistinguíveis de C-6, C-5 e C-4, respectivamente, o que torna possível o
metabolismo completo dos seis átomos de carbono da molécula da glicose.Esta reação
completa a fase preparatória da glicólise.
A fase de pagamento da glicólise produz ATP e NADH
6. Oxidação do gliceraldeido 3-fosfato em 1,3-bifosfoglicerato
O primeiro passo da fase de pagamento da glicólise é a conversão do gliceraldeído
3-fosfato em 1,3-bi-fosfoglicerato, catalisado pela desidrogenase do gliceraldeído 3-fosfato.
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Essa é a primeira das duas reações conservadoras da energia da glicólise e que no final
levam à formação do ATP. O grupo aldeído do gliceraldeído 3-fosfato é desidrogenado, não
em um grupo carboxila livre, mas em um anidrido de ácido carboxílico com o ácido fosfórico.
Esse tipo de anidrido, chamado um acilfosfato, tem energia livre-padrão de hidrólise muito
alta (ΔG’ = -49,3kJ/mol). A maior parte da energia livre de oxidação do grupo aldeído do
gliceraldeído 3-fosfato é conservada pela formação do grupo acilfosfato em C-1 do
1,3-bifosfoglicerato. O gliceraldeído 3-fosfato está ligado de maneira covalente à
desidrogenase durante a reação catalisada pela desidrogenase do gliceraldeído 3-fosfato.
7. Transferência do fosfato do 1,3-bifosfoglicerato para ADP
A enzima fosfoglicerato quínase transfere o grupo fosfato de alta energia do grupo carboxila
do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato.
Juntos, os passos 6 e 7 da glicólise constituem um processo acoplador de transferência de
energia no qual o intermediário comum é o 1,3-bifosfoglicerato, ele é formado na primeira
reação (que é endergônica quando isolada), e na segunda reação (que é fortemente
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exergônica) seu grupo acilfosfato é transferido ao ADP para formar ATP. A soma das duas
reações gera um energia ΔG’ = -l2,5kJ/mol, sendo a reação global exergônica. O passo 7
consome o produto do passo 6 (1,3-bifosfoglicerato) e, assim, no equilíbrio dinâmico
mantém 1,3-bifosfoglicerato em níveis relativamente baixos.
O resultado do acoplamento dessas duas reações, ambas reversíveis nas condições
celulares, é que a energia liberada na oxidação de um aldeído a um grupo carboxilato, é
conservada pela formação concomitante de ATP com o emprego de ADP e Pi, A formação
de ATP pela transferência de um grupo fosfato de um substrato como o 1,3-bifosfoglicerato
é referida como fosforilação ao nível do substrato, para distinguir seu mecanismo daquele
da fosforilação ligada à respiração.
8. Conversão da 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato
A enzima mutase do fosfoglicerato catalisa a transferência reversível do grupo fosfato entre
C-2 e C-3 do glicerato. O íon Mg2+ é essencial para essa reação.
A reação ocorre em dois passos, um grupo fosforila, inicialmente ligado a um resíduo de
histidina no sítio ativo da enzima, é transferido para o grupo hidroxila em C-2 do
3-fosfoglicerato, formando 2,3-bifosfoglicerato. O fosfato em C-3 do 2,3-bifosfoglicerato é
então transferido para o mesmo resíduo de histidina da enzima, produzindo 2-fosfoglicerato
e regenerando a enzima fosforilada. Como a enzima é inicialmente fosforilada pela
transferência de fosfato do 2,3-bifosfoglicerato, esse composto funciona como um co-fator;
ele é requerido em pequenas quantidades para iniciar o ciclo catalítico e continuamente
regenerado por esse ciclo.
9. Desidratação do 2-fosfoglicerato em fosfoenol piruvato
A segunda reação glicolítica que gera um composto com alto potencial de transferência do
grupo fosforila é catalisada pela enolase. Essa enzima promove a remoção reversível de
uma molécula de água do 2-fosfoglicerato para liberar fosfoenolpiruvato (PEP).
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A respeito da variação relativamente pequena da energia livre-padrão nessa reação, há
uma grande diferença da energia livre-padrão de hidrólise do grupo fosforila do reagente e
do mesmo grupo do produto. Aquela do 2-fosfoglicerato (um éster de fosfato de baixa
energia) é -17,6kJ/mol, e aquela do fosfoenol piruvato (um composto fosfato de energia
superalta), -61,9kJ/mol. Embora o 2-fosfoglicerato e o fosfoenolpiruvatocontenham, cada
um, perto da mesma quantidade total de energia, a saída da molécula de água do
2-fosfoglicerato provoca a redistribuição da energia interna da molécula e aumenta muito a
energia livre-padrão de hidrólise do grupo fosforila.
10. Transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para ADP
O último passo na glicólise é a transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o
ADP, catalisada pela quínase do piruvato, uma enzima que requer K+ e Mg2+ ou Mn2+.
Nessa reação, de fosforilação ao nível do substrato, o produto piruvato aparece primeiro na
sua forma enol que tautomeriza de maneira rápida, embora não-enzimática, para a forma
ceto do piruvato. A reação total tem uma variação de energia livre-padrão grande e
negativa, devido, em grande parte, à conversão espontânea da forma enol do piruvato em
sua forma ceto. O ΔG’ de hidrólise do fosfoenolpiruvato é -61,9kJ/mol; cerca de metade
dessa energia é conservada na formação da ligação fosfoanidrido do ATP (ΔG’ = -30,5kJI
moI) e o restante (-31,4kJ/mol) constitui uma grande força que empurra a reação no sentido
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da síntese do ATP. A reação da quinase do piruvato é essencialmente irreversível sob
condições intracelulares e um importante sítio de regulação.