Metabolismo de Carboidratos

Prévia do material em texto

segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Metabolismo de Carboidratos 
Por Rodrigo Ibañez Tiago 
- Via glicolítica - reações e regulação;
- Metabolismo de outros carboidratos (frutose, galactose, manose e via do sorbitol);
- Vias alternativas do metabolismo de glicose (via do glicuronato e via das pentoses 
fosfato); - Gliconeogênese - reações e regulação;
- Síntese e regulação hormonal da lactose;
- Síntese e degradação do glicogênio – reações e regulação;
- Metabolismo de carboidratos nos diversos tecidos;
- Importância médica do metabolismo de carboidratos;
- Alterações do metabolismo de carboidratos.
Na boca a glândula salivar, que contém ptialina (α-amilase salivar, quebra 
ligações α1,4), conseguindo digerir a amilose e a amilopectina (formas do amido), 
porém não apresentamos a β-amilase, não quebrando ligações β1,4, não digerindo 
a celulose.
Carboidratos não digeridos são excretados na forma de fibras insolúveis (fibrosas, 
baixa viscosidade, celulose, hemicelulose e ligninas — cereais integrais) e solúveis 
(formam gel em contato com a água, pectinas, gomas e mucilagens — frutas e 
vegetais).
A α-amilase salivar continua até meia hora no interior do bolo alimentar, no 
estômago, quando, então é inativada pelo baixo pH gástrico. Enzimas intestinais e 
pancreáticas possuem pH ótimo próximo de 7, então o pâncreas secreta 
bicarbonato, para que a α-amilase pancreática comece a atuar.
Suas diferenças são a sequência de aminoácidos, suas propriedades catalíticas e o 
pH em que atuam.
No intestino, enzimas de sua mucosa conseguem degradar isomaltases e 
dissacaridases: α1,6 glicosidase, oligossacaridases; α-glicosidase (maltase), β-
frutofuranosidase (sacarase) e β-galactosidase (lactase).
1
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Hormônios envolvidos: gastrina (estimula produção de suco gástrico), secretina 
(estimula liberação de bicarbonato), colecistoquinina (estimula liberação de bile e 
enzimas pancreáticas), enterogastrona (inibe peristaltismo).
Intolerância à lactose: mais da metade dos adultos e 90% de negros e asiáticos.
Intolerância à sacarose: 10% dos esquimós da Groenlândia.
Monossacarídeos da dieta são absorvidos no duodeno e jejuno superior (insulino-
independente). Co-transportadores Na+/glicose (SGLT1 no intestino delgado e rins 
e SGLT2 nos rins).
Monossacarídeos da corrente sanguínea são absorvidos por transportadores 
Na+ independente (GLUT1 mm, barreira hematoencefalica, gliais e placenta, GLUT2 
intestino, rim, GLUT3 neuronal, GLUT4 muscular e adiposas e GLUT5 intestino, rim, 
esperma), insulina-dependentes ou não.
Glicólise ou Via de Embden-meyerhof 
Glicólise é a sequência de reações que converte a glicose em piruvato com a 
concomitante formação do ATP. Presente em todas as formas de vida e em todas 
a células do nosso corpo. Ocorre no citosol da célula e independe de oxigênio. O 
músculo esquelético possui alta capacidade glicolítica, sobrevivendo a episódios 
anóxicos; o músculo cardíaco possui baixa capacidade glicolítico e pouca 
sobrevivência sob condições de isquemia.
2
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
A Hexoquinase possui isoenzimas:
	 Hexoquinase I — cérebro e rins (baixo Km para a glicose)
	 Hexoquinase II — mm esquelético (baixo Km para a glicose)
	 Hexoquinase I e II — fígado
	 Hexoquinase III — diversos tecidos
	 	 As três de cima fosforilam a glicose, frutose e manose, e são inibidas 	
	 	 pela alta concentração de glicose-6P
	 Hexoquinase IV e Glicoquinase — fígado e células β do pâncreas
	 	 Km para glicose de 20mM (360mg%); estimulada pela alta 	 	 	
	 	 concentração de glicose e inibida pela alta concentração de 	 	
	 	 frutose-6P, mas não pela concentração de glicose-6P; a síntese é 	 	
	 	 induzida pela insulina
Os grupos fosfatos acrescentam carga líquida negativa nos carboidratos, retendo-
os no interior da célula, são essenciais também na conservação da energia 
metabólica na forma de ATP.
Balanço energético da Glicólise:
Gasto:
	 2 ATP — reações de produção da G6P e F1,6biP
Produção:
	 2 ATP — do 3PGA
	 2 ATP — do piruvato
	 2 NADH — do 1,3biPGA
Balanço: 2 mol de ATP/mol de glicose
glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi —> 2 piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O 
A lactato desidrogenase (LDH) catalisa a interconversão de piruvato e lactato e a 
oxidação do NADH, produzindo NAD+ para a GAPDH (gliceraldeído 3-fosfato 
desidrogenase). Atua em ausência ou baixas tensões de oxigênio, apresenta altas 
concentrações nos miócitos e eritrócitos.
Louis Pasteur verificou que o consumo de glicose em anaerobiose era muito maior 
do que em aerobiose (2ATP/mol de glicose contra 32 ou 34ATP/mol de glicose).
3
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
A Via de Embden-meyerhof é comumente inibida em pontos específicos. O 
Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (GAPDH) pode ser inibido pelo iodoacetato 
e Hg2+, inibindo cisteíno proteases, ou pelo arsenito, que substitui o Pi e impede a 
produção de ATP, também inibindo a fosforilação oxidava e enzimas que usam o 
ácido lipóico; Enolase pode ser inibida pelo fluoreto que forma um complexo com 
o Mg2+ e Pi.
Regulação alostérica da glicólise 
Acontece tanto pela inibição de hexoquinases, quanto pela da fosfofrutoquinase-1 
(principal ponto de regulação da glicólise. Ela catalisa uma reação irreversível, 
convertendo frutose-6-fosfato e ATP em frutose-1,6-bisfosfato e ADP), e 
piruvatoquinase.
	 Hexoquinases: explicado acima.
	 Fosfofrutoquinase-1: a frutose-2,6-bifosfato, ADP e AMP atua como 
estimulador, altas concentrações de ATP inibem. O citrato aumenta o efeito inibidor 
do ATP.
	 Piruvatoquinase: a frutose-1,6-bifosfato atua como estimulador, inibida por 
alts [ATP] e alta [AMPc] no fígado. A insulina aumenta a síntese.
 
 
 
4
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Regulação hormonal da glicólise - ATRAVÉS DO CONTROLE DA PFK-1 
No músculo cardíaco: altas [adrenalina] estimulam a glicólise
No músculo esquelético: ATP/AMD além de altas [adrenalina] estimulam a 	 	
glicólise
 
5
Hexoquinase
Fosfofrutoquinase-1
Piruvatoquinase
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Gliconeogênese 
Formação de glicose a partir de precursores como intermediários da glicólise ou 
Ciclo de Krebs (lactato, glicerol ou oxaloacetato), ou através de aminoácidos 
(exceto Leu e Lys, porque não são aminoácidos glucogênicos, e sim cetogênicos), 
formando piruvato ou intermediários do Ciclo de Krebs.
No fígado acontece 90% desse processo, e 10% nos rins.
 
A glicose-6fosfato é hidrolisada a glicose pela 
glicose-6-fosfatase, localizada na superfície 
luminal do retículo endoplasmático; porém, o 
músculo esquelético não possui G6Pase, 
portanto não libera glicose para o sangue.
Gasta-se 6 mol de ATP/mol de glicose 
sintetizada a partir de 2 mol de piruvato.
Durante a gliconeogênese aumenta-se a 
concentração de ácidos graxos no sangue, 
porque são fontes de ATP pela β-oxidação, 
sendo oxidados nas mitocôndrias hepáticas, 
liberam corpos cetônicos e ATP.
2piruvato + 4ATP + 2GTP + 2NADH + H2O —>	
glicose + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD+ + 2H+
6
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Diferenças enzimáticas entre a glicólise e a gliconeogênese
A piruvato carboxilase é uma enzima mitocondrial e a glicose-6-fosfatase não existe no 
cérebro ou no músculo. 
Regulação alostérica da gliconeogênese:
	 O processo é desencadeado com a interrupção da glicólise
	 Aumenta a oxidação dos ácidos graxos para fornecer ATP, aumentando 
concentração de acetil-CoA, que é um ativador da piruvato carboxilase e aumenta 
a síntese de citrato, o inibidor da PFK-1
	 Eleva a concentração de F1,6biP que é inibidor da piruvatoquinase e 
ativador da piruvato carboxilase e da fosfoenolpiruvato carboxiquinase
	 Aumento de ATP e diminuição de AMP - inibindo PFK-1 e ativando 
F1,6biPase, degradando F2,6biP e induzindo a gliconeogênese
	 Reduz quantidade de O2, de ácidos graxos, inibindo a fosforilação oxidava 
(produção de ATP), o fígado então passa da gliconeogênese paraa glicólise
Controle hormonal da gliconeogênese
	 Envolve a regulação do suprimento de ácidos graxos para o fígado e das 
enzimas da glicólise e da gliconeogênese
	 Glucagon: ↑ lipólise, que ↑ [ácidos graxos] plasmáticos, que ↑ [acetil CoA], 
que induz a gliconeogênese. A insulina tem o efeito oposto. 
	 Glicocorticóides: aumentam a gliconeogênese no jejum ou diabetes, liberam 
glicose hepática para a circulação e inibem a captação de glicose pelos músculos
	 Glucagon aumenta a síntese de enzimas da gliconeogênese e a insulina 
aumenta a síntese de enzimas da glicólise.
Glicólise Gliconeogênese
Glicoquinase ou Hexoquinase Glicose-6-fosfatase
Fosfofrutoquinase-1 Frutose-1,6-bifosfatase
Pirutavoquinase Piruvato carboxilase e Fosfoenolpiruvato 
carboxiquinase
7
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Bebês prematuros apresentam hipoglicemia porque a razão cérebro/corpo é maior, 
e o cérebro consome quantidades grande de glicose, e também por conta da 
cetogênese (síntese de corpos cetônicos) e síntese hepática de glicose (limitadas)
8
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Metabolismo dos precursores da gliconeogênese 
Carboidratos 
Manose 
	 D-Manose + ATP —hexoquinase—> Manose-6-fosfato + ADP
	 D-Manose-6-fosfato —manose fosfoisomerase—> D-Frutose-6-fosfato
Frutose 
A frutólise fornece de 15 a 20% das calorias da dieta, é absorvida pelo transporte 
insulina-independente (GLUT5). É a fonte de energia das células espermáticas e 
adiposas, obtida a partir da sacarose (açúcar da cana, beterraba, frutas, vegetais e 
mel). Metabolismo mais rápido que o da glicose, porque não passa pela PFK-1 
(etapa limitante na glicólise).
9
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Galactose
Encontrada na lactose do leite e laticínios; 
constitui glicoproteínas e glicolipídeos de 
membranas. Captação insulino-independente. 
Alterações patológicas são chamadas de 
galactosemias.
Lactose
[β -D-galactose + α-D-glicose: produzida\ ????
Controle hormonal: antes e durante a gestação a mama sintetiza N-acetil-
lactosamina; durante a gestação a progesterona inibe a síntese de proteína B. Após 
o parto ↓[progesterona] e ↑ síntese de prolactina, que, por sua vez, ↑ síntese de 
proteína B que forma um complexo com a proteína A, chamado de lactose 
sintetase.
10
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Via do Sorbitol 
Para serem metabolizados, os carboidratos são fosforilados, mas no cristalino, 
retina, rim, fígado, placenta e vesículas seminais são reduzidos a álcool (hidrofílicos, 
e por isso não atravessam a membrana)
Síntese do Ácido Glicurônico ou Via do Glicuronato 
Glicuronato: funções: componente dos glicosaminoglicanos; realiza a desoxidação 
de compostos insolúveis (bilirrubina, esteroides e drogas). Sua aquisição é através 
de dieta, da degradação de glicosaminoglicanos ou via do glicuronato.
A icterícia fisiológica do recém-nascido é causada pelo aumento na degradação do 
heme e deficiência na conjugação com o ácido glicurônico.
Glicose —> Glicose-6-fosfato —> Glicose-1-fosfato —> UDP-Glicose —> Ácido 
UDP-Glicurônico —> Ácido D-Glicurônico-1-fosfato —> Ácido D-Glicurônico
11
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Desvio da Hexose Monofosfato ou Via das 
Pentoses Fosfato 
Ocorre no citosol, por excesso de glicose, e é integrada à glicólise. Nenhum ATP 
é produzido ou consumido na via. Produz-se NADPH para reações de redução no 
fígado e glândulas mamárias (síntese de ácidos graxos), córtex adrenal (síntese 
de esteroides) e hemácias (redução da glutationa). Produz-se também Ribose-5-
fosfato (síntese de nucleotídeos).
Possui duas fases, a oxidativa e a não oxidativa.
A fase oxidativa é irreversível, produz Ribose-5-fosfato e NADPH e próton (H+), 
ocorre em todos os tecidos, mas predomina em células que sintetizam lipídeos.
12
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
A fase não oxidativa é reversível, seu produto é a Glicose-6-fosfato e seu precursor 
é a Ribose-5-fosfato. Ocorre em células que sintetizam lipídeos (reciclagem da 
Ribose-5-fosfato) e em células em proliferação (medula óssea, mucosa intestinal).
13
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Metabolismo do Glicogênio 
É uma fonte continua de glicose sanguínea, que tem três fontes: dieta, degradação 
do glicogênio, e gliconeogênese.
É depositado no músculo esquelético (400g), não é afetado por jejuns curtos, e 
moderadamente diminuído no jejum prolongado e fígado (100g), é exaurido no 
jejum.
Glicogenólise 
Degradação do glicogênio armazenado no fígado e músculo esquelético. Produz 
Glicose-1-fosfato a partir das ligações α1,4 e glicose livre a partir das ligações α1,6 
(8:1). Pequena quantidade é degradada pela enzima lisossômica α1,4-glicosidase 
ou ácido maltase.
Glicogênese 
Síntese de glicogênio a partir de moléculas de α-D-Glicose (citosol) com gasto de 
ATP. Glicogenina sintase exige um primer, que é a glicogenina que, através da 
glicogenina glicosiltransferase é ativada.
14
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Devido a importância da manutenção da glicemia, síntese e degradação estão 
intimamente reguladas. No fígado a glicogênese é acelerada pós-alimentares e 
glicogenólise no jejum. No músculo esquelético a degradação ocorre durante o 
exercício e a síntese durante o repouso.
Regulação alostérica
A glicogênio sintase e glicogênio fosforilase respondem aos níveis metabólicos:
	 Síntese é estimulada quando os níveis de energia estão aumentados
	 Degradação em baixos níveis de energia e baixo suprimento de glicose
No fígado a glicose é inibidor da glicogênio fosforilase
No músculo esquelético a contração muscular a liberação de Ca2+ ativa a 
calmodulina (subunidade δ da fosforilase quinase), ativando-a, que ativa, por sua 
vez, a fosforilase b. Altos níveis de AMP ativam a fosforilase b sem fosforilação. Na 
maioria das condições fisiológicas a fosforilase b é inativa e a fosforilase a é ativa, 
independente da [AMP, ATP ou G6P].
Regulação hormonal
Nível elevado de insulina aumenta a glicogênese e o de glucagon e epinefrina 
aumenta o de glicogenólise.
O glucagon e a epinefrina no fígado e epinefrina no músculo aumentam níveis de 
AMPc e a insulina diminui.
Glicogênio sintetase, fosforilada pela proteína quina C (inativa), é estimulada pelo 
aumento de concentração de AMPc, Ca2+ e DAG.
15
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Glicose e os tecidos 
GLUT1: Eritrócito; insulino-independente
GLUT2: Fígado; insulino-independente
GLUT3: Cérebro; insulino-independente
GLUT4: Músculo EE. e Cardíaco e Adipócitos; insulino-dependentes
16
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Glicosaminoglicanos, proteoglicanos e glicoproteínas [Já existe um pdf sobre 
eles] 
Insulina 
Estímulo da secreção pelo pâncreas (células β) acontece pelos elevados níveis 
plasmáticos de glicose e arginina
Inibição acontece pelo baixo nível de glicose, fome, estresse, exercício intenso e 
trauma (mediados pela epinefrina).
Glicocorticóides 
Aumentam a síntese de AST, ALT e G-6-Pase (enzimas). Aumentam o catabolismo 
proteico nos músculos, epiderme e tecido conjuntivo. No tecido adiposo, aumenta 
a lipólise e liberação de ácidos graxos e glicerol, em outros tecidos tem ação 
lipogênica.
17
segunda-feira, 12 de agosto de 2019
Importância Biomédica da Glicólise 
Anemia hemolítica: deficiência de piruvatoquinase
Acidose láctica possui várias causas, dentre elas a deficiência de piruvato 
desidrogenase.
Alterações na via glicolítica causa doenças metabólicas:
	 Deficiência de insulina causa diminuição na captação de glicose e produção 
das enzimas da glicólise [Diabetes].
	 Obesidade (diabetes, cegueira, hipertensão, aterosclerose e doenças 
vasculares e renais).
Células cancerígenas de crescimento rápido:
	 Pouco vascularizadas (baixa tensão de O2) e menor número de 
mitocôndrias, captação de glicose 10x mais rápida, expressão da Hexoquinase II 
elevada, mutação da proteína supressora de tumor p53, que controla a síntese e a 
montagem das proteínas mitocôndrias essenciaispara o transporte de elétrons até 
o O2, então ocorre uma deficiência no transporte de elétrons e estímulo na 
produção de ATP pela glicólise.
Etanol x Gliconeogênese 
Etanol é oxidado no fígado pela álcool desidrogenase (ADH)
	 	 Etanol + NAD+ —> Acetaldeído + NADH + H+
Elevada produção de NADH no citosol ativa a malato desidrogenase e lactato 
desidrogenase, e portanto, a gliconeogênese é inibida.
	 	 Piruvato + NADH + H+ —LDH—> Lactato + NAD+
	 Oxaloacetato + NADH + H+ —malatoDH—> Malato + NAD+
Portanto, a ingestão de álcool inibe a gliconeogênese. Intoxicação alcoólica causa 
hipoglicemia.
18
	Metabolismo de Carboidratos
	Glicólise ou Via de Embden-meyerhof
	Gliconeogênese
	Metabolismo dos precursores da gliconeogênese
	Via do Sorbitol
	Síntese do Ácido Glicurônico ou Via do Glicuronato
	Desvio da Hexose Monofosfato ou Via das Pentoses Fosfato
	Metabolismo do Glicogênio
	Glicose e os tecidos
	Insulina
	Glicocorticóides
	Importância Biomédica da Glicólise