Tutoria 9 BBPM 1

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Tutoria 9
1- Problema 
Mulher de 40 anos foi admitida no setor de emergência com queixas de dor na parte inferior das costas, febre, náusea, vômitos, mal-estar, calafrios, síncope, tontura e respiração ofegante. A paciente apresentava disúria e febre de 39,4 oC quando estava em sua casa pela manhã. Tem história de diabetes melito não dependente de insulina, mas nega qualquer outro problema de saúde. No exame, apresentou angústia moderada com temperatura de 38,9 oC, pulso de 110 bpm, ritmo respiratório de 30/min e pressão sanguínea de 70/30 mmHg, levando ao comprometimento do fluxo sanguíneo e da oxigenação dos tecidos, resultando em acidemia. Apresentava extremidades frias, pulso fraco, pulmões limpos na auscultação bilateral, taquicardia a um ritmo regular e significativa sensibilidade costovertebral no lado direito. Verificou-se número de leucócitos (WBC) elevado (20.000/ mm3), com hemoglobina e hematócrito normais, glicose elevada (200 mg/dL) e o nível de bicarbonato no soro estava baixo com aumento no ânion gap. O exame de urina mostrou um número anormal de cilindros gram-negativos. O tratamento inicial foi administração intravenosa de soro, buscando manutenção do volume corpóreo, da pressão sanguínea e controle da acidose metabólica e sepse pela administração de medicamentos específicos.
2- Termos desconhecidos:
Síncope: perda dos sentidos devido à deficiência de irrigação sanguínea no encéfalo.
Disúria: dificuldade para urinar que pode ser acompanhada de dor.
Hematócrito: é a porcentagem de volume ocupada pelos glóbulos vermelhos ou hemácias no volume total de sangue.
Ânion GAP: é a diferença entre os cátions presentes no sangue (sódio) e os ânions (bicarbonato e cloro), tendo como principal componente a albumina. 
Sepse: é um conjunto de manifestações graves em todo o organismo produzidas por uma infecção.
Acidemia: processo de diminuição do pH sanguíneo para menos de 7,35 (aumento de H+).
3- Palavras chaves:
· Diabetes melitus 
· Sensibilidade costovertebral 
· Acidose metabólica
· Hematopoese
4- Objetivos:
· Estudar a finalidade e a regulação da glicólise anaeróbica/ fermentação lática/ via glicolítica. 
Glicólise anaeróbica/Fermentação lática/Via glicolítica
A glicose é o principal substrato oxidável para a maioria dos organismos. Algumas células e tecidos, como as hemácias e o tecido nervoso, só podem oxidar tal substrato para a produção de energia. As fontes de glicose podem ser a hidrólise de polissacarídeos ou dissacarídeos, a gliconeogênese, entre outros. A glicose é escolhida por ter receptores específicos para sua internalização, além de ser um açúcar facilmente biodisponível. 
A glicólise anaeróbica o primeiro estágio do metabolismo, com saldo positivo de 2 ATP (adenosina trifosfato) e 2 piruvatos. Analisa-se que tal processo gera uma menor quantidade de energia, mas apesar de ser uma via não muito eficiente, ela é muito utilizada por não haver necessidade de O2. É também o método mais antigo para obtenção de energia a partir de moléculas orgânicas combustíveis, já que os organismos vivos apareceram primeiro em uma atmosfera destruída de oxigênio. 
Os carboidratos são fontes rápidas de energia, e serão degradados por enzimas digestivas para que passem da luz intestinal ao sangue, visto que o organismo não é capaz de absorver moléculas maiores. Esses carboidratos serão degradados até que cheguem ao monossacarídeo glicose. A glicose é uma molécula formada por 6 átomos de carbono que, além de um excelente combustível, é também uma precursora muito versátil, capaz de suprir uma enorme variedade de intermediários metabólicos em reações biossintéticas.
A glicose proveniente da alimentação será a base para a formação de energia necessária para a manutenção do nosso organismo, e para que realizemos nossas funções diárias. A partir do momento em que dissacaridoses degradam dissacarídeos em glicose, na luz do intestino, estas moléculas seguirão para a corrente sanguínea. Para isso, a glicose associa-se ao sódio, e assim, atravessa microvilosidades e canais específicos. 
Receptor de insulina/tirosina quinase
O receptor de insulina é uma glicoproteína heterotetramérica presente na membrana plasmática das células-alvo, sendo constituída de quatro subunidades (duas alfa e duas beta) inativas, que atua como uma enzima alostérica. 
A subunidade alfa é externa à célula, enquanto que a subunidade beta comporta-se como uma proteína transmembrana e possui atividade de tirosina quinase, sendo passível à fosforilação. 
Quinases são proteínas que adicionam grupos fosfato a outras proteínas. Assim, quando a insulina se liga a tal receptor, faz com que a atividade quinase seja ativada, promovendo uma alteração conformacional e autofosforilação, aumentando ainda mais a atividade quinase do receptor. 
A insulina aumenta o número de transportadores de glicose (GLUT 4) na membrana celular, aumentando a captação de glicose, além de desfosforilar a enzima alvo. Estimula a síntese de glicogênio (fígado e músculo), de ácidos graxos (fígado) e de triacilglicerídeos (adipócitos).
Via de sinalização da glicose
Para a glicose entrar nas células, inicia-se a via de sinalização da glicose, no qual o hormônio insulina, produzido no pâncreas, atua estimulando uma cascata de reações bioquímicas ao se ligar ao seu receptor IRS (insulin receptor substrate).
1º Quando se tem altos níveis de glicose no sangue, a insulina é liberada pelas células;
2º Insulina se liga ao seu receptor IRS (insulin receptor substrate) na membrana celular de uma célula muscular, adiposa ou nervosa;
3º Quando ocorre essa ligação, são adicionados grupos fosfato ao domínio intracelular desse receptor, ocorrendo uma auto-fosforilação;
4º O receptor ativado acrescenta uma molécula de fosfato a uma proteína associada, que faz com que o sinal passe efetivamente;
5º A fosforilação acontece também nas proteínas IRS1->PI3K->AKT, respectivamente;
6º O transportador de glicose GLUT recebe este estímulo para que haja a sua translocação para a membrana da célula, abrindo um canal para a entrada da glicose.
Resistência periférica à insulina: ocorre se o aminoácido fosforilado no receptor de insulina não for a tirosina nos dois lados. Assim, proporciona-se a hiperglicemia e consequente disposição para o desenvolvimento de diabetes e obesidade.
Transportadores de glicose GLUT
Em todas as células a glicose é transportada através de transportadores, de uma área de maior concentração para uma de menor, por difusão facilitada (exceção feita à célula intestinal e túbulo renal) que é possível devida às propriedades especiais de ligação da proteína transportadora de glicose (GLUT) da membrana. Eles contribuem para a homeostase glicêmica. A cinética do transporte de glicose mediado por proteínas GLUT segue o padrão de Michaelis – Menten para a cinética enzimática, ou seja, a velocidade de transporte é tanto maior quanto maior a concentração de substrato (glicose) e de enzima (GLUT). 
GLUT 1: responsáveis pelo nível basal de glicose celular. Possuem alta capacidade de transporte e alta afinidade pela molécula de glicose, mantendo rapidamente o nível de glicose dentro da célula. Não tem atividade alterada pela presença da insulina e estão presentes nas hemácias, na barreira hematoencefálica e nos rins. 
GLUT 2: auxilia na homeostase sistêmica. Localizado nos hepatócitos, células beta pancreáticas, membrana basolateral de células epiteliais do intestino delgado e túbulos renais, astrócitos. Confere uma capacidade glico-sensora às células que se expressa. Toda variação de glicemia é detectadas pelas células β, iniciando automaticamente o controle da secreção de insulina e captação ou liberação de glicose hepática. 
GLUT 3: proporciona o transporte da glicose do astrócito ao neurônio. Tem seus níveis reduzidos na doença de Alzheimer. Não depende de insulina. Participa de um mecanismo compensatório. 
GLUT 4: são os transportadores insulina-dependente, mais abundante nas membranas celulares do músculo esquelético,cardíaco e tecido adiposo. Sem estimulação a densidade do GLUT4 na membrana é extremamente baixa, estando presente em vesículas citoplasmáticas, a quantidade de vesículas é variável pela atividade do tecido. Após a estimulação pela insulina, esses transportadores são translocados para a membrana e o transporte de glicose é aumentado.
GLUT 5: proteína transportadora de frutose, com pequena ou nenhuma afinidade pela glicose.
GLUT 8: expresso nos blastocistos.
GLUT 9: presentes no fígado e rins.
GLUT 10: presente no fígado e pâncreas.
GLUT 11: presente no coração e músculo esquelético.
Fases/ etapas da glicólise
As etapas da glicólise ocorrem 10 reações, essas que são divididas em duas fases:
FASE PREPARATÓRIA: há a preparação para a transferência de elétrons e a fosforilação do ADP, utilizando a energia da hidrólise de ATP. Nessa fase a energia do ATP é investida, aumentando o conteúdo de energia livre dos intermediários e as cadeias carbônicas de todas as hexoses metabolizadas são convertidas em um produto comum: o gliceraldeído-3-fosfato. 
1ª etapa (primeiro gasto de energia e reação irreversível)
Ocorre um processo de fosforilação da glicose, pela enzima HEXOQUINASE, para que glicose permaneça na célula. O ATP doa um fosfato ao carbono 6 (C-6) da molécula de glicose produzindo glicose-6-fosfato. Para a adição do fosfato (fosforilação) à glicose, há o primeiro gasto de energia. 
Para que a reação ocorra, a hexoquinase requer o cofator Mg2+, porque ele protege as cargas negativas do grupo fosforil do ATP. O complexo MgATP2- promove maior facilidade para a ligação do grupo hidroxila da glicose ao fosfato, ativando a glicose e mantendo-a dentro da célula.
Pelo fato de haver consumo de ATP, por reação acoplada (utilização da energia liberada por uma reação exotérmica para realização de uma reação endotérmica, realizada pela utilização de compostos intermediários de energia), a reação é termodinamicamente favorável, tendo ΔG negativo. 
2ª etapa (reação reversível)
Ocorre a isomerização reversível da glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato, sem a perda de carbono, apenas se transforma uma aldose em uma cetose. A enzima que catalisa esta reação é a FOSFO-HEXOSE-ISOMERASE, que também necessita do Mg2+ como cofator. 
3ª etapa (segundo gasto de energia e reação irreversível)
A frutose-6-fosfato é fosforilada, produzindo frutose-1,6-bisfosfato. Esta reação é acoplada à hidrólise de ATP, constituindo então o segundo gasto de energia. A glicose-6-fosfato e a frutose-6-fosfato podem desempenhar papéis em outras vias, mas a frutose-1,6-bisfosfato não, por isso este é um ponto irreversível da glicólise. A enzima que catalisa esta reação é a FOSFOFRUTOQUINASE-1 (principal enzima reguladora da glicólise).
A atividade da PFK-1 é aumentada através de uma modulação alostérica sempre que o ATP estiver em baixo nível ou quando existir um excesso de produtos da hidrólise do ATP, ADP e AMP (principalmente este último). 
O contrário ocorre quando há muito ATP ou outro combustível, como os ácidos graxos na célula, e a mesma não precisa metabolizar glicose para obter energia, e então a PFK-1 é inibida.
4ª etapa (reação reversível)
Ocorre a clivagem da frutose-1,6-bisfosfato em dois fragmentos de três carbonos, que forma diidroxiacetona-fostato e gliceraldeído-3-fosfato. A enzima que catalisa esta reação é a ALDOLASE.
5ª etapa (reação reversível)
Apenas o gliceraldeído-3-fosfato pode ser diretamente degradado nos passos subsequentes da glicólise. Por isso, a diidroxiacetona-fostato é convertida reversivelmente em gliceraldeído-3-fosfato, pela enzima TRIOSE-FOSFATO-ISOMERASE.
FASE DE PAGAMENTO: até este momento, não houve nenhuma reação oxidativa, e foram usados 2 ATP. 
6ª etapa (redução do NAD+ a NADH e reação reversível)
Ocorre a oxidação do gliceraldeído-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato, pela enzima GLICERALDEÍDO-3-FOSFATO-DESIDROGENASE (GAP desidrogenase, uma oxirredutase). Esta é a reação característica da glicólise, porque envolve a adição de fosfato inorgânico ao gliceraldeído-3-fosfato e transferência de elétrons para o NAD+ (nicotinamida adenina dinucleotídio). 
O NAD+ é um cofator e transportador de energia, e é reduzido a NADH ao receber dois elétrons e um próton. Como todas as células contêm quantidades limitadas de NAD+, a glicólise logo cessaria caso o NADH gerado nesse passo da glicólise não fosse continuamente oxidado.
7ª etapa (pagamento dos 2 ATPs gastos e reação reversível)
Há a produção de ATP pela fosforilação do ADP. A enzima que catalisa a reação de conversão do 1,3-bisfosfoglicerato a 3-fosfoglicerato é a FOSFOGLICERTATO-QUINASE. 
Temos então, o pagamento dos 2 ATPs gastos (lembrando que há 2 ATPs porque essa fase está ocorrendo em dobro). A fosforilação ocorrida não é oxidativa, pois não há transferência de elétrons, e sim de fosfato, em nível de substrato.
8ª etapa (reação reversível)
Há um rearranjo do 3-fosfoglicerato, e o fosfato passa do carbono 3 pro carbono 2. Isso acontece através da enzima FOSFOGLICEROMUTASE. Forma-se então o 2-fosfoglicerato. Nessa reação, necessita-se novamente do cofator Mg2+. 
Um grupo fosforil 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. Posteriormente, esse grupo fosforil é transferido para o mesmo resíduo de histidina, produzindo 2-fosfoglicerato e regenerando a enzima fosforilada. 
O composto 2,3-bifosfoglicerato atua como ligante fisiológico que controla a funcionalidade da hemoglobina durante o estado de transição entre oxi e deoxihemoglobina. 
9ª etapa (reação reversível)
Ocorre a desidratação do 2-fosfoglicerato, em fosfoenolpiruvato, pela enzima ENOLASE.
10ª etapa
No último passo da glicólise, há a transferência de fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP, pela enzima PIRUVATO-QUINASE, formando o piruvato (inicialmente na forma enólica) e ATP. 
Depois, há uma tautomerização (ação não enzimática), e o piruvato alcança a forma cetônica, que predomina em pH 7,0. A reação enzimática inicial requer K+ e Mg2+ ou Mn2+ pela enzima.
11ª etapa
O piruvato produzido nas reações anteriores será transformado em lactato com a entrada de NADH e a saída de NAD+ pela enzima lactato desidrogenase. 
O lactato é um produto da glicólise, em que é produzido quando se tem pouco oxigênio para continuar a quebra do piruvato. À medida que o exercício físico se intensifica, ocorre um desequilíbrio entre a produção e remoção, com consequente acúmulo de lactato no sangue e aumento de sua concentração. 
Os esqueletos de carbono das moléculas de piruvato formados novamente a partir do lactato durante o exercício serão oxidados para a obtenção de energia ou serão sintetizados para glicose (gliconeogênese) no ciclo de Cori. O ciclo de Cori serve para remover o lactato, além de utilizá-lo para reabastecer as reservas de glicogênio depletadas no exercício árduo. 
Quando o metabolismo glicolítico predomina, a produção de NADH – coenzima envolvida na transferência de energia- ultrapassa a capacidade da célula de arremessar seus hidrogênios através da cadeia respiratória-etapa da respiração celular em moléculas fixadas na membrana interna da mitocôndria- devido ao fato de existir uma quantidade insuficiente de oxigênio ao nível tecidual. 
O desequilíbrio na liberação de oxigênio e a subsequente oxidação fazem com que o piruvato possa aceitar o excesso de hidrogênios, o que resulta em acúmulo de lactato e acidemia, pela liberação do H+ do ácido lático, fator que impede o funcionamento de diversas enzimas e reações químicas. A acidemia é compensada no fígado com a reversão do sentido da equação de transformação do piruvato em lactato.
A lactato desidrogenase é uma enzima que tem seus níveis elevados quando há danos em tecidos e hemólise. Câncer, pancreatite, meningite, encefalite, AIDS, entre outras, são patologias que também aumentam os níveis de LDH. 
Balanço energético final
Fase preparatória: gasto de 2 ATP.
Fase de pagamento: produção de 4 ATP e 2 piruvatos.Saldo positivo de 2 ATP, 2 piruvatos e  2 NADH.
Destinos metabólicos do piruvato
PRIMEIRA ROTA: o piruvato é oxidado com perda do seu grupo carboxila como CO2, para liberar o grupo acetila da acetilcoenzima A, a qual é oxidada a CO2 pelo ciclo do ácido cítrico. Os elétrons originados dessas reações são passados para o O2 por meio de uma cadeia de transportadores na mitocôndria, formando água. A energia liberada nas reações de transferência de elétrons permite a síntese de ATP nas mitocôndrias. 
SEGUNDA ROTA: o piruvato se reduz a lactato por meio da via de fermentação lática.  Em condições de hipoxia muscular, o NADH não é reoxidado a NAD+, e o NAD+ é necessário para a glicólise. A redução do piruvato a lactato permite usar NADH como doador de eletróns regenerando o NAD+. Certos tipos de células e tecidos, como retina, eritrócitos e cérebro, convertem a glicose em lactato mesmo em condições aeróbicas. 
TERCEIRA ROTA: converte-se a glicose em etanol, através da fermentação alcoólica. 
Outros monossacarídeos que alimentam a glicólise
Frutose:
Nos tecidos extra-hepáticos, que não possuem a glicocinase, a frutose é convertida em frutose-6-fosfato pela hexocinase, a primeira enzima da glicólise. Uma vez que a frutose-6-fosfato é um intermediário da glicólise, já pode depois seguir normalmente a via glicolítica.
Galactose:
A galactose é primeiramente fosforilada a galactose-1-fosfato pela galactocinase. Seguidamente a galactose-1-fosfato vai receber uma molécula de UDP, originando UDP-galactose. Esta reação é catalisada pela galactose-1-fosfato uridil transferase. A UDP-galactose é depois epimerizada a UDP-glicose, por ação da UDP-galactose-4-epimerase. A UDP-glicose sofre uma troca da porção UDP por um grupo fosforil, originando glicose-1-fosfato, que é depois convertida em glicose-6-fosfato (intermediário glicolítico) por ação da fosfoglicomutase.
Manose:
A manose é fosforilada pela hexocinase e origina manose-6-fosfato. A manose-6-fosfato é convertida em frutose-6-fosfato (um intermediário glicolítico) pela fosfomanose isomerase.
Importância do balanço da coenzima NAD+/NADH no citossol
O processo glicolítico é anaeróbico visto que a transformação do açúcar não é caracterizada por uma oxidação. Tanto a glicose como o ácido lático apresentam número de oxidação igual a zero, evidenciando que no transcorrer do processo não houve oxidação e nem de redução. Para melhor compreender este processo, pode-se visualizar no esquema metabólico da glicólise, que a enzima desidrogenase de gliceraldeído-3-fosfato promove uma oxidação (remoção de 2 elétrons e 2 H+, formando o NADH+H+). 
Estes hidrogênios e elétrons serão posteriormente incorporados, mediante uma reação de redução do piruvato ou do acetaldeído, na última reação do processo (catalisada pela desidrogenase lática ou alcoólica). Tem-se assim um balanço perfeito das coenzimas (NAD+/NADH+H+), ou seja, não há produção líquida de coenzima oxidada ou reduzida, e sim a regeneração das mesmas no transcorrer do processo glicolítico, condição essa essencial para se dispensar a presença do oxigênio molecular.
Funções da via glicolítica
· Degradação da glicose para geração rápida de ATP;
· Fornecimento de substratos para reações de síntese de algumas substâncias;
· Regeneração do NADH. 
· Principal via de fluxo de carbono para os tecidos. 
· Impulsiona o metabolismo mitocondrial.
Pontos de controle da glicólise
Se o organismo não necessitar urgentemente de energia, as vias podem ser "desativadas", para que haja economia de energia. Na glicólise, há então 3 pontos de controle da via:
1º Glicose para glicose-6-fosfato
2º Frutose-6-fosfato para frutose-1,6-bisfosfato (inibição da fosfofrutoquinase pelo excesso de ATP)
3º Fosfoenolpiruvato a piruvato (inibição da piruvato quinase por ATP).
Tais enzimas têm papel regulador, além de catalítico. 
Hexoquinase: é ativada no estado alimentado. Por apresentar uma inibição pelo produto, a hexoquinase para de funcionar logo que uma quantidade significativa de glicose-6-fosfato é produzida. Permanece inativa até que o nível dessa molécula reduz como resultado de seu uso por outras reações. A hexoquinase é uma enzima reguladora, na qual a glicose-6-fosfato é tanto o substrato como o regulador alostérico.
Fosfofrutoquinase-1: a atividade desta enzima pode ser aumentada ou reduzida por certo número de metabólitos comuns por modulação alostérica. A enzima requer Mg2+ e é específica para frutose-6-fosfato. Sua atividade é estimulada pelo ADP e quando há excesso de ATP ela é inibida. Quando a relação ATP/ADP for alta a atividade da enzima fosfofrutoquinase é severamente inibida, no entanto quando esta mesma relação é baixa a fosfofrutoquinase tem sua atividade acelerada. A inibição alostérica da fosfofrutoquinase, principalmente pelo ATP, é o principal mecanismo regulador da glicólise.
Moduladores negativos/inibidor: ATP e citrato.
Moduladores positivos/estimulador: AMP, ADP e frutose-2,6-bifosfato.
Piruvato quinase: a reação da piruvato quinase é um ponto de controle secundário na glicólise. É também uma enzima alostérica. Em altas concentrações de ATP, a afinidade aparente da quinase do piruvato pelo fosfoenolpiruvato é relativamente baixa e a velocidade da reação será igualmente baixa em concentrações normais de fosfoenolpiruvato. A quinase do piruvato é inibida também por Acetil CoA e por ácidos graxos de cadeia longa, ambos importantes combustíveis do Ciclo de Krebs. Assim, sempre que a célula já dispõe de uma concentração de ATP alta, a glicólise é inibida pela ação da fosfofrutoquinase ou da piruvato quinase. Por outro lado, em baixas concentrações de ATP, a afinidade aparente da piruvato quinase pelo fosfoenolpiruvato aumenta, este comportamento capacita a enzima a transferir o grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP.
Modulador negativo/inibidor: ATP, acetil-CoA, ácidos graxos, alanina.
Modulador positivo/estimulador: frutose-1,6-bifosfato. 
Gliceraldeído-3-fosfatodesidrogenase: substrato se liga a -SH da enzima e, por reação com Pi, forma-se uma ligação anidrido fosfórico, rica em energia, e reduz-se um NAD+ fortemente ligado à enzima.
A glicólise e a gliconeogênese são reguladas de forma coordenada
A gliconeogênese emprega desvios ao redor de cada um desses passos irreversíveis. Para prevenir o aparecimento de ciclos fúteis nos quais a glicose é simultaneamente degradada pela glicólise e ressintetizada pela gliconeogênese, as enzimas que são exclusivas para cada uma das vias são reguladas de maneira recíproca por efetores alostéricos comuns. 
O glucagon, hormônio que sinaliza um baixo nível de açúcar, diminui o nível da frutose-2,6-bifosfato no fígado, baixando o consumo de glicose pela glicólise e estimulando a produção de glicose para exportação pela gliconeogênese.
O glucagon, hormônio que sinaliza um baixo nível de açúcar, diminui o nível da frutose-2,6-bifosfato no fígado, baixando o consumo de glicose pela glicólise e estimulando a produção de glicose para exportação pela gliconeogênese. Causa a fosforilação da enzima 10 (piruvato quinase) e a inativa.