Destinos Metabólicos do Piruvato

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Glicólise: Destinos Metabólicos do Piruvato,
Regulação e Balanço Energético
	A rota glicolítica é empregada por todos os tecidos para a degradação de glicose para fornecimento de energia (na forma de ATP) e intermediários para outras rotas metabólicas. O piruvato é o produto final da glicólise em células com mitocôndrias e um suprimento adequado de oxigênio. Esta série de dez reações é chamada glicólise aeróbica, pois o oxigênio é requerido para reoxidar o NADH formado durante a oxidação do G3P.
	A glicólise aeróbica determina o estágio da descarboxilação oxidativa do piruvato em acetil-CoA, um importante combustível do ciclo de Krebs. Alternativamente, a glicose pode ser convertida em piruvato, é reduzido pelo NADH para formar lactato. Esta conversão de glicose em lactato é denominada glicólise anaeróbica, pois não existe formação líquida de NADH, e, assim, pode ocorrer na ausência de oxigênio. A glicólise anaeróbica permite a produção continuada de ATP em tecidos que não têm mitocôndrias ou em células sem oxigênio suficiente.
Destinos metabólicos do piruvato
Redução do piruvato a lactato
	O lactato formado pela ação da lactato desidrogenase, é o produto final da glicólise anaeróbica em células eucarióticas. A formação do lactato é o principal destino do piruvato nas hemáceas, cristalino e córnea oculares, medula renal, testículos e leucócitos.
· Formação de lactato no músculo
	Ao exercitar o músculo esquelético, a produção de NADH (pela gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase e pelas três desidrogenases ligadas ao NAD+ do ciclo de Krebs) excede a capacidade oxidativa da cadeia respiratória. Isto resulta em uma relação elevada NADH/NAD+, favorecendo a redução de piruvato para lactato.
	 Assim, durante o exercício intenso, o lactato se acumula no músculo, causando uma queda no pH intracelular, potencialmente resultando em cãibras. Grande parte deste lactato eventualmente se difunde para a corrente sanguínea, sendo captado pelo fígado e convertido em glicose.
· Consumo de lactato
	A direção da reação da lactato desidrogenase depende das concentrações intracelulares relativas de piruvato e lactato e da relação NADH/NAD+ na célula. Por exemplo, no fígado e coração, a relação NADH/NAD+ é menor que no músculo em exercício. Estes tecidos oxidam lactato (obtido do sangue) em piruvato. No fígado, o piruvato é convertido em glicose pela gliconeogênese ou oxidado no ciclo de Krebs. O músculo cardíaco oxida exclusivamente o lactato até CO2 e H2O via ciclo de Krebs.
Redução do piruvato a etanol
A levedura e outros microrganismos fermentam a glicose em etanol e CO2 e não em lactato. A glicose é convertida em piruvato pela glicólise e o piruvato é convertido em etanol e CO2 em um processo de dois passos. No primeiro passo, o piruvato sofre descarboxilação em uma reação irreversível catalisada pela piruvato descarboxilase. Esta reação é uma descarboxilação simples e não envolve a oxidação do piruvato.
	No segundo passo, através da ação da álcool desidrogenase, o acetaldeído é reduzido a etanol, com o NADH, derivado da atividade da gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, fornecendo poder redutor. Portanto ao invés de lactato, os produtos finais da fermentação alcoólica são o etanol e o CO2. 
	
Formação de oxaloacetato
	 A carboxilação do piruvato em oxaloacetato (OAA) pela piruvato carboxilase é uma reação dependente de biotina. Esta reação é importante, pois repõe os intermediários do ciclo de Krebs e fornece substrato para gliconeogênese.
Energia produzida na glicólise
Glicose anaeróbica
	Reação geral:
· Produção de ATP
	Duas moléculas de ATP são geradas para cada molécula de glicose convertida em lactato.
· Produção de NADH
	Na glicólise anaeróbica não existe produção ou consumo líquidos de NADH: o NADH formado pela gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase é usado pela lactato desidrogenase para reduzir o piruvato em lactato. Duas moléculas de lactato são produzidas para cada molécula de glicose metabolizada.
Glicose aeróbica
	Reação geral:
	A formação e consumo diretos de ATP são os mesmos da glicose anaeróbica – isto é, um ganho líquido de 2ATP por glicose. Duas moléculas de NADH também são produzidas por molécula de glicose. A progressão da glicólise aeróbica requer a oxidação da maior parte deste NADH pela cadeia respiratória. 
Regulação da glicólise
Regulação da hexoquinase
	A hexoquinase, que catalisa a entrada de glicose livre na via glicolítica, é a primeira enzima reguladora da via. A hexoquinase do músculo tem uma alta afinidade pela glicose (meio saturada em concentrações de 0,1 mM). A glicose que entra no músculo a partir do sangue (concentrações de glicose são de 4 a 5 mM) produz uma concentração intracelular de glicose suficientemente alta para saturar a hexoquinase, de tal forma que ela normalmente atua na sua velocidade máxima.
	A hexoquinase muscular é inibida alostericamente 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 de glicose-6-fosfato em equilíbrio com a sua velocidade de utilização.
	Os mamíferos possuem várias formas de hexoquinase, todas elas catalisam a conversão de glicose em glicose-6-fosfato. Proteínas diferentes que catalisam a mesma reação são chamadas isozimas. A isoenzima da hexoquinase predominante no fígado é a hexoquinase D, também chamada glicoquinase, que difere da hexoquinase do músculo em dois importantes aspectos.
	Primeiro, a concentração de glicose na qual a glicoquinase está meio saturada é muito maior, perto de 10 mM, que a concentração usual da glicose no sangue. Como a concentração de glicose no hepatócito é mantida em valores próximos daqueles existentes no sangue, graças a um eficiente sistema de transporte, esta propriedade da glicoquinase permite a sua regulação direta pelo nível de glicose sanguínea. Quando a concentração no sangue está alta, como logo após uma refeição rica em carboidratos, o excesso de glicose sanguínea é transportado para o interior dos hepatócitos, onde a glicoquinase converte-o em glicose-6-fosfato.
	Segundo, a glicoquinase não é inibida pela glicose-6-fosfato, mas por seu isômero a frutose-6-fosfato, que está sempre em equilíbrio com a glicose-6-fosfato devido a ação da enzima fosfoglicose isomerase. A inibição parcial da glicoquinase pela frutose-6-fosfato é mediada por uma proteína adicional, a proteína reguladora. Esta proteína reguladora também tem afinidade pela frutose-1-fosfato e compete com a frutose-6-fosfato, cancelando o seu efeito inibidor sobre a glicoquinase. Como a frutose 1-fosfato está presente no fígado apenas quando há frutose no sangue, esta propriedade da proteína reguladora explica a observação de que a frutose ingerida estimula a fosforilação da glicose no fígado.
Regulação da fosfofrutoquinase 1 (PFK-1)
	A reação da irreversível de fosforilação catalisada pela fosfofrutoquinase 1 (PFK-1) é o ponto de controle mais importante. A reação da PFK-1 é controlada pelas concentrações dos substratos ATP e frutose-6-fosfato e por substâncias regulatórias, descritas abaixo:
· Regulação por níveis de energia dentro da célula
	A PFK-1 é inibida alostericamente por níveis elevados de ATP, o qual age como um sinal “rico em energia”, indicando uma abundância de compostos ricos em energia. Os níveis elevados de citrato também inibem a PFK-1. 
Inversamente, a PFK-1 é ativada alostericamente por concentrações elevadas de AMP, o qual sinaliza que os depósitos de energia da célula estão depletados. 
· Regulação pela frutose 2,6-difosfato
	A frutose 2,6-difosfato é o mais potente ativador da PFK-1. Também atua como inibidor da frutose-1,6-difosfatase. As ações recíprocas da frutose-2,6-difosfato na glicólise e na gliconeogênese asseguram que ambas as rotas não estejam completamente ativas ao mesmo tempo. A frutose-2,6-difosfato é convertida em frutose-6-fosfato pela frutose difosfatase-2.
· Durante o estado pós-prandial
	Níveisdiminuídos de glucagon e níveis elevados de insulina como ocorrem após uma refeição rica em carboidratos, produzem um aumento na frutose-2,6-difosfato e na velocidade da glicólise. Assim, a frutose-2,6-difosfato age como um sinal intracelular, indicando que a glicose é abundante.
	Níveis elevados de glucagon e baixos de insulina, como ocorrem durante o jejum diminuem a concentração intracelular de frutose-2,6-difosfato hepática. Isto resulta em uma redução na velocidade global da glicólise e um aumento na gliconeogênese.
· Regulação da piruvatoquinase
	Nos vertebrados existem ao menos três formas isozimáticas da piruvatoquinase; elas apresentam entre si pequenas diferenças na distribuição dos tecidos e na resposta aos moduladores alostéricos. Altas concentrações de ATP inibem piruvatoquinase alostericamente, diminuindo a afinidade pelo seu substrato, o fosfoenolpiruvato (PEP). O nível de PEP normalmente encontrado nas células é alto o suficiente para saturar a enzima e a velocidade da reação será correspondentemente baixa dentro das condições normais de PEP.
	A piruvatoquinase também é inibida pelo acetil CoA e por ácidos graxos de cadeia longa, ambos são importantes combustíveis para o ciclo do ácido cítrico. Como este ciclo é a maior fonte de energia para a produção de ATP, a disponibilidade desses outros combustíveis reduz a dependência da síntese de ATP pela glicólise.
	Assim, sempre que a célula tem alta concentração de ATP, ou sempre que haja ampla quantidade de combustíveis disponíveis para a liberação de energia através da respiração celular, a glicólise é inibida pelo rebaixamento da atividade da piruvatoquinase. Quando a concentração de ATP cai, a afinidade da piruvatoquinase por PEP aumenta, possibilitando à enzima catalisar a síntese do ATP, mesmo que a concentração de PEP seja relativamente baixa. 
· Regulação hormonal da glicólise
	A regulação da glicólise por ativação ou inibição alostérica, ou a fosforilação/defosforilação das enzimas limitantes da velocidade é de curta duração – isto é, influencia o consumo de glicose por um período de minutos a horas. Super impostas a estes efeitos momento a momento existem influências hormonais mais lentas, frequentemente mais profundas, sobre a quantidade de enzimas sintetizadas. Estes efeitos podem resultar em um aumento de 10 a 20 vezes na atividade enzimática, o qual tipicamente ocorre ao longo de horas e dias. Embora o foco nesta aula seja a glicólise, ocorrem alterações recíprocas nas enzimas limitantes da velocidade da gliconeogênese, amplamente discutida anteriormente
· Enzimas glicolíticas
	O consumo de uma refeição rica em carboidratos ou a administração de insulina inicia um aumento na quantidade de glicoquinase, fosfofrutoquinase e piruvatoquinase no fígado. Estas alterações refletem um aumento na transcrição genética, resultando em síntese enzimática aumentada. A atividade elevada destas enzimas favorece a conversão de glicose em piruvato, uma característica do estado alimentado. Inversamente, a transcrição genética e síntese da glicoquinase, fosfofrutoquinase e piruvatoquinase estão diminuídas quando o glucagon plasmático está elevado e a insulina baixa, por exemplo, como observado no jejum e no diabetes mellitus.
· Enzimas gliconeogênicas
	A síntese das enzimas limitantes da velocidade da gliconeogênese também está sujeita à regulação hormonal. Níveis elevados de glucagon, uma característica do jejum ou diabetes mellitus, ativam a transcrição de genes que codificam a atividade da PEP carboxiquinase, frutose-6-fosfatase e glicose-6-fosfatase.