Glicólise- Bioquímica

Prévia do material em texto

Samara Pires- MED25
Bioquímic�
Metabolismo de carboidratos
1. Glicose
● Ocupa a posição central no metabolismo de plantas, animais e de muitos
micro-organismos → principal combustível e fonte de energia para os seres
vivos.
● Único combustível do sistema nervoso, cristalino, córnea, eritrócitos
maduros, medula renal e testículo: vários tecidos atuam para garantir um
suprimento contínuo para os tecidos. Já as células espermáticas, por
exemplo, utilizam a frutose.
● Um dos destinos da glicose é ser armazenada na forma de glicogênio e,
quando as demandas energéticas aumentam, ela é liberada rapidamente.
Quando não há glicose disponível, é possível sintetizar a glicose a partir de
aminoácidos, glicerol e de lactato (gliconeogênese).
● Pode ser armazenada sob a forma de glicogênio (glicogênese);
● Pode ser degradada até piruvato (glicólise);
● Pode ser oxidada a pentose (via das pentoses fosfato);
● Pode ser oxidada a glicuronato (via do glicuronato).
● Metabolismo
- Dieta: produtos de origem vegetal e animal;
- Na boca (pH em torno de 6,5) → a glândula salivar contém a enzima
𝜶-amilase ou ptialina, a qual quebra as ligações 𝜶 1→4, mas não todas
devido ao tempo em que o alimento fica na boca. A mastigação e a
umidificação auxiliam o processo de digestão.
Samara Pires- MED25
Obs.: os animais não possuem 𝜷-amilase, a qual quebra as ligações 𝜷-glicosídicas,
como as que têm na celulose (𝜷 1,4). Os carboidratos não digeridos são excretados
como:
- Fibras insolúveis (fibrosas): ligninas, celulose e hemicelulose;
- Fibras solúveis (gel): pectinas, gomas e mucilagens (frutas e vegetais).
Os ruminantes possuem bactérias no rúmen que produzem 𝜷-amilases que
quebram as ligações glicosídicas.
- No estômago → não há secreção de enzimas que degradam carboidratos. A
𝜶-amilase continua atuando por cerca de 30 minutos no bolo alimentar até
que o pH estomacal atue nela, o que a inativa.
- No intestino delgado → enzimas atuam em um pH que varia de 6,5 (início) até
8 nas porções finais. O bolo alimentar sofre a neutralização do pH pelo
bicarbonato secretado pelo pâncreas. Em seguida, a 𝜶-amilase pancreática
(isoforma da 𝜶-amilase salivar, que contém sequências distintas de
aminoácidos e são diferenciadas imunologicamente, embora apresentem
propriedades catalíticas idênticas) continua a digestão do amido e do
glicogênio. Outras enzimas intestinais são as isomaltases (𝜶 1,6-glicosidase,
as oligossacaridases, que quebram ligações 𝜶 1,4) e as dissacaridases
(maltase, sacarase, lactase). Vale lembrar que nem todas as ligações são
rompidas e que nem tudo é degradado pelas enzimas, então o que não é
digerido é secretado pelas fezes. Posteriormente, os produtos da digestão,
como a glicose, a frutose e a galactose, caem na circulação porta e vão para
o fígado.
A presença do alimento parcialmente digerido no intestino promove a
liberação de três hormônios importantes na corrente sanguínea: a colecistoquinina,
a secretina e a enterogastrona. A enterogastrona reduz a motilidade gástrica e
estimula a liberação do suco gástrico, a colecistoquinina atua na vesícula biliar para
liberar os sais biliares no intestino e estimula a produção das enzimas pancreáticas
e do alimento e a secretina auxilia a colecistoquinina nesse processo, aumentando a
liberação dos sais biliares (principalmente) e de bicarbonato.
Samara Pires- MED25
2. Alterações na digestão de carboidratos
● Intolerância à lactose (deficiência da enzima lactase): sabe-se que 90% dos
negros e dos asiáticos tem tal intolerância. Retira-se a lactose da dieta.
● Intolerância à sacarose (deficiência de sacarase, mais rara): 10% dos
esquimós da Groenlândia. Retira-se a sacarose da dieta.
● Diagnóstico: teste de tolerância oral com os dissacarídeos e medida de H₂
no hálito.
● Deficiência hereditária de piruvato-desidrogenase: levam à acidose lática.
● Deficiência de fosfofrutocinase muscular: pacientes que têm baixa
capacidade de efetuar exercícios físicos, principalmente quando se
alimentaram de grande quantidade de carboidratos antes.
3. Absorção de carboidratos
● Monossacarídeos da dieta: absorvidos no duodeno e no jejuno superior (não
precisam de insulina para serem absorvidos, são insulino-independentes),
mas precisam de transportadores para isso, como os co-transportadores de
Na⁺ e de glicose, que são só de entrada: SGLT₁ (intestino delgado e rins) e
SGLT₂ (rins).
● Monossacarídeos da corrente sanguínea: podem ser insulino-independentes
ou insulino-dependentes. Nesse caso, não há co-transporte de sódio (Na⁺
independentes): GLUT₁, GLUT₂, GLUT₃,..., GLUT₁₂.
● Para as moléculas que não possuem transportador específico, o transporte é
por difusão passiva. Caso contrário, o transporte é por difusão facilitada, isto
é, dependente de proteínas para a passagem transmembrana (permeases),
que transportam açúcares simples, aminoácidos e algumas vitaminas:
- São estereoespecíficos para cada sítio de ligação;
- São saturáveis: possuem Km (afinidade com moléculas) e Vm
(velocidade máxima de transporte);
- São bloqueados por inibidores;
Samara Pires- MED25
- Podem ser regulados por hormônios que alteram o número de
transportadores;
- Não há consumo de ATP: a substância se move a favor do
gradiente de concentração, segundo a Lei da Difusão;
- Função dos transportadores: diminuição da energia livre, que é
alta, pois a molécula está envolta em água e precisará de grande
quantidade de energia para passar pela parte hidrofóbica;
- Para realizar o equilíbrio de sódio e de potássio (o primeiro sai, o
segundo entra), a glicose é degradada e, a partir dela, a energia é
produzida, a qual é utilizada para a bomba desses dois íons. Por
isso, que o transporte de sódio é chamado de ativo secundário.
● A frutose, a galactose e a glicose são transportadas por meio do GLUT₂ da
célula intestinal para a corrente sanguínea, sendo destinados aos tecidos
posteriormente. Quando não houver mais glicose suficiente proveniente da
dieta na célula intestinal, ela pode ser reabsorvida da corrente sanguínea
pelo GLUT₁.
● O papel da insulina → para os transportes insulino-dependentes, a insulina
tem papel fundamental, pois aumenta o número de receptores da glicose
quando há alta concentração dessa molécula, o que ocorre como resposta
aos altos níveis de insulina. Quando há pouca insulina e, consequentemente,
pouca glicose (pois ambas são proporcionais), o número de receptores
diminui. Vale lembrar que a glicose é utilizada para produzir energia, mas,
caso seja necessário armazená-la, isso será feito na forma de glicogênio, que
é limitado, mas que, se excedido, faz com que a glicose seja armazenada na
forma de ácidos graxos (gordura).
● Transporte ativo secundário → transporte de glicose contra o seu gradiente
de concentração, simultâneo ao transporte de sódio a favor do seu gradiente
de concentração e eletroquímico e acoplado ao transporte ativo primário que
mantém o gradiente de sódio intracelular (Na⁺/K⁺-ATPase). Geralmente,
Samara Pires- MED25
quando uma substância é transportada, há um transporte iônico acoplado,
que facilita o transporte de outra substância devido ao potencial elétrico
gerado.
Obs.: simporte = co-transporte (ex.: Na⁺ e glicose) e antiporte = duas substâncias,
cada uma indo para direções opostas (ex.: Na⁺ e K⁺).
4. Vias de degradação de glicose (glicólise)
● Via mais primitiva de produção de energia → ocorre no citosol da célula e
pode ocorrer em baixas ou em altas tensões de oxigênio e está presente em
quase todos os seres vivos. A propriedade das tensões de oxigênio é
importante, porque isso dá uma sobrevida para os tecidos que não suportam
muito tempo em condição de isquemia, como os tecidos nervoso e cardíaco.
● A glicólise é o principal meio de obtenção de energia de tecidos, como o
encéfalo, o trato gatrintestinal, a medula renal, a retina e a pele, então eles
produzem lactato após o processo.
● A glicólise é específica da glicose, mas a via glicolítica pode ser utilizada paraoutros monossacarídeos.
● 1ª reação: 𝜶-D-Glicose → fosforilada em D-glicose-6-fosfato em uma reação
irreversível catalisada pela hexoquinase (no tecido hepático, principalmente a
Samara Pires- MED25
glicoquinase) com gasto de ATP e com a presença de um íon bivalente, como
o magnésio.
● 2ª reação: isomerização da glicose-6-fosfato para frutose-6-fosfato
(rearranjo intramolecular).
● 3ª reação (marca-passo: regula a velocidade com que a via glicolítica vai
acontecer): catalisada pela fosfofrutoquinase-1, produz frutose-1,6-bifosfato
a partir de frutose-6-fosfato.
● 4ª reação (hidrólise): a aldolase quebra a frutose-1,6-bifosfato em duas
trioses (di-hidroxiacetona fosfato e gliceraldeído-3-fosfato, sendo que a
primeira é interconvertida na segunda, então ficam dois gliceraldeídos).
● 5ª reação (fosforilação e oxirredução): após a adição de um fosfato
inorgânico ao gliceraldeído-3-fosfato, forma-se o 1,3-bifosfoglicerato. Há a
redução do NAD⁺ em NADH e em H⁺.
● 6ª reação (hidrólise do 1,3-bifosfoglicerato): está acoplada à síntese do ATP,
produzindo o 3-fosfoglicerato.
● 7ª reação: rearranjo do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato, catalisado pela
fosfoglicerato-mutase.
● 8ª reação (desidratação): a enolase catalisa a formação de fosfoenolpiruvato
a partir de 2-fosfoglicerato.
● 9ª reação (irreversível): produção de ATP acoplada à formação de 2 mol de
piruvato a partir de fosfoenolpiruvato, catalisada pela piruvatoquinase.
● Importância dos fosfatos:
- Acrescentam uma carga líquida negativa nos carboidratos, retendo-os
no interior da célula sem gasto de energia;
- São essenciais na conservação da energia metabólica para a posterior
produção de ATP;
- Ligam-se ao sítio ativo das enzimas, fornecendo a energia de ligação
para diminuir a energia de ativação e aumentar a especificidade das
enzimas.
● Isoformas da hexoquinase:
- Hexoquinase I: cérebro e rins (baixo Km para a glicose);
- Hexoquinase II: músculo esquelético (baixo Km para a glicose);
- Hexoquinases I e II: fígado;
- Hexoquinase III: diversos tecidos;
- Hexoquinase IV ou glicoquinase: fígado e células 𝜷 do pâncreas. É
específica para a glicose e atua somente quando há alta concentração
de glicose no organismo.
● 4 ATP são produzidos, mas há gasto de 2 ATP, então o saldo final é de 2 ATP.
Saldo final: 1 mol de glicose → 2 mol de piruvato, 2 ATP e 2 NADH.
Samara Pires- MED25
● Piruvato → transformado em lactato pela lactato-desidrogenase no meio
anaeróbio, o qual pode voltar a produzir glicose por meio da gliconeogênese,
como ocorre no fígado, por exemplo. As hemácias não têm mitocôndria, por
isso esse processo ocorre nelas independente das tensões de oxigênio. No
caso da fermentação alcoólica, é produzido o etanol a partir do piruvato, mas
isso não acontece nas células animais.
● Piruvato → nas células que têm mitocôndria, o piruvato é transformado em
acetil após uma reação de oxidação e de descarboxilação e forma o
acetil-CoA, o qual vai para o ciclo de Krebs ou é utilizado para a produção de
ácidos graxos.
● Lactato-desidrogenase → catalisa a interconversão de piruvato em lactato e
a oxidação do NADH (produz NAD⁺ para GAPDH), atua em ausência ou
baixas tensões de oxigênio e é predominante nos miócitos e nos eritrócitos,
os quais são adaptados à via glicolítica. Conforme a quantidade de lactato
aumenta, como o nosso corpo não pode armazená-la, há um feedback
negativo que inibe a lactato desidrogenase.
● Efeito Pasteur → a alta tensão de oxigênio diminui o consumo de glicose, pois
aumenta a produção de ATP a partir da mesma quantidade de glicose. A
anaerobiose produz 2 ATP por mol de glicose e a aerobiose, 32 ou 34 ATP por
mol de glicose. Quando baixa a tensão de oxigênio, o pH diminui devido à
produção de ácido lático e ocorre diminuição na degradação dos ácidos
graxos (2ª fonte de energia), aumentando o consumo da 1ª fonte de energia.
● Inibição da glicólise → iodoacetato e mercúrio (têm afinidade sobre o grupo
sulfidrila da cisteína, que pode fazer parte do sítio ativo de enzimas
importantes e promove a interrupção da via), arsenito (substitui o Pi e impede
a produção de ATP, inibe a fosforilação oxidativa e enzimas que usam o ácido
lipoico, como a piruvato desidrogenase e a 𝜶-cetoglutarato desidrogenase,
pois reagem com os grupos -SH do ácido lipoico) e o fluoreto (forma um
complexo com o Mg²⁺ e com o Pi, inibindo a enolase, o que prejudica, por
exemplo, a via glicolítica das bactérias e combate a cárie).
Obs.: a reação do complexo da piruvato-desidrogenase que oxida o piruvato à
acetil-CoA depende de um cofator derivado da tiamina, por isso a sua deficiência
leva ao acúmulo de piruvato, podendo provocar o desenvolvimento de acidose
pirúvica e de acidose lática. Isso é comum especialmente em pacientes alcóolatras,
em que o álcool impede a absorção de tiamina.
5. Regulação alostérica da glicólise
● As enzimas da glicólise, além do sítio ativo, possuem sítios alostéricos onde se
ligam efetores positivos ou negativos.
Samara Pires- MED25
● As enzimas que regulam a via glicolítica são as das reações irreversíveis: a
hexoquinase, a fosfofrutoquinase-1 (marca-passo) e a piruvatoquinase.
● Com o excesso de glicose-6-fosfato, a hexoquinase fica inibida (feedback
negativo). Já a hexoquinase IV é estimulada pela alta concentração de
glicose e inibida pela alta concentração de frutose-6-fosfato, mas não pela
concentração de glicose-6-fosfato. A síntese da hexoquinase IV depende de
insulina, porém não é necessário ter insulina para absorver a glicose, mas sim
para mantê-la fosforilada dentro da célula, já que é a hexoquinase que
catalisa a reação.
● As quantidades intracelulares normais de ATP inibem a fosfofrutoquinase-1,
enquanto o AMP promove o efeito oposto. O citrato é um componente do
ciclo de Krebs e o seu excesso é um feedback negativo para a
fosfofrutoquinase-1, uma vez que, sendo um intermediário dessa via
metabólica, indica que já houve a produção suficiente de ATP. A
fosfofrutoquinase-1 é bastante sensível ao meio também e às variações de
pH.
● A frutose-1,6-bifosfato ativa a piruvatoquinase, enquanto a alanina e o
excesso de AMP a inibem. Além disso, a piruvatoquinase é inibida por alta
concentração de AMP e, no fígado, pela alta concentração de AMPc, já a
insulina aumenta a síntese.
● Principal inibidor da via (músculo esquelético) → ATP; principal estimulador da
via (músculo esquelético) → AMP. No caso do excesso de AMP, a glicólise fica
estimulada no músculo esquelético.
● No fígado → junto com os músculos, é um dos principais órgãos que contém
glicogênio. A frutose-2,6-bifosfatase e o ATP são efetores positivos da
glicólise, sendo que o primeiro ativa a fosfofrutoquinase-1, da glicólise, e inibe
a frutose-1,6-bifosfatase, da gliconeogênese. Quanto aos reguladores
hormonais, o glucagon sinaliza um baixo nível de açúcar disponível e a
epinefrina inibe a glicólise, pois, ao inibir a fosfoquinase-1, ativa a
frutose-1,6-bifosfatase. Já a insulina promove o efeito oposto, porque
estimula a glicólise.
● No músculo cardíaco → a alta concentração de adrenalina estimula a glicólise
para atender à demanda aumentada de ATP.
● No músculo esquelético → trabalha em baixas tensões de oxigênio,
geralmente usa a própria glicose armazenada na forma de glicogênio, e não
a da corrente sanguínea, por isso ele não realiza a gliconeogênese. Se a
contração do músculo ocorre em em condições aero ́bias, o lactato não se
acumula, e o piruvato constitui o principal produto final da glicólise, sofrendo
descarboxilação oxidativa à acetil-CoA e sendo oxidado depois a CO₂ e a
água. O AMP e a adrenalina estimulam a glicólise.
Samara Pires- MED25
Obs.: a deficiência da piruvatoquinase e de aldolase A na via glicolítica promove a
anemia hemolítica na hemácia.
6. Regulação hormonal da glicólise
● Insulina (secretada em resposta a um aumento da glicemia) → sempre
estimula a via glicolítica (captação de glicose, por exemplo). Glucagon → inibe
a glicólise e estimulaa gliconeogênese.
● Em outros tecidos ale ́m do fi ́gado (e das ce ́lulas 𝜷 das ilhotas pancrea ́ticas), a
disponibilidade de glicose para a glicólise (ou síntese de glicoge ̂nio no
mu ́sculo e lipoge ̂nese no tecido adiposo) e ́ controlada pelo seu transporte na
ce ́lula, o qual, por sua vez, e ́ regulado pela insulina.