Metabolismo anaeróbico de carboidratos

Prévia do material em texto

Metabolismo anaeróbico DE CARBOIDRATOS 
CONCEITOS BÁSICOS 
Metabolismo 
 Conjunto de reações químicas que ocorrem num 
organismo vivo com o fim de promover a 
satisfação de suas necessidades energéticas 
 Possui quatro funções específicas: 
1. Obter energia química pela degradação 
de nutrientes 
2. Converter as moléculas dos nutrientes 
em unidades precursoras das 
macromoléculas 
3. Organizar estas unidades em polímeros 
4. Sintetizar e degradar biomoléculas 
 Uma série de reações relacionadas forma uma via 
metabólica: 𝐴 → 𝐵 → 𝐶 → 𝐷 
 Catabolismo – conjunto de vias metabólicas 
produtoras de energia e degradam biomoléculas 
 Anabolismo – conjunto de vias metabólicas que 
gastam energia para sintetizar biomoléculas 
 
 As vias metabólicas são independentes, mas 
coordenadas. 
 A regulação das enzimas regula o metabolismo 
 
Energia 
 Os carboidratos, lipídeos e proteínas são produtos 
de alto conteúdo energético ingerido pelos 
animais. 
 Seguem rotas metabólicas diferentes para 
produzir compostos essenciais para a vida 
 
Importância da glicose 
 Durante a glicólise, é quebrada em piruvato. 
 Oxidação completa – 2840kJ/mol (180g) 
 Fácil de estocar – glicogênio e amido 
 Versátil – aminoácidos, ácidos graxos, 
nucleotídeos intermediários metabólicos 
 Produzida por organismos fotossintéticos 
 
Glicólise e suas fases 
 Conjunto de reações enzimáticas que levam à 
degradação de uma molécula de glicose em duas 
moléculas de piruvato 
 Ocorre no citoplasma, composta por 10 reações 
divididas em duas fases: fase preparatória e fase 
de pagamento. 
 Gera um saldo de 2 ATP e 2 NADH 
 Fase preparatória 
1. Há a fosforilação da glicose, 
transformando-a em Glicose 6-fosfato. 
2. Formação de frutose 6-fosfato 
3. Fosforilação da frutose 6-fosfato, 
tornando-se frutose 1,6-difosfato. 
4. Ocorre a quebra dessa estrutura, 
formando dois compostos: um 
gliceraldeído 3-fosfato e uma 
dihidroxicetona fosfato (DHAP). 
5. 
 
 
 Fase de pagamento 
1. Há a fosforilação do gliceraldeído 3-
fosfato por um fosfato inorgânico, 
formando o 1,3-difosfoglicerato, e 
participação de 2 𝑁𝐴𝐷+, tornando-se 2 
NADH 
2. Há desfosforilação do 1,3-difosfoglicerato 
em 3-fosfoglicerato, gerando 2 ATPs 
3. Altera-se o local de ligação do fosfato 
para 2-fosfoglicerato 
4. Com liberação de duas moléculas de 
água, forma-se o fosfoenolpiruvato. 
5. E com uma desfosforilação final, ocorre a 
formação de 2 moléculas de ácido 
pirúvico (piruvato) e gera mais 2 
moléculas de ATP 
6. 
Detalhamento das fases 
 Antes de iniciar a glicólise, a proteína GLUT 
permite a entrada da glicose na célula. 
1. Fosforilação da glicose em glicose 6-fosfato pela 
hexoquinase, com participação do íon magnésio. 
Essa enzima é regulada alostericamente pelo 
produto: se há muita glicose 6-fosfato, ela se liga 
na hexoquinase, diminuindo a atividade dessa 
enzima. 
a. As cargas + da enzima estabilizam as – 
do fosfato, então um grupo hidroxila 
ataca o ATP, “roubando” um fosfato e 
liberando o ADP. 
b. A fosforilação assegura que a glicose vai 
ficar dentro da célula, pois a glicose 6-
fosfato não é mais reconhecida pela 
GLUT. 
c. A fosforilação não é exclusiva da glicólise, 
também acontece na glicogênese e na 
via das pentoses. 
 
 
 
Hexoquinase X Glicoquinase 
 
2. Transformação da glicose 6-fosfato em frutose 
6-fosfato pela Fosfoglicose isomerase, com 
participação do íon magnésio. Esse processo 
garante a simetria da molécula para a quebra 
depois 
3. Fosforilação da frutose 6-fosfato em frutose-1,6-
difosfato pela fosfofrutoquinase 1 com participação 
do magnésio de novo. A partir daqui, a reação 
com certeza é a glicólise, pois agora é 
metabolicamente irreversível. Além disso, agora a 
molécula está completamente simétrica. 
a. Fosfofrutoquinase 1: catalisa a reação 
irreversível da frutose-1,6-bifosfato. Pode 
ser regulada pelo nível de energia da 
célula: se tem muito AMP e ADP, ela atua 
bastante; se tem muito ATP, ele inativa a 
enzima. Pode ser inibida alostericamente 
pelo citrato 
b. No fígado, tem uma possibilidade a mais 
de regulação da PFK-1, a frutose-2,6-
bifosfato. 
c. Frutose-2,6-bifosfato: não é um 
intermediário da glicólise, é uma molécula 
reguladora para regular a glicólise. Ativa a 
fosfofrutoquinase 1 
 
4. Quebra da frutose-1,6-bifosfato em 
dihidroxicetona-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato 
pela aldolase 
 
5. Transformação da dihidroxicetona-fosfato em 
gliceraldeído-3-fosfato pela triose fosfato 
isomerase. A glicólise continua com duas 
moléculas de gliceraldeído-3-fosfato. 
 
6. Fosforilação do gliceraldeído-3-fosfato por um 
fosfato inorgânico (livre), formando o 1,3-
bifosfoglicerato, e formação de NADH (oxidação) 
pela gliceraldeído 3P desidrogenase. 
 
 
7. Ocorre doação de fosfato do substrato (1,3-
difosfoglicerato) para o ADP pela fosfoglicerato 
quinase, gerando 3-fosfoglicerato e ATP. 
 
8. Alteração do local de ligação do fosfato da 3-
fosfoglicerato para 2-fosfoglicerato pela 
fosfoglicerato mutase em conjunto com o íon 
magnésio. 
9. Ocorre liberação de água do 2-fosfoglicerato pela 
ação da enolase, gerando fosfoenolpiruvato para 
facilitar a saída do fosfato da molécula, rodeado 
por uma carga negativa e uma ligação dupla 
10. Outra doação de fosfato do substrato (agora o 
fosfoenolpiruvato) para o ADP pelo piruvato 
quinase com participação de íons potássio e 
magnésio, gerando piruvato e ATP. 
a. Piruvato quinase: alostericamente ativada 
por frutose-1,6-bifosfato; alostericamente 
inativada por indicadores de alta energia 
(ATP, Acetil-CoA e ácidos graxos de 
cadeia longa, alanina). 
 
Rendimento da glicólise 
 Resumo da reação de glicólise 
 
 Gasto de 2 ATP e geração de 4 ATP + 2 NADH, 
além de 2 ácidos pirúvicos. 
 Caso a glicose fosse diretamente transformada 
em piruvato, haveria muita perda de energia, 
provavelmente em forma de calor. 
 A energia é preservada em outras moléculas 
 
 
 Fase preparatória: gasto de 2 ATP (1º e 3º 
reação – hexoquinase e fosfofrutoquinase 1) 
 Fase de pagamento: produção de 4 ATP (7º e 
10º reação – fosfoglicerato quinase e piruvato 
quinase) 
 Resultado da glicólise: quebra da glicose em duas 
moléculas de piruvato, fosforilação de 2 ADPs a 2 
ATPs e transferência de elétrons e íons 
hidrogênio para 2 NAD+, formando 2 NADH 
 Os NADH seguem para serem usados na etapa 
da cadeia respiratória, no processo de respiração 
celular. 
 O ATP segue para ser utilizado pela célula, 
principalmente no processo de contração 
muscular. 
Destinos do piruvato 
 Pode ser convertido em: 
1. Acetil-CoA (respiração aeróbica) – 30/32 
ATP 
2. Lactato (fermentação lática) – 2 ATP 
3. Etanol (fermentação alcóolica em 
bactérias e levedurar) – 2 ATP 
 Quando há oxigênio, o piruvato entra na 
mitocôndria e se transforma em Acetil-CoA, 
participando do Ciclo do ácido cítrico (de Krebs) 
 Descarboxilação oxidativa 
1. Piruvato – AcetilCoA 
2. Ligação entre a glicólise e o ciclo de 
Krebs 
3. Geração de 2 moléculas de CO2 e 2 
moléculas de NADH 
4. Complexo piruvato desidrogenase: 
enzima formada por 3 tipos de enzima 
que realizam as seguintes etapas: 
descarboxilação oxidativa do piruvato – 
transferência de acetila à CoA – 
regeneração da lipoamida oxidada 
 Importância da vitamina B1 – começa o 
processo de transformação do 
piruvato em Acetil-CoA 
 Béri-béri: hipovitaminose de B1 (tiamina) 
 
 Regulação da piruvato desidrogenase: 
excesso de ATP inativa, enquanto que 
a falta dele a ativa 
 Fermentação lática: oxidação do piruvato na 
ausência de oxigênio pela lactato desidrogenase e 
do uso de um NADH e liberação de NAD+. 
1. 
2. 
 
 Fermentação alcoólica (bactérias e leveduras): 
oxidação do piruvato na ausência de oxigênio. 
1. Piruvato vira acetaldeído pela piruvato 
descaboxilase, com liberação de um CO2 
e adição de umhidrogênio livre 
2. Acetaldeído vira etanol pela álcool 
desidrogenase com o uso de um NADH 
3. 
 
Fermentação no contexto fisiológico 
 Eritrócitos (hemácias) – células que perdem seu 
núcleo e mitocôndrias durante o processo de 
maturação. Sem mitocôndrias – sem respiração 
aeróbica. A fermentação é a principal fonte de 
energia. 
 Contração muscular – miócitos são especializados 
em gerar ATP como fonte imediata de energia. 
1. No MEE em repouso, os combustíveis 
são ácidos graxos livres e corpos 
cetônicos, gerando Acetil-CoA e fazendo 
respiração aeróbica. 
2. No MEE em contração rápida, os 
combustíveis são glicose e glicogênio, 
produzindo lactato pela ausência de 
oxigênio suficiente. A demanda de ATP é 
alta e o fluxo sanguíneo não é suficiente 
para suprir ela. 
 
3. O aumento de lactato gera a diminuição 
do pH, diminuindo a eficiência do músculo. 
Assim, o lactato é processado no fígado 
(Ciclo de Cori) 
 
 
 Hipóxia – quantidade insuficiente de oxigênio 
transportado para os tecidos do corpo. Sepse – 
resposta inflamatória sistêmica – hipoperfusão 
(não há oxigênio suficiente). 
1. 
 Células tumorais – nelas, o consumo de glicose 
pode ser até 10x maior. 
1. Células que se desenvolvem em condição 
de hipóxia 
2. Aumentam a captação e o consumo de 
glicose 
3. Adaptam-se a condição de baixo pH 
4. A taxa de glicólise está relacionada com 
agressividade do tumor 
5. HIF 1 – fator de transcrição induzido por 
hipóxia: aumenta a síntese de enzimas 
glicolíticas 
6. 
 
Destino dos outros carboidratos ingeridos 
 Enzimas para cada oligossacarídeo: 
1. Isomaltose – isomaltase – glicose 
2. Maltose – maltase – glicose 
3. Trealose – trealase – glicose 
4. Lactose – lactase – glicose + galactose 
5. Sacarose – sacarase – glicose + frutose 
6. 
 Caminho da frutose: 
1. Fosforilada a frutose-1-fosfato 
2. Quebrada em: 
 Gliceraldeído: convertido em glicerol 
para a síntese de triacilglicerídeos ou 
pode ser fosforilado, transformando-se 
em gliceraldeído-3-fosfato e seguindo 
pela glicólise 
 Diidroxicetona-fosfato: transformada 
em gliceraldeído-3-fosfato pela triose 
fosfato isomerase e segue na via 
glicolítica.. 
 
 Caminho da galactose: 
1. Fosforilada em galactose-1-fosfato 
2. Transformada em glicose-1-fosfato 
3. Uma isomerase transformará a glicose-1-
fosfato em glicose-6-fosfato pela 
fosfoglicomutase, seguindo na glicólise 
 
 
 Alimentação, glicogênio e gliconeogênese – 
glicose 
 
 Glicogênio: 
1. Fígado: manutenção da glicemia. Glicose 
único alimento usado pelo cérebro 
2. Músculo: fonte de energia para atividade 
repentina. Fornece energia na ausência 
de oxigênio 
3. Degradação controlada de glicogênio 
libera glicose e aumenta a quantidade dela 
disponível entre as refeições. 
4. Serve como um tampão para manter os 
níveis sanguíneos de glicose 
5. Diferente dos ácidos graxos, a glicose 
pode suprir a atividade anaeróbia. 
 Glicogenólise – quebra do glicogênio 
1. Liberação da glicose-1-fosfato do 
glicogênio pela glicogênio fosforilase (a 
glicose liberada já tem um fosfato sem a 
quebra de um ATP), sendo 
posteriormente transformada em glicose-
6-fosfato e seguindo na glicólise 
 A glicogênio fosforilase quebra ligações 
α1-4 e para de funcionar a 4 glicoses 
de um ponto de ramificação 
 A transferase pega as 3 glicoses da 
ramificação e transfere para a ponta 
não redutora. 
 A α1-6-glicosidase (enzima 
desramificadora) quebra a ligação da 
ramificação do glicogênio, possibilitando 
a formação de um polissacarídeo 
linear com ligações α1-4. 
2. Remodelação do glicogênio 
3. Isomerização em glicose-6-fosfato pela a 
fosfoglicomutase. 
4. 
 
 Metabolismo do glicogênio 
1. Via de sinalização por glucagon/epinefrina 
(adrenalina) 
 Ativa uma cascata de sinalização 
intracelular 
 Ativa a glicogênio fosforilase 
 
 No fígado há diminuição da glicólise, 
pois ele supre todo o organismo. Mas 
no músculo há um aumento da 
glicólise, pois todo o glicogênio 
quebrado será consumido para a 
geração de energia.