Atividade Respondida - Vias Metabólicas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS 
INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FISIOLÓGICAS 
IBF017 Bioquímica Básica – Farmácia 
Atividade Prática 8 - GD – VIAS METABÓLICAS 
Glicólise (ou via glicolítica) e Fermentações 
1) Em qual local da célula ocorre a glicólise?
A glicólise é uma via metabólica que ocorre no citoplasma, tanto das células eucariontes quanto procariontes.
2) A glicólise pode ser dividida em duas fases. Quais? O que caracteriza cada uma dessas duas fases? 
Fase preparatória, ela possui cinco etapas, sendo duas as que fosforilam a glicose, consumindo 2 ATPs no processo, e levam a formação de dois Gliceraldeído-3-fosfato e a Fase de pagamento, possuindo também cinco etapas, onde ocorre a conversão oxidativa do Gliceraldeído-3-fosfato em piruvato e a formação de ATP e NADH. 
3) Quais são os produtos da via glicolítica e qual o saldo energético final por molécula de glicose oxidada? 
Produtos: 2 Piruvato, 2 ADP, 4 ATP, 2 NADH, 2 H+, 2 H2O
Saldo energético final: 2 ATP
4) Qual é o produto final da glicólise e quais são os destinos possíveis deste produto? 
A glicólise possui como produto final a formação de 2 Piruvato, estes piruvatos, em hipóxia ou condições anaeróbicas podem ir para via de fermentação alcoólica ou via de fermentação lática. Já em condições aeróbicas, o piruvato dá seguimento para formação de Acetil-CoA, entrando no ciclo do ácido cítrico (Ciclo de Krebs).
5) Quais são os tipos de fermentações e quais são os produtos finais das mesmas? Qual a função das fermentações? Cite exemplos de situações em que elas ocorrem? 
Existem dois tipos de fermentação, a alcóolica e a lática. Ambas têm a função de obtenção de energia em falta de oxigênio (anaeróbica), ocorrendo no citoplasma. A fermentação alcoólica ocorre principalmente nas bactérias, utilizadas para a produção de bebidas. Seu produto final é 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP. Já a fermentação lática, além de ocorrer em bactérias utilizadas para produção de iogurte, queijo, entre outros produtos, pode ocorrer também nos músculos, para produzir energia durante esforços que deixam o músculo pobre em oxigênio. Sua equação final é 2 Ác. láticos e 2 ATPs.
6) Em que condições o músculo oxida glicose a lactato? Descreva o mecanismo do ciclo envolvido
na regeneração do piruvato. 
O músculo produz lactato em situações de fadiga, pelo grande gasto de energia, quando o músculo necessita gerar energia quebrando a glicose com insuficiência de oxigênio gerada pelo esforço. Em situação anaeróbica, a glicose é convertida a piruvato e então a lactato, pela fermentação lática gerando 2 ATPs para o músculo sem recorrer ao oxigênio. O lactato acumulado vai para a corrente sanguínea, sendo convertido a glicose no fígado pela gliconeogênese, caracterizando o ciclo de cori.
7) Quais são as enzimas reguladoras da glicólise? E seus moduladores? 
Fosfofrutoquinase-1: Principal enzima reguladora da via glicolítica - Inibida: ATP, citrato e íons de hidrogênio; Ativada: AMP e frutose-2,6-difosfato
Hexoquinase: Regula a primeira reação da glicólise. Inibida pela elevação da concentração de glicose-6-fosfato; A inibição da fosfofrutoquinase-1 leva a inibição da hexoquinase.
Piruvatoquinase: Atividade reduzida pela alta concentração de ATP e quando fosforilada pelo AMP cíclico.
8) Indicar as vitaminas necessárias para a reação de formação de Acetil-CoA a partir de piruvato. 
B1 (tiamina) - Quando fosforilada torna-se o TPP, que serve como cofator enzimático para a piruvato descarboxilase que transformará o piruvato em Acetil-CoA e o α-cetoglutarato, no ciclo de Krebs, em succinil-CoA.
B2 (riboflavina) - Catalisa a redução ou oxidação de um substrato na sua forma FAD, atuando especificamente na oxidação do succinato a fumarato, que resulta na redução do FAD a FADH2.
B3 (Ác. nicotínico) - Atua em sua forma derivada, nicotinamida, sendo as formas biologicamente ativas da coenzima a nicotinamida-adenina-dinucleotídeo (NAD+) e seu derivado fosforilado, nicotinamida-adenina-dinucleotídeo-fosfato (NADP+), atuando em reações de óxido-redução, gerando NADH e NADPH.
B5 (Ác. pantotênico) - Componente da coenzima A (CoA), atuando na transferência de grupos acila. A coenzima é constituída também por adenosina trifosfato e cisteamina.
B7 (Biotina) - A biotina constitui um grupo prostético de várias enzimas que participam em reações de carboxilação. As mais importantes dessas enzimas são a piruvato carboxilase (que catalisa a conversão do piruvato em oxalacetato), participando na via de gliconeogênese, e a acetil CoA carboxilase (que catalisa a conversão do acetil-CoA em malonil-CoA), participando na biossíntese de ácidos graxos. 
Ciclo do Ácido Cítrico (ou Ciclo de Krebs) 
9) Qual a função do ciclo de Krebs? Onde ele ocorre?
O ciclo de krebs ocorre na matriz mitocondrial de eucariontes e no citoplasma de procariontes. Sua função está relacionada à produção de energia e a várias reações anabólicas e catabólicas do metabolismo devido ao fato dos produtos intermediários dessas reações poderem ser deslocados para reações de biossíntese. 
10) Qual o saldo energético final do ciclo de Krebs por molécula de acetil-CoA que entra no ciclo e por molécula de glicose oxidada? 
Saldo final por molécula de acetil-CoA: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP - Total de ATP: 10 ATP
Saldo final para cada glicose oxidada: 6 NADH, 2 FADH2, 2 GTP - Total de ATP: 20 ATP
11) Qual o destino dos NADH e FADH2 produzidos no ciclo de Krebs? 
O principal destino do NADH e FADH2 é a cadeia respiratória, na crista mitocondrial, para a formação de energia através da doação de elétrons para a cadeia aceptora de elétrons.
12) A glicólise e o ciclo de Krebs podem ocorrer em condições de anaerobiose e aerobiose? Justifique sua resposta 
A glicólise pode ocorrer tanto em meio aeróbico quanto anaeróbico. Em anaerobiose, a glicose pode ser convertida a piruvato e este a lactato (fermentação lática) ou a gliceraldeído que é transformado em etanol (fermentação alcoólica). Já o ciclo de krebs ocorre somente em aerobiose, pois o receptor final (oxigênio) tem de estar presente para receber os elétrons do NADH e FADH2. Sem oxigênio, não haverá a oxidação do NADH a NAD+ e FADH2 a FAD para manter o ciclo de Krebs.
13) Justifique a afirmativa: "No ciclo de Krebs não há acúmulo de carbonos.” 
Essa afirmação se dá pela adição de carbono através da Acetil-CoA para formação de citrato ser balanceado pela liberação de CO2, fazendo com que os carbonos inseridos sejam oxidados para formação de alfa cetoglutarato e, posteriormente, para formação de succinil-CoA.
14) Qual a contribuição do ciclo do ácido cítrico na produção de energia, uma vez que cada volta só produz um ATP? 
A principal contribuição do ciclo de krebs é a produção de NADH e FADH2, que entrarão na cadeia respiratória e serão reduzidos, gerando mais energia além do ATP produzido no ciclo, tendo como resultado 8 NADH2 + 2 FADH2 + 34 ATP + H+
15) Além da oxidação do acetato, cite outras funções do Ciclo do Ácido Cítrico? 
Fornecimento de produtos intermediários para cadeias de biossíntese, além de promover a degradação dos produtos finais derivados do metabolismo de aminoácidos diversos, de lipídios e de carboidratos.
16) O que são reações anapleróticas e catapleróticas? Cite exemplos 
Reações anapleróticas são caracterizadas pela reposição de moléculas intermediárias do ciclo do ácido cítrico, vindo se alguma outra via metabólica ou de biossíntese, enquanto reações catapleróticas caracterizam a retirada dos produtos intermediários para suprimir a necessidade de vias metabólicas e de biossíntese, sendo um balanceado pelo outro, dependendo do estado fisiológico do organismo. Uma das principais reações anapleróticas do ciclo é catalisada pela piruvato carboxilase, que catalisa a formação de oxaloacetato para repor sua concentração a partir de piruvato em vários tecidos, principalmente no fígado. Já para as reações catapleróticas, temos a retirada de α- Cetoglutarato para biossíntese de aminoácidos como glutamato, aspartato, e outros aminoácidosque são a base de diversos processos fisiológicos ou enzimas.
17) Relacione a atividade da piruvato-carboxilase com a presença ou não de Acetil- CoA.
A piruvato carboxilase é ativada alostericamente pela concentração elevada de acetil-coA, além de necessitar também de ATP.
18) Como ocorre a regulação do ciclo a partir do complexo piruvato desidrogenase? 
A enzima piruvato desidrogenase catalisa a conversão do piruvato em acetil-CoA. O ATP, acetil-CoA e NADH regulam negativamente (inibem) a piruvato desidrogenase, enquanto o ADP, NAD+ e piruvato a ativam.
19) A partir de uma molécula de glicose, descreva o rendimento em ATP e CO2 produzido e O2 consumido no Ciclo de Krebs. 
Glicose -> 2 Piruvato -> 2 Acetil-CoA -> 4 CO2, 2 GTP, 6 NADH, 2 FADH2
Rendimento total de ATP: 20 ATP
Gliconeogênese e Via das Pentoses 
20) Indicar a localização celular das enzimas da via glicolítica e da gliconeogênese.
As enzimas da via glicolítica ocorrem no citoplasma, enquanto na gliconeogênese, as duas primeiras etapas ocorrem na mitocôndria e o restante no citoplasma. O piruvato entra na mitocôndria e é convertido em oxaloacetato pela piruvato carboxilase e, depois, em fosfoenolpiruvato (PEP), que sai para o citoplasma onde continuará a gliconeogênese.
21) Comparar as três reações irreversíveis da glicólise com as reações da gliconeogênese que as substituem quanto: às enzimas, reagentes, produtos e coenzimas que participam nas reações.
Na primeira reação irreversível da glicólise, a glicose é fosforilada a glicose-6-fosfato pela hexoquinase e há o consumo de ATP. Na última etapa da gliconeogênese, por sua vez, age a glicose-6-fosfatase, que fará a retirada de Pi para a formação da glicose, contudo essa reação não restitui o ATP, fazendo com que o Pi se dissipe no meio intracelular.
Na segunda reação irreversível, na terceira etapa da glicólise, ocorre a conversão da frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato pela fosfofrutoquinase-1. Nesta reação também há o consumo de ATP e, na gliconeogênese também ocorre a dissipação de Pi retirado. Contudo, nesta etapa da gliconeogênese, a enzima atuante é a frutose-1,6-bifosfatase.
Na terceira reação irreversível, na última etapa da glicólise, ocorre a transformação do fosfoenolpiruvato (PEP) em piruvato pela piruvato quinase, nesta etapa há a formação de ATP. Já na gliconeogênese, são necessárias duas reações. Primeiro, o piruvato é convertido em oxaloacetato pela piruvato carboxilase, havendo o gasto de ATP e CO2. Em seguida, o oxalacetato é convertido a PEP pela PEP carboxiquinase com gasto de GTP e liberação de CO2.
22) Citar o doador de fosfato de alta energia na reação: OAA → fosfoenolpiruvato e explicar o deslocamento desta reação no sentido de formação de fosfoenolpiruvato. 
Nessa reação, o doador de fosfato é o GTP, tornando-se o GDP+Pi, liberando energia, caracterizando uma reação exotérmica, com deslocamento para a direita.
23) Citar os órgãos onde ocorre a gliconeogênese.
A gliconeogênese ocorre principalmente no fígado e também em menor extensão no córtex dos rins e no intestino delgado, onde ocorre a síntese de glicose a partir de substâncias que não sejam carboidratos, utilizando glicerol, aminoácidos, lactato, etc, visando o uso pelo cérebro, músculos e eritrócitos.
24) Quais são as enzimas chave da glicogênese e glicogenólise, respectivamente? Quando a carga energética da célula está alta, qual das duas está ativa?
Glicogênese: Glicoquinase, UDP glicose pirofosforilase, fosfoglicomutase e glicogênio sintase; Glicogenólise: Glicogênio fosforilase, fosfoglicomutase e glicose-6-fosfatase. Na presença de carga energética além do necessário para atividade da célula, será ativada a glicogênese visando a síntese de glicogênio para armazenamento de energia de reserva.
25) Considere as afirmações, relacionadas indiretamente ao metabolismo de glicose nas hemácias: - Indivíduos deficientes de glicose 6-fosfato desidrogenase são resistentes à malária. 
	❖ Estima-se em 400 milhões de pessoas são deficientes nesta enzima. 
❖ Um defeito genético comum na África, Ásia e em populações mediterrâneas resulta em anemia hemolítica grave, quando da administração de primaquina, agentes que estimulam a produção de peróxidos, uma droga usada contra a malária. 
❖ Os peróxidos lesam (e lisam) as hemácias, pois reagem facilmente com as duplas ligações presentes nos ácidos graxos da membrana celular.
Que hipóteses podem ser feitas para explicar: 
a) a resistência das hemácias a quantidades normais de peróxido. 
Em quantidades normais de peróxido, o NADPH protege os eritrócitos dos danos causados pelo processo de 
estresse oxidativo ao regular o nível de glutationa nas células. A glutationa é um peptídeo de ação 
antioxidante, responsável pela metabolização de peróxidos de hidrogênio e desativação de radicais livres.
b) a relação desta resistência com a reação catalisada pela glicose 6-fosfato desidrogenase.
A glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD) participa da via das pentoses, sendo essencial para a manutenção dos níveis de NADPH. Esse NADPH é necessário para que ocorra a redução da glutationa.
c) a dificuldade do Plasmodium falciparum em parasitar células deficientes em glicose 6-fosfato desidrogenase.
O Plasmodium falciparum parasita as células se “escondendo” na membrana plasmática. Células deficientes em G6PD são mais suscetíveis a hemólise (rompimento da membrana das hemácias) por conta da elevada quantidade de peróxidos nas células, causando a morte do protozoário.