T1 - Glicólise e Oxidação do Piruvato

8/19/2019 T1 - Glicólise e Oxidação do Piruvato

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Ana Clara Oliveira e Andreia Preda 2013/2014

Glicólise e Oxidação do Piruvato

A glicose, quando entra dentro das células, entra através de um transportador e vocês

já viram, no semestre passado, como é que a glicose entrava dentro das células do epitélio

intestinal. Quer para entrar quer para sair, a glicose atravessa a membrana através de um

transportador. Para ter a certeza que a glicose não volta a sair das células, ela tem que ser

fosforilada, porque quando a glicose está fosforilada, não atravessa a membrana, não passa

pelos transportadores. Senão o que é que acontecia? A glicose entrava dentro da célula, se

acumulasse muita glicose aqui, ela tenderia a sair porque estes transportadores são a favor do

gradiente de concentração. Depois, a glicose fosforilada pode entrar em várias em vias. Vamos

considerar só a glicólise. A glicose é transformada em piruvato e, conforme foram as condições

de estado redox ou a maior ou menor quantidade de oxigénio ou o facto de a cadeia

transportadora de eletrões funcionar mais ou menos, o piruvato pode ter dois destinos: pode

ser convertido em lactato ou entrar dentro da mitocôndria, sendo convertido em acetil-CoA,

que pode entrar no ciclo de Krebs, havendo depois a produção de NADH ou , os

eletrões passam para a cadeia de eletrões com a produção de ATP, o que significa que a glicose

é totalmente oxidada a dióxido de carbono e água.

Hoje vamos falar detalhadamente sobre a transição de glicose a piruvato e de piruvato

a lactato ou a acetil-CoA. Adicionalmente, o acetil-CoA pode ser utilizado para a síntese de

ácidos gordos.Agora vocês têem aqui as várias vias ou os vários destinos da glicose. A glicose entra

para dentro das células, é fosforilada e, depois, a glicose-6-fosfato, se for convertida em

glicose ou fosfato, pode ser armazenada na forma de glicogénio, pode ser transformada em

frutose-6-fosfato, ou a glicose-6-fosfato pode ser transformada em 6-fosfogliconato.

Na passagem de glicose a glicose-6-fosfato, as enzimas que fazem esta fosforilação não

são específicas da glicólise porque se se inibir a passagem de glicose a glicose-6-fosfato, não

se estará só a inibir a glicólise. Inibe-se também, por exemplo, a síntese de glicogénio ou a

produção da ribose-5-fosfato.

Para termos mais ou menos glicose-6- fostato dentro das células, ela poderá vir da

alimentação, da degradação do glicogénio ou então da gliconeogénese, que é a síntese de

glicose a partir de substratos que não são glícidos.

Numa situação de anaerobiose, o piruvato pode ser convertido em lactato, em alanina

ou a vários outros aminoácidos, em oxalo-acetato e daqui começa uma das possibilidades da

gliconeogénese, em acetil-CoA, que pode ser utilizado na síntese de ácidos gordos ou, se

entrar no ciclo de Krebs, leva à oxidação completa da glicose.




Dentro das vias associadas ao metabolismo dos glícidos, temos a glicólise. Todas as

reações da glicólise ocorrem no citoplasma e são, ao todo, dez. Primeiro, a glicose é convertida

em glicose-6-fosfato. A principal função desta reação é o impedimento da saída da glicose das

células, bem como a ativação da glicose de modo que esta possa entrar numa via metabólica.

Em todas as vias metabólicas, as moléculas que nelas participam são, de alguma forma,

ativadas. Esta ativação pode ocorrer, por exemplo, por fosforilação, por adição da coenzima A,

por ligação a um nucletídeo. As moléculas são sempre, de algum modo, ativadas e, neste caso,

a glicose é ativada por fosforilação. Depois, a glicose-6-fosfato é transformada em frutose-6-

fostato por uma isomerase, ou seja, isto é uma isomerização. Neste caso, é a isomerização de

uma aldose (glicose) em cetose (frutose). De seguida, a frutose-6-fosfato vai sofrer nova

fosforilação, passando assim a frutose-1,6-difosfato, que vai posteriormente ser quebrada ao

meio, formando duas trioses, cada uma monofosfatada. Uma das trioses é o gliceraldeído-3-

fosfato e a outra é a dihidroxiacetona-fosfato. A dihidroxiacetona é convertida em

gliceraldeído-3-fosfato, pela fosfotriose isomerase, portanto, daqui para a frente é sempre a

dobrar. O gliceraldeído-3-fosfato é convertido em 1,3-difosfoglicerato, depois em 3-

fosfoglicerato, 2-fosfoglicerato, fosfoenolpiruvato e, finalmente, (enol)piruvato. Além da

glicose, para que a glicólise possa ocorrer, é ainda necessário ADP, ATP e NAD +. Para além

disso, a glicose-6-fosfato, a frutose-6-fosfato, a frutose-1,6-difosfato e o gliceraldeído-3-fosfato

são também intermediários da Via das Pentoses-fosfato.

As reações onde vai ocorrer gasto de ATP correspondem àquelas em que vai haver um

investimento na ativação das moléculas para que as reações a seguir se possam dar. Temos,

depois, uma molécula em que, ao ser quebrada em duas, cada uma das partes já se vai

encontrar fosforilada, logo já está ativada.

O NAD é um transportador de equivalentes redutores e, quando está na forma de

NAD+, encontra-se oxidado e, na forma de NADH, encontra-se reduzido.

Então, na glicólise, vai-se produzir NADH, a glicose é oxidada e vai-se gastar NAD +, e é

nesta mesma fase, em que se reduz o NADH, que se produz o ATP. Então, existe uma parte em

que se investe ATP, outra em que a molécula é quebrada em duas e há depois uma

interconversão, e, por último, uma em que é produzida energia. Esta secção da glicólise em

que há produção de energia é que é a secção em que há produção de ATP e de NADH.

Voltando agora à primeira reação, esta é uma reação considerada, em termos

fisiológicos, irreversível. Por isso, a reação ocorre sempre no sentido da glicose para a glicose-

6-fosfato. Em quase todas estas reações da glicólise, ou as enzimas em si precisam de

magnésio ou o ATP e o ADP, para reagirem, precisam de estar complexados com o magnésio.O que esta enzima, a hexocínase, tem de característico é o facto de ser inibida pelo seu




produto, o que significa que quando a célula tem no seu interior grande quantidade de glicose-

6-fosfato, vai inibir a fosforilação da glicose em glicose-6-fosfato. Se este mecanismo não

existisse, quando houvesse um excedente de glicose na célula, ela voltaria a sair.

No entanto, este mecanismo de feedback negativo não é compatível com o

funcionamento do fígado. Por exemplo, se se comer muitos chocolates sucessivamente, o

fígado tem de ter a capacidade de retirar a glicose em excesso da corrente sanguínea. Por

outro lado, em jejum, o fígado tem de ser capaz de repôr e manter os níveis basais de glicose

no sangue. Ou seja, o facto de haver uma enzima que é inibida pelo seu produto não é

co 1mpatível com o funcionamento do fígado.

No fígado e nas células pancreáticas, entre outras, a entrada da glicose é independente

da insulina. No tecido adiposo, a entrada da glicose depende da insulina. Isto significa que a

expressão dos transportadores na membrana aumenta quando aumenta a insulina na corrente

sanguínea. No fígado e nas células pancreáticas isto não acontece. O músculo e o tecido

adiposo só expressam a hexocínase, enquanto que o fígado e as células pancreáticas

expressam a hexocínase e a glicocínase. 1 O que acontece é que para as concentrações normais

de glicose, a hexocínase já está a trabalhar perto da sua velocidade máxima e a glicocínase

não. Das duas isoformas, a que tem maior afinidade para a glicose é a que tem um K m menor,

logo é a hexocínase. Deste modo, a glicocínase no fígado vai continuar a permitir a retirada de

glicose da corrente sanguínea, uma vez que esta enzima, ao contrário da hexocínase, não é

inibida pela glicose-6-fosfato. A regulação da glicocínase faz-se pela quantidade de glicose na

corrente sanguínea: quando esta é elevada, a enzima é ativada; quando a glicemia é baixa, a

enzima é inibida.

Prosseguindo agora na glicólise, a glicose-6-fosfato sofre uma isomerização em

frutose-6-fosfato e, de seguida, a segunda fosforilação em frutose-1,6-difosfato, sendo gastas,

até esta etapa, duas moléculas de ATP. Depois, havia a quebra de frutose-1,6-difosfato em

gliceraldeído-3-fosfato e dihidroxiacetona-fosfato e a conversão desta no primeiro produto,

ficando-se assim com duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato. Cada um dos gliceraldeídos

vai ser fosforilado a 1,3-fosfoglicerato e, depois, a passagem deste a 3-fosfoglicerato com a

produção de duas moléculas de ATP (uma por cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato).

Então, até esta etapa, já houve compensação das moléculas de ATP que foram gastas para

ativar esta via. Até este momento, houve também a produção de duas moléculas de NADH.

1 Alguns autores consideram apenas hexocínases, enumerando-as para as diferenciar. Nestes casos, a glicocínase

corresponde à hexocínase-4.




Depois, há a passagem de 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato, de seguida, a fosfoenolpiruvato

e, finalmente, a piruvato (ou ácido pirúvico), com a produção de mais duas moléculas de ATP.

Em termos de rendimento energético, há a produção de duas moléculas de ATP, e em

termos de equivalentes redutores, são produzidas duas moléculas de NADH.

O ATP é produzido na fosforilação oxidativa, em função do funcionamento da cadeia

transportadora de eletrões, na glicólise ou em consequência de alguma reações do ciclo de

Krebs. Ou seja, o ATP pode ser formado quer por fosforilação nível do substrato, quer dizer

que as reações não estão associadas à cadeia transportadora de eletrões nem à síntase de

ATP, quer por fosforilação oxidativa, onde vai ser consumido oxigénio que depois é convertido

em água.

Ao longo da glicólise ocorrem duas reações que podem ser chamadas fosforilações ao

nível do substrato. No caso da glicólise a produção de ATP pode ocorrer em situações de

anaerobiose.

As reações que ocorrem nos dois sentidos representam reações reversíveis e são as

mesmas da gliconeogénese. Quando as setas na reação aparecem apenas num sentido

significa que a reação é fisiologicamente irreversível e quando se pretende produzir glicose há

enzimas que fazem exactamente a ação contrária a estas enzimas.

Se todas as enzimas tivessem ação reversível não era possível inibir a glicólise sem

inibir a gliconeogénese. Assim, as enzimas de ação irreversível são os pontos de regulação das

vias.

O primeiro ponto especifico de regulação da glicólise é a cínase 1 da frutose-6-fosfato

que catalisa a reação frutose-6-fosfato + ATP frutose-1,6-bisfosfato + ADP uma vez que a

hexocinase não é especifica da glicólise.

A enzima desidrogenase do gliceraldeido 3-fosfato tem vários resíduos de cisteína e a

cisteína na extremidade da cadeira tem grupos tiol e um destes grupos está no centro ativo

tendo a vantagem que o substrato se liga covalentemente. Os equivalentes redutores que se

perdem são captados pelo NAD que passa de NAD+ a NADH, ocorrendo uma oxidação do

substrato e uma oxidação do NAD. O NAD na sua forma oxidada está associado à enzima mais

fortemente.

A fosforólise (muito importante no metabolismo do glicogénio) é semelhante a uma

hidrólise mas há quebra de uma ligação por entrada de um fosfato. O grupo carbonilo que

antes está ligado à enzima passa a estar ligado ao ácido fosfórico; assim o fosfato serve para

quebrar a ligação do substrato que entretanto foi oxidado à enzima.

3 enzimas são responsáveis pela regulação da glicólise mas apenas 2 são específicaspata a glicólise.




A passagem do 1,3-bifosfoglicerato para o 3-fosfoglicerato dá-se pela ação de uma

cínase mas nos eritrócitos pode haver um mecanismo alternativo para esta passagem. Pode

ser uma mútase que passa o 1,3-bifosfoglicerato para 2,3-bifosfoglicerato e depois temos uma

fosfatase que tira o fosfato da posição 2 e passa a ser 3-fosfoglicerato.

Em termos de contas para a glicólise, no processo de glicólise normal há nesta fase

produção de 2 ATP que dá para compensar os ATP gastos, enquanto que nesta via alternativa o

rendimento da glicólise nos eritrócitos poderá ser 0 (não quer dizer que seja sempre). A

vantagem para os eritrócitos desta via alternativa é que o 2,3-bifosfoglicerato diminui a

afinidade da hemoglobina para o oxigénio ajudando a libertar o oxigénio da hemoglobina. Esta

via não é a predominante nos eritrócitos porque, uma vez que os eritrócitos não têm

mitocôndrias não podem obter ATP pela cadeia transportadora de eletrões e então a produção

de ATP pela glicólise “normal” é fundamental.

Se os eritrócitos não têm mitocôndrias eles não conseguem transformar o NADH a

NAD+, ou seja a passagem de NAD reduzido a NAD oxidado não ocorre, mas tem de ocorrer

porque senão os eritrócitos deixam de produzir ATP. Este problema resolve-se com a

passagem de piruvato a lactato, em que o NADH é oxidado. Isto tem sempre de ocorrer nos

eritrócitos e também ocorre noutras células onde não haja mitocôndrias ou haja algum

problema no ciclo de Krebs ou no aceitador final (O 2).

Recapitulando: da glicose até ao piruvato existem reações reversíveis e irreversíveis (

na aula de gliconeogénese, vamos ter a passagem de piruvato entre outros substratos a glicose

e as reações reversíveis vão ser as mesmas e as reação irreversíveis não vão ser as mesmas, o

que significa que se se pretender ter a glicólise muito ativa ou a gliconeogénese mito inibida

ou ao contrário, teremos de simultaneamente estar a ativar as enzimas irreversíveis da

glicólise e a inibir as enzimas irreversíveis da gliconeogénese).

Agora vamos ver como é que o piruvato pode ser oxidado a acetilCOA.

A passagem de piruvato a lactato acontece em tecidos que não há mitocôndrias ou

quando a disponibilidade de oxigénio não acompanha a produção de piruvato. Mas o piruvato

pode ser oxidado a aceitlCOA para depois entrar no ciclo de krebs.

O piruvato é produzido no citoplasma e depois entra por um transportador na

mitocôndria onde é oxidado. A enzima é um complexo enzimático e inicialmente o piruvato é

descarboxilado e o que “sobra” da descarboxilação vai f icar ligado à tiamina difosfato. Este

complexo enzimático (estas três atividades enzimáticas distintas) ao conjunto todo chama-se

desidrogenase do piruvato que é também o nome da primeira enzima que catalisa a primeira

reação de descarboxilação.




O piruvato é descarboxilado, fica ligado à tiamina difosfato e depois a tiamina difosfato

vai transferir o resto do piruvato para a alipoamida oxidada.

As moléculas podem ser ativadas por fosforilação, por adição da coenzima A, por

ligação a um nucletídeo, como foi referido anteriormente, então o que sobra da

descarboxilação do piruvato liga-se agora à coenzima A para depois poder entrar no ciclo de

krebs. A ligação à coenzima A dá-se no segundo componente que é diidrolipoil transacetilase.

Os átomos de enxofre passam a estar reduzidos, ou seja, ligados a hidrogénios em vez de

estarem ligados um outro e os eletrões e protões passam para o NADH. A vantagem de termos

um complexo enzimático e dos intermediários estarem sempre ligados às enzimas é que não

se perdem pelo caminho tornando a reação muito mais eficiente.

Então, o piruvato é descarboxilado e é uma descarboxilação oxidativa porque para

além de haver uma descarboxilação também vai haver uma redução do NADH e oxidação do

substrato.

Produz-se NADH e acetilCOA o que significa que se houver muita acetilCOA e muito

NaDH este complexo enzimático vai ser inibido. O NADH e a acetilCOA inibem a conversão de

piruvato a acetilCOA.

As enzimas podem ser reguladas por alosteria. Este complexo enzimático pode ser

regulado por fosforilação e desfosforilação. Ela quando está desfosforilada está na sua forma

ativa e quando está fosforilada está na sua forma inativa.

O NADH e acetilCOA além de inibirem diretamente a enzima por alosteria também a

inibem indiretamente porque vão ativar a cínase que vai fosforilar a enzima (quando está

fosforilada está inativa).

T1 - Glicólise e Oxidação do Piruvato

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