Aula 10 - Introd ao metabolismo e Glicólise

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METABOLISMO DE CARBOIDRATOS

Profª. Drª. Viviane Faiões E-mail: [email protected]

Metabolismo METABOLISMO: a totalidade de reações químicas de um organismo.

TIPOS DE REAÇÕES METABÓLICAS: 1. CATABOLISMO OU REAÇÃO DE DEGRADAÇÃO:

Energia

moléculas complexas sendo quebradas em moléculas simples com liberação de energia.

Energia

2. ANABOLISMO OU REAÇÃO DE SÍNTESE: produção de moléculas complexas à partir de moléculas simples, usando energia liberada em outras reações.

Metabolismo

Reação exergônica

Reação endergônica

Metabolismo Nutrientes: Carboidratos Lipídeos Proteínas

ADP, NAD+, NADP+, FAD

Componentes celulares Proteínas Polissacarídeos Lipídeos Ácidos nucleicos

CATABOLISMO

CO2 e H2O

ATP, NADH, NADPH, FADH2

ANABOLISMO

Aminoácidos Açúcares Ácidos graxos Bases nitrogenadas

Primeira lei da termodinâmica: a energia do universo é constante. Energia pode ser transformada e transferida, mas não pode ser criada ou destruída.

ENERGIA CAPTADA

Transformada e armazenada

ENERGIA QUÍMICA

Metabolismo A molécula de ATP (trifosfato de adenosina) fornece energia para o trabalho celular. ▪ É um composto rico em energia; ▪ A hidrólise das ligações grande quantidade de energia; ▪ Transferência de grupo fosforil.

fosfodiéster

do ATP

liberam

uma

Metabolismo As ligações entre os grupos fosfatos do ATP podem ser rompidas por hidrólise, quando uma ligação fosfato terminal é rompida por adição de uma molécula de água.

ATP HIDRÓLISE DO ATP O ATP fornece energia por transferência de grupos e não por simples hidrólise.

Metabolismo

A hidrólise de ATP em duas etapas. (a) A contribuição do ATP para uma reação frequentemente é representada como etapa única, mas ela é quase sempre um processo em duas etapas. (b) É representada aqui a reação catalisada pela enzima dependente de ATP, a glutamina-sintetase. ➊ Um grupo fosforil é transferido do ATP para a glutamina; então, ➋ o grupo fosforil é deslocado pelo NH3 e liberado como Pi.

Metabolismo O ATP doa grupos fosforil, pirofosforil e adenilil

ATP

ADP

ATP

AMP

O grupo transferido do ATP é um fosforil (-PO2-3) e não um fosfato (-OPO2-3).

Metabolismo Reações de oxidação-redução Essas reações envolvem a perda de elétrons por uma espécie química, que é oxidada, e o ganho de elétrons por outra espécie, que é reduzida. Coenzimas e proteínas servem como transportadores universais de elétrons:

NAD, NADP, FMN e FAD são coenzimas que sofrem oxidações e reduções reversíveis em muitas das reações de transferência de elétrons do metabolismo. ➢ Dinucleotídeo de nicotinamida-adenina (NAD) - forma oxidada → NADH forma reduzida ➢ Dinucleotídeo de nicotinamida-adenina-fosfato (NADP) - forma oxidada → NADPH forma reduzida ➢ Dinucleotídeos de flavina-adenina (FAD) - forma oxidada → FADH2 forma reduzida

Metabolismo NAD+: dinucleotídeo de nicotinamida adenina

Nicotinamida

Adenina

NAD+ : forma oxidada

NADH : forma reduzida

Metabolismo FAD: dinucleotídeo de flavina adenina

Nucleotídeos de flavina

FADH2: forma reduzida

Adenina

FAD: forma oxidada

Rotas catabólicas e produção de ATP

➢ Fermentação: é uma degradação parcial de glicose que ocorre sem o uso de oxigênio. ➢ Respiração aeróbia: o oxigênio é consumido como reagente junto com o combustível orgânico (degradação total da glicose).

Rotas catabólicas e produção de ATP

Glicólise

Fermentação

Oxidação do piruvato

Saldo: 2 ATPs

Ciclo do Ácido Cítrico Fosfrilação Oxidativa Saldo: 36 ATPs

Glicólise ▪ Glicólise: do grego glykys (doce, ácúcar) e lysis (quebra); ▪ 10 reações enzimáticas; ▪ Todas as reações enzimáticas ocorrem no citosol; ▪ Enzimas são bastante conservadas.

Glicólise ▪ Única fonte de energia metábolica em alguns organismos, tecidos e células: ✓ Microorganismos anaeróbios; ✓ Eritrócitos; ✓ Medula renal; ✓ Cérebro; ✓ Tubérculos de batata; ✓ Plantas aquáticas.

Glicólise ▪ Duas fases: • Fase preparatória – primeiras 5 etapas ➢ Fosforilação da glicose e sua conversão para 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato Consome 2 ATPs • Fase de pagamento – demais 5 etapas ➢ Conversão de gliceraldeído-3-fosfato em piruvato Produz 4 ATPs 2 NADH

Glicólise: fase preparatória ▪ Etapa 1: fosforilação da glicose

Hexocinase

ATP

ADP

Glicose

* Reação irreversível, consome 1 ATP

Glicose-6-fosfato

Glicólise: fase preparatória ▪ Etapa 2: conversão de glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato

Fosfo-hexoseisomerase

Glicose-6-fosfato

Frutose-6-fosfato

Glicólise: fase preparatória ▪ Etapa 3: fosforilação de frutose-6-fosfato em frutose-1,6bifosfato Fosfofrutocinase 1 (PFK1)

ATP

ADP

Frutose-6-fosfato

* Reação irreversível, consome 1 ATP

Frutose-1,6-bifosfato

Glicólise: fase preparatória ▪ Etapa 4: clivagem de frutose-1,6-bifosfato em 2 açúcares

Frutose-1,6-bifosfato

Glicose 1,6-bifosfatoaldolase Gliceraldeído-3-fosfato

+ Di-hidroxiacetona-fosfato Gliceraldeído-3fosfato

Di-hidroxiacetonafosfato

Glicólise: fase preparatória ▪ Etapa 5: interconversão das trioses fosfato

Gliceraldeído-3-fosfato Triose fosfato isomerase Di-hidroxiacetona-fosfato

* Apenas gliceraldeído-3-fosfato pode ser processado na etapa seguinte

Glicólise: fase preparatória

Glicose

2 mols. Gliceraldeído-3-fosfato

Consome: 2 ATPs

Glicólise: fase de pagamento ▪ Etapa 6: oxidação bifosfoglicerato

de

gliceraldeído-3-fosfato

a

Gliceraldeído-3-fosfato

2Pi

NAD+ NADH

Gliceraldeído-3-fosfatodesidrogenase

1,3-bifosfoglicerato *Oxidação e fosforilação

1,3-

Glicólise: fase de pagamento ▪ Etapa 7: transferência de P de 1,3-bifosfoglicerato para ADP

1,3-bifosfoglicerato

ADP

Fosfoglicerato-cinase

ATP

3-fosfoglicerato

Glicólise: fase de pagamento ▪ Etapa 8: conversão de 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato

3-fosfoglicerato

Fosfoglicerato-mutase

2-fosfoglicerato

Glicólise: fase de pagamento ▪ Etapa 9: desidratação fosfoenolpiruvato

de

2-fosfoglicerato

Enolase

H20

2-fosfoglicerato

Fosfoenolpiruvato (PEP)

em

Glicólise: fase de pagamento ▪ Etapa 10: transferência de P do fosfoenolpiruvato para ADP

Piruvato-cinase

ADP

Fosfoenolpiruvato (PEP)

* Reação irreversível

ATP

Piruvato

Glicólise: fase de pagamento

2 Gliceraldeído-3-fosfato

Produz: 4 ATPs e 2 NADH

2 Piruvato

Glicose (6C) C6H12O6 ATP

ATP

ADP

ADP

1. Duas moléculas de ATP são utilizadas para ativar uma molécula de glicose e iniciar a reação. 2. A molécula de glicose ativada pelo ATP divide-se em duas moléculas de três carbonos (gliceraldeído-3-fosfato).

P~6C~P

3C~P Pi

3C~P

NAD NADH P~3C~P ADP ATP P~3C ADP ATP 3 C Piruvato

NAD Pi NADH P~3C~P

3. Incorporação de fosfato inorgânico e formação de NADH.

ADP

4. Duas moléculas de ATP são liberadas recuperando as duas utilizadas no início.

ATP P~3C ADP ATP

5. Liberação de duas moléculas de ATP e formação de piruvato.

3 C Piruvato

Saldo 2 ATPs !!!

Glicólise: resumo

Glicólise: regulação ▪ Reações irreversíveis da glicólise Hexocinase

Glicose

Glicose-6-fosfato Fosfofruto-cinase (PFK1)

Frutose-6-fosfato

Frutose-1,6-bifosfato

Piruvato-cinase

Fosfoenolpiruvato

Piruvato

Glicólise: regulação ▪ Hexocinases

Glicose

Glicose-6-fosfato

✓ Hexocinases I a III (isoenzimas, em humanos); ✓ Km 0,01 a 0,1 mM;

✓ [glicose plasmática] = 4 a 8 mM

atividade máx;

✓ Inibida por glicose-6-fosfato (inibição alostérica).

* Hexocinase IV: presente no fígado, não é inibida pela glicose-6-fosfato, Km= 10mM.

Glicólise: regulação ▪ Fosfofruto-cinase (PFK-1) Frutose-6-fosfato

Frutose-1,6-bifosfato

✓ Regulação alostérica; ✓ Reguladores negativos: ATP e Citrato;

Glicólise: regulação ▪ Piruvato cinase Fosfoenolpiruvato

Piruvato

✓ Regulação alostérica; ✓Reguladores negativos: ATP, acetil-CoA e ácidos graxos;

✓ Regulação por fosforilação da enzima hepática (inativação).

Glicólise: vias alimentadoras ▪ Glicose; ▪ Homopolissacarídeos de glicose (amido e glicogênio); ▪ Dissacarídeos.

Glicólise: vias alimentadoras

Glicólise ➢ Piruvato p o d e seg u i r 3 c a m i n h o s :

1)

Ser red u z i d o a E t a n o l ❖ Fermentação alcoólica

2)

Ser red u zi d o a L actato ❖ F e r m e n t a ç ã o Lática

3)

Ser c o m p l e t a m e n t e o x i d a d o a CO 2 e H 2 O ❖ Ciclo d o á c i d o Cítrico

Fermentação ▪Processo que ocorre em condições anaeróbias;

▪Degradação incompleta de produção de apenas 2 ATPs;

moléculas

orgânicas

com

▪ NADH (reduzido) retorna a forma oxidada (NAD+); ▪ Mecanismo mais antigo de obtenção de energia; ▪ São classificadas de acordo com os produtos gerados: fermentação lática, alcoólica, propriônica, butírica etc.

Fermentação - Fermentação Alcoólica

- Fermentação Lática

Pouca energia é extraída da Glicose pela F e r m e n t a ç ã o O 3 º d e s t i n o (oxidação c o m p l e t a n o c i c l o d e Krebs) do piruvato p e r m i t e extrair 1 5 x m a i s energia do que na Glicólise

Fermentação

DÚVIDAS???

Contato do professor: [email protected]