Estudo Dirigido 7 - Respostas

Estudo Dirigido 7
Metabolismo do Glicogênio, Gliconeogênese, Cetogênese e Ciclo do Glioxilato
Bioquímica Metabolismo – Ciências Biológicas – 2° Semestre, 2016
1) Quando a glicólise se inicia pela quebra de uma molécula de glicose proveniente diretamente da
alimentação, em condição anaeróbica, o saldo energético é de 2 moléculas de ATP (como você já está
cansado de saber!). Entretanto, quando a glicólise se inicia pela quebra do glicogênio muscular, também em
condição anaeróbica, o saldo é de 3 moléculas de ATP. Isso acontece pois uma unidade de glicose é liberada
do polímero de glicogênio na forma de glicose-1-fosfato, pela ação da glicogênio fosforilase. A glicose-1fosfato é então convertida em glicose-6-fosfato pela ação da fosfoglicomutase. Esta última molécula pode
então entrar na glicólise anaeróbica do músculo. Responda:
a) Explique como é possível a glicólise anaeróbica gerar 2 ATPs em uma situação e 3 ATPs em outra. O que
ocorre durante a síntese de glicogênio que faz com que as unidades de glicose, durante a degradação do
glicogênio, sejam liberadas na forma de glicose-1-fosfato?
Parte da energia da ligação glicosídica que esta sendo quebrada durante a degradação do glicogênio é
utilizada na fosforilação de uma unidade de glicose usando um Pi, não havendo necessidade de gastar ATP
para a fosforilação da glicose (assim como acontece quando a glicose vem diretamente da circulação).
Durante a síntese do glicogênio, quando a disponibilidade de ATP é alta, há consumo de energia para a
formação da UDP-glicose que depois será usada na incorporação das unidades de glicose nas cadeias do
glicogênio. A energia gasta fica estocada na ligações glicosídicas até a degradação do glicogênio.
Glicose da alimentação + ATP → glicose-6-fosfato + ADP → → → final da glicólise anaeróbica: 2 ATP
Glicogênio libera glicose-1-fosfato → glicose-6-fosfato → → → final da glicólise anaeróbica: 3 ATP
b) Qual é o produto da glicólise anaeróbica no tecido muscular esquelético?
Lactato
c) Este produto cai na circulação sanguínea e chega ao fígado para ser "reciclado". Qual o nome da via
metabólica que "recicla" este produto no fígado?
Gliconeogênese.
d) O que é gerado nesta "reciclagem"? Como isso é benéfico para o músculo em exercício anaeróbico?
Glicose é gerada no fígado e cai na circulação sanguínea, chegando no músculo que poderá continuar
produzindo ATP para o exercício.
2) Dos compostos listados abaixo, indique se e como o composto pode produzir glicose, explicando:
a) oxaloacetato: oxaloacetato pode virar malato que sai da mitocôndria e vira oxaloacetato
novamente. No citoplasma, oxaloacetato pode ser convertido em fosfoenolpiruvato, que então entra na
gliconeogênese, cujo produto final é a glicose.
b) α-cetoglutarato: α-cetoglutarato pode seguir no ciclo de Krebs até virar malato, que então sai da
mitocôndria e é convertido em oxaloacetato. No citoplasma, oxaloacetato pode ser convertido em
fosfoenolpiruvato, que então entra na gliconeogênese, cujo produto final é a glicose.
c) lactato: no citoplasma, lactato pode ser convertido em piruvato, que entra na mitocôndria e pode
virar oxaloacetato. Este vira malato que sai da mitocôndria e é revertido em oxaloacetato no citoplasma.
Oxaloacetato pode ser convertido em fosfoenolpiruvato, que então entra na gliconeogênese, cujo produto
final é a glicose.
d) acetil-CoA: acetil-CoA pode entrar no ciclo do Glioxilato (em plantas e bactérias) e ser convertido
em succinato, que é direcionado para a mitocôndria onde entra no ciclo de Krebs até formar malato. Malato
sai da mitocôndria, pode virar oxaloacetato, que por sua vez pode virar fosfoenolpiruvato. Este então entra
na gliconeogênese, cujo produto final é a glicose.
3) Há relação entre a glicemia e a presença plasmática da acetona? Qual? Por quê?
Sim, a relação é inversamente proporcional em uma condição não diabética. Quando a glicemia está alta
(após uma alimentação), não há necessidade do fígado usar oxaloacetato para produzir mais glicose, e nem
de oxidar ácidos graxos para gerar energia na forma de ATP. Assim, a via da cetogênese não estará ativa e
acetona não será formada. Na condição de jejum prolongado, o fígado vai usar oxaloacetato para sintetizar
glicose através da gliconeogênese, deixando o ciclo de Krebs com baixo suprimento de oxaloacetato. Ácidos
graxos serão mobilizados e degradados a acetil-CoA, que por sua vez não poderá ser oxidado
completamente no ciclo de Krebs pela falta de oxaloacetato. O acetil-CoA então entra na via da cetogênese
que formará acetoacetato, hidroxibutirato e acetona.
4) O glicogênio é um homopolissacarídeo constituído de unidades de glicose. Responda:
a) Qual a localização do glicogênio em mamíferos?
Nas células do fígado e dos músculos esqueléticos.
b) Qual o papel do glicogênio nestes animais?
Ele constitui um estoque de glicose que pode ser usado para a manutenção dos níveis glicêmicos no
sangue (no caso do glicogênio do fígado) ou para consumo imediato através da glicólise (glicogênio
dos músculos).
5) Indique a localização celular das enzimas da via glicolítica e da gliconeogênese e os órgãos onde estes
processos ocorrem.
A via glicolítica (de glicose a piruvato) é exclusivamente citoplasmática e ocorre em todas as células do
organismo. Por outro lado, para o piruvato ser convertido a glicose (gliconeogênese), as duas primeiras
reações da via ocorre na mitocôndria e o restante no citoplasma. O piruvato entra na mitocôndria é
convertido em oxaloacetato e depois em fosfoenolpiruvato (PEP), que sai para o citoplasma onde continuará
a gliconeogênese. Lembrem-se que há uma via alternativa para formação do PEP (slides 20 e 21, Aula 9),
mas esta também envolve a mitocôndria. A gliconeogênese ocorre principalmente nas células do fígado.
6) Compare as três reações irreversíveis da glicólise com as reações da gliconeogênese que as substituem.
Quais as enzimas, reagentes e produtos que participam nestas reações?
A primeira reação da glicólise é a fosforilação da glicose em glicose-6-fosfato pela hexoquinase com o
consumo de um ATP. A reação inversa, que é a última da gliconeogênese, envolve a enzima glicose-6fosfatase, responsável pela retirada do fosfato (Pi) possibilitando que a glicose possa sair da célula. Este Pi é
dissipado no meio intracelular e NÃO é usado durante a reação para síntese de ATP.
hexoquinase
glicose + ATP
→
glicose-6-fosfato + ADP (glicólise)
glicose-6-fosfatase
glicose-6-fosfato + H2O
→
glicose + Pi (gliconeogênese)
Na terceira reação da glicólise, a frutose-6-fosfato é convertida em frutose-1,6-bisfosfato pela ação da
fosfofrutoquinase-1, que consome um ATP. Este fosfato adicionado é então removido na reação inversa que
ocorre na gliconeogênese, onde a enzima frutose-1,6-bisfosfatase converte frutose-1,6-bisfosfato em frutose6-fosfato.
fosfofrutoquinase-1
frutose-6-fosfato + ATP
→
frutose-1,6-bisfosfato + ADP (glicólise)
frutose-1,6-bisfosfatase
frutose-1,6-bisfosfato + H2O
→
frutose-6-fosfato + Pi (gliconeogênese)
A última reação da glicólise, que é a conversão do fosfoenolpiruvato (PEP) em piruvato, realizada pela
enzima piruvato quinase, produz um ATP. Para que o piruvato seja convertido em PEP na gliconeogênese,
duas reações são necessárias: a conversão de piruvato em oxaloacetato (com gasto de um ATP e um CO 2) e
a conversão do oxaloacetato em PEP (com gasto de um GTP e liberação de um CO2). Estas reações são
realizadas pela piruvato carboxilase e pela PEP carboxiquinase, respectivamente.
piruvatoquinase
PEP + ADP
→
piruvato + ATP (glicólise)
piruvato carboxilase
piruvato + ATP + CO2
→
oxaloacetato + ADP (gliconeogênese)
PEP carboxiquinase
oxaloacetato + GTP
→
PEP + GDP + CO2 (gliconeogênese)
7) Cite o doador de fosfato de alta energia na reação oxaloacetato → fosfoenolpiruvato e explique o
deslocamento desta reação no sentido de formação do fosfoenolpiruvato.
O doador de Pi para o fosfoenolpiruvato nesta reação é o GTP. A quebra do GTP, um nucleotídeo do mesmo
grupo do ATP, em GDP + Pi libera uma grande quantidade de energia que faz com que a reação descrita
acima seja exotérmica e, portanto, ocorra com grande espontaneidade.
8) Esquematize o ciclo de Cori e explique sua importância fisiológica.
Veja slide 19 da Aula 9. Este ciclo é importante para eliminar o lactato da circulação sanguínea (evitando
assim a condição de acidose lática), gerado através da glicólise anaeróbica no músculo esquelético, e
produzir mais glicose para que o músculo continue trabalhando. Esta conversão do lactato em glicose é
realizada nos hepatócitos através da gliconeogênese.
9) De onde o fígado obtém a glicose para manter a glicemia num estado de jejum prolongado, quando as
reservas de glicogênio já se esgotaram? Descreva o processo.
A glicose sintetizada no fígado vem basicamente da quebra de aminoácidos glicogênicos, que eventualmente
viram oxaloacetato. Este pode virar fosfoenolpiruvato e entrar na gliconeogênese, formando glicose que é
exportada do hepatócito para a corrente sanguínea.
10) É possível para um mamífero produzir glicose a partir de ácidos graxos? Como as plantas realizam este
processo? Descreva o processo em plantas com detalhes.
Não, a quebra de ácidos graxos gera acetil-CoA, que só pode ser usado no ciclo de Krebs. As plantas se
utilizam do ciclo do Glioxilato, que converte duas moléculas de acetil-CoA em succinato dentro de uma
organela especializada chamada glioxissomo. O succinato então sai do glioxissomo e entra na mitocôndria,
onde segue no ciclo de Krebs até virar oxaloacetato, que por sua vez pode virar fosfoenolpiruvato, sair da
mitocôndria e entrar na gliconeogênese para formar glicose.