1 V – Processos Metabólicos 1 – Metabolismo dos carboidratos a) Digestão dos carboidratos - Hidrólise das ligações glicosídicas mediada por glicosidades Inicia-se na boca - Ação da alfa-amilase salivar (ptialina) - Rompe algumas ligações de forma aleatória, resultando numa mistura de oligossacarídeos - Esta atividade cessa quando chega ao estômago, devido ao pH ácido - É o único componente da dieta que tem a digestão iniciada na boca Continua no intestino delgado (duodeno) - Ação da alfa-amilase pancreática - O pH ácido que vem do estômago é neutralizado pelo bicarbonato secretado pelo pâncreas Se completa no jejuno - Ação de dissacaridases e oligossacaridases secretadas pelas células intestinais Ex. isomaltase, glicoamilase, lactase, sucarase Absorção dos monossacarídeos pela mucosa intestinal - Glicose - Frutose - Galactose - Não requer insulina b) Metabolismo da frutose Monossacarídeo proveniente da quebra da sacarose Sacarose frutose + glicose - A frutose não precisa de insulina para entrar nas células - É clivada pela aldolase beta em dois compostos: Dihidroxiacetona e D – gliceraldeído - Podem ser usados na glicólise ou gliconeogênese c) Metabolismo da galactose Monossacarídeo proveniente da quebra da lactose Lactose galactose + glicose - A galactose não precisa de insulina para entrar nas células - Deve ser fosforilada pela enzima galactoquinase D – galactose galactose-1-fosfato - É convertida em UDP-galactose, que entra na via glicolítica ou na gliconeogênese 2 d) Metabolismo da lactose Monossacarídeo formado pela ligação de uma glicose com uma beta-galactose - É produzido na glândula mamária pela enzima lactose sintetase - Síntese controlada por ação hormonal A enzima é formada por duas proteínas, A e B Durante a gestação a progesterona inibe a síntese da proteína B No final da gestação a prolactina estimula a síntese da proteína B e) Metabolismo do glicogênio É uma fonte (reserva) de glicose para o organismo - São reservados no fígado e músculo esquelético - É um polissacarídeo ramificado que possui ligações alfa -1,4 na cadeia principal e alfa1,6 no ponto de ramificação Síntese de glicogênio (glicogênese) - É feita a partir da molécula de alfa-D-glicose e requer ATP (energia) - As ligações alfa-1,4 são feitas pela enzima glicogênio sintetase - As ligações alfa-1,6 são feitas por uma enzima ramificadora chamada glicosil alfa – 4:6 transferase - As ligações alfa-1,6 ocorrem a cada intervalo de 8 glicoses f) Regulação da glicemia Glicemia: 60 a 99 mg/100 mL de sangue Hiperglicemia – 100 a 125 (acima 125 – diabetes) Hipoglicemia – menos de 50 Controle feito por hormônios: adrenalina, insulina, glucagom e glicocorticóides 3 Fonte da glicose sanguínea Ingestão de glicídeos - Principalmente de amido, que resulta em glicose no intestino delgado - Outros monossacarídeos são convertidos em glicose no fígado, que chegam pela veia porta Glicogenólise hepática - A reserva hepática não é muito grande - O músculo faz glicogenólise apenas para consumo próprio - É controlada pelo glucagom (sem estresse) e adrenalina (com estresse) - Etapas: 1 – Encurtamento de cadeias Feito pela enzima glicogênio fosforilase, que quebra as ligações alfa-1,4 A quebra ocorre até que sobrem quatro glicoses antes da ramificação 2 – Remoção das ramificações Feito por uma transferase, que transfere três glicoses da ramificação para a cadeia principal A glicogênio fosforilase volta a agir quebrando as ligações alfa-1,4 3 – Hidrólise da ligação alfa-1,6 Feita pela enzima amilo-alfa – 1,6 – glisosidade 4 - Conversão da glicose A glicogênio fosforilase libera glicose-1-fosfato Para ser liberada para o sangue ela deve estar sem o fosfato A enzima fosfoglicomutase transforma a glicose-1-fosfato em glicose-6-fosfato A enzima glicose-6-fosfatase retira o fosfato da glicose O músculo não possui esta última enzima Gliconeogênese - A reserva hepática dura 10 a 18 horas no jejum - Na ausência de ingestão e sem reservas o organismo produz glicose a partir do lactato e do glicerol, provenientes dos triglicerídeos, ou de alfa-acetoácidos, proveniente dos aminoácidos - No fígado ocorre 90% e no rim 10% - Substratos da gliconeogênse Glicerol – liberado da hidrólise dos triglicerídeos do tecido adiposo Lactato – liberado no sangue por células sem mitocôndrias (hemácias) e pelo músculo em exercício Piruvato – alfa-acetoácido derivado do metabolismo de aminoácidos glicogênicos 4 - Regulação da gliconeogênese Glucagom Disponibilidade de substrato Níveis diminuídos de insulina – mobiliza aminoácidos glicogênicos do músculo Jejum – lipólise em excesso inunda o fígado de ácidos graxos Destino da glicose sanguínea - Glicogênese hepática de muscular - Glicólise – quebra da glicose em piruvato g) Via glicolítica - Quebra e transformação da glicose em piruvato (glicólise) - A glicose é o principal combustível da maioria dos organismos - Sua hidrólise até CO2 e H2O libera energia, que é armazenada na forma de ATP 5 - Etapas da via glicolítica Etapa 1. Fosforilação da glicose a glicose-6-fosfato (o ATP á a fonte do grupo fosfato). Glicose + ATP glicose-6-fosfato + ADP A enzima que catalisa a reação é a hexoquinase O O - P - O- 2HC - CH2OH - H O H OH H 2+ + ATP OH OH H OH Glicose Mg hexoquinase O H O H OH H + ADP OH OH H OH Glicose-6-fosfato Etapa 2. Isomerização da glicose-6-fosfato a frutose-6-fosfato. Glicose-6-fosfato frutose-6-fosfato A enzima que catalisa a reação é a glicosefosfato-isomerase. O 6 2HC - O - P - O O 6 2HC - - O-P-O O- - O H O H OH H 1 OH OH H OH O glicose-6-fosfato isomerase H OH H OH H Glicose-6-fosfato 1 CH2OH OH Frutose-6-fosfato Etapa 3. Fosforilação da frutose-6-fosfato gerando frutose-1,6-bifosfato (o ATP é o doador do grupo fosfato). Frutose-6-fosfato + ATP frutose-1,6-bifosfato + ADP A enzima que catalisa a reação é a fosfofrutoquinase. 6 O 6 2HC - O - P - O O O 6 2HC - O - P - O - O CH2OH O H OH 1 H Mg 2HC - O-P-O O H OH 1 + ATP Fosfofrutoquinase OH OH H O 2+ O - H OH H Frutose-6-fosfato - - + ADP OH Frutose-1,6-bifosfato Etapa 4. Quebra da frutose-1,6-bifosfato produzindo dois fragmentos de 3-carbonos, gliceraldeído3fosfato e diidroxiacetona fosfato. Frutose-1,6-bifosfato Gliceraldeído-3-fosfato + diidroxiacetona fosfato A enzima que catalisa a reação é a frutose -1,6 bifosfato aldolase. O 2HC - O-P-O O O 5 - O 2HC - H OH O-P-O O 2 O 1 2HC - O - P - O - - O H - C - OH 5 O - + 2C O H 4 3 OH OH H 4 HC O Aldolase 2HC - 2HC - OH 3 Diidroxiacetona fosfato Frutose-1,6-bifosfato 6 O-P-O O - D-Gliceraldeído- 3-fosfato Etapa 5. Isomerização da dididroxiacetona fosfato produzindo gliceraldeído-3-fosfato. Diidroxiacetona fosfato gliceraldeído-3-fosfato A enzima que catalisa a reação é a triosefosfato-isomerase. 2HC - OH HC O C O H - C - OH O 2HC - O-P-O - - O Diidroxiacetona fosfato O triose-fosfatoisomerase - 2HC - O-P-O - O -GliceraldeídoD 3-fosfato - 7 Etapa 6. Oxidação (e fosforilação) do gliceraldeído-3-fosfato produzindo 1,3-bifosfoglicerato. Gliceraldeído-3-fosfato + NAD+ + Pi NADH + 1,3-bifosfoglicerato + H+ A enzima que catalisa a reação é a gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase. 1C - O - P - O O H - C - OH + + NAD + HO - O - P - O O 2HC - 3 O O 1 HC O O-P-O O- - - O D-Gliceraldeído3-fosfato - - - Gliceraldeído3-fosfatodesidrogenase O H - C - OH O 2HC - + NADH + H O-P-O 3 + - - O D-Gliceraldeído1,3-Difosfato Etapa 7. Transferência do grupo fosfato do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP (fosforilação do ADP a ATP) produzindo 3-fosfoglicerato. 1,3-bifosfoglicerato + ADP 3-fosfoglicerato + ATP A enzima que catalisa a reação é a fosfoglicerato quinase. O O O C- O - P - O - OH - C - OH O 2HC - C - 2+ Mg - O-P-O + ATP H - C - OH + ADP fosfoglicerato quinase - O 1,3-Bifosfoglicerato Etapa 8. Isomerização do 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato. 3-Fosfoglicerato O 2-Fosfoglicerato A enzima que catalisa a reação é a fosfogliceromutase. O 2HC - O-P-O - O 3-Fosfoglicerato - 8 O C O O - C O - 2+ O Mg - H - C - OH H-C-O-P-O Fosfogliceromutase O 2HC - O-P-O O- 2HC OH - O 3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato Etapa 9. Desidratação do 2-fosfoglicerato produzindo fosfoenolpiruvato. 2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato + H2O A enzima que catalisa a reação é a enolase. O O O C - O Mg H-C-O-P-O O O C 2+ - O - H-C-O-P-O Enolase - CH2 2HC OH O - + H 2O - Fosfoenolpiruvato (PEP) 2-Fosfoglicerato Etapa 10. Transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP (fosforilação do ADP a ATP) gerando piruvato. Fosfoenolpiruvato + ADP piruvato + ATP A enzima que catalisa a reação é a piruvato quinase. O C O O - O + H + H-C-O-P-O CH2 O 2+ - - Fosfoenolpiruvato Mg + ADP piruvatoquinase C O - C O CH3 Piruvato 9 - Controle da via glicolítica Objetiva manter as concentrações de ATP A velocidade da reação é limitada pela atividade das enzimas Três reações formam os pontos de controle da via: - Reação de glicose para glicose-6-fosfato, pela Hexoquinase - Produção de frutose-1,6-bifosfato, pela Fosfofrutoquinase - Reação de transformação de fosfoenolpiruvato em piruvato, pela Piruvato-quinase h) Destino do piruvato Em condições de aerobiose Oxidação do piruvato a acetato, que entra no ciclo do ácido cítrico e origina CO2 e H2O Em condições de anaerobiose Fermentação láctea ou alcoólica 1 – Fermentação láctea - Redução do piruvato a lactato pela enzima lactato desidrogenase - São geradas duas moléculas de ATP - No fígado o lactato é transformado em glicose 2 – Fermentação alcoólica Descarboxilação do piruvato pela enzima piruvato-descarboxilase É transformação em acetaldeído Redução do acetaldeído pela enzima álcool desidrogenase São produzidos etanol e CO2 10 3 – Respiração celular aeróbica Consumo de O2 e liberação de CO2 Ocorre em três etapas Quebra da glicose até obtenção de acetil-coA Oxidação no ciclo do ácido cítrico até liberar CO2 e energia armazenada nos transportadores de energia NADH e FADH2 Fosforilação oxidativa – Oxidação dos cofatores (NADH e FADH2) e liberação de H+ e elétrons, que resulta na formação de água e ATP Oxidação do piruvato - Ocorre na mitocôndria ou no citosol em procariontes - Feita por um complexo de enzimas chamado de piruvato desidrogenase (E1, E2 e E3) que requer cinco co-enzimas - Este processo é chamado de descarboxilação oxidativa - Resulta no grupo acetila do acetil-CoA e em CO2 e NADH - O NADH (nicotinamida adenina dinucleotídeo) leva o elétron para a cadeia respiratória Ciclo do ácido cítrico Também chamado de ciclo de Krebs ou dos ácidos tricarboxílicos Formação do citrato - Condensação do acetil-CoA com o oxaloacetato pela enzima citrato sintase, formando uma molécula de seis carbonos - É liberado o CoA livre e citrato Formação do isocitrato - A enzima aconitase transforma o citrato em cis-aconilato e depois em isocitrato Oxidação do isocitrato - Descarboxilação oxidativa feita pela isocitrato desidrogenase - É formado o alfa-cetoglutarato, CO2 e NADPH Oxidação do alfa-cetoglutarato - Descarboxilação oxidativa feita pelo complexo alfa-cetoglutarato desidrogenase - Resulta em succinil CoA, CO2 e NADH. - São enzimas semelhantes ao complexo piruvato desidrogenase e requerem os mesmos cofatores 11 Conversão do succinil coA em succinato - A enzima succinil CoA sintetase faz esta conversão - Exige a participação de um nucleosídeo, ADP ou GDP - É formado o succinato e ATP ou GTP (um se converte no outro) Oxidação do succinato - A enzima succinato desidrogenase o transforma em fumarato - Esta enzima fica fixa na membrana interna da mitocôndria - É formado um FADH2 Obs. O malonato é um análogo do succinato e um inibidor competitivo da succinato desidrogenase, bloqueando o ciclo. Hidratação do fumarato - Formação de malato pela enzima fumarase Oxidação do malato - Formação do oxaloacetato pela enzima malato desidrogenase - É liberado NADH Obs. Durante uma volta do ciclo apenas 1 ATP é produzido, no entanto os elétrons que vão para a cadeia respiratória produzirão muito mais 12 Esta série de reações é catalisada pelas seguintes enzimas, como numeradas no diagrama: 1 Citrato sintase 6 Succinil CoA sintetase 2 Aconitase 7 Succinato desidrogenase 3 Aconitase 8 Fumarase 4 Isocitrato Desidrogenase 9 Malato desidrogenase 5 Complexo de -cetoglutarato desidrogenase 13 Fosforilação Oxidativa Síntese de ATP direcionada pela transferência de elétrons ao Oxigênio É a etapa final da respiração aeróbia, que ocorre nas mitocôndrias Consiste na redução do O2 a H2O, utilizando os elétrons doados pelo NADH e FADH2 Tem a participação dos transportadores de elétrons. Estes são proteínas integrais de membrana, que recebem e transferem os elétrons em uma seqüência específica NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) e FAD (flavina adenina dinucleotídeo) Ubiquinona – está associado à membrana, recebe 1 ou 2 elétrons Citocromos – proteínas que contém ferro na molécula Proteínas Ferro-Enxofre (E-S) – o ferro está presente no enxofre da cisteína A energia livre gerada é direcionada para a síntese de ATP por fosforilação Síntese de ATP – complexo enzimático ATP sintase É regulada pela quantidade de ADP Somatório final: 1 C6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 P 6CO2 + 6H2O + 38 ATP 14 Regulação da Respiração Celular A – Regulação da produção de Acetil-CoA Complexo piruvato desidrogenase é regulado alostericamente e por modificação covalente É fortemente inibida por ATP, acetil-CoA e NADH (os produtos) Em vertebrados: Diminuição do acetato acúmulo de AMP, CoA e NAD ativação enzimática Aumento de ácidos graxos, acetil-coA, ATP e NADH inativação enzimática Demanda energética ativação enzimática Fosforilação reversível da E1 por uma quinase A quinase é controlada alostericamente por ATP Diminuição de ATP inativa a quinase desfosforila E1 Aumento de ATP ativa a quinase fosforila E1 B – Regulação da velocidade do ciclo do ácido cítrico Inibição alostérica das enzimas Disponibilidade de substratos Citrato sintase disponibilidade de oxalacetato e acetil-coA Malato desidrogenase diminuição de oxalacetato diminui a velocidade do ciclo Relação NADH/NAD Isocitrato desidrogenase e alfa-cetoglutarato desidrogenase Relação NADH/NAD Inibição por acúmulo de produtos Succinil coA inibe a alfa-cetoglutarato desidrogenase Citrato inibe a citrato sintase ATP inibe citrato sintase e isocitrato desidrogenase ADP e Ca++ ativa a citrato sintase Citrato, ATP e NADH controlam a glicólise Citrato inibe a fosforilação da frutose-6-fosfato