9º Tema - 2008 - Oxidaç o metabólica das hexoses

Trabalho Realizado por:
Ana Ferreira, nº 58446
Catarina Palma, nº 57786
Marta Meneses, nº 58415
Grupo 4
MEBM IST 2007/2008
OXIDAÇÃO METABÓLICA DAS HEXOSES
Fase Preparatória: (Reacção 1 a 5) Fosforilação da glicose e
a sua conversão a gliceraldeído 3-fosfato. São necessários 2
ATPs para iniciar o processo.
Glicólise
Fase “Payoff”: (Reacção 6 a 10) Oxidação de gliceraldeído 3-fosfato a piruvato e consequente formação de ATP e NADH.
Ocorre ganho energético.
Objectivos da Glicólise
Produzir energia metabólica sob a forma de ATP;
Produzir piruvato como produto final que será metabolizado
por uma de três vias catabólicas diferentes.
Reacção 1 Fosforilação da Glicose a Glicose 6-fosfato
Ocorre a hidrólise do ATP que origina ADP e um grupo fosforilo (Pi). São
duas reacções acopladas e exergónicas. O grupo fosforilo reage com a glicose
originando glicose 6-fosfato. A reacção é catalisada pela enzima hexocinase,
uma quinase (enzimas que catalizam as transferências do terminal fosforilo do
ATP para um aceitador nucleofílico). Esta enzima é pouco específica para a
glicose, actuando também noutras oses. Requer como cofactor o Mg2+ para a
sua actividade porque o substrato para esta enzima não é o ATP4- mas sim o
complexo MgATP2-.
Reacção 2 Conversão da Glicose 6-Fosfato em Frutose 6-Fosfato
A enzima fosfohexose-isomerase catalisa a isomerização reversível da glicose
6-fosfato, uma aldose, em frutose 6-fosfato, uma cetose. A reacção pode
prosseguir em qualquer das direcções devido ao baixo valor de energia livre.
Dão-se rearranjos no grupo carbonilo e hidroxilo dos carbonos 1 e 2 da
glicose 6-fosfato.
Reacção 3 Fosforilação da Frutose 6-Fosfato em Frutose 1,6-Bisfosfato
Ocorre a hidrólise do ATP que origina ADP e um grupo fosforilo (Pi). São
duas reacções acopladas. A enzima fosfofrutocinase-1 catalisa a transferência
de um grupo fosforilo do ATP para a Frutose 6-Fosfato que origina Frutose
1,6-Bisfosfato, reacção irreversível. Requer como cofactor Mg2+. É o primeiro
passo que caracteriza realmente a glicólise, porque até aqui a glicose 6-fosfato
e a frutose 6-fosfato podiam ter outros destinos.
Reacção 4 Cisão da frutose 1,6 difosfato em trioses-fosfato
A cisão da frutose 1,6-bisfosfato por acção da enzima aldolase origina duas
trioses-fosfato: o gliceraldeído 3-fosfato, uma aldose, e a di-hidroxiacetona –
-fosfato, uma cetose. Trata-se de uma reacção reversível, apesar da energia
livre de Gibbs ser fortemente positiva no sentido da cisão da frutose.
Reacção 5 Interconversão das Trioses Fosfato
O gliceraldeído 3-fosfato é um composto pode ser degradado directamente nos
passos seguintes da glicólise. A outra triose, a di-hidroxiacetona-fosfato não
é degradado nos passos seguintes da glicólise, por isso tem de ser convertida
em gliceraldeído 3-fosfato pela triose-fosfato-isomerase. O mecanismo desta
reacção é similar ao da reacção 2. Esta reacção completa a Fase Preparatória
da Glicólise.
Reacção 6 A Oxidação do Gliceraldeído 3-Fosfato em 1,3-Bisfosfoglicerato
Trata-se da primeira reacção da fase “Payoff”. Esta reacção ocorre através de uma série de passos intermédios:
O gliceraldeído 3-fosfato liga-se covalentemente à enzima gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase;
O grupo aldeído do gliceraldeído 3-fosfato reage com o grupo sufidrilo da enzima, dando origem a um
tio semi-acetal (composto intermédio entre álcoois e ésteres);
O tiosemi-acetal é oxidado a tio-éster pelo NAD+, que se reduz a NADH;
O NADH formado abandona o centro activo e é substituído por outra molécula de NAD+;
A ligação entre o tio-éster e a enzima tem uma energia livre padrão muito elevada;
Um grupo fosforilo quebra esta ligação formando um composto que conserva a energia livre desta
ligação – 1,3-Bisfosfoglicerato.
Reacção 7 Transferência de um grupo fosforilo do 1,3Bisfosfoglicerato para o ADP
A enzima fosfoglicerato-cinase transfere o grupo
fosforilo de alta energia do grupo carboxilo do 1,3Bisfosfoglicerato para o ADP formando ATP e 3fosfoglicerato. Nesta reacção ocorre uma fosforilação “à
custa do substrato” porque a energia libertada na
hidrólise do grupo fosforilo é imediatamente utilizada na
síntese de um ATP, a partir do ADP.
Reacção 8 Conversão de 3-Fosfoglicerato para 2Fosfoglicerato
A enzima fosfoglicerato-mutase catalisa a mudança do
grupo fosforilo do C-2 para o C-3 do glicerato.O Mg2+ é
essencial para esta reacção. Esta reacção ocorre em dois
passos:
Pi (ligado à enzima) Transfere C-2 do3-Fosfoglicerato
Origina
Reacção 9 – Desidratação de 2-Fosfoglicerato em
Fosfoenolpiruvato
A enzima enolase promove a remoção reversível de
uma molécula de água de 2-fosfoglicerato para
originar fosfoenolpiruvato. Apesar da energia livre de
Gibbs ser relativamente baixa nesta reacção, a
desidratação é favorecida porque há uma elevada
diferença no valor da energia livre de Gibbs da
hidrólise dos grupos fosforilo do reagente e do produto.
Destinos Finais do Piruvato
ka
Glicose
2 ATPs
2 Piruvatos
30 ATPs
Fermentação
Láctica
Respiração Aeróbia
2 Lactatos
6CO2 + 2H2O
2,3-difosfoglicerato
para a enzima
Origina
Transfere
o grupo do C-3
2-Fosfoglicerato Regenera
enzima
Reacção 10 – Transferência do Grupo Fosforilo do
Fosfoenolpiruvato para o ADP
O último passo da glicólise é a transferência de um grupo
fosforilo do Fosfoenolpiruvato para o ADP, catalisado
pela enzima piruvato-cinase o que requer o ião K+ e
Mg2+ ou Mn2+. Inicialmente, o piruvato aparece na sua
forma enol, tautomerizando-se, na sua forma cetónica
que predomina a pH 7, o piruvato. Ocorre novamente uma
fosforilação “à custa do substrato”, pois o grupo
fosforilo é imediatamente transferido para o ADP,
formando ATP, onde se conserva a energia na ligação
fosfoanidrido.
Rendimento Energético da Glicólise
A glicólise tem um rendimento energético de 4
ATPs na fase “Payoff”, mas como foram investidas 2
moléculas de ATP na fase Preparatória, o rendimento
total = 2 ATPs.
Em meios aeróbios, o piruvato é metabolizado
através do Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa tendo
um rendimento total = 30 ATPs em aerobiose + 2 ATPs
na glicólise = 32 ATPs.
Em meios anaeróbios, o piruvato é metabolizado
através da fermentação láctica, onde não é produzido
ATP. O rendimento final = 2 ATPs na glicólise.
OXIDAÇÃO DE OUTRAS HEXOSES
Na maior parte dos organismos, outras hexoses como a Frutose, a Manose e a
Galactose, podem participar na glicólise, após conversão para o derivado fosforilado.
 Frutose
 Músculos e rins: Frutose + ATP
 Fígado: Frutose + ATP
Hexocinase
Frutocinase
Frutose 6 – fosfato + ADP
Frutose 1 – fosfato + ADP
Frutose 1 – fosfato aldolase
Gliceraldeído Di-hidroxiacetona-fosfato
Triose cinase
Triose-fosfato isomerase
Gliceraldeído 3-fosfato
 Galactose (ocorre no Fígado):
Galactose + ATP
Galactocinase
Galactose 1 – fosfato + ADP
Glicose 1-fosfato
Fosfoglicomutase
Glicose 6- Fosfato
 Manose:
A
oxidação
destes monossacáridos
permite a obtenção de
energia a partir de
moléculas alternativas à
glicose, o que se revela
extremamente vantajoso
em situação de défice de
glicose.
Hexocinase
Manose + ATP
Manose 6 – fosfato + ADP
Fosfomanose isomerase
Frutose 6 – fosfato
REGULAÇÃO NÃO – HORMONAL DA GLICÓLISE
A glicólise processa-se no citosol e é regulada por três
enzimas, que correspondem às enzimas que catalisam reacções
unidireccionais.
ACTIVADORES
RELAÇÃO NAD+/NADH – é
necessária uma constante reoxidação do
NADH, para evitar um bloqueio da
oxidação do Gliceraleído 3-fosfato.
 Aerobiose – Sistema Transportador
de Electrões
 Anaerobiose –
- Fermentação Láctica
- Fermentação Alcoólica
- Formação do α-glicerofosfato e do
glicerol
INIBIDORES
HEXOCINASES I,II E II
-----
Glicose 6 - Fosfato
HEXOCINASE IV
-----
Proteína específica
(dissociada pela glicose)
FOSFOFRUTOCINASE 1
AMP, ADP, e a
frutose-2,6-bisfosfato
ATP ,Frutose-1,6bisfosfato e citrato
(induz a produção de
frutose-1,6-bisfosfato;não
é intermediário da
glicólise)
PIRUVATO- CINASE
Frutose 1-6-bisfosfato
ATP, Acetil-CoA,
ácidos gordos de cadeia
longa e a Alanina
VIA DAS FOSFOPENTOSES
Objectivos: - Produção de NADPH;
- Obtenção de ribose-5-fosfato necessários à síntese de ácidos nucleicos.
Sequência:
Fase oxidante
Oxidação
Fase não-oxidante
- Processo aeróbio, visto
que não existe nenhum
mecanismo específico
(além do sistema
transportador de
electrões) que permita a
reoxidação dos
coenzimas reduzidos
durante as reacções de
oxidação.
- Ocorre isomerização da ribose-5-fosfato
para xilulose-5-fosfato, através da
fosfopentose-isomerase.
- Ocorrem 2 transcetolisações, mediadas pela
enzima transcetolase, que consiste na
transferência de grupos com 2 átomos de
Carbono.
- Ocorre 1 transaldolisação, mediada pela
enzima transaldolase, que consiste na
transferência de grupos com 3 átomos de
Carbono.
Redução
Descarboxilação
Oxidante
Isomerização
A fase não-oxidante apenas ocorre se a célula necessitar de
NADPH e não precisar d ribose-5-fosfato.
Produtos:
- NADH: manutenção do ambiente redutor no interior da célula; elemento fundamental
na biossíntese redutora de ácidos gordos e outras moléculas, actuando como agente
redutor.
- Ribose-5-fosfato (fim da fase oxidante): percursor na síntese de nucleótidos para a
incorporação nos ácidos nucleicos.
- Frutose-6-fosfato e Gliceraldeído-3-fosfato (fim da fase não-oxidante): podem
incorporar-se na via glicolítica, tanto no sentido da glicólise como no sentido da
gliconeogénese.
Regulação Hormonal:
- Insulina: Esta actua ao nível da transcrição
induzindo a síntese das desidrogenases da glicose6-fosfato e do 6-fosfogliconato; enquanto que o
NADPH é inibidor da desidrogenase da glicose-6fosfato.
O aumento da quantidade de insulina associada à
descida da concentração do NADPH, provocada
pela estimulação da síntese de ácidos gordos, leva
a que em casos de níveis de insulina elevados a via
das fosfopentoses seja activada.
Em casos de níveis de insulina baixos acontece o
inverso – a via das fosfopentoses é inibida.
Regulação NADP+/NADPH:
- Factor mais importante na regulação
da via.