Glicogénese, glicogenólise e gliconeogénese
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Introdução Glicogénese, glicogenólise e gliconeogénese Piruvato Oxaloacetato Glicerol Gliconeogénese Glicogénese Glicose 6-P Glicogénio Glicogenólise – sequência e regulação coordenada – Glicogénio Polissacárido; Pouco solúvel (não provoca aumento da pressão osmótica); Bastante ramificado; Constituído exclusivamente por monómeros de glicose unidos entre si por ligações 1,4 (e 1,6 nas ramificações): Glicogénese, glicogenólise e gliconeogénese Piruvato Oxaloacetato Glicerol Gliconeogénese Glicogénese Glicose 6-P Glicogénio Glicogenólise Glicogenólise – Esquema geral – Glicogenólise 1ª Reacção Remoção de um resíduo de glicose terminal de um ramo do glicogénio: Glicogenólise 2ª Reacção Desramificação do glicogénio: Glicogenólise 3ª Reacção Remoção do resíduo de glicose final Glicogenólise 4ª Reacção Conversão da glicose 1-P em glicose 6-P: fosfoglicomutase Glicogénese 1ª Reacção Conversão da glicose 6-P em glicose 1-P: fosfoglicomutase Glicogénese 2ª Reacção Conversão da glicose 1-P em UDP-glicose: Glicogénese 3ª Reacção Ligação da UDP-glicose a uma molécula de glicogénio: glicogénio sintase Glicogénese Formação de uma molécula nova de glicogénio • Adição de UDP-glicose ao grupo hidroxilo do Tyr da glicogenina; • Adição de mais 6 resíduos de glicose; Glicogénese A ramificação das cadeias de glicogénio é feita por uma enzima “ramificadora” (amilo (1,4) para-(1,6)-transglicosilase ou glicosil-(4–>6)-transferase) Glicogénese – Estrutura do Glicogénio – Glicogénese e Glicogenólise – Regulação – A regulação dá-se essencialmente a nível da glicogénio sintase (glicogénese) e da glicogénio fosforilase (glicogenólise). Glicogenólise – Regulação – Glicogénio fosforilase é… …activada por: • Epinefrina • Glicagina (fígado) • Ca2+ (músculo) • [AMP] (músculo) …inibida por: • [ATP] • PP1 • [Glicose] (fígado) Glicogénese – Regulação – Glicogénio sintase é… …activada por: • Insulina • [Glicose 6-P] • [Glicose] …inibida por: • Glicagina (fígado) • Epinefrina Síntese do glicuronato Glicose Ocorre no figado ATP É uma alternativa à oxidação da glicose, mas não leva à formação de ATP Hexocinase ADP Glicose 6P Mutase O UDP-glicuronato é a forma activa do glicuronato nas reacções que envolvem a incorporação de glicuronato em proteoglicanos ou em reacções em que é conjugado a substractos. O glicorunato pode formar xilulose e consequente xilulose 5-P que é um intermediário da via das fosfopentoses A UDP-xilose controla a actuação da desidrogenase Glicose 1P UTP PPi UDP-glicose pirofosforilase UDP-glicose (-) 2NADH + H+ + CO2 2NADH + 2H+ UDP-xilose UDP- glicose Desidrogenase UDP-glicuronato CO2 H2O UDP Glicuronato Proteoglicanos Glicurono-conjugados Xiulose P (destoxificação) Xiulose 5P (via das fosfopentoses) Glícidos conjugados São oligossacarídios ligados covalentemente a outras biomoléculas (proteínas e lípidos) dando origem a uma biomolécula activa. Glicosaminoglicanos (GAG) Glícidos complexos de elevado peso molecular, constituídos por aminoaçúcares e uronatos, em sequências repetitivas de dissacáridos; Um ou mais dos grupos hidroxilo do aminoaçúcar estão esterificados com sulfato (GAG sulfatado), com excepção do hialuronato; Hialuronato é também excepção porque não se liga covalentemente a proteínas. Glicosaminoglicanos Exemplos de Glicoseaminoglicanos: Hialuronato; Sulfato de Condroitina; Sulfato de Queratano; Heparina Proteoglicanos Mucopolissacáridos; Proteínas unidas por ligação covalente a uma ou mais cadeias de glicosaminoglicanos; Existem associados aos elementos estruturais dos tecidos (ósseo e conjuntivo); macromoléculas da superfície celular ou da matriz extracelular. Proteoglicanos Síntese Formam-se através de uma ligação covalente indirecta através de uma ponte de trissacáridos (azul) entre o glicosaminoglicano (condroitinosulfato) e um resíduo de serina da cadeia peptídica. O resíduo de serina liga-se a um dos terminais da ponte O glicosaminoglicano liga-se ao outro terminal Biossíntese de Proteoglicanos Síntese da proteína central no retículo endoplasmático (RE) Ligação à proteína central, no RE pode ser de 3 tipos: Ligação O-glicosídica entre xilose (Xyl) e serina (Ser) → transfere-se uma Xyl da UDP-Xyl para a serina e adicionam-se mais 2 galactose (Gal) → Gal-GalXyl-Ser Ligação O-glicosídica entre GalNAc (N-acetilgalactosamina) e Ser (ou treonina (Thr)) (presente no sulfato de queratano II) → transfere -se uma GalNAc da UDP-GalNAc para a Ser (ou thr) Ligação N-acetilglicosamina entre GlcNAc e o grupo amina da asparagina (Asn) (síntese usa oligossacárido-PP-dolicol) Biossíntese de Proteoglicanos No Aparelho de Golgi (AG), alongamento da cadeia, com açúcares de nucleótidos e glicosil-transferases específicas → existe uma enzima para cada ligação criada. Terminação da cadeia: progressão e sulfatação da cadeia GAG em crescimento. Depois de formados os GAG, no AG, outras modificações ocorrem: adição de grupos sulfato a N-Acetilgalactosamina (GalNAc) (por sulfotransferases, usando 3’-fosfoadenosina-5’-fosfosulfato (PAPS) como dador de grupos sulfato); epimerização de ácido glicorónico (GlcUA) a ácido idurónico (IdUA) (por uma epimerase). Glicoproteínas são proteínas unidas por ligações covalentes a quantidade variável de oligossacáridos (com menos de 15 resíduos glicídicos cada) isolados ou dispersos ao longo da molécula proteica. Existem em quase todos os seres vivos nos meios intracelular (complexo de golgi, no retículo endoplasmático (onde são formadas), nos lisossomas e em glândulas secretórias) e extracelular na folha externa da membrana, no sangue e na matriz extracelular. Exemplos de glicoproteínas: maioria das plasmáticas, na membrana celular (ex.: determinantes dos grupos sanguíneos), hormonas,… Classificação das Glicoproteínas Classificação é feita de acordo com as ligações entre os péptidos e os oligossacáridos: 1.Ligação O-glicosídica entre o OH de um resíduo de serina ou treonina e um açúcar como a N-acetilgalactosamina (GalNAc-Ser[Thr]), ligando-se neste caso ao oxigénio; Serina ou Treonina + N-Acetilgalactosamina 2.Ligação N-glicosídica: entre o NH2 de um resíduo de asparagina (Asn) e N-acetilglicosamina (GlcNAc-Asn), ligando-se neste caso ao azoto. Asparagina + N-Acetilglicosamina Biossíntese de Glicoproteinas com ligações O-glicosídicas Proteína nxNDP-monossacáridos Transferência de açúcares provenientes de açucares-nucleótidos (NDP-Gi) apropriados, envolvendo um conjunto de glicosiltransferases de glicoproteina ligadas à membrana actuando de forma sequencial; cada transferase é geralmente específica para um tipo particular de ligação As enzimas envolvidas estão localizadas em vários subcompartimentos do aparelho de Golgi A O-glicosilação ocorre pós-tradução, em determinados resíduos de Ser ou Thr. Glicosiltransferases de glicoproteína Glicoproteína Remodelação e alongamento dos olidossacáridos Localização intracelular ou exocitose Biossíntese de Glicoproteinas com ligações N-glicosídicas Glicoproteínas N-ligadas possuem uma ligação Asn-GlcNAc É a maior classe de glicoproteínas Inclui glicoproteínas de membrana e circulantes A sua síntese é diferente da das glicoproteínas O-ligadas. Principais classes das N-ligadas: complexas híbridas ricas em manose Estas classes possuem em comum um pentassacárido Man3GlcNAc2, mas diferem nas restantes ramificações → no início, todas estas classes começam pela síntese deste pentassacárido Fases da biossíntese: A. Síntese e transferência do oligossacárido-PP-dolicol Dolicol ATP ADP Dolicol cinase Dolicol P O) O Dolicol deve ser fosforilado, pela dolicol cinase, usando ATP como doador de fosfato 1 ) Forma-se GlcNAc-PP-dolicol a partir de Dol-P e UDP-GlcNAc como doador. Este é um lípido que actua como aceptor de glícidos na síntese de oligossacáridoPP-dolicol, sendo sintetizado na membrana do RER 2) Um 2º resíduo de GlcNAc é adicionado ao primeiro, utilizando a UDP-GlcNAc 3) 5 resíduos de Man são adicionados, utilizando GDPManose como doador 4) 4 resíduos de Man são adicionados utilizando Dol-PMan como doador. 5) 3 resíduos de glicose são doados pelo Dol-P-Glc 6)Forma-se Glc3Man9GlcNAc2-PP-dolicol UDP-N-acetilglicosamina Glicosil transferase UMP N-Acetilglicosamina-dolicol PP UDP-N-acetilglicosamina UDP 2(N-Acetilglicosamina)-dolicol PP 5(GDP-Manose) 5 UDP 5(manose) 2(N-Acetilglicosamina)-dolicol PP 4(Dolicol P-Manose) 4 Dolicol-P 9(manose) 2(N-Acetilglicosamina)-dolicol PP 3(Dolicol P-Glicose) 3 Dolicol-P 3(glicose) 9(manose) 2(N-Acetilglicosamina)-dolicol PP Proteína Dolicol PP Glicoproteína Remodelação e alongamento dos olidossacáridos Localização intracelular ou exocitose Biossíntese de Glicoproteinas com ligações O-glicosídicas e N-glicosídicas Glicolípidos Folha exterior da membrana celular Reconhecimento e contacto entre as células Equilíbrio da estrutura gangliósidos Síntese de Ceramida sintetizada no retículo endoplasmático, a partir do aminoácido serina sinalização molecular constituinte dos gangliósidos Síntese de Gangliósidos – sequência, regulação não hormonal e pontos comuns – e diferentes com a glicólise Glicogénese, glicogenólise e gliconeogénese Piruvato Oxaloacetato Glicerol Gliconeogénese Glicogénese Glicose 6-P Glicogénio Glicogenólise Gliconeogénese - Precursores do piruvato - Gliconeogénese - comparação com Glicólise A gliconeogénese e glicólise não são exactamente idênticas: • A gliconeogénese não ocorre só no citosol; • Sete das dez reacções da glicólise são reversíveis (∆G ≈ 0) e inversas às da gliconeogénese; • As restantes três são irreversíveis (∆G << 0 – muito exergónicas) => são necessárias enzimas e reacções diferentes ; Gliconeogénese - comparação com Glicólise Reacções globais: Gliconeogénese Glicólise Gliconeogénese - Reacções Irreversíveis 1) Conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP); 2) Conversão frutose 1,6-bisfosfato em frutose 6-fosfato; 3) Conversão da glicose 6-fosfato em glicose. Gliconeogénese - Reacções Irreversíveis Conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP): 1) Via principal: inicia-se na mitocôndria; o piruvato provém do citosol ou da transaminação da alanina; Gliconeogénese - Reacções Irreversíveis 1ª Reacção: Piruvato carboxilase A piruvato carboxilase é uma enzima da mitocôndria que requer a biotina como coenzima (transportador de HCO3– activado). 2ª Reacção: Malato desidrogenase mitocondrial Necessita de NADH mitocondrial. Gliconeogénese - Reacções Irreversíveis 3ª Reacção (no citosol): Malato desidrogenase citosólica É formado NADH citosólico 4ª Reacção: PEP carboxicinase citosólica A PEP carboxicinase citosólica requer Mg2+. Gliconeogénese - Reacções Irreversíveis Via principal: Reacção global: ∆G = -25 kJ/mol => reacção irreversível Permite que NADH seja “transportado” da mitocôndria para o citosol Gliconeogénese - Reacções Irreversíveis Via Alternativa: Utiliza o lactato como precursor. 1. Lactato é convertido a piruvato pela lactato desidrogenase (com formação de NADH); 2. Piruvato entra na mitocôndria e é convertido a oxaloacetato pela piruvato carboxilase; 3. Oxaloacetato é convertido em PEP pela PEP carboxicinase mitocodrial e passa para o citosol. Gliconeogénese - Reacções Irreversíveis Conversão frutose 1,6-bisfosfato em frutose 6-fosfato: Frutose 2) 1,6-bisfosfatase A Frutose dependente. 1,6-bisfosfatase é Mg2+ Gliconeogénese - Reacções Irreversíveis Conversão da glicose 6-fosfato em glicose: 3) Glucose 6-fosfatase A Glucose 6-fosfatase é activada por Mg2+ e só se encontra nas células hepáticas e renais. Gliconeogénese - Reacções Irreversíveis - Gliconeogénese - Casos especiais Os ciclos da glicose ‐ lactato (ciclo de Cori) e glicose ‐ alanina são casos especiais da gliconeogénese, entre tecidos especialmente carenciados em glicose e o tecido hepático; Gliconeogénese - Ciclo da glicose – alanina - Gliconeogénese - Ciclo da glicose – lactato (ciclo de Cori) Gliconeogénese - regulação alostérica Piruvato carboxilase Promovida pela acetil-CoA [acetil-CoA] : • Devido à degradação de AG em grande quantidade ; • As necessidades energéticas da célula estão satisfeitas fosforilação oxidativa [NADH] ciclo Krebs Inibida por ADP Frutose 1,6-bisfosfatase Inibida por AMP Inibida por frutose 2,6-fosfato
