Metabolismo

BIOQUÍMICA I
1º ano de Medicina
Ensino teórico
2010/2011
12ª aula teórica
Importância metabólica da glucose
Metabolismo dos glícidos:
Análise comparativa da glicólise e da neoglicogénese
8-11-2010
Metabolismo
Actividade celular altamente coordenada (somatório de todas
as transformações químicas) que ocorre através de reacções
catalizadas por enzimas
Vias metabólicas
(remoção, transferência ou adição de um átomo ou grupo funcional)
(percursor ⇒ produto ou metabolito)
Objectivos:
Obter W (captura w solar ou degradando nutrientes)
Converter nutrientes em percursores de macromoléculas
Polimerização de percursores monoméricos
Síntese e degradação de biomoléculas necessárias a funções
especializadas.
1
Catabolismo e Anabolismo
As vias catabólicas são convergentes
As vias anabólicas são divergentes
2
Digestão
Principais classes de biomoléculas
Especificidades metabólicas dos diferentes tecidos
Heat
ATP
3
Especificidades metabólicas dos diferentes tecidos
Heat
ATP
HIDRATOS DE CARBONO/GLÚCIDOS
Fórmula geral:
Ex:
Cx(H2O)y ou (CH2O)n
Ex: C6H12O6 (glucose), C12H22O11 (sacarose)
Funções:
- Metabolismo energético → glucose
- Reservas de carbono e energia → glicogénio e amido
- Estruturas de suporte → celulose, quitina
- Reconhecimento celular → glicoproteínas
4
HIDRATOS DE CARBONO/GLÚCIDOS
Classificação com base nº oses:
Monossacarídeo – 1 unidade açúcar (ose)
Dissacarídeo – 2 unidades açúcar
Oligossacarídeo – 2-10 unidades açúcar
Polissacarídeo – > 10 unidades açúcar
HIDRATOS DE CARBONO/GLÚCIDOS
(classificação de acordo com a complexidade)
Oses
Aldoses
Osídos
Cetoses
Holosídos
Oligosidos
Heterosídos
Poliosidos
5
MONOSSACARÍDEOS
(classificação de acordo com nº átomos C)
Pentoses
Hexoses
Ribose
Ribulose
Arabinose
Xilulose
Glucose
Frutose
Galactose
Manose
D-Aldoses
Ácidos nucleícos
Ribose-P → Via das pentoses
GLICOPROTEÍNAS
Glicólise; Amido; Glicogénio
Lactose; glicoproteínas
6
Estruturas cíclicas da glucose:
D-glucose
<1% glucose em cadeia aberta
1/3 anómero α
2/3 anómero β
Conformação
em cadeira
(predominante):
Conformação
em barco:
α-D-glucose
β-D-glucose
D-Cetoses
Anómeros:
α - OH ligado ao C1 abaixo do plano do anel
β – OH ligado ao C1 acima do plano do anel
Via das pentoses
GLICOPROTEÍNAS
Sacarose
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DISSACARÍDEOS
mais comuns
Sacarose
Glu(α
α1-2β
β )Fru
Lig α1,2-glicosídica
Hidrólise por invertase/sacarase
Não redutor!
Lactose
Gal(β
β 1-4α
α)Glu
Lig β 1,4-glicosídica
Hidrólise por lactase
Maltose
Glu(α
α1-4 α)Glu
Lig α1,4-glicosídica
Hidrólise por maltase
Polissacarídeos
Glicogénio
ANIMAIS
Amido
PLANTAS
8
Glicogénio e Amido
1) Polímeros de glucose ramificados
2) Unidades de glicose ligadas por
ligações glicosídicas α-1,4
3) Ramificações: ligações
glicosídicas α-1,6
Glicogénio
10 em 10
glicoses
Amido
30 em 30
glicoses
↑ Solubilidade
↑ Mobilização
9
Os açucares ligam-se a álcoois e aminas
por ligações glicosídicas:
1) Ligações O-glicosídicas
2) Ligações N-glicosídicas
Glicogénio
METABOLISMO
Catabolismo
Anabolismo
Compartimentalização
das vias metabólicas:
10
Objectivos
1. Explicar a entrada de glucose nas células
2. Analisar a via glicolítica
3. Explicar a regulação da glicólise
4. Analisar o destino do piruvato em aerobiose e
anaerobiose
5. Analisar comparativamente a neoglicogénese e a
glicólise
6. Avaliar o papel destes metabolismos na manutenção
da glicémia
A célula – sistema termodinâmico aberto
Necessita de gerar e libertar energia para manter a sua autoorganização (génese entalpica compensa neg-entropia para não violar o 2º princípio)
Definição de um “fuel” ideal:
Solúvel (meios acquosos)
Quimicamente estável
Estrutura simples (ligações simples, i.e. fácil de queimar)
Hidratos de carbono
Glucose
(facilmente oxidáveis, gerando CO2 e H2O)
(única aldose monomérica na natureza)
11
Metabolização da glicose
Metabolismo dos Hidratos de Carbono
Glucose
Glicólise
Glicogénio
(síntese/degradação)
C. Krebs
Via das
Pentoses
Fosforilação
Oxidativa
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Entrada e metabolismo da glucose
fora
dentro
Glucose
GLUT
Glicémia:
- Após refeição (≈
≈30 min): 120-140 mg/dl
- Jejum (após ≈2 hr): 80-100 mg/dl
Glucose-6-P
Glicólise
Glucogénio
C. Krebs
Via das
Pentoses
Fosforilação
oxidativa
* Hiperglicémia perda de H2O das células (efeito osmótico da
glucose) desidratação dos tecidos
* Hipoglicémia ↓ ATP GV e cérebro são os mais atingidos
porque necessitam de um aporte constante de glucose
Entrada e metabolismo da glucose
TRANSPORTE FACILITADO DA GLUCOSE:
Transporte trans-epitelial:
simporte de glucose/Na+
dentro
Regulação pela insulina nas
células musculares e adipócitos
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TRANSPORTE
FACILITADO DE GLUCOSE
Transporte / captação: ‘fixação’ da glucose na célula
Regulação pela insulina nas
células musculares e adipócitos
Transporte trans-epitelial:
simporte de glucose/Na+
(GLUT-4)
dentro
Glicólise
(via metabólica ancestral)
isomerização
Fase I
Reacções endergónicas:
- Fosforilação glucose (6C)
- Formação de 2 G-3-P (3C)
- Utilização de 2 ATP
2º fosfato –
desestabilização
Fase II
Reacções exergónicas
- 2 G-3-P → 2 Piruvato
- Formação de 2 NADH
- Formação de 4 ATP
Reacção geral:
Glucose + 2Pi + 2ADP + 2NAD+ →
2 Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O
2X
Objectivos: Formar ATP e NADH
Formar precursores de:
aminoácidos, lípidos e açucares
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Glicólise
Via das
pentoses
Hexocinase
Fosfofrutocinase
Síntese de
glicogénio
Glicerol
Locais de regulação e/ou controlo
E catalizando reacções irreversíveis:
1. Hexocinase
AA
aromáticos
2. Fosfofrutocinase (estimulada por ↓ ATP/AMP)
Piruvato cinase
3. Piruvato cinase
Hexocinase
1ª enzima irreversível da glicólise,
cataliza a fosforilação da glucose
Hexocinase – inibida pelo produto!
* Hexocinase (cérebro, músculo e maior parte dos tecidos)
Km baixo (alta afinidade) e Vmax baixo (fosforilação da
glucose ocorre independentemente da [glucose]);
inibida alostericamente pelo produto (glucose-6-P)
* Glucocinase (fígado e células-β pancreáticas) – isoenzima da hexocinase
Km elevado (baixa afinidade, 50x inferior) e Vmax elevado;
depende da [glucose] no sangue;
inibida por frutose-6-P (não por glucose-6-P)
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Fosfofrutocinase
Enzima chave da glicólise; estimulada por diminuição de (ATP/AMP)
A actividade de Fosfofrutocinase decresce à medida que aumenta a
carga energética celular (↑
↑ ATP) → diminuição da velocidade da glicólise
+ +
Citrato
Ciclo de Krebs
AMP
Frutose-2,6-bisfosfato
ADP
ATP
-Fosfofrutocinase-2 = PFK-2
-Frutose-2,6-bisfosfatase
(regulada pela PKA)
Regulação da actividade da Fosfofrutocinase:
- Estimulação por frutose-2,6-bisfosfato
Frutose-2,6-bisfosfato é um regulador alostérico da fosfofrutocinase-1
(PFK-1) e da frutose-1,6-bisfosfatase (neoglicogénese).
A [Frutose-2,6-bisfosfato] celular é regulada pelas enzimas:
- Fosfofrutocinase-2 = PFK-2 (fosforilação de frutose-6-P) e
- Frutose-2,6-bisfosfatase = FBPase2
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Regulação da actividade da Fosfofrutocinase
- Papel da insulina/glucagina Controlo da síntese e degradação de frutose 2,6-bi-fosfato pela PFK2 e FBPase2
Insulina
Regulação da actividade da piruvato cinase
(enzima irreversível)
Glucagina
PKA
AMP
Permite que a glicólise prossiga
Acetil-CoA
Activadores Inibidores
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Conversão de metabolitos da
glicólise noutros metabolitos:
- Glucose-1-P Glicogénio
- Via das pentoses Nucleótidos
- Açucares aminados Glicoproteínas
- Glicerol-3-P Lípidos
- 2,3-BPG
- Serina
- Aminoácidos aromáticos
- Aminoácidos (Asp, Asn, Ala)
Anaerobiose
- Lactato desidrogenase (LDH) é
uma enzima citosólica.
- Existem diferentes isoenzimas
da LDH nos tecidos.
- A libertação de LDH implica a
ruptura da membrana celular.
Então, a libertação das diferentes
isoenzimas da LDH permite
avaliar diferentes patologias:
- Enfarte de miocárdio
- Infecção hepática
- Doenças musculares
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Neoglicogénese ou
gluconeogénese
Síntese “de novo” de glucose
Através da neoglicogénese, a glucose pode
ser sintetizada a partir de precursores que
não são hidratos de carbono:
Glycerol-3-P
Glycerol
Lactato ---- músculo esquelético
Glicerol ---- hidrólise de triglicerídeos
Aminoácidos -- proteínas da dieta
-- proteínas do músculo (jejum)
A neoglicogénese é essencial no jejum
(4-18 horas após a refeição)
Lactate
Finalidades da neoglicogénese
Manter os níveis de glucose sanguínea para suportar o metabolismo de
tecidos que usam a glucose como primeiro substrato:
cérebro, glóbulo vermelho, retina, músculo, rim, córnea, testículo
Num indivíduo normal os níveis de glicémia são mantidos.
A neoglicogénese é essencial no jejum, 4-18 h após a refeição.
Ingestão glucose (700 g/dia)
Jejum, 12 hr
Fome, 3 dias
Fome, 5 dias
Músculo em exercício
Glóbulo vermelho
Tecido adiposo
FÍGADO
Lactato
Aminoácidos
Glucose (mg/dl)
100
80
70
65
Neoglicogénese
Glicerol
Neoglicogénese
Glicogenólise
Glucose
para o sangue
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Precursores
da
Neoglicogénese
TCA cycle
Neoglucogénese ou Gluconeogénese
Glucose6-phosphatase (RE)
Diferenças enzimáticas entre:
GLICÓLISE
(Phosphoglucose isomerase)
NEOGLICOGÉNESE
Hexocinase
Glucose-6-fosfatase*
Fosfofrutocinase
Frutose-1,6bisfosfatase
(Fructose-bisphosphate aldolase)
(Triose-P isomerase)
(Glyceraldehyde-3-P dehydrogenase)
Piruvato cinase
Piruvato carboxilase
e
Fosfoenolpiruvato
(PEP) carboxicinase
* Sobretudo hepática, não existe no cérebro ou no músculo
(Phosphoglicerate kinase)
(Phosphoglicerate mutase)
(Enolase)
Locais de regulação e/ou controlo
E catalizando reacções irreversíveis:
(ex. alanina)
A neoglicogénese é estimulada ~4 horas após a refeição
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Piruvato carboxilase (Pir Oxa) Trocador piruvato/OH
-
(Enzima importante na neoglicogénese e ciclo de Krebs)
Enzima
estimulada
por
Piruvato carboxilase
acetil-CoA
(acetil-CoA é modulador alostérico):
Malato desidrogenase
-
Piruvato + HCO3 + ATP Oxaloacetato + ADP + Pi
Piruvato carboxilase
Se ATP ↑ Oxaloacetato é consumido na
Neoglicogénese
Transportador
malato/α
α-cetoglutarato
Se ATP ↓ Oxaloacetato entra no Ciclo de Krebs
Malato desidrogenase
Permite a saída de
oxaloacetato da mitocôndria
Ocorre regeneração da [NADH] no citosol!
Shunt
Malato-Aspartato
AA
AA
α-cetoácido
α-cetoácido
Aspartato
Necessário à
Neoglicogénese
Aspartato
citosol
Mitocôndria
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Posfoenolpiruvato
carboxicinase (PEP)
Oxaloacetato + GTP
insulina
+
↑↓
PEP + CO2 + GDP
mitochondrial
malate
dehydrogenase
AMPc
Glucagina
Em acidose prolongada, a PEPCK é regulada
(upregulated) no túbulo renal proximal, permitindo o
aumentod a secreção de NH3 e a produção de HCO3-.
Regulação das enzimas da Glicólise
e da Neoglicogénese
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Glucagina e
Insulina
Glucagina
(↑
↑ AMPc PKA):
Estimula a fosforilação
de PFK-2 (inactiva)
e FBPase-2 (activa)
⇓
↓ [frutose-2,6-bisfosfato]
Insulina
+
(após refeição)
Glucagina
(em jejum)
⇓
Inibe glicólise
Estimula neoglicogénese
CICLO de CORI
cooperação metabólica
entre o músculo e o fígado
- exercício físico Músculos activos usam
glicogénio lactato
(glicólise)
O lactato é usado pelo
fígado para formar glucose
A glucose regressa ao
músculo glicogénio
glucose lactato glucose
(Ciclo de Cori)
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Metabolização da glicose
Formação de NADH e ATP
TPP
Mg2+
Lactato
desidrogenase
Piruvato
descarboxilase
Piruvato
desidrogenase
Álcool
desidrogenase
Requer O2!
Leveduras
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Formação de Coenzimas reduzidos, NADH e FADH2
Glicogénio
Triglicerídeos
Glicogenólise
Lipólise
Glucose
β-Oxidação
Piruvato
NADH
Proteólise
Ácidos gordos Aminoácidos
Glicólise
NADH
Proteínas
Oxidação
Desaminação
e
Oxidação
Acetil-CoA
NADH, FADH2
Ciclo
de
Krebs
25