metabolismo carboidratos

Metabolismode Carboidratos:Glicólise eCiclo de Krebs

Visão Geral1. Glicólise

1.1 - Fase Preparatória da Glicólise1.2 - Fase de Pagamento da Glicólise1.3 - Vias Tributárias da Glicólise

2. Acetil-CoA 2.1 - Conversão do piruvato a acetil-CoA – Ação da piruvato desidrogenase

3. Ciclo de Krebs3.1 - Reações do Ciclo de Krebs3.2 - Conservação da energia de oxidação no Ciclo de Krebs3.3 - Reações anapleróticas3.4 - Regulação do Ciclo

4. Considerações Finais

Entender a importância da glicose no metabolismo dos animais.

Compreender que a glicólise é uma via quase universal do catabolismo

dos carboidratos, na qual uma molécula de glicose é rompida por uma

série de enzimas para liberar duas moléculas de piruvato.

Compreender a função do Ciclo de Krebs como via catabólica central

capaz de oxidar substratos gerando transportadores de elétrons, e

principalmente esqueletos carbônicos para outras vias de síntese.

Objetivos

Catabolismodos Carboidratos

Glicogênio,amido, sacarose

Armazenamento

Oxidaçãopela viaglicolítica

Oxidaçãopela via daspentoses fosfato

Ribose - 5 - Fosfato

Glicose

Piruvato

Amino-ácidos

Ácidosgraxos Glicose Estágio 1

produção deAcetil-CoA

Piruvato

Complexo piruvato

desidrogenase

Acetil-CoA

Carreadores de e- reduzidos

Glicólise

Cadeia respiratória(transfere e-)

Estágio 2oxidação deAcetil-CoA

Ciclo doácido cítrico

Estágio 3transfere e-

e fosforilaçãooxidativa

Glicólise

Glicose

Glicose 6 - fosfato

Frutose 6 - fosfato

Frutose 1,6 - bifosfato

Gliceraldeído 3 - fosfato

Diidroxicetona fosfato

Fosfoexose isomerase

Fosfofrutoquinase -1

Aldolase

Triose fosfatoisomerase

Fase preparatória

Fosforilação da glicosee sua conversão em gliciraldeído 3 - Fosfato

Gliceraldeído 3 - fosfato desidrogenase

Fase de pagamento

Conversão oxidativa do gliceraldeído 3 - fosfato em piruvato e a formação acoplada de ATP e NADH

Gliceraldeído 3 - fosfato (2)

1,3 - Bifosfoglicerato (2)

3 - Fosfoglicerato (2)

2 - Fosfoglicerato (2)

Piruvato (2)

Fosfoenolpiruvato (2)

Fosfogliceratoquinase

Fosfogliceratomutase

Enolase

Piruvatoquinase

Glicólise

Glicose

2 Piruvato

2 Acetil-CoA

2 Lactato2 Etanol + 2CO2

Hipóxia ou anaeróbico Anaeróbico

Glicólise

Aeróbico

Ciclo do ácido cítrico

2CO2

1. Fosforilação da glicose

Glicose é ativadaATP - doador de fosfatoReação irreversível.

Fase Preparatória

Hexoquinase

GlicoseGlicose 6 -

fosfato

2. Conversão da

glicose 6-fosfato em

frutose 6-fosfato

Isomerização reversívelde uma aldose em cetose.

Papel crítico na químicaglobal da glicólise.

Fase Preparatória

Fosfoexoseisomerase

Frutose 6 - fosfato

Glicose 6 - fosfato

3. Fosforilação da

frutose 6-fosfato em

frutose 1,6-bifosfato

Irreversível e primeiro passo comprometido da via glicolítica.

Ponto principal deregulação da glicólise.

Fase Preparatória

Fosfofrutoquinase - 1(PFK - 1)


Frutose 6 - fosfato

4. Clivagem da

frutose 1,6-bifosfato

As concentrações dos reagentes e a variação de energialivre padrão são pequenas: a reação é reversível.

Fase Preparatória

Aldolase


Diidroxiacetona

fosfato

Gliceraldeído3 - fosfato

5. A interconversão

das trioses fosfatos

A diidroxiacetona fosfatoé rápida e reversivelmente convertida a gliceraldeído3-fosfato, porque apenasesse pode ser degradadona continuação da via.

Fase Preparatória

Triose fosfatoisomerase

Diidroxiacetona

fosfato


6. Oxidação do

gliceraldeído 3-fosfato

em 1,3-bifosfoglicerato

Primeira das duas reações conservadoras de energia(acilfosfato) que formarão ATP.

Coenzima NAD+.

Fase de Pagamento


desidrogenase

1,3 - Bifosfoglicerato

Gliceraldeído

3 - fosfato

Fosfatoinorgânico

7. Transferência do

fosfato do 1,3-bifosfoglicerato

para o ADP

Os passos 6 e 7 juntos sãoum processo acoplador de transferência de energia.

Resultado desse acoplamento:Fosforilação ao nível do substrato.

Fase de Pagamento

1,3 - Bifosfoglicerato

3 - Fosfoglicerato

Fosfogliceratoquinase

8. Conversão do

3-fosfoglicerato

em 2-fosfoglicerato

Reação ocorre em 2 passos: forma o intermediário 2,3-bifosfoglicerato que será usado com co-fator.

Fase de Pagamento

Fosfogliceratomutase

3 - Fosfoglicerato 2 - Fosfoglicerato

9. Desidratação do

2-fosfoglicerato em

fosfoenolpiruvato

Segunda reação que gera composto com alto potencial de transferência do grupo fosforila.

Saída de água redistribui energia interna da molécula e aumenta energia livre padrão de hidrólise dogrupo fosforila.

Fase de Pagamento

Enolase

2 - Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato

10. Transferência

do grupo fosfato do

fosfoenolpiruvato

para o ADP

A reação total tem uma variação de energialivre-padrão grande enegativa.

Irreversível e importantesítio de regulação.

Fase de Pagamento

Piruvatoquinase

Fosfoenolpiruvato

Piruvato

Piruvato(forma

enólica)

Piruvato(forma ceto)

tautomerização

Regulação da Glicólise

Hexoquinase:Inibida pelo seu produto, ↑ glicose 6-fosfatoNo fígado há isoenzima glicoquinase, que não é inibida pelo seu produto.

Fosfofrutoquinase:↑ [ATP] inibe alostericamente ↑ [ADP] e [AMP] diminuem inibição por ATP↑ [citrato] aumentam poder inibidor do ATP↑ [frutose 2,6-bifosfato] diminui poder inibidor do ATP

Piruvato quinase:↑ [ATP], [acetil-CoA] e [ácidos graxos] inibe alostericamente ↑ [alanina] inibe sinalizando que há blocos em construção em abundância↑ [frutose 1,6-bifosfato] ativa

GlicóliseBalanço final:

1. Destino dos átomos de C da glicose

2. Entrada de Pi e ADP e a saída de ATP

3. Caminho dos elétrons nas reações de óxido-redução

Cancelandoos termoscomuns: Glicose

Glicose

Além da glicose, outros carboidratos podem ser usados na via glicolítica

Vias tributáriasda Glicólise

Trealose

Lactose

Sacarose

Glicogênio, amido

D - Glicose

D - Frutose

D - Galactose

D - Manose

trealase

lactase

sacarase

hexoquinase

frutoquinase

hexoqui-

nase

hexoquinase

fosfomanose

isomerase

fosfoglicomutase

fosforilase

frutose1 - fosfatoaldolase

triosequinase

triose fosfatoisomerase

amilase

Glicose1 -

fosfato

Glicose6 -

fosfato

Frutose6 -

fosfato

Frutose 1,6 -

bifosfato

Gliceraldeído

3 - fosfato

Gliceraldeído

Diidroxiacetona

fosfato

Manose 6 -fosfato

Frutose 1 -fosfato

UDP - galactose

UDP - glicose

Metabolismo

Amino-ácidos Glicose

Ácidosgraxos

Estágio 1produção deAcetil-CoA

PiruvatoComplexo piruvato

desidrogenase

Acetil-CoA

Glicólise

Cadeia respiratória(transfere e-)


Estágio 3transfere e-

e fosforilaçãooxidativa

Estágio 2oxidação deAcetil-CoA

Ciclo doácido cítrico

Acetil-CoA


Produção do Acetil-CoA

Descarboxilação oxidativa

Reação irreversível

Complexo da piruvato desidrogenase (PDH)

Piruvato Acetil - CoA

Complexo Piruvatodesidrogenase

Complexo da piruvato desidrogenase (PDH):

3 enzimas:

• piruvato desidrogenase (E1)

• diidrolipoil transacetilase (E2)

• diidrolipoil desidrogenase (E3)

5 coenzimas ou grupos prostéticos:

• TTP tiamina pirofosfato (Tiamina - B1)

• FAD flavina adenina dinucleotídeo (Riboflavina - B2)

• CoA coenzima A (Ácido pantotênico - B6)

• NAD nicotinamida adenina dinucleotídeo (Niancina - B3)

• lipoato

Produção do Acetil-CoA

Produção do Acetil-CoAComplexo da piruvato desidrogenase (PDH)

GrupoTiol Reativo

Ácido Pantotênico

Adenina

Ribose3’ - fosfato

3’ - fosfoadenosina difosfatoCoenzima AAcetil - CoA Cadeia depolipepitídeoda E2

ResíduoLys da E2

Ácidolipóico

FormaOxidada

FormaReduzida

FormaAcetilada

Produção do Acetil-CoAComplexo da piruvato

desidrogenase (PDH):

C1 do Piruvato liberado como CO2, e C2 liga-se à TPP.

Oxidação a acetato e reduçãoda ligação S-S do lipoil.

Transferência para CoA. Transferência de elétronspara regenerar S-Sgerando FADH2.

Transferência de elétronspara regenerar FADgerando NADH.

Piruvato

HidroxiacetilTPP

Piruvatodesidrogenase

E1

Diidrolipoiltransacetilase

E2

Diidrolipoildesidrogenase

E3

Lipoillisinaoxidada

Lipoillisinareduzida

Acetil - CoA

AcilLipolisina

Ciclo de Krebs

Acetil - CoA

Citrato

Isocitrato

Oxalacetato

Malato

fumarase

cetoglutaratoSuccinato

Succinil-CoA

Fumarato

succinatodesidrogenase

citratosintase

aconitase

aconitase

succinil-CoAsintetase

isocitratodesidrogenas

e

malatodesidro-genase

Desidrogenação

Hidratação

Desidrogenação

Hidratação

Desidratação

Condensação

Ciclo do ácidocitrico

Fosforilaçãoao nível dosubstrato

Descarboxilacãooxidativa

Descarboxilacãooxidativa

cis - Aconitato

complexo cetoglutaratodesidrogenase

Ciclo do Ácido Tricarboxílico, Ciclo do Ácido Cítrico ou Ciclo de Krebs

O ciclo do ácido cítrico é uma região central do metabolismo, com viasde degradação chegando até ele e vias anabólicas principiando nele

Regulado de forma estreita em coordenação com outras vias

• Grupo acetil entra, saem 2 CO2

• Oxalacetato é regenerado

• 4 passos são oxidações

• Ocorre nas mitocôndrias

• Apenas a succinato desidrogenase está na membrana interna da mitocôndria

• Outras enzimas estão na matriz mitocondrial

Ciclo de Krebs

Reações do Ciclo de Krebs

1. Formação

do citrato

Hidrólise do tioéster: reação exergônica. A variação de energia livre negativa é essencial porque [Oxalacetato] ébaixa Co-A é reciclada.

Acetil - CoA Oxalacetato

Citrato

citratosintase


2. Formação doisocitrato viacis-aconitato

A [isocitrato] é baixa e areação é deslocada para direita porque esse é logo consumido.

Aconitase tem um centro ferro-enxofre que atua na ligação do substrato ativoe na catálise da adição ou remoção de água.

Citrato

aconitase aconitase

cis-aconitato

Isocitrato


3. Oxidaçãodo isocitrato aalfa-cetoglutaratoe CO2

Descarboxilação oxidativa Mn2+ estabiliza o enol formado na carbonila transitoriamente 2 formas de isocitrato desidrogenase: NAD+ (Matriz mitocondrial) e NADP+ (Matriz e citosol).

isocitratodesidrogenase

Isocitrato Oxalosuccinato cetoglutarato


4. Oxidação do

alfa-cetoglutarato a

succinil-CoA e CO2

Descarboxilação oxidativa NAD+ receptor de elétronse CoA carreador do grupo succinil.

Energia de oxidação é conservada na forma deuma ligação tioéster.

Reação semelhantecatalisada pela PDH.

Succinil - CoA


cetoglutarato

5. Conversãoda succinil-CoAem succinato

Reação conservadora de energia.

As células animais tem duas isozimas: uma para ATP outra para GTP.

GTP pode entregar grupofosfato para ADP sem mudança de energia livre. Fosforilação ao nível do substrato.

succinil - CoAsintetase

Succinil - CoA Succinato


6. Oxidação do succinato a fumarato

Succinato desidrogenasetem 3 grupos ferro-enxofree uma molécula FAD e nos eucariotos; e é firmemente ligada à membranamitocondrial interna.

Participa da cadeia de transporte de elétrons.

Malonato é análogo do succinato e inibidor competitivo


Succinato Fumarato



7. Hidratação dofumarato produz malato

A fumarase éaltamente esteroespecífica.

Formação de umcarnbânion.

fumarase

Malato

Fumarato

fumarase

Carbânionestado transitório


8. Hidratação do malatoa oxalacetato

Equilíbrio deslocado para esquerda, o oxalacetato é continuamente removidopela citrato sintase.

Por isso, [oxalacetato] é sempre baixo.

malatodesidrogenase

L- Malato Oxalacetato

Conservação de Energia do Ciclo de Krebs

2 átomos de carbonoemergiram como CO2.

A energia liberada nessas oxidações foram conservadasna redução de 3 NAD+ e um FAD e na síntese de 1 ATP/GTP.

Os dois átomos que aparecem como CO2 não são os que entram na forma de acetil.

O ciclo fornece grande fluxode elétrons para a cadeia respiratória.

Acetil - CoA

Citrato

IsocitratoOxalacetato

Malato

Fumarato

cetoglutarato

Succinato

Succinil - CoA

Ciclodo ácidocítrico

Precursores Biossintéticos

Nos organismos aeróbicos:uma anfibólica.

Os intermediários do ciclosão repostos pelas reações anapleróticas.

Estas reações produzem intermediários com 4 átomosde carbono.

Glicose

Porfirinas,heme

Purinas

Glutamina

ProlinaArginina

Ácidos Graxos,esteróis

Aspartato

Aspargina

Fenilalanina

Tirosina

Triptofano

Fosfoenolpiruvato(PEP)

PEP carboxiquinase

PEP carboxilase

piruvatocarboxilase

enzimamálica

Acetil - CoA

Oxalacetato

Malato

Citrato

cetoglutarato

Succinil-CoA


Piruvato

PiruvatoPirimidinas

Serina

GlicinaCisteína

Glutamato

Regulação do Ciclo de Krebs

• Inibição alostérica pelos produtos

• acetato, acumula AMP, CoA eNAD+ (ativadores alostéricos)

• A atividade da enzima é desligada quando as substâncias combustíveis estão aumentadas

• Atividade enzimática ligada quando a demanda de energia é necessária

Piruvato

Acetil - CoA

complexopiruvato

desidrogenase

ATP, acetil - CoA,NADH, ácido graxos

NADH, succinil - CoA, citrato, ATP

Regulação do Ciclo de Krebs

• 3 fatores:

• Disponibilidade de substratos• Inibição pelos produtos• Inibição alostérica

• Regulado nos 3 passos exergônicos

• As concentrações de substrato e intermediários regulam o fluxo em uma velocidade que fornece concentrações ótimas de ATPe NADH.

Piruvato

Acetil - CoA

complexopiruvato

desidrogenase

ATP, acetil - CoA,NADH, ácido graxos

NADH, succinil - CoA, citrato, ATP

Citrato

IsocitratoOxalacetato

Malato cetoglutarato

Succinil - CoA


NADH, succinil - CoA

isocitratodesidrogenase

citratosintase

malatodesidrogenase



Considerações FinaisGlicólise é uma via na qual uma molécula de glicose é rompida por uma série 10 reações enzimáticas, para liberar duas moléculas de piruvato.

A glicólise é composta por duas fases: Fase Preparatória e Fase de Pagamento

O piruvato produzido pela glicólise é convertido em acetil-CoA pela PDHe entra no Ciclo de Krebs O Ciclo de Krebs é uma via central quase universal onde compostosderivados da quebra de carboidratos, gorduras e proteínas são oxidadosaté CO2 e FADH2 e NADH

O Ciclo é anfibólico, isto é, serve tanto ao catabolismo quanto ao anabolismo.

Para cada molécula de glicose são produzidos 30 - 32 ATP

Referências BibliográficasD.L. Nelson; M.M. Cox. Leningher: Princípios de Bioquímica.5 ed. Artmed : São Paulo. 2010.

D.Voet, J.G. Voet. Bioquímica. 3 ed. Artmed Editora : São Paulo. 2006.

J.M. Berg; J.L. Tymoczko; L. Stryer. Bioquimica. 6 ed. Guanabara Koogan : Rio de Janeiro. 2008.

T. M. Devlin. Manual de bioquímica com correlações clínicas. 6 ed. Blucher : São Paulo, 2007.

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