003-Gliconeo_pentoses_2011_2_001 (1)

Considerações sobre a síntese

de glicose

A glicose tem um papel central no metabolismo Combustível virtulamenete universal

Bloco construtivo para virtualmente todos organismos

Nos mamíferos alguns tecidos dependem da glicose como fonte exclusiva de energia

 Cérebro

 Eritrócitos (hemácias)  Testículos

 Medula renal

 Tecidos embrionários

O cérebro sozinho consome cerca de 120g de glicose por dia

(mais da metade da glicose armazenada como glicogênio no fígado e nos músculos)

As reservas de glicogênio não são suficientes!!!

O glicogênio pode ser depletado:  No jejum prolongado

 No exercício intenso

O organismo precisa de uma forma de

sintetizar glicose à partir de precursores “não-carbihidratos”

Isso é feito pela via da gliconeogênese, que converte piruvato e e outros compostos correlatos de 3 e 4 carbonos em glicose.

Precursores para a gliconeogênese

Lactato:

 Cerca de 120g de lactato são produzidos por dia por um ser humano normal

 Desse total, 40g são produzidos pelos tecidos com metabolismo totalmente anaeróbico (eritrócitos e medula renal)

 Outros tecidos como intestino delgado cérebro pele e músculo podem contribuir de forma variada dependendo da atividade de cada um.

 A contribuição do músculo é particularmente variável e pode alcançar mais de 120g numa situação de exercício vigoroso

 Lactato plasmático: ~1mM  Quem remove o lactato:

• Fígado -- principal, transforma em glicose (ciclo de Cori) ou lipideo • Coração -- secundário, oxida

• Músculo -- secundário, oxida

Glicerol

 Liberado no sangue como resultado da hidrólise de triacilgliceróis (tec. adiposo)

 No jejum ~19g de glicerol são liberados por dia e convertidos em glicose

 Exercício e stress aumentam essa quantidade Glicerol + ATP  glicerol 3-P

Glicerol-3-P + NAD+  dihidroxiacetona-P + NADH

Aminoácidos

 São os principais precursores da gliconeogênese durante o jejum  Glicogênicos, cetogênicos,

glicogênicos e cetogênicos

 Quantitativamente alanina é o precursor mais importante

Reações da

gliconeogênese

Piruvato carboxilase Piruvato Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato 3-fosfoglicerato 1,3-bisfosfoglicerato Gliceraldeído-3-fosfato Dihidroxiacetonafosfato Frutose-1,6-bisfosfato Frutose-6-fosfato Glicose-6-fosfato Glicose Oxaloacetato ATP PEP carboxiquinase ADP + Pi GTP GDP + Pi Frutose 1,6-bisfosfatase Glicose 6-fosfase Hexoquinase Fosfofrutoquinase I Piruvato quinase ADP + Pi ATP ADP + Pi ATP NADH + H+ NAD+ Pi NADH + H+ NAD+ Pi ADP + Pi ATP ATP ATP ADP ADP Pi Pi H₂O H₂O

 Vários passos são

compartilhados com a via glicolítica

 Os três passos irreversíveis são contornados por enzimas

diferentes da glicólise  Ambos ocorrem no citosol  Necessitam regulação

Variações de energia nas reações glicolíticas

Note: DG´o _{is the standard free-energy change, as defined in Chapter 13 (p. 491). DG is the free-energy change}

calculated from the actual concentrations of glycolytic intermediates present under physiological conditions in

erythrocytes, at pH 7. The glycolytic reactions bypassed in gluconeogenesis are shown in red. Biochemical equations are not necessarily balanced for H or charge (p. 506).

Condições padrão

Condições fisiológicas

Conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato

(PEP)

Piruvato carboxilase Piruvato Fosfoenolpiruvato Oxaloacetato ATP PEP carboxiquinase ADP + Pi GTP GDP + Pi

A formação de piruvato à partir de PEP é muito exergônica e não pode ser revertida.

Fosfoenolpiruvato + ADP  Piruvato + ATP DG= -16.7 KJ/mol

Para contornar esse passo são necessária duas reações Uma ocorre no citoplasma e outra na mitocôndria

Alanina Piruvato

+

Piruvato carboxilase biotina

ADP + Pi ATP bicarbonato acetato oxaloacetato GTP GDP CO₂ fosfoenolpiruvato PEP carboxiquinase

Papel da biotina na reação

da carboxilase

ATP Bicarbonato Biotinilil-enzima Carboxi-biotinilil-enzima Piruvato enolato (forma tautomeríca) Oxaloacetato Biotinilil-enzima

 A biotina fica covalentemente ligada a um resíduo de Lys

 A energia da hidrólise do ATP é utilizada para ligar

covalentemente um íon bicarbonato à biotina  Numa segunda etapa o

carboxilato é transferido para o piruvato, produzindo

Vias para fosforilação do piruvato a PEP

Piruvato Piruvato Malato Malato Oxaloacetato Fosfoenol piruvato (PEP) Piruvato Oxaloacetato Piruvato Fosfoenol piruvato (PEP) Lactato CO₂ NADH Oxaloacetato NADH NADH NAD+ NAD+ NAD+ CO₂ CO₂ CO₂ Piruvato carboxilase Piruvato carboxilase Malato desidrogenase mitocondrial PEP carboxiquinase mitocondrial Malato desidrogenase citosólica PEP carboxiquinase citosólica Lactato desidrogenase Mitocôndria Citosol

 A via que vai predominar depende do precursor gliconeogênico (piruvato ou lactato)

 Quando o precursor é o lactato um NADH é produzido no citosol pela lactato

desidrogenase

 Apenas a via da esquerda remove poder redutor da matriz mitocondrial para o citosol

Balanço da gliconeogênese

# Reação Fator

1 _{Piruvato + HCO3}-_{+ ATP  oxaloacetato + ADP + Pi x2}

2 _{Oxaloacetato + GTP  fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP x2} 3 _{fosfoenolpiruvato + H2O  2-fosfoglicerato x2} 4 _{2-fosfoglicerato  3-fosfoglicerato x2} 5 _{3-fosfoglicerato + ATP 1,3-Bisfospfoglicerato + ADP x2} 6 _{1,3-Bisfosfoglicerato + NADH + H}+  giceraldeído 3-fosfato + NAD+

+ Pi

x2 7 _{giceraldeído 3-fosfato + dihidroxiacetona fosfato  frutose 1,6-bisfosfato}

8 _{frutose 1,6-bisfosfate + H2O  frutose 6-fosfato + Pi} 9 _{frutose 6-fosfato  glicose 6-fosfato}

10 _{glicose 6-fosfato + H}

2O  glicose + Pi

2 Piruvato + 2 HCO

₃-

+ 4 ATP + 2 GTP + 2 H

2

O + 2 NADH 

Tecidos em divisão intensa: medula óssea pele

mucosa intestinal

Via das Pentoses Fosfato

Pentoses Nucleotídeos coenzimas ATP FADH₂ NADH Coenzima A Ácidos nucléicos (RNAs DNA) Oxida glicose a NADPH (à partir de NAD+)

Os tecidos que sintetizam ácidos graxos intensamente

Fígado tecido adiposo glândula mamária ou muito ativos na síntese de colesterol (e de hormônios esteróides) Fígado glândula adrenal gônadas NADPH Biossíntese Ex.: lipídeos combater os efeitos nocivos dos radicais de oxigênio

Hemácias e as células da lente e da córnea são expostos diretamente ao oxigênio e aos radicais livres prejudiciais gerados pelo oxigênio.

As duas fases da via das pentoses

Via das

pentoses

Fase

oxidativa

Fase não

oxidativa

Produz Pentoses Fosfatadas e NADPH Recicla as Pentoses Fosfatadas à Glicose 6-Fosfato

Esquema geral da via das pentoses fosfato

Glicose 6-fosfato 6-Fosfogluconato D-Ribulose 5-fosfato D-Ribose 5-fosfato Nucleotídeos, Coenzimas DNA, RNAs NADP+ NADP+ NADPH + H+ CO₂ transcetolase, transaldolase NADPH + H+

Precursores (ex.: acetil—S—CoA) Os ácidos graxos, esteróis, etc biossíntese redutora GSSG (glutationa oxidada) 2 GSH (glutationa reduizida) Glutationa redutase Fase oxidativa Fase não oxidativa

Papel da NADPH e da glutationa na proteção das

células contra o estresse causado pelas espécies

reativas de oxigênio

O

₂ l

O

₂

-H

₂

O

₂ l

OH

Dano oxidativo a:  lipídios  Proteínas  DNA  Respiração mitocondrial  Radiação ionizante  outros fatores Radical superóxido Oxigênio molecular Radical hidroxila Peróxido de hidrogênio 2GSH (Glutationa reduzida) GSSG (glutationa oxidada) Glicose 6-fosfato 6 P h o sp h o gl u co n o - d-La ct o n a NADP+ NADPH + H+

H

₂

O

glutationa peroxidase glutationa redutase Glicose 6-fosfato desidrogenase

x

Fase oxidativa da via das pentoses

Glicose 6-fosfato

6

fosfoglucono-d-Lactona 6-Fosfogluconato D-Ribulose5-fosfato

D-Ribose 5-fosfato fosfopentose isomerase 6-fosfogluconato desidrogenase lactonase glicose-6-fosfato desidrogenase N A D P + N A D P H + H + Mg2+ H₂O Mg2+ N A D P + N A D P H + H + C O 2

A fase não-oxidativa da via das pentoses

Em tecidos que necessitam NADPH, a pentose fosfato produzida na fase oxidativa é recicladas em glicose-6-fosfato

Ribose 5-fosfato Xilulose 5-fosfato Sedoheptulose 7-fosfato Gliceraldeído 3-fosfato Frutose 6-fosfato Eritrose 4-fosfato Glicose 6-fosfato Frutose 6-fosfato Xilulose 5-fosfato Gliceraldeído 3-fosfato epimerase transcetolase transaldolase transcetolase frutose 1,6-bisfosfatase aldolase

triose fosfato isomerase fosfohexose

isomerase

fosfohexose isomerase

As enzimas transcetolase e transaldolase são específicas desta via, as outras enzimas são glicolítica ou gliconeogênicas.

Ramo oxidativo da via das pentoses

Um balanço para a via das pentoses

Seis pentoses  Cinco glicoses (6 x 5 = 30) (5 x 6 = 30)

Regulação da via das pentoses

Glicose 6-fosfato 6-fosfoglucono-d-Lactona 6-Fosfogluconato Pentoses fosfato Glicose NADPH

x

NADPH

glicólise

glicose-6-fosfato desidrogenase fosfofrutoqinase

 Quando o NADPH é formando mais rápido do que ele está sendo usado (para biossíntese e redução da

glutationa) a [NADPH] aumenta e inibe a primeira enzima na via das pentoses fosfato.

 Como resultado, mais glicose-6-fosfato fica disponível para a glicólise.