Glicólise e
Fermentação alcoólica
Prof. Dr. Julio Cezar Franco de Oliveira
[email protected]
Unidade Curricular: Bioquímica Metabólica, 1º semestre de 2011
UNIFESP – Campus Diadema
PROCESSOS METABÓLICOS GERAIS.
2. ANABOLISMO: Processo de montagem de moléculas complexas e ricas em energia, a partir de moléculas mais simples. Normalmente é realizada através de reação de condensação (por desidratação), onde observamos a união de moléculas orgânicas com liberação de moléculas de água. Um exemplo clássico é a síntese das proteínas, que se processa pela união de aminoácidos.
3. CATABOLISMO: Corresponde ao processo de degradação de moléculas complexas, com liberação de energia e formação de moléculas menores. Normalmente o processo de quebra das ligações de moléculas orgânicas, é feito pela adição de moléculas de água ( reações de hidrólise).
METABOLISMO: Conjunto de reações químicas que se realizam em um organismo visando o armazenamento e o consumo energético para as diversas reações bioquímicas celulares. Pode ser dividido em duas partes:
1. ANABOLISMO. 2. CATABOLISMO.
•
Fases:
1. Anaeróbia (glicólise): não necessita de
oxigênio para ocorrer e é realizada no
citoplasma.
2. Aeróbia (ciclo de Krebs e cadeira
transportadora de elétrons): requer e
presença de oxigênio e ocorre dentro das
mitocôndrias
Respiração Celular
Glicólise –
ocorre no citoplasma.
Ciclo de Krebs –
dá-se no interior das mitocôndrias, na
matriz mitocondrial.
Cadeia respiratória –
acontece no interior das
1.
Glicólise:
é a oxidação da Glicose em ácido pirúvico com a
produção de ATP e NADH contendo energia.
2.
Ciclo de Krebs:
é a oxidação do acetil-CoA (derivado do
ácido pirúvico) em CO
2com a produção de ATP, NADH
contendo energia e um outro transportador de elétrons
reduzido (FADH
2).
3.
Cadeia de transporte de elétrons:
NADH e FADH
2são
oxidados, entregando elétrons para uma cascata de reações
redox. A energia destas reações gera uma considerável
quantidade de energia (a maior quantidade de energia é
gerada neste passo).
Ciclo de Krebs –
dá-se no interior das
Cadeia respiratória –
acontece no interior
das mitocôndrias, nas cristas
mitocondriais.
Citocromo a Citocromo a Citocromo c Citocromo b O 3 2 2 1 ATP ATP ATP NAD.H H O H O FAD 2H+ 2 2 2 2e 2e 2e 2e 2eConsiderações Históricas:
Na primeira metade do séc. XX, a
Glicólise
foi estudada por
alguns dos mais renomeados Bioquímicos:
1860:
Pasteur postula que a Fermentação é catalisada
por enzimas indissociáveis das estruturas celulares
1897:
Buchner descobre que as enzimas da fermentação
podem actuar independemente das estruturas celulares
1905:
Harden e Young identificam uma Hexoxe bisfofato
como intermediaria da Glicólise e verificaram a
necessidade de certas coenzimas (NAD, ADP e ATP)
Anos 30:
Embden postulou a separação da
frutose 1,6 - Bisfosfato
1938 –
Warburg et al. Demonstraram a capacidade de
conservar energia sob a forma de ATP
Glicólise ou via Embdem-Meyerhof
Etapas da Glicólise (10):
1. Etapa preparatória (1-4): Duas moléculas de ATP são utilizadas enquanto uma molécula de Glicose é fosforilada, reestruturada e quebrada em dois compostos de três carbonos: gliceraldeído 3-fosfato (GP) e
diidroxiacetona fosfato (DHAP).
2. Na etapa de conservação da energia (6-10) as duas moléculas de três carbonos são oxidadas em 2 moléculas de ácido pirúvico.
Dois moléculas de NAD+ são reduzidas a NADH e quatro moléculas de
ATP são formadas.
Na Glicólise há um ganho de 2 moléculas de ATP por cada
molécula de glicose que é oxidada.
Glicólise
• Quebra da glicose em duas moléculas de
piruvato + NADH + ATP
Esquema Geral da Glicólise
2 açúcares de 3 C
1 açúcar de 6 C
A partir deste ponto as reações são duplicadas 2 moléculas de Piruvato (3C) Saldo 2 moléculas de ATP 2 moléculas de NADH
A Glicólise divide-se em
duas partes principais:
1- Ativação ou
Fosforilação da
Glicose
2- Transformação
do Gliceraldeído
em Piruvato
Primeira fase:Fosforilação da Glicose
- Utilização de
ATP
(2 Moléculas)
- Formação de duas
Moléculas de
Triose-Fosfato:
Dihidroxicetona
Fosfato e
Gliceraldeído
3-Fosfato
• Glicose + ATP
Glicose -6-Fosfato + ADP
A Glicose é uma molécula quimicamente inerte, assim
para se iniciar a sua degradação é necessário que seja
ativada
G a s t o d e E n e r g i a Depois de entrar na Célula a Glicose é fosforilada pela
Hexoquinase
produzindo Glicose-6-P pela transferência do
Fosfato Terminal do ATP para o grupo Hidroxila da Glicose
Reação irreversível
Permite a entrada da Glicose no Metabolismo
Intracelular dado que Glicose-6-P não é transportado
através da membrana Plasmática
• Glicose -6- Fosfato
Frutose -6- Fosfato
Conversão da Glicose -6- Fosfato
em Frutose -6- Fosfato pela
Fosfohexose Isomerase
G a s t o d e E n e r g i a• Frutose -6-P + ATP
Frutose 1,6-BiFosfato + ADP
G a s t o d e E n e r g i a∞ A Frutose 6P é Fosforilada a Frutose
-1,6-Bifosfato pela
Fosfofrutoquinase
(enzima marca-passo da glicólise)
∞ Esta é a Principal Reação de controle
(irreversível) da Glicólise
• Frutose 1,6-BiFosfato Gliceraldeído 3-P + Dihidrocetona Fosfato
G a s t o d e E n e r g i a× A Frutose 1,6- Bifosfato é dividida pela
aldolase em duas trioses fosfatadas
ficando cada uma com um fosfato
× As duas trioses são:
Gliceraldeído 3-Fosfato e a
• Gliceraldeído 3-P
Dihidrocetona Fosfato
Ø As Duas trioses são interconversíveis por uma
reação reversível catalizada pela Isomerase dos
Fosfatos de Trioses ou Fosfotriose Isomerase (TIM)
Ø A Aldolase e a Isomerase
estabelecem equilíbrio assinalado
no Esquema da Esquerda:
Ø Só o Gliceraldeído é
Substrato das reações
seguintes, por isso o
isômero assegura que
todos os 6 Carbonos
Derivados da Glicose
podem Prosseguir na Via
Glicolítica
Segunda fase:
Conversão de Gliceraldeído em Piruvato
Na Segunda Fase temos:
- Formação de
ATP
- Oxidação da
Molécula do
Gliceraldeído 3-P
- Redução do
NAD+
- Formação do
Piruvato
• Gliceraldeído 3-P + NAD + Pi 1-3 Difosfoglicerato + NADH + H
φ O Gliceraldeído 3-P é Convertido num Composto
intermediário potencialmente energético
φ Enzima: Gliceraldeído 3-P desidrogenase
φ Grupo Aldeído (-CHO) oxidado em Grupo
Carboxílico (-COOH)
φ Grupo Carboxílico formado forma uma ligação
Anídrica com o fosfato
φ O NADH
(carreador de elétron)intervirá na Formação
de ATP
φ O Grupo Fosfato deriva de um Fosfato
Inorgânico
P r o d u ç ã o d e E n e r g i a• 1-3 Bisfosfoglicerato + ADP
3-Fosfoglicerato + ATP
Ω Formação de ATP
Ω Enzima interveniente: Fosfoglicerato quinase
Transferência direta do grupo fosfato do 1-3
Bisfosfoglicerato (composto de alta energia) para o ADP –
fosforilação ao nível do substrato
P r o d u ç ã o d e E n e r g i a
• 3-Fosfoglicerato
2-Fosfoglicerato
P r o d u ç ã o d e E n e r g i aЖ O 3-Fosfoglicerato é Isomerizado a
2-Fosfoglicerato pela 2-Fosfoglicerato Mutase
(“Mutase”, pois o Grupo Fosfato muda de
Posição dentro da Molécula)
• 2-Fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato + H O
2
P r o d u ç ã o d e E n e r g i a© Há Desidratação e redistribuição da
Energia
• Fosfoenolpiruvato + ADP
Piruvato + ATP
P r o d u ç ã o d e E n e r g i a Ultima Reação
É Catalizada pela
piruvato quinase
Transferência direta do grupo fosfato do Fosfoenolpiruvato
(composto de alta energia) para o ADP – fosforilação ao nível do
substrato
Aldolase
Controle da Glicólise
A necessidade glicolítica varia de acordo com os
diferentes estados fisiológicos
O grau de conversão de Glicose para o Piruvato é
regulado de forma a satisfazer as necessidades
celulares/fisiológicas
Controle da Glicólise
O Controle a Longo Prazo da Glicólise, particularmente no
fígado, é efetuado a partir de alterações na quantidade de Enzimas
glicolíticas, com reflexos nas taxas de síntese e degradação
O Controle a Curto Prazo é feito por alteração alostérica
(concentração de Produtos) reversível das enzimas e também pela
sua fosforilação.
As enzimas mais propensas a serem locais de controle são as
que catalisam as reações irreversíveis:
-Hexoquinase
-Fosfofrutoquinase
-Piruvatoquinase
Os destinos possíveis do piruvato:
Anaerobiose
Aerobiose
É posteriormente fermentado em Acido Láctico ou Etanol
Fermentação lática
É um processo utilizado por diversos microrganismos e determinadas células de mamíferos – fibras musculares sob contração vigorosa, hemácias.
Fermentação Láctica
• Realizada por bactérias do leite que é
empregada na preparação de iogurtes e
queijos.
• Também ocorre em nossos músculos em
situações de grande esforço físico.
• Também rende 2 ATPs por molécula de
glicose.
Fermentação Láctica
• Utilização pelo homem:
Produção queijos e
iogurtes
A oxidação do NADH pelo piruvato gera o lactato caracteristicamente produzido
por músculos em anaerobiose, permitindo que, na regeneração do NAD+, a Glicólise
Fermentação alcoólica
Em certos organismos como as leveduras e alguns tipos de bactérias, a regeneração do NAD+ é feita pela pela fermentação alcoólica .
Fermentação Alcóolica
• Produtos Finais: etanol, CO
2
e 2 ATPs
• Realizada por leveduras que é utilizada na
produção pouco eficaz no que diz respeito à
liberação de energia, pois uma molécula de
glicose só rende 2 ATPs
QUESTÕES
1) Escreva as reações da glicólise, mostrando as fórmulas estruturais dos intermediários e os nomes das enzimas que catalisam as reações.
2) Descreva os três possíveis destinos do piruvato.
3) Descreva os mecanismos que regulam a atividade da fosfofrutoquinase.
4) Como o processo geral da glicólise produz um rendimento líquido de 2 moléculas de ATP por molécula de glicose ?
5) Qual mecanismo a levedura (eucarioto inferior) utiliza para regenerar o NAD+ para continuar a glicólise ?
6) Se todas as enzimas glicolíticas, ATP, ADP, NAD+ e glicose são reunidos em condições ideiais (in vitro), o piruvato seria produzido ?