- Hidrólise das ligações glicosídicas mediada por glicosidades

1

V – Processos Metabólicos 1 – Metabolismo dos carboidratos a) Digestão dos carboidratos - Hidrólise das ligações glicosídicas mediada por glicosidades  Inicia-se na boca - Ação da alfa-amilase salivar (ptialina) - Rompe algumas ligações de forma aleatória, resultando numa mistura de oligossacarídeos - Esta atividade cessa quando chega ao estômago, devido ao pH ácido - É o único componente da dieta que tem a digestão iniciada na boca  Continua no intestino delgado (duodeno) - Ação da alfa-amilase pancreática - O pH ácido que vem do estômago é neutralizado pelo bicarbonato secretado pelo pâncreas  Se completa no jejuno - Ação de dissacaridases e oligossacaridases secretadas pelas células intestinais Ex. isomaltase, glicoamilase, lactase, sucarase  Absorção dos monossacarídeos pela mucosa intestinal - Glicose - Frutose - Galactose - Não requer insulina b) Metabolismo da frutose 

Monossacarídeo proveniente da quebra da sacarose Sacarose  frutose + glicose - A frutose não precisa de insulina para entrar nas células - É clivada pela aldolase beta em dois compostos: Dihidroxiacetona e D – gliceraldeído - Podem ser usados na glicólise ou gliconeogênese

c) Metabolismo da galactose 

Monossacarídeo proveniente da quebra da lactose Lactose  galactose + glicose - A galactose não precisa de insulina para entrar nas células - Deve ser fosforilada pela enzima galactoquinase D – galactose  galactose-1-fosfato - É convertida em UDP-galactose, que entra na via glicolítica ou na gliconeogênese

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d) Metabolismo da lactose 

Monossacarídeo formado pela ligação de uma glicose com uma beta-galactose - É produzido na glândula mamária pela enzima lactose sintetase - Síntese controlada por ação hormonal A enzima é formada por duas proteínas, A e B Durante a gestação a progesterona inibe a síntese da proteína B No final da gestação a prolactina estimula a síntese da proteína B

e) Metabolismo do glicogênio 

É uma fonte (reserva) de glicose para o organismo - São reservados no fígado e músculo esquelético - É um polissacarídeo ramificado que possui ligações alfa -1,4 na cadeia principal e alfa1,6 no ponto de ramificação



Síntese de glicogênio (glicogênese) - É feita a partir da molécula de alfa-D-glicose e requer ATP (energia) - As ligações alfa-1,4 são feitas pela enzima glicogênio sintetase - As ligações alfa-1,6 são feitas por uma enzima ramificadora chamada glicosil alfa – 4:6 transferase - As ligações alfa-1,6 ocorrem a cada intervalo de 8 glicoses

f) Regulação da glicemia 

Glicemia: 60 a 99 mg/100 mL de sangue Hiperglicemia – 100 a 125 (acima 125 – diabetes) Hipoglicemia – menos de 50 Controle feito por hormônios: adrenalina, insulina, glucagom e glicocorticóides

3



Fonte da glicose sanguínea

Ingestão de glicídeos - Principalmente de amido, que resulta em glicose no intestino delgado - Outros monossacarídeos são convertidos em glicose no fígado, que chegam pela veia porta Glicogenólise hepática - A reserva hepática não é muito grande - O músculo faz glicogenólise apenas para consumo próprio - É controlada pelo glucagom (sem estresse) e adrenalina (com estresse) - Etapas: 1 – Encurtamento de cadeias Feito pela enzima glicogênio fosforilase, que quebra as ligações alfa-1,4 A quebra ocorre até que sobrem quatro glicoses antes da ramificação 2 – Remoção das ramificações Feito por uma transferase, que transfere três glicoses da ramificação para a cadeia principal A glicogênio fosforilase volta a agir quebrando as ligações alfa-1,4 3 – Hidrólise da ligação alfa-1,6 Feita pela enzima amilo-alfa – 1,6 – glisosidade 4 - Conversão da glicose A glicogênio fosforilase libera glicose-1-fosfato Para ser liberada para o sangue ela deve estar sem o fosfato A enzima fosfoglicomutase transforma a glicose-1-fosfato em glicose-6-fosfato A enzima glicose-6-fosfatase retira o fosfato da glicose O músculo não possui esta última enzima Gliconeogênese - A reserva hepática dura 10 a 18 horas no jejum - Na ausência de ingestão e sem reservas o organismo produz glicose a partir do lactato e do glicerol, provenientes dos triglicerídeos, ou de alfa-acetoácidos, proveniente dos aminoácidos - No fígado ocorre 90% e no rim 10% - Substratos da gliconeogênse Glicerol – liberado da hidrólise dos triglicerídeos do tecido adiposo Lactato – liberado no sangue por células sem mitocôndrias (hemácias) e pelo músculo em exercício Piruvato – alfa-acetoácido derivado do metabolismo de aminoácidos glicogênicos

4

- Regulação da gliconeogênese Glucagom Disponibilidade de substrato Níveis diminuídos de insulina – mobiliza aminoácidos glicogênicos do músculo Jejum – lipólise em excesso inunda o fígado de ácidos graxos 

Destino da glicose sanguínea - Glicogênese hepática de muscular - Glicólise – quebra da glicose em piruvato

g) Via glicolítica - Quebra e transformação da glicose em piruvato (glicólise) - A glicose é o principal combustível da maioria dos organismos - Sua hidrólise até CO2 e H2O libera energia, que é armazenada na forma de ATP

5

- Etapas da via glicolítica

Etapa 1. Fosforilação da glicose a glicose-6-fosfato (o ATP á a fonte do grupo fosfato). Glicose + ATP

glicose-6-fosfato + ADP

A enzima que catalisa a reação é a hexoquinase O O - P - O-

2HC -

CH2OH

-

H

O H OH H

2+

+ ATP

OH OH H OH Glicose

Mg

hexoquinase

O H O H OH H

+ ADP

OH OH H OH Glicose-6-fosfato

Etapa 2. Isomerização da glicose-6-fosfato a frutose-6-fosfato. Glicose-6-fosfato

frutose-6-fosfato

A enzima que catalisa a reação é a glicosefosfato-isomerase. O 6 2HC - O - P - O

O 6

2HC -

-

O-P-O

O-

-

O H O H OH H 1 OH OH H OH

O glicose-6-fosfato isomerase

H OH H OH H

Glicose-6-fosfato

1 CH2OH

OH

Frutose-6-fosfato

Etapa 3. Fosforilação da frutose-6-fosfato gerando frutose-1,6-bifosfato (o ATP é o doador do grupo fosfato). Frutose-6-fosfato + ATP

frutose-1,6-bifosfato + ADP

A enzima que catalisa a reação é a fosfofrutoquinase.

6

O 6 2HC - O - P - O O

O 6 2HC - O - P - O

-

O CH2OH

O H OH 1 H

Mg

2HC -

O-P-O O

H OH 1

+ ATP Fosfofrutoquinase

OH

OH H

O

2+

O

-

H OH H

Frutose-6-fosfato

-

-

+ ADP

OH

Frutose-1,6-bifosfato

Etapa 4. Quebra da frutose-1,6-bifosfato produzindo dois fragmentos de 3-carbonos, gliceraldeído3fosfato e diidroxiacetona fosfato. Frutose-1,6-bifosfato

Gliceraldeído-3-fosfato + diidroxiacetona fosfato

A enzima que catalisa a reação é a frutose -1,6 bifosfato aldolase. O 2HC -

O-P-O O O

5

-

O

2HC -

H OH

O-P-O O

2

O 1 2HC - O - P - O

-

-

O

H - C - OH 5 O

-

+

2C O

H 4 3 OH OH H

4 HC O

Aldolase

2HC -

2HC - OH 3 Diidroxiacetona fosfato

Frutose-1,6-bifosfato

6

O-P-O O

-

D-Gliceraldeído-

3-fosfato

Etapa 5. Isomerização da dididroxiacetona fosfato produzindo gliceraldeído-3-fosfato. Diidroxiacetona fosfato

gliceraldeído-3-fosfato

A enzima que catalisa a reação é a triosefosfato-isomerase. 2HC

- OH

HC O

C O

H - C - OH

O 2HC -

O-P-O -

-

O Diidroxiacetona fosfato

O triose-fosfatoisomerase

-

2HC -

O-P-O -

O -GliceraldeídoD 3-fosfato

-

7

Etapa 6. Oxidação (e fosforilação) do gliceraldeído-3-fosfato produzindo 1,3-bifosfoglicerato. Gliceraldeído-3-fosfato + NAD+ + Pi

NADH + 1,3-bifosfoglicerato + H+

A enzima que catalisa a reação é a gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase.

1C - O - P - O O

H - C - OH +

+ NAD + HO - O - P - O

O 2HC -

3

O

O

1 HC O

O-P-O

O-

-

-

O D-Gliceraldeído3-fosfato

-

-

-

Gliceraldeído3-fosfatodesidrogenase

O H - C - OH O 2HC -

+ NADH + H

O-P-O

3

+

-

-

O D-Gliceraldeído1,3-Difosfato

Etapa 7. Transferência do grupo fosfato do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP (fosforilação do ADP a ATP) produzindo 3-fosfoglicerato. 1,3-bifosfoglicerato + ADP

3-fosfoglicerato + ATP

A enzima que catalisa a reação é a fosfoglicerato quinase.

O

O

O

C- O - P - O

-

OH - C - OH O 2HC -

C

-

2+

Mg

-

O-P-O

+ ATP

H - C - OH

+ ADP fosfoglicerato quinase

-

O 1,3-Bifosfoglicerato

Etapa 8. Isomerização do 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato. 3-Fosfoglicerato

O

2-Fosfoglicerato

A enzima que catalisa a reação é a fosfogliceromutase.

O 2HC -

O-P-O -

O 3-Fosfoglicerato

-

8

O C

O O

-

C

O

-

2+

O

Mg

-

H - C - OH

H-C-O-P-O Fosfogliceromutase

O 2HC -

O-P-O

O-

2HC OH

-

O 3-Fosfoglicerato

2-Fosfoglicerato

Etapa 9. Desidratação do 2-fosfoglicerato produzindo fosfoenolpiruvato. 2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato + H2O A enzima que catalisa a reação é a enolase.

O

O O

C

-

O

Mg

H-C-O-P-O O

O

C

2+

-

O

-

H-C-O-P-O Enolase

-

CH2

2HC OH

O

-

+ H 2O

-

Fosfoenolpiruvato (PEP) 2-Fosfoglicerato

Etapa 10. Transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP (fosforilação do ADP a ATP) gerando piruvato. Fosfoenolpiruvato + ADP

piruvato + ATP

A enzima que catalisa a reação é a piruvato quinase.

O C

O

O

-

O +

H +

H-C-O-P-O CH2

O

2+

-

-

Fosfoenolpiruvato

Mg + ADP

piruvatoquinase

C O

-

C O CH3 Piruvato

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- Controle da via glicolítica Objetiva manter as concentrações de ATP A velocidade da reação é limitada pela atividade das enzimas Três reações formam os pontos de controle da via: - Reação de glicose para glicose-6-fosfato, pela Hexoquinase - Produção de frutose-1,6-bifosfato, pela Fosfofrutoquinase - Reação de transformação de fosfoenolpiruvato em piruvato, pela Piruvato-quinase h) Destino do piruvato 

Em condições de aerobiose Oxidação do piruvato a acetato, que entra no ciclo do ácido cítrico e origina CO2 e H2O



Em condições de anaerobiose Fermentação láctea ou alcoólica

1 – Fermentação láctea - Redução do piruvato a lactato pela enzima lactato desidrogenase - São geradas duas moléculas de ATP - No fígado o lactato é transformado em glicose 2 – Fermentação alcoólica Descarboxilação do piruvato pela enzima piruvato-descarboxilase É transformação em acetaldeído Redução do acetaldeído pela enzima álcool desidrogenase São produzidos etanol e CO2

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3 – Respiração celular aeróbica

Consumo de O2 e liberação de CO2 Ocorre em três etapas   

Quebra da glicose até obtenção de acetil-coA Oxidação no ciclo do ácido cítrico até liberar CO2 e energia armazenada nos transportadores de energia NADH e FADH2 Fosforilação oxidativa – Oxidação dos cofatores (NADH e FADH2) e liberação de H+ e elétrons, que resulta na formação de água e ATP Oxidação do piruvato - Ocorre na mitocôndria ou no citosol em procariontes - Feita por um complexo de enzimas chamado de piruvato desidrogenase (E1, E2 e E3) que requer cinco co-enzimas - Este processo é chamado de descarboxilação oxidativa - Resulta no grupo acetila do acetil-CoA e em CO2 e NADH - O NADH (nicotinamida adenina dinucleotídeo) leva o elétron para a cadeia respiratória

Ciclo do ácido cítrico Também chamado de ciclo de Krebs ou dos ácidos tricarboxílicos 

Formação do citrato

- Condensação do acetil-CoA com o oxaloacetato pela enzima citrato sintase, formando uma molécula de seis carbonos - É liberado o CoA livre e citrato 

Formação do isocitrato

- A enzima aconitase transforma o citrato em cis-aconilato e depois em isocitrato 

Oxidação do isocitrato

- Descarboxilação oxidativa feita pela isocitrato desidrogenase - É formado o alfa-cetoglutarato, CO2 e NADPH 

Oxidação do alfa-cetoglutarato

- Descarboxilação oxidativa feita pelo complexo alfa-cetoglutarato desidrogenase - Resulta em succinil CoA, CO2 e NADH. - São enzimas semelhantes ao complexo piruvato desidrogenase e requerem os mesmos cofatores

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

Conversão do succinil coA em succinato

- A enzima succinil CoA sintetase faz esta conversão - Exige a participação de um nucleosídeo, ADP ou GDP - É formado o succinato e ATP ou GTP (um se converte no outro) 

Oxidação do succinato

- A enzima succinato desidrogenase o transforma em fumarato - Esta enzima fica fixa na membrana interna da mitocôndria - É formado um FADH2 Obs. O malonato é um análogo do succinato e um inibidor competitivo da succinato desidrogenase, bloqueando o ciclo. 

Hidratação do fumarato

- Formação de malato pela enzima fumarase 

Oxidação do malato

- Formação do oxaloacetato pela enzima malato desidrogenase - É liberado NADH Obs. Durante uma volta do ciclo apenas 1 ATP é produzido, no entanto os elétrons que vão para a cadeia respiratória produzirão muito mais

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Esta série de reações é catalisada pelas seguintes enzimas, como numeradas no diagrama: 1 Citrato sintase

6 Succinil CoA sintetase

2 Aconitase

7 Succinato desidrogenase

3 Aconitase

8 Fumarase

4 Isocitrato Desidrogenase

9 Malato desidrogenase

5 Complexo de -cetoglutarato desidrogenase

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Fosforilação Oxidativa Síntese de ATP direcionada pela transferência de elétrons ao Oxigênio É a etapa final da respiração aeróbia, que ocorre nas mitocôndrias Consiste na redução do O2 a H2O, utilizando os elétrons doados pelo NADH e FADH2 Tem a participação dos transportadores de elétrons. Estes são proteínas integrais de membrana, que recebem e transferem os elétrons em uma seqüência específica    

NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) e FAD (flavina adenina dinucleotídeo) Ubiquinona – está associado à membrana, recebe 1 ou 2 elétrons Citocromos – proteínas que contém ferro na molécula Proteínas Ferro-Enxofre (E-S) – o ferro está presente no enxofre da cisteína

A energia livre gerada é direcionada para a síntese de ATP por fosforilação Síntese de ATP – complexo enzimático ATP sintase É regulada pela quantidade de ADP

Somatório final: 1 C6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 P

6CO2 + 6H2O + 38 ATP

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Regulação da Respiração Celular A – Regulação da produção de Acetil-CoA  

Complexo piruvato desidrogenase é regulado alostericamente e por modificação covalente É fortemente inibida por ATP, acetil-CoA e NADH (os produtos)

Em vertebrados:   

Diminuição do acetato  acúmulo de AMP, CoA e NAD  ativação enzimática Aumento de ácidos graxos, acetil-coA, ATP e NADH  inativação enzimática Demanda energética  ativação enzimática



Fosforilação reversível da E1 por uma quinase A quinase é controlada alostericamente por ATP Diminuição de ATP  inativa a quinase  desfosforila E1 Aumento de ATP  ativa a quinase  fosforila E1

B – Regulação da velocidade do ciclo do ácido cítrico 

Inibição alostérica das enzimas



Disponibilidade de substratos Citrato sintase  disponibilidade de oxalacetato e acetil-coA Malato desidrogenase  diminuição de oxalacetato  diminui a velocidade do ciclo  Relação NADH/NAD Isocitrato desidrogenase e alfa-cetoglutarato desidrogenase  Relação NADH/NAD



Inibição por acúmulo de produtos Succinil coA inibe a alfa-cetoglutarato desidrogenase Citrato inibe a citrato sintase ATP inibe citrato sintase e isocitrato desidrogenase ADP e Ca++ ativa a citrato sintase Citrato, ATP e NADH controlam a glicólise Citrato inibe a fosforilação da frutose-6-fosfato