Marilvia Dansa - 2014
Marilvia Dansa - 2014
Sede extrema
Fome Dor de cabeça
Ir ao banheiro com frequência
Visão borrada
Pele seca
Sonolência Dor de
estômago
fraqueza
cansaço
Dor de cabeça
Fome
tontura
sudorese
Glicogênio, amido e sacarose
Via das pentoses fostato
Oxidação: catabolismo
Ribose 5-fosfato piruvato
Estoque: anabolismo
GLICOSE
glicólise
ou via de Embden-Meyerhoff
É a quebra parcial de uma molécula de glicose
Principal via metabólica dos processos fermentativos
Fermentação alcoólica ou fermentação láctica
Leveduras, bactérias, músculo e outras células do corpo
Primeira etapa do processo de respiração celular
“A fermentação é um movimento intestino de partículas ou princípios de cada
corpo, tendendo para a perfeição ou para a transformação em outro. As
partículas elementares postas em movimento, devido à sua própria natureza
ou ocasionalmente vibrando maravilhosamente, são aprisionadas e
transformam-se em outras: as sutis e mais ativas esforçam-se na tentativa de
escapar suavemente, mas estando entrelaçadas com outras mais espessas são
impedidas de fazê-lo. Também as mais espessas são mantidas unidas pelo
intento e expansão das mais sutis e são enfraquecidas até que cada uma
alcance sua própria grandeza e exaltação. Elas fixam em si a devida perfeição
ou completam as alterações e mutações designadas pela natureza.”
Willis, 1684
A fermentação é uma conseqüência da vida sem oxigênio
Com apenas 26 anos de idade, Pasteur fez uma descoberta sobre o desvio no plano
de polarização da luz que lhe valeu a concessão da Légion d'Honneur Francesa" .
Algum tempo após, atendeu a solicitação de alguns dos vinicultores e cervejeiros da
região que lhe pediram para descobrir como os vinhos e a cervejas azedavam.
Durante sua investigação, através do uso de microscópio, ele pôde constatar que a
levedura ocasionava este processo. Solucionou este problema através de um
processo que originou a atual técnica de pasteurização dos alimentos.
A partir desta nova descoberta, ficou constatado que tanto nos processos de
fermentação quanto nos de decomposição orgânica, há a ação de microorganismos.
“O levedo de cerveja, quando disperso em água, quebra-se em um número infinito de
pequenas esferas. Se estas esferas são transferidas para uma solução aquosa de
açúcar, elas desenvolvem-se em pequenos animais. Estes animais são dotados de uma
espécie de trompa de sucção com a qual eles devoram o açúcar da solução. A digestão
é reconhecível clara e imediatamente por causa da descarga de excrementos. Estes
animais evacuam álcool etílico dos seus intestinos e dióxido de carbono dos seus órgãos
urinários. Deste modo pode-se observar que um fluido especificamente mais claro é
exudado de seu ânus e ascende verticalmente, ao passo que um jato de dióxido de
carbono é ejetado em intervalos muito curtos dos seus genitais enormemente grandes.”
Friedrich Woehler and Justus von Liebig (1893) Annals of Chemistry,
vol. 29)
Eduard Buchner. 1o prêmio Nobel de
Química em 1907 [Der Einfluss des
Sauerstoffs auf Gärungen (A influência
do oxigênio na fermentação) publicado
em 1885.
*1860, † 1917
No. Água(mL)
Sucofervido(mL)
Resíduo(mL)
Dialisado(mL)
Tempo(horas)
Dióxido decarbono(grama)
1
2
2500
250
0250
00
00
25
00
000
025
484848
4848
0,2530,5610,264
0,1540,251
Mistura da reação: 25 mL de suco de levedura + 20 mL de água + 5 g de glicose.Curva A: representa a fermentação na ausência de fosfato adicionado;Curvas B e C: representam o efeito da adição sucessiva de duas quantidades de 5 mL de fosfato de sódio (0.3 M)
C
A
B
“É uma fração termossensível, porque o aquecimento a 50o C por somente um minuto
resulta um considerável grau de inativação. (...) O ativador tem as propriedades de
uma enzima. Eu proponho, portanto, designá-la “hexoquinase”, pois ela atua
especificamente em hexoses fermentáveis. (...) Com certas variações, a velocidade
inicial de formação de ácido lático é proporcional à quantidade de hexoquinase.
Levedura é o único material do qual foi possível isolar o ativador. (...) A procura da
“hexoquinase” em leveduras lisadas foi baseada na idéia de que extratos de levedura
apresentam uma esterificação rápida das hexoses fermentáveis, com subseqüente
fermentação. Extrato de músculos, ao contrário, não apresenta qualquer acumulação
de ésteres. Esta diferença deve ser devido ao fato de o fator essencial para a
esterificação da glicose ser mais concentrada em leveduras. A validade desta hipótese
é ilustrada por observações simultâneas da formação de ácido lático e esterificação de
hexoses em extratos de músculo ativados.”
Otto Meyerhoff (1930) Conversion of fermentable hexoses with a yeast
catalyst (hexokinase)
Droga Efeito
1. Fluoreto de Sódio
2. Cloro-acetal-fosfato (CAP)
3. Iodoacetato
Acúmulo de 2-fosfoglicerato e, a seguir, de 3-fosfoglicerato
Acúmulo de dihidroxicetona fosfato e, a seguir, de frutose1,6 bisfosfato
Um súbito acúmulo de gliceraldeído 1,3 bisfosfato seguido de desaparecimento e de um grande acúmulo de frutose 1,6 bisfosfato
A partir desta experiência, usando apenas os intermediários conhecidos na época, Embden propôs a primeira versão da via glicolítica.
Quebra parcial de uma molécula de glicose
é uma via catabólicacatabólica
é a via dos processos fermentativos
é passagem obrigatória para outras vias
É uma etapa da respiração aeróbica
é uma via universal !!!universal !!!
além da glicose, manose, galactose e frutose podem
ser usados como substrato
Glicólise ou via glicolítica ou via de Embden-Meyerhof
Pode ser definida como a quebra parcial de uma molécula de glicose
Dez reações - as mesmas em todas as células - mas a velocidade
difere
Convergência adaptativa
Dez reações divididas em duas fases:
Primeira fase ou fase de investimento:
converte uma molécula de glicose (6C) em duas
moléculas de gliceraldeído 3-fosfato (G3P) (3C)
Segunda Fase ou fase de pagamento:
produz duas moléculas de piruvato, duas moléculas
de ATP e 2 moléculas de NADH.H+
Na fase de investimento a molécula de glicose é fosforilada e quebrada em 2 moléculas de gliceraldeído
3P
Fosforilação da
glicose e sua
conversão a
gliceraldeído 3-
fosfato
É uma reação ” preparatória” - ATP é consumido aqui
para mais tarde ser recuperado
Acoplamento de reações - ATP produz a fosforilação
espontânea da glicose
Hexoquinase (ou glicoquinase) age para fosforilar a
glicose e mantê-la dentro da célula
Glicose + ATP Glicose 6-fosfato + ADP
R1: Glicose + ATP Glicose 6-fosfato + ADP
Hexoquinase é regulada - alostericamente inibida pela glicose-6-P
(produto)
Duas enzimas: hexoquinase e glicoquinase
Km para glicose é 0.1 mM; célula tem 4 mM glucose
Portanto a hexoquinase normalmente está ativa!
Glicoquinase (Kmglucose = 10 mM) somente é ativada quando a
célula está rica em glicose
Primeiro passo da glicólise; G negativo
R2: Glicose-6-P Frutose-6-P
Asclepias meadii ( Asclepiadaceae)
PFK é o passo limitante da glicólise! A segunda reação preparatória
Etapa limitante e G muito negativo significa que a PFK é
altamente regulada
ATP inibe, AMP reverte a inibição
Citrate é também um inibidor alostérico
Frutose-2,6-bifosfato é um ativador alostérico
atividade da PFK aumenta quando o status energético (ou a
carga energética) está baixo
atividade da PFK diminui quando o status energético está alto
C6 quebrada em 2 C3s (DHAP, Gli-3-P)
Aldolases animais são aldolases da classe I
Aldolases da classe I formam ligações covalentes (base de
Schiff) intermediárias entre o substrato e uma lisina do
sítio ativo da enzima
6C 3C 3C+
DiHidroxicetona-P é convertida a Gli-3-P
Fosforilação da
glicose e sua
conversão a
gliceraldeído 3-
fosfato
2x GLICERALDEIDO3P
Fase de pagamento ou síntese de ATP
Nesta fase as 2 moléculas de gliceraldeído 3P são convertidas em 2 moléculas de piruvato
Conversão oxidativa
do gliceraldeído 3P a
piruvato e a formação
acoplada de ATP e
NADH
A energia liberada na quebra da glicose é convertida em 4
ATPs
O saldo de ATP na glicólise é de 2 ATP
A segunda fase envolve dois intermediários de alta energia
1,3 BPG
Fosfoenolpiruvato
Gli-3P é oxidado a 1,3-BPG
A energia formada da conversão de um aldeído em um ácido carboxílico
é usada para produzir 1,3-BPG e NADH.H+
1,3-bisfosfoglicerato – primeiro composto de alta energia1,3-bisfosfoglicerato – primeiro composto de alta energia
Síntese de ATP a partir de um fosfato de alta energia
Reação conhecida como “ fosforilação no nível do
substrato”
Transferência do grupo fosforil do C-3 para C-2
Racional desta enzima - reposicionar o fosfato para
produzir PEP (composto de alta energia)
Formação de um intermediário fosfo-histidina!
2-P-Gli a PEP
Enolase catalisa o rearranjo da molécula = mais energia
pode ser liberada por hidrólise
PEP é o segundo composto de alta energia
PEP a Piruvato produzindo ATP
Estes dois ATPs (de uma molécula de glicose) podem ser vistos
como o “pagamento” da glicólise
G - negativo - regulação!
Alostericamente ativado por AMP, F-1,6-biP
Alostericamente inibido por ATP e acetil-CoA
G nas células:
A maior parte dos valores são próximos de zero
3 das 10 reações têm G negativos
G muito negativos são os sítios de regulação G muito negativos são os sítios de regulação
A velocidade da via glicolítica pode ser regulada de várias
maneiras:
1. Disponibilidade de substratos
2. Concentração de enzimas responsáveis pelos passos
limitantes da via
3. Regulaçao alostérica das enzimas 3. Regulaçao alostérica das enzimas
4. Modificação covalente das enzimas (fosforilação)4. Modificação covalente das enzimas (fosforilação)
3 pontos de regulação, 3 enzimas-chaves
Hexoquinase
Fosfofrutokinase (PFK1)
Piruvato kinase (PK)
Hexoquinase – regulada pelo produto G6P (feed-back
Fosfofrutokinase (PFK1) – carga energéticaFosfofrutokinase (PFK1) – carga energética
Piruvato kinase (PK) – carga energéticaPiruvato kinase (PK) – carga energética
Fosfofrutokinase (PFK1) Fosfofrutokinase (PFK1) – inibida por ATP e citrato;
ativada por ADP e frutose2,6bisfosfato(F2,6bisP)
Piruvato kinase (PK) Piruvato kinase (PK) – inibida por acetil-CoA, ATP,
alanina e acidos graxos; ativada por frutose 1,6P
Regulação por hormônios:
Fosfofrutokinase (PFK1) – Fosfofrutokinase (PFK1) –
Piruvato kinase (PK) – Piruvato kinase (PK) –
A frutose 2,6 bisfosfato ativa a PFK1 e consequentemente a glicólise
A frutose 2,6 bisfosfato é convertida a frutose 6P em resposta a altos niveis de glucagon (baixo niveis de glicose sanguinea)
Caminho anaeróbico ou aeróbico?
NADH.HNADH.H++ é energia - dois possíveis destinos
metabólicos:
Em condições anaeróbicas, NADH.H+ é re-oxidado
fornecendo NAD+ para mais glicólise
Em condições aeróbicas, NADH.H+ é re-oxidado na
cadeia transportadora de elétrons, produzindo ATP por
fosforilação oxidativa
PiruvatoPiruvato também é energia - dois destinos
metabólicos possíveis:
Em condições anaeróbicas: transformação em um dos
produtos finais da fermentação (lactato ou etanol e CO2 )
Em condições aeróbicas: transformação em CO2 e H2O
Summary of relevant variations in the glucose-degrading pathways of archaea, as compared with the classical bacterial/eukaryal pathways. Pyr:Fd OR, pyruvate ferredoxin oxidoreductase; TCA, trichloroacetic acid. Adapted from Archives of Microbiology, Comparative analysis of the Embden–Meyerhof and Entner–Doudoroff glycolytic pathways in hyperthermophilic archaea and the bacterium Thermologa, Selig, M., Xavier, K. B., Santos, H. and Schönheit, P., 167, p. 230, Figure 11, 1997 © Springer-Verlag GmbH & Co. [5].
Frutose, manose e galactose
Frutose e manose entram na glicólise diretamente
Galactose - a via de Leloir "converte" galactose em
glicose
A glicólise constitui a maior parte das reações que compõem os processos
fermentativos
A glicólise é essencial para obtenção de energia em organismos anaeróbicos
A glicólise sustenta boa parte do aporte de energia muscular em atividade
intensa (anaerobicamente)
A glicólise é a primeira das 3 etapas que compõem a respiração celular
Alguns intermediários da via glicolítica são comuns a várias outras vias
metabólicas
O piruvato é um dos principais pontos de convergência das vias catabólicas
Glicose, frutose, manose ou galactose
Nas duas linhagens celulares, o consumo de glicose é reduzido na presença de oxigênio – o efeito Pasteur (P). Entretanto, a linhagem celular mais agressiva, MDA-MB-231, tem um consumo de glicose muito maior na presença de oxigênio que a celula MCF-7 de fenótipo não invasivo – o efeito Warburg (W). Why do cancers have high aerobic glycolysis?Robert A. Gatenby & Robert J. GilliesNature Reviews Cancer 4, 891-899 (November 2004)
Oncogene (2006) 25, 4633–4646
1. Hexoquiinase, gliceraldeído-3-P desidrogenase (GAPDH), e enolase –
enzimas envolvidas com regulação transcricional de proteína
(Niederacher and Entian, 1991; Herrero et al., 1995; Feo et al., 2000; Rodriguez et al., 2001; Zheng et
al., 2003).
2. Hexokinase e GAPDH podem regular apoptose
(Ishitani and Chuang, 1996; Shashidharan et al., 1999; Tajima et al., 1999; Dastoor and Dreyer,
2001; Gottlob et al., 2001; Pastorino et al., 2002; Rathmell et al., 2003; Majewski et al., 2004),
3. Glicose-6-P isomerase pode afetar a motilidade celular
(Liotta et al., 1986; Nabi et al., 1990; Watanabe et al., 1996; Niinaka et al., 1998; Sun et al., 1999).
1. Quais os substratos da glicólise?
2. Quais os produtos da glicólise?
3. Quais as enzimas chaves da glicólise?
4. Como a carga energética da célula regula a glicólise?
5. Por que organismos anaeróbicos fazem fermentação?
6. Em que circunstâncias organismos aeróbicos fazem
fermentação?