1 V Processos Metabólicos 1 Metabolismo dos carboidratos a) Digestão dos carboidratos - idrólise 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 p ácido - É o único componente da dieta que tem a digestão iniciada na boca ontinua no intestino delgado (duodeno) - Ação da alfa-amilase pancreática - p 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
2 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 alfa- 1,6 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 iperglicemia 100 a 125 (acima 125 diabetes) ipoglicemia menos de 50 ontrole 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 - utros monossacarídeos são convertidos em glicose no fígado, que chegam pela veia porta Glicogenólise hepática - A reserva hepática não é muito grande - 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 idrólise da ligação alfa-1,6 Feita pela enzima amilo-alfa 1,6 glisosidade 4 - onversão 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 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 2 e 2 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 2 + ATP Mg 2+ hexoquinase 2 - - P - - Glicose Glicose-6-fosfato Etapa 2. Isomerização da glicose-6-fosfato a frutose-6-fosfato. - + ADP Glicose-6-fosfato frutose-6-fosfato A enzima que catalisa a reação é a glicosefosfato-isomerase. 6 2 - - P - - - 1 Glicose-6-fosfato glicose-6-fosfato isomerase 6 2- - P - - - 1 2 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 6 2- - P - - 6 2- - P - - - 2 2 - - P - - Mg 2+ - 1 + ATP 1 + ADP Fosfofrutoquinase Frutose-6-fosfato - Frutose-1,6-bifosfato Etapa 4. Quebra da frutose-1,6-bifosfato produzindo dois fragmentos de 3-carbonos, gliceraldeído- 3fosfato 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. 2- - P - - 5-2 - - P - - - 2 4 3 Frutose-1,6-bifosfato Aldolase 1 2 - - P - - 2-2 - 3 Diidroxiacetona fosfato + 4 - - 5 2 - - P - - 6 - 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. 2-2 - - P - - - Diidroxiacetona fosfato - - 2 - - P - - - triose-fosfatoisomerase D-Gliceraldeído- 3-fosfato
7 Etapa 6. xidação (e fosforilação) do gliceraldeído-3-fosfato produzindo 1,3-bifosfoglicerato. Gliceraldeído-3-fosfato + NAD + + Pi NAD + 1,3-bifosfoglicerato + + A enzima que catalisa a reação é a gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase. 1 - - 2 - - P - - 3 - Gliceraldeído- 3-fosfatodesidrogenase D-Gliceraldeído- 3-fosfato + NAD + + - - P - - - 1 - - P - - - - - 2 - - P - - 3 - D-Gliceraldeído- 1,3-Difosfato + NAD + + 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. - - P - - - - - + ADP 2 - - P - - - 1,3-Bifosfoglicerato Mg 2+ fosfoglicerato quinase - - - + ATP 2 - - P - - - 3-Fosfoglicerato Etapa 8. Isomerização do 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato. 3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato A enzima que catalisa a reação é a fosfogliceromutase.
8 - - - 2 - - P - - - 3-Fosfoglicerato Mg 2+ Fosfogliceromutase - - - - P - - - 2 2-Fosfoglicerato Etapa 9. Desidratação do 2-fosfoglicerato produzindo fosfoenolpiruvato. 2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato + 2 A enzima que catalisa a reação é a enolase. - - - - P - - - 2 2-Fosfoglicerato Mg 2+ Enolase - - - - P - - + 2 2 - Fosfoenolpiruvato (PEP) 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. + + - - - - P - - 2 - Fosfoenolpiruvato + ADP Mg 2+ piruvatoquinase - 3 Piruvato
9 - ontrole da via glicolítica bjetiva 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 exoquinase - 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 xidação do piruvato a acetato, que entra no ciclo do ácido cítrico e origina 2 e 2 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 2
10 3 Respiração celular aeróbica onsumo de 2 e liberação de 2 corre em três etapas Quebra da glicose até obtenção de acetil-coa xidação no ciclo do ácido cítrico até liberar 2 e energia armazenada nos transportadores de energia NAD e FAD 2 Fosforilação oxidativa xidação dos cofatores (NAD e FAD 2 ) e liberação de + e elétrons, que resulta na formação de água e ATP xidação do piruvato - corre 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-oa e em 2 e NAD - NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) leva o elétron para a cadeia respiratória iclo do ácido cítrico Também chamado de ciclo de Krebs ou dos ácidos tricarboxílicos Formação do citrato - ondensação do acetil-oa com o oxaloacetato pela enzima citrato sintase, formando uma molécula de seis carbonos - É liberado o oa livre e citrato Formação do isocitrato - A enzima aconitase transforma o citrato em cis-aconilato e depois em isocitrato xidação do isocitrato - Descarboxilação oxidativa feita pela isocitrato desidrogenase - É formado o alfa-cetoglutarato, 2 e NADP xidação do alfa-cetoglutarato - Descarboxilação oxidativa feita pelo complexo alfa-cetoglutarato desidrogenase - Resulta em succinil oa, 2 e NAD. - São enzimas semelhantes ao complexo piruvato desidrogenase e requerem os mesmos cofatores
11 onversão do succinil coa em succinato - A enzima succinil oa 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) xidação do succinato - A enzima succinato desidrogenase o transforma em fumarato - Esta enzima fica fixa na membrana interna da mitocôndria - É formado um FAD 2 bs. malonato é um análogo do succinato e um inibidor competitivo da succinato desidrogenase, bloqueando o ciclo. idratação do fumarato - Formação de malato pela enzima fumarase xidação do malato - Formação do oxaloacetato pela enzima malato desidrogenase - É liberado NAD bs. Durante uma volta do ciclo apenas 1 ATP é produzido, no entanto os elétrons que vão para a cadeia respiratória produzirão muito mais
12 Esta série de reações é catalisada pelas seguintes enzimas, como numeradas no diagrama: 1 itrato sintase 6 Succinil oa sintetase 2 Aconitase 7 Succinato desidrogenase 3 Aconitase 8 Fumarase 4 Isocitrato Desidrogenase 9 Malato desidrogenase 5 omplexo de -cetoglutarato desidrogenase
13 Fosforilação xidativa Síntese de ATP direcionada pela transferência de elétrons ao xigênio É a etapa final da respiração aeróbia, que ocorre nas mitocôndrias onsiste na redução do 2 a 2, utilizando os elétrons doados pelo NAD e FAD 2 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 itocromos 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 6 12 6 + 6 2 + 38 ADP + 38 P 6 2 + 6 2 + 38 ATP
14 Regulação da Respiração elular A Regulação da produção de Acetil-oA omplexo piruvato desidrogenase é regulado alostericamente e por modificação covalente É fortemente inibida por ATP, acetil-oa e NAD (os produtos) Em vertebrados: Diminuição do acetato acúmulo de AMP, oa e NAD ativação enzimática Aumento de ácidos graxos, acetil-coa, ATP e NAD 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 itrato sintase disponibilidade de oxalacetato e acetil-coa Malato desidrogenase diminuição de oxalacetato diminui a velocidade do ciclo Relação NAD/NAD Isocitrato desidrogenase e alfa-cetoglutarato desidrogenase Relação NAD/NAD Inibição por acúmulo de produtos Succinil coa inibe a alfa-cetoglutarato desidrogenase itrato inibe a citrato sintase ATP inibe citrato sintase e isocitrato desidrogenase ADP e a++ ativa a citrato sintase itrato, ATP e NAD controlam a glicólise itrato inibe a fosforilação da frutose-6-fosfato