Metabolismo de carboidratos parte I: glicólise e via das pentoses

Olá pessoal, Professora Andrezza por aqui, vamos  continuar então? Agora, vamos aprender sobre o metabolismo de carboidratos e se você não assistiu  a aula sobre carboidratos, minha sugestão é: dá uma pausa neste vídeo aqui e assiste primeiro  aquela aula, por que vai ajudar bastante. E não dá para falar em carboidrato sem pensar em glicose. 

A glicose é um monossacarídeo de seis carbonos e que ocupa uma posição central no metabolismo  de plantas, animais e muitos microrganismos, não só por ser um excelente combustível universal,  gerando por volta de 38 ATPs quando completamente oxidada, mas também porque é um precursor de  vários compostos fundamentais para as células. Muito bem, e se ela é tão importante assim,  como essa glicose chega nas células? Geralmente os organismos se alimentam de carboidratos que  contém glicose em sua estrutura e por ação de enzimas digestivas, essas moléculas são quebradas  e os monossacarídeos liberados na circulação.

Para atravessar as membranas da maioria das células,  a glicose usa um transportador específico chamado de GLUT, em um transporte passivo, ou seja, dos  lugares de maior para menor concentração. Mas em alguns tecidos, a glicose irá entrar na  célula através de um transporte acoplado ao sódio ou ainda em um transporte dependente  do hormônio insulina. Ao entrar na célula, a glicose pode seguir por alguns destinos  diferentes.

Se a necessidade celular for energia, a glicose pode ser oxidada pela glicólise, gerando  piruvato, ATP e NADH; se for ribose para síntese de ácidos nucleicos por exemplo ou poder redutor  para reações de biossíntese, pode ser oxidada pela via das pentoses-fosfato, gerando ribose 5 fosfato  e NADPH; se estiver sobrando pode ser armazenada pela glicogênese, na forma de glicogênio se for na  célula animal ou amidogênese, na forma de amido se for na célula vegetal, e ainda a glicose pode ser  direcionada para síntese de polímeros estruturais. Vamos começar com um destes destinos então? A glicólise ou via glicolítica é uma série de dez reações catalisadas por enzimas que acontece  no citosol das células, com o objetivo de obter ATP.

Para alguns organismos e para algumas  células de organismos multicelulares esse processo é a única fonte de energia disponível. Nós vamos dividir didaticamente esse processo em duas etapas. Na primeira etapa de cinco reações,  a glicose, uma molécula de seis carbonos, vai ser quebrada em duas moléculas de três carbonos, e  durante esta etapa ao invés da célula produzir ATP, ela irá consumir dois ATPs.

Pois é, mas  nós vamos chamar essa fase de investimento e não de gasto, Ok? E por isso a próxima fase  será chamada de fase de pagamento, ou seja, a célula receberá os dois ATPs investidos, mas  ainda vai sair no lucro de dois ATPs e mais duas coenzimas reduzidas NADH, que também em um momento  futuro irão gerar aproximadamente três ATPs cada uma. Vamos às reações então?

Mas, calma. . .

serão  diversos nomes de enzimas, substratos e produtos, mas o nosso interesse neste curso é que vocês se  atentem mais para o processo, então percebam as modificações na molécula de glicose e os produtos  finais formados, que são muito importantes, OK? Assim que a glicose entra na célula ocorre a  primeira reação que envolve a fosforilação da glicose formando glicose 6-fosfato, catalisada  pela hexoquinase. Essa etapa é decisiva e irreversível.

A célula investiu ATP para que,  uma vez fosforilada, a glicose NãO saia mais de dentro dela, já que a glicose 6-fosfato  não é transportada pelo GLUT. Com a glicose segura dentro da célula, as próximas reações irão  transformar a molécula de seis carbonos em duas de três carbonos, então nas reações reparem que a  molécula se tornará o mais simétrica possível. A segunda reação forma frutose 6 fosfato, por ação  de uma isomerase.

Na Terceira reação acontece uma nova fosforilação, também à custa de ATP, aí  está o Segundo ATP investido, em outra reação irreversível, catalisada pela fosfofrutoquinase  1, formando a frutose 1,6 BISfosfato, observe como essa molécula é mais simétrica. Na quarta reação  a aldolase cliva esse composto cíclico liberando o gliceraldeído 3 fosfato e a dihidroxicetona  fosfato. Outra isomerase catalisa a última reação da fase de investimento, convertendo a  dihidroxicetona em gliceraldeído 3 fosfato, já que essa é a molécula aceita pela próxima enzima  da via.

Já temos duas moléculas de três carbonos, daqui pra frente pense que o processo ocorre  de forma duplicada e para recuperar aquele investimento de dois ATPs, OK? Pronto, vamos para  a fase de pagamento, respire! A sexta reação é uma reação de oxido-redução bastante complexa,  catalisada pela Gliceraldeido três fostato desidrogenase, que libera 1,3 bisfosfoglicerato  e reduz a coenzima NAD a NADH.

Nesta etapa então se formam as duas moléculas de NADH que irão  transportar elétrons para a cadeia respiratória. Na sétima reação, o substrato tem sua ligação  de alta energia transferida para o ADP formando ATP e 3-fosfoglicerato por ação de uma quinase.  Pronto!

temos o pagamento dos 2 ATP investidos anteriormente. Esse processo de formação de ATP  pela transferência de um grupo fosfato de um substrato para o ADP é chamado de fosforilação  no nível do substrato. Já viu que a gente gosta de nomes né?

Na oitava reação, uma mutase catalisa  a formação do 2-fosfoglicerato que é desidratado pela enolase formando fosfoenolpiruvato na  nona reação. E finalmente, ufa, o último passo na glicólise é a formação do piruvato e mais uma  fosforilação no nível do substrato formando ATP, processo catalisado irreversivelmente pela  piruvato quinase. Olha aí o rendimento em ATP!

Então pessoal, os produtos da glicólise são duas  moléculas de piruvato, duas de NADH e duas de ATP. Uma das funções da glicólise é gerar energia, mas  só dois ATPs foram gerados? ?

? Cadê os outros 36 ATPs? ?

Calma a glicose ainda não foi completamente  oxidada e o processo completinho vocês só irão conhecer em detalhes em Funcionamento da Vida II.  Cenas do próximo capítulo. E como a glicólise é regulada?

Em vias metabólicas, as enzimas que  catalisam as reações irreversíveis são locais potencias de controle e esse controle na maioria  das vezes é feito por alosteria ou modificação covalente. No caso da Glicólise, as três etapas  de regulação são os catalisados pela Hexoquinase, Fosfofrutoquinase 1 e Piruvato quinase.  A hexoquinase é inibida pelo seu produto, a glicose 6-fosfato.

As outras duas enzimas  são reguladas pela disponibilidade de energia e substratos para obtenção de energia por  outras vias. Quando energia está sobrando a velocidade dessa via diminui, já que essas  enzimas alostéricas são inibidas por ATP. Quando está faltando energia, ou seja, está  sobrando ADP e AMP, a fosfofrutoquinase 1 é ativada e o produto da sua reação que é frutose  1,6 bisfosfato irá ativar a última enzima da via, a piruvato quinase.

A piruvato quinase ainda é  ativada ou inibida por modificação covalente, através de um processo de sinalização  celular resultado da ligação de insulina e glucagon aos seus receptores. A insulina é um  hormônio produzido pelo pâncreas de vertebrados e liberado na circulação quando a concentração de  glicose aumenta. O glucagon também é um hormônio produzido pelo pâncreas de vertebrados, mas ele  é liberado na circulação quando a concentração de glicose diminui.

Então pense um pouquinho. . .

quando  a insulina é liberada, isso é sinal que temos glicose disponível, então a via glicolítica pode  ser ativada? Simmmm. Na presença de glucagon, há baixa concentração de glicose, então vamos usar  glicose para obter energia?

? ? Nãooooo.

Isso mesmo que acontece. Mas isso ocorre por modificação  covalente da piruvato quinase. Na presença de insulina, há ativação de uma fosfatase que  remove o fosfato da enzima, ativando-a.

Na presença de glucagon, há ativação de uma quinase  que adiciona um fosfato na enzima, inibindo-a. E agora, o que acontece com os dois piruvatos  gerados? ?

? O piruvato pode ser direcionado para formação de aminoácidos para síntese proteica  por exemplo; mas, se a necessidade celular for energia, ele pode seguir dois destinos diferentes,  dependendo da disponibilidade de oxigênio. Em condições aeróbicas, o piruvato entra na  MITOCONDRIA, onde é oxidado com perda do grupo carboxila na forma de gás carbônico, para formar  uma molécula de dois carbonos, a acetil-Coenzima A, lembra dela que eu falei para vocês que ocupava  uma posição central no metabolismo?

olha ela aí! A acetil coenzima A então é totalmente oxidado  a gás carbônico no ciclo de Krebs. Os elétrons originados dessa oxidação e transportados pelas  coenzimas são passados para o O2 através de uma cadeia transportadores de elétrons, na chamada  cadeia respiratória que é acoplada a um processo chamado de fosforilação oxidativa, que gerará  uma grande quantidade de ATP.

Detalhes? Cenas do próximo capítulo, funcionamento da vida II,  te espero lá. Mas em condições anaeróbicas ou quando a célula não possui mitocôndria o que  acontece?

Acontece o processo conhecido como fermentação. Nesse processo, o piruvato pode ser  reduzido à lactato, etanol, propionato, butirato, dependendo das Enzimas que o organismo ou a  célula dispõe. Os processos mais comuns são a fermentação láctica e a fermentação alcoólica.

Mas  reparem que durante esse processo de fermentação mais nenhunzinho ATP é gerado. Na verdade o  ATP gerado para essas células ou para esses organismos que dependem da fermentação são aqueles  dois ATPezinhos gerados durante a glicólise. Mas então, porque o processo de fermentação  ocorre?

Para nada? ? ?

Não! ! !

! para NADDDD, entendeu o trocadilho? O processo acontece para  recuperar, reoxidar as moléculas de NADH que foram reduzidas durante a glicólise, entendeu?

E o homem  tem se beneficiado desses processos de fermentação realizado pelos microrganismos, como por  exemplo a produção de biocombustíveis, de pães, bebias alcoólicas, de iogurtes, vinagre e tantas  outras aplicações biotecnológicas. Eu gostaria de ressaltar que em condições anaeróbicas, na  ausência de oxigênio, somente carboidratos servem para obtenção de energia! Mas a glicose também  pode ser oxidada por uma outra via chamada via das pentoses fosfato gerando ribose 5-fosfsato  e NADPH.

Vamos ver como esse processo funciona? A via das pentoses é uma série de reações e  interconversões catalisadas por enzimas que também acontece no citosol das células. O objetivo  desta via é obter ribose e NADPH.

E onde a célula usa ribose? Em várias reações de biossínteses,  como a de ácidos nucleicos, a de coenzimas, e até da própria molécula do ATP tem ribose.  E o NADPH, e não confunda com o NADH que nós vimos ser gerado na glicólise.

Essa coenzima  reduzida, NADPH, também transporta elétrons, mas para várias reações importantes como as  biossínteses de ácidos graxos, de nucleotídeos, de colesterol, de neurotransmissores, mas também  para reações que combatem o estresse oxidativo na célula e que se não combatido, pode levar  a célula a morte, além de participar também do processo de desintoxicação. Percebeu como esta  via é fundamental? Nós também vamos dividir didaticamente esse processo em duas etapas: a fase  oxidativa e a não oxidativa.

Na fase oxidativa teremos a formação destes dois produtos tão  importantes para o metabolismo. A fase não oxidativa é uma fase de rearranjos moleculares  que forma açúcares fosforilados de 3 a 7 carbonos. Reparem que a fase oxidativa se inicia a partir  da glicose 6-fosfato, lembram da 1ª reação da glicólise que formava essa molécula investindo  ATP?

E no final da fase oxidativa temos a formação de uma molécula de ribose 5-fosfato e duas de  NADPH. Mas se a fase oxidativa forma tudo o que a célula precisa, qual a necessidade da fase  não oxidativa? Imaginem agora, uma célula, como a do tecido adiposo, que está sintetizando  e armazenando ácidos graxos, ela precisa muito de NADPH, mas não de ribose.

E o que fazer com essa  ribose então? Reciclar nessa fase não oxidativa, formando intermediários da glicólise, por exemplo,  que acabarão gerando ATP para essa célula que por estar em um processo anabólico, ou seja, de  síntese, está precisando muito de ATP também! Nada é por acaso.

. . E como essa via é regulada?

Se  a glicose 6-fosfato é o substrato para a glicólise e para a via das pentoses, como a célula decide  que caminho a glicose 6-fosfato irá seguir? Isso depende das necessidades celulares naquele  momento. Vamos resumir o que vimos até agora então?

Glicose entra na célula qual a 1ª reação  que acontece? Isso, ela é fosforilada formando glicose 6-fosfato em uma reação que gasta ATP. Mas  esse é um gasto?

Não! é um investimento, pois uma vez fosforilada aquela glicose ninguém tasca,  e será usada nas necessidades daquela célula, pois glicose 6-fosfato não é mais reconhecida pelo  GLUT. Essa glicose 6-fosfato pode ser oxidada por duas vias então, se a necessidade da célula  são moléculas para biossínteses, por exemplo, a glicose 6-fosfato segue pela via das pentoses,  que gera ribose 5-fosfato e duas moléculas de NADPH.

Quando a necessidade da célula é  gerar energia, a glicose 6-fosfato é então direcionada para a glicólise, cujos produtos  são, dois piruvatos, dois NADHs e dois ATPs. O destino dos piruvatos depende da presença de  oxigênio. Em condições anaeróbicas, o piruvato segue para o processo de fermentação.

Para que?  Para gerar mais energia? ?

? Não! Então para que, para Nada?

Não, para NAD, lembra? ou seja, para  reoxidar o NADH. Já, em condições aeróbicas, ou seja na presença de oxigênio, o piruvato entra  na mitocôndria, perde gás carbônico e gera acetil Coenzima A que entrará no ciclo de Krebs,  onde será totalmente oxidado, liberando duas moléculas de gás carbônico e gerando por volta  de uma molécula de ATP, além de quatro coenzimas reduzidas: três NADHs e um FADH2.

Essas coenzimas  são reoxidadas ao entregarem seus elétrons na cadeia respiratória, que é acoplado ao processo  de formação de ATP, chamado de fosforilação oxidativa. Não é lindo? ?

é tudo isso aí, obrigada  pela paciência e nos vemos no próximo vídeo.