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AULA S GLICÓLISE: COMO OBTER ENERGIA A PARTIR DA GLICOSE? META Mostrar como acontece a quebra parcial da molécula de glicose. OBJETIVOS Ao final desta aula, você deverá ser capaz de: 1 . identificar as enzimas da via glicolítlca, sua atividade catalítica e a afinidade por seus substratos; 2. descrever as reações químicas que compõem a via glicolítica e suas particularidades cinéticas e termodinâmicas; 3. identificar a estrutura dos intermediários da via glicolítica e suas características moleculares; 4. econhecer as moléculas de alta energia sintetizadas na glicólise; 5. avaliar o ignificado biológico da via glicolítica. Para acompanhar est oxidação e redução ( de carboidratos (Aula 1 . QUEBRAR GLICOSE Na última aula, vocês PACE 1 ar 25 Sv. ipe to view r claro o conceito de conhecer a estrutura principal substrato oxidável para a maior parte dos seres vivos. Viram também que a glicólise é uma via universal que ocorre no citoplasma das células. Falamos, ainda, que a degradação da glicose tem por objetivo extrair energia desta molécula e armazenar esta energia em ATP.

Portanto, da próxima vez que estiver comendo alimentos que contenham glicose (ou qualquer um dos carboidratos utilizados a via glicolítlca), lembre-se de que fazemos isso para fornecer ATP para nossas atividades celulares. Nesta aula, vamos estudar a glicólise com mais detalhe, identificando cada uma das suas reaç Swipe to vlew next page reações e as enzimas que as catalisam isoladamente. Não tente decorá-las. Entenda o que acontece com a molécula de glicose durante sua oxidação e em que momentos a célula usa a energia liberada neste processo para sintetizar compostos ncos em energia, como o ATP. Figura 5. : Sacarose, aquele açúcar que usamos em doces e no cafezinho, é um dissacarídeo composto de glicose e frutose, dois ubstratos da via glicolítica. Fonte: http://w. sxc. hu/photo/545234. Autor: Mike Hughes. 2. A CÉLULA EMPRESTA ENERGIA PARA A GLICÓLISE ACONTECER DEPOIS RECEBE ESTA ENERGIA EM DOBRO A via glicolítica pode ser vista de várias maneiras. Aqui, vamos dividi-la em duas etapas para facilitar o entendimento da dinâmica desta via (Figura 5. 2). A primeira etapa da glicólise tem o nome de etapa de ativação. Ela também pode ser chamada de etapa preparatória, etapa de investimento de energia, ou etapa endergônica.

A segunda etapa denomina-se etapa de pagamento, etapa de s[ntese de ATP ou etapa exergônica. A ideia de dividir a glicólise em etapas (investimento e pagamento) é mostrar que a célula prepara a molécula de glicose na primeira fase para ser reconhecida e utilizada na segunda etapa. Sem isso, a glicose pode seguir outros caminhos metabólicos e não cumprir a função primordial da via glicolítica, a de sintetizar ATP. Este objetivo da via só é alcançado na segunda fase, quando de fato a via sintetiza seu produto mais importante, o ATP.

Vamos saber como isso acontece? Então, vamos lá. Foto: Sanj a Gjenero Figura 5. 2: A glicólise pode ser dividida em etapa de investimento e etapa PAGF Sanj a Gjenero e etapa de pagamento. Na primeira fase, a célula usa 2 moléculas de ATR e na segunda fase ela sintetiza 4 moléculas de ATP. Saldo final = 2 moléculas de ATP para cada glicose utilizada na via. A glicólise é composta de 10 reações químicas catalisadas por 10 enzimas específicas. A primeira etapa (ativação) é composta de S reações. E a segunda etapa (pagamento), pelas S reações restantes.

As etapas da via glicolítica são mostradas na Figura 5. 3. Cada reação química da glicólise precisa de um “empurrãozinho” pra acontecer. Quem dá este “empurrãozinho” são as enzimas ver Bioquímica 1 para relembrar o que são enzimas). Nós também vamos falar delas. Glicose Fase de investimento de energia Fase de pagamento 2ADP 12 ATP 2 NAD+ 2 NADA I 4 ADP 1 4AP 2 piruvato 2(3C) Saldo final 2 piruvato + H2 OGIicose 2 ATP2 ADP + 2 Pi Figura 5. 3: Esquema mostrando a sequência de eventos que ocorrem na via glicolítica. R significa reação.

As reações estão numeradas de RI a RIO. Na etapa de investimento, a célula empresta ATP. Na fase de pagamento, a célula paga o ATP investido com “juros” para a célula. RI . A glicose é fosforilada formando glicose-6P R3. A frutose-6P é fosforilada novamente R4. A frutose-l ,6-biP é quebrada em DHAP + GAL3P RS. Dihidroxicetona-p é convertida a gliceraldeido-3P R6. Gliceraldeíd03P é fosforilada por Pi RI O. Fosfoenolpiruvato perde fosfato, formando ATP Etapa de investimento Etapa de pagamento ATP entra ATP sai fosfato, formando ATP 3.

ETAPA DE INVESTIMENTO DA GLICÓLISE: a célula empresta energla Na primeira etapa da glicólise, encontramos 5 reações que culminam com a transformação da glicose em 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato (gliceraIdefdo-3P) (Esquema 5. 1 Você se lembra (Bioquímica 1) que o gliceraldeído é a menor aldose que existe? Esta molécula tem 3 carbonos e, portanto, é na primeira etapa da glicólise que ocorre a quebra da molécula de glicose. Esquema 5. 1: primeira fase da glicólise ou fase de investimento de energia.

Nesta fase, a molécula de glicose, que tem 6 carbonos, é quebrada em duas moléculas de gliceralde(do-3P, que tem 3 carbonos cada uma. Boxe de atenção É muito comum o estudante confundir os termos qu[micos que utilizamos em Bioquímica. Um dos erros mais comuns é achar que gliceraldeído 3-fosfato é uma molécula de gliceralde(do com 3 grupos fosfato. Ou que frutose 6-fosfato é uma frutose com grupos fosfato. Não esqueça! Os números indicam a posição do fosfato na molécula. Portanto, gliceraldeído 3-fosfato é um gliceraldeído com Glicose 2x Gliceraldeído-3P (6C) (2x3C) um grupo fosfato no carbono 3.

Frutose 1,6-bifosfato é uma molécula de frutose com 2 grupos fosfato ligados. Um dos grupos fosfato está ligado no carbono 1 da frutose e o outro grupo fosfato está ligado no carbono 6 da frutose. E assim por diante. Procure nos livros de Bioquímica da biblioteca do seu pólo e desenhe a molécula de gliceraldeido e a molécula de gliceraldeído-3-fosfato. Faça o esmo sempre desenhe a molécula de gliceraldeído e a molécula de gliceraldeído-3-fosfato. Faça o mesmo sempre que tiver dúvida sobre a estrutura da molécula. Observe com calma e atenção. Se tiver alguma dúvida, não demore a procurar ajuda.

Fim do boxe de atenção. 3. 1. A PRIMEIRA REAÇÃO DA VIA (RI): a glicose é fosforilada. A glicose que ingerimos durante a alimentação é absorvida pelas células do nosso epitélio intestinal e, de lá, é enviada para as outras células do corpo pela corrente sanguínea. A entrada da glicose nas células acontece por um sistema de transporte onhecido por vocês, o transporte passivo (ver Biologia Celular, Aula 1, páginas 137 e 138). A glicose é transportada a favor do gradiente de concentração, sem gasto de energia, graças ? presença de uma proteína carreadora específica, chamada GLUT (Figura 5. ). Figura 5. 4. O transporte de glicose. A glicose entra na célula através de uma proteína específica, cujo nome é GLUT4. A quantidade de GLUT4 é que determina a quantidade de glicose que vai entrar na célula. Fonte: adaptado de http://w. betacell. org/documents/managed/article_panel _ images/ insulin-receptor-GLUT4_w500. jpg Após entrar na célula, a glicose é mediatamente fosforilada no carbono 6, tornando-se glicose-6-fosfato (glicose-6P ou G6P). Esta é uma reação irreversível, G é bastante negativo. A fosforilação da glicose é apois seu primeira reação da via glicolítica (Esquema 5. ) e uma das reações mais importantes desta via. Quem fornece o fosfato para esta reação é o ATP, que é hidrolisado a adenosina di fosfato (ADP). O ATP não está sozinho nes PAGF s 5 reação é o ATP, que é hidrolisado a adenosina di fosfato (ADP). O ATP não está sozinho nesta reação: ele forma um complexo com o Mg++ (magnésio), formando ATP- Mg++ . A fosforilação da glicose impede que ela retorne pelo mesmo transportador, quando os níveis de glicose na célula são maiores que na corrente sanguínea. Isso ocorre porque GLUT não é capaz de transportar glicose-6P (Figura 5. ). Glicose Fora da célula Dentro da célula Figura 5. 5: A glicose é mantida na célula por sua fosforilação a glicose-6P. Quando a glicose recebe um fosfato, não pode sair da célula. Assm, a célula garante que a glicose ficará dentro dela. Verbete Fosforilação – é a reação de adição de um fosfato a uma molécula. Na glicólise, você verá várias reações de fosforilação de iferentes substratos. Fim do verbete A reação de fosforilação da glicose é catalisada pela enzima chamada hexoquinase na maior parte dos tecidos.

Apenas no fígado, em vez da hexoquinase, é a glicoquinase que catalisa a mesma reação. A interação da enzima com seu substrato é um exemplo do mecanismo de encaixe induzido (este mecanismo você viu em Bioquimica 1 e pode relembrar no boxe Saiba mais). Glicose ATP Citoplasma Fluido extracelular Glicose Glicose Glicose Glicose + ATP I Glicose-6P + ADP I Reação 1 formando glicose-6-fosfato (G6P) I GOEsta reação é catalisada pela enzima hexoquinase. I Esquema 5. 2: A primeira reação da via glicolítica é a fosforilação da glicose no carbono 6, — 1 kJ/mol Boxe Explicativo Saiba mais!!!

Mecanismo do Encaixe Induzido Mudança conformacional kJ/mol Mudança conformacional da enzma hexoquinase induzida pela ligação do substrato (glicose). Em (a), a enzima está na sua forma inativa, sem o substrato ligado. Em (b), a ligação da glicose induz uma reorientação dos Aberto Glicose ATP hexoquinase resíduos de aminoácidos do sítio catalítico, que leva a enzima à sua forma ativa, possibilitando a ligação do ATP e a catálise (c). Este mecanismo é conhecido como encaixe induzido. Para ver uma animação deste processo, acesse: http://w. hem. ucsb. edu/—molvisual/ABLE/induced_fit/index. html Ao entrar na pagina vá ate a fig. 2. Induced fit Movie. Final do boxe explicativo estrutura tridimensional de uma proteína I Verbete Mudança conformacional — Este é um termo usado para falar de mudanças na Fim do verbete As enzimas hexoquinase e glicoquinase apresentam diferenças marcantes que determinam um comportamento diferenciado entre os tecidos que as contêm. Esta diferença está na afinidade das duas enzimas pelo seu substrato, glicose.

A hexoquinase tem um Km para glicose de 0,1 rnM, enquanto a glicoquinase tem um Km de 10 mM (Figura 5. 6). Isto quer dizer que a hexoquinase tem uma afinidade maior pela glicose que a glicoquinase. Figura 5. 6: Atividade das enzimas glicoquinase e hexoquinase em função da concentração do substrato ([glicose]). Observe a linha tracejada. Para uma mesma concentração de glicose, a enzima hexoquinase tem uma atividade bem maior que a glicoquinase. Em outras palavras, o ponto A indica maior atividade enzimática da hexoquin PAGF 7 que a glicoquinase.

Em outras palavras, o ponto A indica maior tividade enzimática da hexoquinase do que a glicoquinase (ponto B) para a mesma concentração de substrato (aproximadamente 2,5 mM). Boxe de Atenção Fique atento ao conceito de Km constante de Michaelis-Menten, que você estudou em Bioquímica 1. Este é um conceito que utilizaremos bastante na Bioquímica 2. O Km de uma enzima por seu substrato é definido como a concentração de substrato necessária para que uma enzima atinja a metade da sua velocidade máxima (V 1/2max O Km representa, portanto, a afinidade da enzima por seu substrato: quanto maior o Km, menor a afinidade.

E vice-versa. Fim do Boxe de Atenção Hexoquinase Glicoquinase Atividad e da enzima [glicose] mM Já falamos sobre o Km da hexoquinase (0,1 mM) e da glicoquinase (10mM) por seu substrato, a glicose. E já sabemos que o Km é inversamente proporcional à afinidade da enzima pelo substrato (quanto maior o Km, menor a afinidade da enzima pelo substrato e vice-versa). Sabendo que, normalmente, a concentração de glicose na corrente sanguínea é 4mM, discuta qual das duas enzimas funciona sempre em sua velocidade máxima. Diga também qual delas só funciona bem em altas concentrações de 3. 2.

A SEGUNDA REAÇÃO DA VIA (R2): a glicose sofre Isomerizaçao Você se lembra que na primeira reação da glicólise, a glicose foi fosforilada e passou a ser denominada glicose-6P? Então, agora veremos o que acontece com a glicose-6P. A reação 2 da glicólise é uma reação de isomerização que transforma a glicose-6P em frutose-6-fosf reação 2 da glicólise é uma reação de isomerização que transforma a glicose-6P em frutose-6-fosfato (frutose-6P ou F6P) (Esquema 5. 3). A enzima que catalisa esta reação é a fosfoglicose- isomerase, uma enzma dimérica. Cada monômero contém 2 domínios de tamanhos diferentes.

O sítio ativo é formado pela associação das duas subunidades. http://w. multimedia-stock. com/3371. Autor: Zsuzsanna Kilián Glicose-6P I Frutose-6P I Reaçao 2: Esquema 5. 3: A segunda reação da via glicolítica é a isomerização da glicose-6P em frutose-6P. GO ‘ -Esta reação é catalisada pela enzima fosfoglicose-isomerase ou fosfohexose-isoerase. 3. 3. A TERCEIRA REAÇÃO DA VIA (R3): a frutose-6P é fosfornada A terceira reação da via glicolítica é a mais importante da via porque ela é o principal ponto de regulação da glicólise, que será visto mais detalhadamente na próxima aula.

Nesta reação, a frutose-6P será fosforilada novamente e receberá o fosfato no carbono 1, formando frutose-l ,6-bifosfato (frutose-l ,6- bip, Fl ,6biP ou FBP). Esta reação é catalisada pela enzima fosfofrutoquinase ou PFKI (Esquema 5. 4). Esta é a segunda reação Irreversível da via. GOSeu mostra que nesta reação existe uma considerável liberação de A PFK é tanto uma enzima alostérica quanto uma enzima induzível, cuja atividade é considerada o principal ponto de regulação da velocidade da via glicolítica. Este é o motivo pelo qual a PFKI é considerada uma das enzimas

Fosfoglicose isomerase mais importantes da glicólise. Na próxima aula, cujo tema é especificamente a regulação da glicólise, você vera co PAGF 95 glicólise. Na próxima aula, cujo tema é especificamente a regulação da glicólise, você verá como a PFKI é regulada e como ela determina, em última análise, a velocidade de toda a via. Verbete Enzima alostérica – é uma enzima que apresenta, além do sítio catalítico, um outro sítio chamado sítio regulador ou alostérico. É nele que os reguladores alostéricos se ligam controlando a atividade da enzima, ativando-a ou inibindoa.

Para relembrar outros exemplos de enzima alostérica, veja as aulas de enzimas da Bioquímica 1. Fim do verbete Verbete Enzima induzível – é uma enzima cuja síntese pode ser aumentada (induzida) em uma determinada situação metabólica. Em contraposição, é utilizado o termo enzima constitutiva para enzimas cujo nivel é constante e ela é produzlda independente da situação metabólica. Para relembrar outros exemplos de enzimas induzíveis e de enzimas constitutivas, veja as aulas de enzimas da Bioquímica 1. Fim do verbete Reaçao 3: Frutose-6P + ATP Frutose-l ,6-biP + ADP Esquema 5. A terceira reação da via glicolítica é uma nova fosforilação que converte a frutose-6P em frutose-l ,6-bifosfato. Esta reação é catalisada pela enzima fosfofrutoquinase 1 Note que esta é a segunda reação da via em que uma molécula de ATP é utilizada em uma reação de fosforilação. pode parecer contraditório que uma via de síntese de ATP gaste 2 moléculas de ATP inicialmente. Não se preocupe! Como já dissemos anteriormente, pense nisso como um empréstimo. É um investimento que a célula faz para preparar a molécula de glicose para ser quebrada. Em etapas poster