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Aula teórica
Maria João Ferreira da Silva [email protected]
Bioquímica I2012-2013
Metabolismo dos Hidratos de Carbono
Metabolismo dos Hidratos de Carbono
A – Glicólise
B – Neoglucogénese
C- Ciclo de Krebs
D – Metabolismo do glicogénio
E – Ciclo das Pentoses de fosfato
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Sumário - D
Metabolismo do glicogénioIntrodução
Reacções de hidrólise – glicogenólise
Reacções de síntese – glicogénese
Regulação
Sumário - E
Via das Pentoses de FosfatoIntrodução
Fase oxidativa
Fase não oxidativa
Importância bioquímica
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Metabolismo do glicogénio- introdução A glucose é um combustível muito importante a nível celular bem como umprecursor essencial na formação de muitas moléculas
No entanto, ela não pode ser armazenada porque, quando em concentraçõeselevadas, provova a ruptura do balanço osmótico podendo originar lesão oumorte celular
Assim, a glucose vai ser armazenada sob a forma de um polímero nãoosmoticamente activo - glicogénio
Glicogénio é uma forma de armazenamento (de mobilização rápida) de glucose
É uma molécula de elevada massa molecular, formada por cadeias lineares eramificadas, que quando é necesária a obtenção de energia liberta rapidamenteas suas unidades de glucose
Metabolismo do glicogénio - introdução Porque é o glicogénio a molécula preferencial dearmazenamento energético em oposição por ex. aos ácidosgordos?
- a libertação controlada de glucose a partir do glicogénio mantém osníveis de glicémia, entre as refeições, nos limites adequados
- esta capacidade torna-se mais importante relativamente ao cérebro,visto a glucose ser o único combustível passível de ser utilizado por ele,excepto durante o jejum prolongado
- além disso, a glucose, rapidamente mobilizada a partir do glicogénio, éuma óptima fonte de energia para suprir as necessidades quando deum exercício rápido e intenso
- também, ao contrário dos ácidos gordos, a glucose tem a capacidade defornecer energia na ausência de oxigénio, permitindo o metabolismoanaeróbio
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Metabolismo do glicogénio - introdução Os tecidos mais importantes no armazenamento de glicogénio são:
- fígado (10% do seu peso)
- músculo (2% do seu peso)
No entanto, existe maior quantidade de glicogénio no músculo, porqueembora a sua proporção seja menor, no seu todo o organismo apresentauma maior massa muscular
No fígado, o metabolismo do glicogénio ocorre de formaa manter a homeostasia dos níveis de glucose noorganismo
Ao contrário, no músculo o glicogénio “apenas” contribuipara o fornecimento de energia a utilizar pelo própriotecido
O glicogénio encontra-se no citoplasma na forma degrânulos
O metabolismo do glicogénio, englobando a sua síntese e degradação, podeconsiderar-se como processos bioquímicos simple
A hidrólise do glicogénio (glicogenólise) é realizada em 3 etapas:
- a libertação de glucose 1-fosfato a partir do glicogénio
- adaptação da molécula de glicogénio de modo a permitir reacções dehidrólise posteriores
- a conversão da glucose 1-fosfato em glucose 6-fosfato de modo apermitir a progressão das diferentes vias metabólicas
A síntese do glicogénio (glicogénese), que ocorre quando os níveis deglucose são elevados, requer uma forma activada de glucose, glucoseuridina difosfato ( UDP-glucose), formada pela reacção da uridinatrifosfato (UTP) com a glucose 1-fosfato
Metabolismo do glicogénio
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Metabolismo do glicogénio
A regulação do metabolismo do glicogénio é complexa e é feita pela acçãode:
- várias enzimas que, reguladas de uma forma alostérica, vão responderàs necessidades da célula
e de
- hormonas que vão responder às necessidades do organismo
Metabolismo do glicogénio
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A glucose 6-fosfato que temorigem na degradação doglicogénio, tem 3 possíveisdestinos:
- substracto inicial da glicólise
- conversão em glucose livre pararestabelecer os seus níveisplasmáticos (fígado)
- substracto da Via das pentosede fosfato, levando à formaçãode NADPH e derivadosribosídicos
Metabolismo do glicogénio
A hidrólise do glicogénio (glicogenólise) é realizada em 3 etapas, sendo quena última etapa:
- ocorre a conversão da glucose 1-fosfato em glucose 6-fosfato demodo a permitir a progressão das diferentes vias metabólicas
A degradação do glicogénio de uma forma eficiente implica a utilização de4 diferentes enzimas:
- 1 para hidrolisar o glicogénio
- 2 para readaptar a molécula de glicogénio de modo a tornar-se nosubstrato para reacções de hidrólise posteriores
- 1 para converter o produto da hidrólise do glicogénio numa formapassível de seguir outras vias metabólicas
Metabolismo do glicogénio - hidrólise
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A glicogénio fosforilase, enzima chave da hidrólise do glicogénio, cinde amolécula de glicogénio através da adição de ortofosfato (Pi) formandoglucose 1-fosfato
A hidrólise de uma ligação pela adição de fósforo inorgânico é denominadade fosforólise
Metabolismo do glicogénio - hidrólise
A fosforilase catalisa a remoção sequencial de resíduos glicosídicos daextremidade não redutora da molécula de glicogénio (a extremidade comum grupo hidroxilo livre no carbono 4)
O Ortofosfato quebra a ligação glucosídica entre o C1 do resíduo terminale o C4 do resíduo adjacente
Metabolismo do glicogénio - hidrólise
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A fosforólise do glicogénio é um processo energeticamente vantajoso,visto o produto da reacção se apresentar na forma fosforilada;
uma reacção de hidrólise levaria à formação da glucose livre, sendonecessário o consumo de uma molécula de ATP para que a molécula pudesseprosseguir a via glicolítica
Uma vantagem adicional deste processo de clivagem do glicogénio é que nascélulas musculares não existe transportador para a glucose 1-fosfato, queao ser carregada negativamente, não tem possibilidade de sertransportada para fora da célula
Metabolismo do glicogénio - hidrólise
No entanto, a fosforilase tem uma capacidade limitada de hidrolisar asligações glicosídicas do glicogénio, pois apenas cinde as ligações α1-4
As ligações glicosídicas α1-6, situadas nos pontos de ramificação ,não sãosubstracto para a enzima fosforilase
Na realidade. a fosforilase cinde as ligações α1-4 até 4 resíduos do pontode ramificação
Para que a hidrólise do glicogénio prossiga são necessárias 2 enzimas quevão remodelar a molécula de glicogénio para que a fosforilase possa actuarde novo
Metabolismo do glicogénio - hidrólise
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Essas enzimas são: transferase e α 1,6-glucosidase
- a transferase desloca um conjunto de 3 resíduos de glucose de umacadeia ramificante para outra
Esta transferência revela a presença de um resíduo de glucose, ligada àcadeia linear por uma ligação α 1,6-glucosídica
- a enzima α 1,6-glucosidase (ou enzima desramificante) hidrolisa aligação α 1,6-glucosídica, com formação de uma molécula de glucose e
- de uma cadeia linear de resíduos de glucose, susceptível de sofrer aacção da fosforilase (até 4 resíduos de um ponto de ramificação)
Metabolismo do glicogénio - hidrólise
Metabolismo do glicogénio - hidrólise
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A glucose 1-fosfato, produto da reacção da fosforólise do glicogénio, vai
ser convertida a glucose 6-fosfato, através da fosfoglucomutase (enzima
já referida quando do metabolismo da glalactose – rever!!!)
Metabolismo do glicogénio - hidrólise
Qual o destino da glucose 6-fosfato?Já conhecemos vários: quais????
Mas quando o processo envolvido é a glicogenólise (hidrólise do glicogénio)o objectivo final é, preferencialmente, a obtenção de glucose na formalivre
A maior função do fígado é a de libertar glucose para a circulação parasuprir às necessidades energéticas de outros tecidos e órgãos,principalmente durante o exercício e entre refeições
Assim, a glucose libertada vai ser em 1º lugar aproveitada pelas célulasmusculares e pelo cérebro
Metabolismo do glicogénio - hidrólise
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Como já vimos, a glucose na forma fosforilada, resultante da hidrólise do
glicogénio, não atravessa a membrana celular não podendo ser libertadapara a circulação
No entanto, o fígado tem uma enzima hidrolítica, glucose 6-fosfatase, quepermite a saída da glucose para a corrente sanguínea
Esta enzima cinde o grupo fosforil com formação de glucose livre eortofosfato e
está ausente na maior parte dos tecidos, nomeadamente do músculo
Ou seja, o músculo, ao contrário do fígado, não liberta glucose para acirculação, utilizando a glucose 6-fosfato como seu substrato energético
Metabolismo do glicogénio - hidrólise
A regulação do
metabolismo do glicogénio é
complexa e é feita pela
acção de:
- várias enzimas que vão
responder às necessidades
da célula
e de
- hormonas que vão
responder às necessidades
do organismo
Metabolismo do glicogénio – regulação
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Tal como a glicólise e a neoglucogénese, as vias de síntese e degradação
do glicogénio raramente utilizam as mesmas reacções nas diferentesetapas; isso permite uma maior flexibilidade tanto a nível energético comode regulação
Sabe-se que para a síntese de glicogénio é utilizada uma forma activada deglucose - glucose uridina difosfato (UDP-glucose), em vez da glucose 1-fosfato, como dador de resíduos de glucose
Metabolismo do glicogénio – síntese
A UDP-glucose é sintetizada a partir da glucose 1-fosfato e uridinatrifosfato (UTP), reacção catalisada pela UDP-glucose pirofosforilase,com libertação de 2 resíduos fosforil da UTP como pirofosfato
Metabolismo do glicogénio – síntese
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A síntese de glicogénio - glicogénese - engloba a adição de novas
unidades glicosil à extremidade não redutora da cadeia de glicogénio,
- através da transferência da UDP-glucose para o grupo hidroxilo em C4,de modo a formar uma ligação α-1,4 glicosídica,
- e em que o radical uridina difosfato é deslocado pelo grupo hidroxilo damolécula de glicogénio em formação
Esta reacção é catalisada pela enzima glicogénio sintase, enzima chave daregulação da glicogénese
Metabolismo do glicogénio – síntese
No entanto, a enzima glicogénio sintase apenas tem capacidade de adicionarresíduos glicosídicos a cadeias de polissacáridos com mais de 4 resíduos,
ou seja, a síntese de glicogénio, necessita de uma sequência iniciadora (primer), aglicogenina, uma glicosiltransferase constituída por 2 subunidades idênticas
Cada subunidade da glicogenina catalisa a adição de 8 resíduos glicosídicos à outrasubunidade, formando pequenos polímeros de unidades α 1,4-glucose
A este ponto já é possível a acção da glicogénio sintase na extensão da molécula deglicogénio
Toda a molécula de glicogénio apresenta no seu núcleo uma molécula de glicogenina
Metabolismo do glicogénio – síntese
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No entanto, a enzima glicogénio sintase apenas catalisa a formação de
ligações α-1,4
É necessária outra enzima (enzima ramificante) que permita efectuarligações α-1,6 levando à formação da estrutura ramificada do glicogénio
Cada ramo é formado após a adição (através das ligações α-1,4) de umcerto número de radicais glicosil
Metabolismo do glicogénio – síntese
O ramo é formado pela quebra de uma ligação α-1,4 e formação de umaligação α-1,6:
- um conjunto de resíduos (≈7) é transferido para um local mais interiorna cadeia
- a enzima ramificante requer que o conjunto de 7 resíduos inclua umaextremidade não redutora e que provenha de uma cadeia com númerosuperior a 11 resíduos
Ou seja, o novo ramo da molécula de glicogénio deve distar pelo menos 4resíduos do ramo pré-existente
Metabolismo do glicogénio – síntese
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Metabolismo do glicogénio – síntese
A estrutura ramificada do glicogénio é importante porque:
- aumenta a sua solubilidade
- cria um número elevado de resíduos terminais (locais de acção dasenzimas fosforilase e sintase)
Assim, esta estrutura aumenta a capacidade de síntese e degradação doglicogénio, permitindo uma resposta rápida e eficaz às variações dos níveisde glicemia
Metabolismo do glicogénio – síntese
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A via das pentoses de fosfato é uma via alternativa de oxidação daglucose 6-fosfato que leva à produção de 3 compostos:
- NADPH
- CO2
- ribulose 5-fosfato
Muito importante
- como protector contra o stress oxidativo
- como fonte de compostos ribosídicos
Via das pentoses de fosfato
G
Esta via é constituída por 2 fases:
- via oxidativa de formação de NADPH
- via não oxidativa de interconversão de açúcares
Via das pentoses de fosfato
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Na fase oxidativa ocorre aformação de NADPHparalelamente à conversãode glucose 6-fosfato emribulose 5-fosfato
Via das pentoses de fosfato
A ribulose 5-fosfato é posteriormente convertida em ribose 5-fosfato,sendo o constituinte principal de:
- RNA e DNA
- ATP
- NADH
- FAD
- coenzima A
Via das pentoses de fosfato
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Por seu lado, o NADPH é fundamental em vias de biossíntese de:
- ácidos gordos
- colesterol
- neurotransmissores
- necleótidos
e de destoxificação:
- redução da glutationa oxidada
- monooxigenases do citocromo P450
Via das pentoses de fosfato
Na fase não oxidativa ocorre a interconversão de açúcares de 3-4-5-6 e7 átomos de carbono, em que o excesso dos açúcares de 5 átomos decarbono podem ser convertidos em intermediários da glicólise
Via das pentoses de fosfato
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A fase oxidativa da via das pentoses de fosfato inicia-se peladesidrogenação da glucose 6-fosfato, formando uma lactona, reacçãocatalisada pela glucose 6-fosfato desidrogenase e cujo aceitador deelectrões é o NADP (com formação de NADPH)
Esta via continua com a hidrólise deste composto através de umalactonase, com formação de 6-fosfogluconato que sofre umadescarboxilação oxidativa, através da 6-fosfogluconato desidrogenasecom formação de ribulose 5-fosfato e mais uma molécula de NADPH
As reacções precedentes originam 2 moléculas de NADPH e 1 molécula deribulose 5-fosfato/glucose 6-fosfato oxidada
Via das pentoses de fosfato – via oxidativa
Via das pentoses de fosfato – via oxidativa
G
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A primeira etapa da fase não oxidativa envolve a isomerização da ribulose5-fosfato (cetose) a ribose 5-fosfato (aldose) através da fosfopentoseisomerase
Via das pentoses de fosfato –
As fases seguintes permitem aligação desta via com a glicólisedevido à interconversão dosaçúcares:
Via das pentoses de fosfato –
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Via das pentoses de fosfato –
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