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Regulação da glicólise e outras vias em etapas de reação 'irreversíveis'

Regulação da glicólise e outras vias em etapas de reação 'irreversíveis'



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As etapas de hexoquinase, fosfofrutocinase e piruvato quinase da glicólise (1,3 e 10, abaixo) são as únicas irreversíveis e também as etapas em que a glicólise é regulada.

É necessário que uma etapa regulatória da glicólise seja irreversível e, em caso afirmativo, isso se aplica às vias metabólicas em geral?


No que diz respeito à glicólise, a resposta é direta. Em certas células e tecidos, há uma via que funciona na direção oposta - a gliconeogênese - na qual as etapas "irreversíveis" da glicólise são, de fato (e necessariamente), revertidas por uma reação enzimática diferente na qual a posição de equilíbrio é na direcção oposta.

Obviamente, se for metabolicamente apropriado para que a glicólise ocorra, é inapropriado que a gliconeogênese ocorra. A única maneira de virar, por exemplo a glicólise ao mesmo tempo em que ativa a gliconeogênese é através da regulação da atividade das diferentes enzimas nessas três etapas.

A glicólise é, portanto, um caso especial por compartilhar muitas reações com outra via que trabalha na direção oposta. E quanto aos caminhos nos quais as interconversões ocorrem apenas em uma direção. Os exemplos clássicos são vias biossintéticas reguladas pelo que é conhecido como 'feedback' ou inibição do 'produto final'. Um exemplo (para o qual tenho meu próprio diagrama) é a síntese de isoleucina a partir da treonina em bactérias:

Quando a concentração de isoleucina aumenta para uma determinada quantidade (suficiente para as necessidades da célula), isso inibe a enzima treonina desaminase, evitando o desperdício de conversão de treonina em isoleucina.

O ponto principal não é a posição de equilíbrio da reação da treonina desaminase (ainda não verifiquei), mas que é a primeira etapa única na via de síntese. Conseqüentemente, regular esta etapa evita a remoção desnecessária de treonina de uma forma que não permite o acúmulo desnecessário de intermediários.

Moral

Há um jogo de festa antigo em que você passa uma tesoura para o seu vizinho dizendo “Eu passo essa tesoura cruzada para você” ou “Eu passo essa tesoura descruzada para você”. Os iniciados informam se você executou a operação corretamente. O jogador não iniciado assume que o que é importante é se o tesoura são cruzados. Na verdade, é ou não o seu pernas são cruzados. Cuidado com as falsas associações.


3 Enzimas regulatórias e etapa de limitação de taxa da glicólise

Glicólise (Glyco = Lise de glicose = divisão) é a oxidação da glicose (C 6) a 2 piruvato (3 C) com a formação de ATP e NADH.

É também chamado de Caminho Embden-Meyerhof
A glicólise é uma via universal presente em todos os organismos:
de levedura a mamíferos.

É um processo anaeróbico universal onde o oxigênio não é necessário.

Nas vias metabólicas, as enzimas que catalisam reações essencialmente irreversíveis são locais potenciais de controle. Na glicólise, as reações catalisadas por hexoquinase, fosfofrutocinase e piruvato quinase são virtualmente irreversíveis, portanto, essas são as enzimas regulatórias na glicólise.

Este é o nosso vídeo de 5 minutos Regulatory Enzymes and rate limiting step of Glycolysis

Regulatório Enzima 1: Hexokinase

Passo 1 : Fosforilação de glicose em glicose-6 fosfato (Hexocinase)

Essa reação requer energia e por isso está acoplada à hidrólise do ATP em ADP e Pi.
& # 8226 Enzima: hexoquinase. Tem um Km baixo para a glicose hexoquinase fosforila a glicose que entra na célula
& # 8226 Etapa irreversível. Assim, a glicose fosforilada fica presa dentro da célula. Transportadores de glicose transportam apenas glicose livre

Ativadores de hexoquinase: AMP / ADP (indicando baixa energia ou ATP, portanto, ativa a hexoquinase

Se G6P se acumula na célula, há inibição de feedback da hexoquinase até que o G6P seja consumido

Regulatório Enzima 2 e etapa de limitação de taxa: Fosfofrutocinase (PFK)

etapa 3 : Fosforilação de frutose-6-bisfosfato. (PFK)

A etapa de limitação de taxa é a etapa mais lenta (irreversível) em uma via, que determina a rapidez com que toda a via pode ser realizada.

Ativadores PFK: AMP / ADP, Frutose-2,6-bisfosfato

O citrato inibe a PFK, aumentando o efeito inibitório do ATP.

Frutose 2,6-bisfosfato (PFK-2) ativa PFK aumentando sua afinidade para frutose 6-fosfato e diminuindo o efeito inibidor de ATP

Esta reação é exclusiva da glicólise, portanto, etapa de limitação de taxa

Enzima reguladora 3: piruvato quinase.

Etapa 10 : O enolfosfato é uma ligação de alta energia. É hidrolisado para formar a forma enólica do piruvato com a síntese de ATP. Etapa irreversível

O piruvato de enol muda rapidamente para um ceto piruvato mais estável.

Ativadores de piruvte quinase: AMP / ADP, Frutose-1,6-bisfosfato

Inibidores: ATP, Acetil CoA, Alanina

Se a frutose 1,6 bifosfato for formada, ela atua como um ativador feedforward alostérico e impulsiona a reação da piruvato quinase para frente.

Alanina, um aminoácido derivado do piruvato, é um negativo
efetor do catabolismo.


Glicólise - Processo completo de glicólise

Reação 1: Fosforilação de glicose em glicose-6 fosfato.

Essa reação requer energia e por isso está acoplada à hidrólise do ATP em ADP e Pi.

Enzima: hexoquinase. Tem um Km baixo para a glicose, portanto, uma vez que a glicose entra na célula, ela é fosforilada.

Esta etapa é irreversível. Portanto, a glicose fica presa dentro da célula. (Os transportadores de glicose transportam apenas glicose livre, não glicose fosforilada)

Reação 2: Isomerização de glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato. O açúcar aldose é convertido na isoforma ceto.

Esta é uma reação reversível. O frutose-6-fosfato é rapidamente consumido e a reação direta é favorecida.

Reação 3: é outra reação da quinase. Fosforilação do grupo hidroxila em C1 formando frutose-1,6-bifosfato.

Enzima: fosfofrutocinase. Esta enzima alostérica regula o ritmo da glicólise.

A reação é acoplada à hidrólise de um ATP em ADP e Pi.

Esta é a segunda reação irreversível da via glicolítica.

Reação 4: frutose-1,6-bifosfato é dividido em 2 moléculas de 3 carbonos, um aldeído e uma cetona: fosfato de diidroxiacetona (DHAP) e gliceraldeído 3-fosfato (GAP).

Reação 5: DHAP e GAP são isômeros um do outro e podem se inter-converter prontamente pela ação da enzima triose-fosfato isomerase.

GAP é um substrato para a próxima etapa na glicólise, então todo o DHAP é eventualmente esgotado. Assim, 2 moléculas de GAP são formadas a partir de cada molécula de glicose

Reações passo a passo da glicólise (continuação)

Glicolise

Glicólise: Balanço de energia

  • Hexoquinase: - 1 ATP
  • Fosfofrutoquinase: -1 ATP
  • GAPDH: +2 NADH
  • Fosofoglicerato quinase: +2 ATP
  • Piruvato quinase: +2 ATP

Total / molécula de glicose: +2 ATP, +2 NADH

Destino do piruvato

  • O NADH é formado a partir do NAD + durante a glicólise.
  • O equilíbrio redox da célula deve ser mantido para que os próximos ciclos de glicólise continuem.

• NAD + pode ser regenerado por uma das seguintes reações / vias:

Piruvato é convertido em lactato

Piruvato é convertido em etanol

Na presença de O2, o NAD + é regenerado pelo ETC. O piruvato é convertido em acetil CoA, que entra no ciclo do TCA e fica completamente oxidado em CO 2.


REGULAÇÃO DE F2,6BP POR ONCOGÊNIOS E SUPRESSORES DE TUMOR E SEU PAPEL NO METABOLISMO DE CÉLULAS DO CÂNCER

A ligação entre o metabolismo da glicose e a transformação cancerosa é conhecida há muito tempo (Warburg 1956), embora os mecanismos subjacentes a essa conexão ainda estejam sendo explorados. Várias enzimas glicolíticas são comumente elevadas em células cancerosas, incluindo PFK-1, levando ao fluxo glicolítico elevado, característico dessas células (Moreno-Sanchez et al. 2007). Há também uma ligação entre a regulação dos níveis celulares de F2,6BP e vários processos envolvidos no câncer. A isoforma PFK-2 induzível PFKFB3 é frequentemente altamente expressa em cânceres humanos de astrócilos cerebrais, cólon, próstata, mama, ovário e tireoide quando comparada com tecidos normais adjacentes (Atsumi et al. 2002 Bando et al. 2005 Kessler et al. 2008 ) A regulação rígida de PFKFB3, que coordena seus níveis com a progressão do ciclo celular, sugere um papel para F2,6BP na proliferação celular (Almeida et al. 2010 Tudzarova et al. 2011). Além disso, quando PFKFB3 é silenciado nas células HeLa, isso evita o aumento abrupto e curto nos níveis de proteína no final da G1, e as células não conseguem progredir para a fase S (Tudzarova et al. 2011). Deve-se notar que, nessas células, a elevação do PFKFB3 coincidiu com o aumento da produção de lactato, apoiando sua contribuição para o fluxo glicolítico. Outro estudo em células HeLa demonstrou que a viabilidade celular e o crescimento celular independente de ancoragem também são comprometidos pelo silenciamento de PFKFB3 (Calvo et al. 2006). Deleção genômica heterozigótica de PFKFB3 em ras-fibroblastos de camundongo transformados reduziram a capacidade invasiva dessas células (Telang et al. 2006). Reciprocamente, as células transformadas por oncogenes, como v-src/vfps ou ras mostrou F2,6BP elevada, bem como fluxo glicolítico aumentado (Bosca et al. 1986 Kole et al. 1991), demonstrando a ligação entre a transformação oncogênica e a adaptação metabólica conferida por F2,6BP. No entanto, há evidências de que em algumas células a relação entre a expressão de PFKFB3 e os níveis intracelulares de F2,6BP não é tão direta, com a expressão elevada de PFKFB3 associada à imortalização sendo acompanhada por uma diminuição em F2,6BP intracelular (Telang et al. 2006) . Curiosamente, neste caso, os níveis de F2,6BP também não foram diretamente correlacionados com o fluxo glicolítico. Os autores especulam que isso poderia ser o resultado de glicólise elevada levando a compensação de feedback negativo ou aumento do uso de F2,6BP como substrato glicolítico após sua conversão em F6P.

Estudos em diferentes linhagens de células cancerosas demonstraram que os níveis aumentados de atividade de PFK-2 são alcançados por meio de vários mecanismos, incluindo transcrição elevada, ativação da enzima por meio de modificação pós-tradução e degradação proteossômica reduzida (Okar et al. 2001 Rider et al. 2004 Bando et al. 2005 Almeida et al. 2010). Por exemplo, o fator 1 induzível por hipóxia (HIF1), que é comumente estabilizado em células cancerosas, induz o aumento da transcrição dos genes PFKFB, mas em uma extensão diferente dependendo do tipo de célula (Minchenko et al. 2003). A fosforilação de PFKFB3, que aumenta a atividade enzimática, é aumentada em células tumorais humanas e está correlacionada com o aumento da proliferação de células COS7 em cultura (Bando et al. 2005). A fosforilação das diferentes isoformas de PFKFB pode ser alcançada por várias quinases, incluindo AKT e proteína quinase ativada por AMP, proteína quinase A e proteína quinase C, entre outras (Marsin et al. 2000, 2002 Rider et al. 2004 Mukhtar et al. ., 2008 Moon et al. 2010), permitindo a regulação da glicólise em resposta a várias vias de sinalização. Considerando que várias isoformas de PFK-2 são expressas em células cancerosas, assume-se que o FKBFB3 induzível tem o efeito dominante nos níveis de F2,6BP celular e taxa de fluxo glicolítico por causa de sua alta atividade quinase (Telang et al. 2006 Yalcin et al. 2009b). De fato, um inibidor de molécula pequena projetado para atingir especificamente PFKFB3 reduziu os níveis de F2,6BP, a captação de glicose e o crescimento do tumor quando administrado a camundongos com tumor (Clem et al. 2008). Como um ativador glicolítico eficiente, que é rigidamente regulado em células normais e altamente expresso em células transformadas, o PFKFB3 fornece, assim, um alvo atraente para a terapia do câncer. O desenvolvimento de inibidores específicos que inibiriam diretamente as células cancerosas modificadas metabolicamente e poupariam as células normais poderia fornecer um método eficaz para utilizar o papel central dos níveis de F2,6BP para o tratamento do câncer.

Curiosamente, outra ligação entre PFKFB3 e regulação do ciclo celular em células transformadas foi sugerida porque uma de suas variantes de splice abriga um sinal de localização nuclear (Yalcin et al. 2009a). Esta variante é a variante de splice predominantemente expressa em várias linhas de células tumorais e é a única que se localiza no núcleo. Tanto a atividade da quinase quanto a localização nuclear foram consideradas importantes para a indução da proliferação celular e resultaram em expressão elevada de proteínas do ciclo celular. Este estudo sugere que os efeitos de F2,6BP em células cancerosas podem ser mediados em muitos níveis, exigindo localização correta, bem como tempo.


7.7 Regulação da Respiração Celular

A respiração celular deve ser regulada para fornecer quantidades equilibradas de energia na forma de ATP. A célula também deve gerar uma série de compostos intermediários que são usados ​​no anabolismo e catabolismo de macromoléculas. Sem controles, as reações metabólicas parariam rapidamente à medida que as reações para frente e para trás alcançassem um estado de equilíbrio. Os recursos seriam usados ​​de forma inadequada. Uma célula não precisa da quantidade máxima de ATP que pode produzir o tempo todo: às vezes, a célula precisa desviar alguns dos intermediários para as vias de produção de aminoácidos, proteínas, glicogênio, lipídios e ácidos nucléicos. Em suma, a célula precisa controlar seu metabolismo.

Mecanismos Reguladores

Uma variedade de mecanismos é usada para controlar a respiração celular. Existe algum tipo de controle em cada estágio do metabolismo da glicose. O acesso da glicose à célula pode ser regulado usando as proteínas GLUT que transportam a glicose (Figura 7.18). Diferentes formas da proteína GLUT controlam a passagem de glicose para as células de tecidos específicos.

Algumas reações são controladas por ter duas enzimas diferentes - uma para cada uma das duas direções de uma reação reversível. As reações que são catalisadas por apenas uma enzima podem entrar em equilíbrio, paralisando a reação. Em contraste, se duas enzimas diferentes (cada uma específica para uma determinada direção) são necessárias para uma reação reversível, a oportunidade de controlar a velocidade da reação aumenta e o equilíbrio não é alcançado.

Várias enzimas envolvidas em cada uma das vias - em particular, a enzima que catalisa a primeira reação comprometida da via - são controladas pela ligação de uma molécula a um local alostérico da proteína. As moléculas mais comumente usadas nesta capacidade são os nucleotídeos ATP, ADP, AMP, NAD + e NADH. Esses reguladores, efetores alostéricos, podem aumentar ou diminuir a atividade enzimática, dependendo das condições prevalecentes. O efetor alostérico altera a estrutura estérica da enzima, geralmente afetando a configuração do sítio ativo. Esta alteração da estrutura da proteína (a enzima) aumenta ou diminui sua afinidade por seu substrato, com o efeito de aumentar ou diminuir a taxa da reação. O apego sinaliza para a enzima. Esta ligação pode aumentar ou diminuir a atividade da enzima, fornecendo feedback. Este tipo de controle de feedback é eficaz enquanto o produto químico que o afeta estiver ligado à enzima. Uma vez que a concentração geral do produto químico diminua, ele se difundirá para longe da proteína e o controle será relaxado.

Controle das vias catabólicas

Enzimas, proteínas, transportadores de elétrons e bombas que desempenham papéis na glicólise, no ciclo do ácido cítrico e na cadeia de transporte de elétrons tendem a catalisar reações não reversíveis. Em outras palavras, se a reação inicial ocorre, a via está comprometida em prosseguir com as reações restantes. Se uma determinada atividade enzimática é liberada depende das necessidades de energia da célula (conforme refletido pelos níveis de ATP, ADP e AMP).

Glicolise

O controle da glicólise começa com a primeira enzima da via, a hexoquinase (Figura 7.19). Essa enzima catalisa a fosforilação da glicose, o que ajuda a preparar o composto para clivagem em uma etapa posterior. A presença do fosfato carregado negativamente na molécula também impede que o açúcar saia da célula. Quando a hexoquinase é inibida, a glicose se difunde para fora da célula e não se torna um substrato para as vias respiratórias nesse tecido. O produto da reação da hexoquinase é a glicose-6-fosfato, que se acumula quando uma enzima posterior, a fosfofrutocinase, é inibida.

A fosfofrutocinase é a principal enzima controlada na glicólise. Altos níveis de ATP, citrato ou um pH mais baixo e mais ácido diminuem a atividade da enzima. Um aumento na concentração de citrato pode ocorrer devido a um bloqueio no ciclo do ácido cítrico. A fermentação, com sua produção de ácidos orgânicos como o ácido lático, freqüentemente é responsável pelo aumento da acidez em uma célula, no entanto, os produtos da fermentação normalmente não se acumulam nas células.

A última etapa da glicólise é catalisada pela piruvato quinase. O piruvato produzido pode prosseguir para ser catabolizado ou convertido no aminoácido alanina. Se não for necessária mais energia e a alanina for fornecida de forma adequada, a enzima é inibida. A atividade da enzima aumenta quando os níveis de frutose-1,6-bifosfato aumentam. (Lembre-se de que a frutose-1,6-bifosfato é um intermediário na primeira metade da glicólise.) A regulação da piruvato quinase envolve a fosforilação por uma quinase (piruvato quinase quinase), resultando em uma enzima menos ativa. A desfosforilação por uma fosfatase o reativa. A piruvato quinase também é regulada pelo ATP (um efeito alostérico negativo).

Se mais energia for necessária, mais piruvato será convertido em acetil CoA por meio da ação da piruvato desidrogenase. Se os grupos acetil ou NADH se acumulam, há menos necessidade da reação e a taxa diminui. A piruvato desidrogenase também é regulada pela fosforilação: uma quinase a fosforila para formar uma enzima inativa e uma fosfatase a reativa. A quinase e a fosfatase também são reguladas.

Ciclo do ácido cítrico

O ciclo do ácido cítrico é controlado por meio das enzimas que catalisam as reações que formam as duas primeiras moléculas de NADH (Figura 7.9). Essas enzimas são isocitrato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase. Quando níveis adequados de ATP e NADH estão disponíveis, as taxas dessas reações diminuem. Quando mais ATP é necessário, conforme refletido nos níveis crescentes de ADP, a taxa aumenta. α-Cetoglutarato desidrogenase também será afetado pelos níveis de succinil CoA - um subseqüente intermediário no ciclo - causando uma diminuição na atividade. Uma diminuição na taxa de operação da via neste ponto não é necessariamente negativa, pois os níveis aumentados do α-cetoglutarato não usado pelo ciclo do ácido cítrico pode ser usado pela célula para a síntese de aminoácidos (glutamato).

Cadeia de transporte de elétrons

Enzimas específicas da cadeia de transporte de elétrons não são afetadas pela inibição por feedback, mas a taxa de transporte de elétrons pela via é afetada pelos níveis de ADP e ATP. Maior consumo de ATP por uma célula é indicado por um acúmulo de ADP. Conforme o uso de ATP diminui, a concentração de ADP diminui e, agora, o ATP começa a se acumular na célula. Essa mudança é a concentração relativa de ADP para ATP que aciona a célula para desacelerar a cadeia de transporte de elétrons.

Link para aprendizagem

Visite este site para ver uma animação da cadeia de transporte de elétrons e síntese de ATP.

Para um resumo dos controles de feedback na respiração celular, consulte a Tabela 7.1.


Glicólise e produção de ATP

Na via glicolítica, a molécula de glicose é degradada em duas moléculas de piruvato.
Na primeira fase, a fase preparatória, dois ATPs são consumidos por molécula de glicose nas reações catalisadas por hexoquinase e PFK-1. Na segunda fase, a fase de payoff, 4 ATP são produzidos através da fosforilação em nível de substrato nas reações catalisadas por fosfoglicerato quinase e piruvato quinase. Então há um ganho líquido de dois ATP por molécula de glicose usada. Além disso, na reação catalisada pela gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase, duas moléculas de NADH são produzidas para cada molécula de glicose.

Mudanças de energia das reações glicolíticas

O ΔG ° & # 8217 geral da glicólise é -85 kJ / mol (-20,3 kcal / mol), valor resultante da diferença entre o ΔG ° & # 8217 da conversão de glicose em duas moléculas de piruvato, -146 kJ / mol (-34,9 kcal / mol), e o ΔG ° & # 8217 da formação de ATP a partir de ADP e Peu, 2 x 30,5 kJ / mol = 61 kJ / mol (2 x 7,3 kcal / mol = 14,6 kcal / mol). Aqui estão as duas reações.

Glicose + 2 NAD + → 2 Piruvato + 2 NADH + 2 H +

2 ADP + 2 Peu → 2 ATP + 2 H2O

A soma das duas reações fornece a equação geral da glicólise.

Glicose + 2 NAD + + 2 ADP + 2 Peu → 2 piruvato + 2 NADH + 2 H + + 2 ATP + 2 H20

Assim, sob condições padrão, a quantidade de energia liberada armazenada no ATP é (61/146) x 100 = 41,8%.
Observe que a equação geral da glicólise também pode ser derivada considerando todos os reagentes, ATP, NAD +, ADP e Peu e todos os produtos.

Glicose + 2 ATP + 2 NAD + + 4 ADP + 2 Peu → 2 piruvato + 2 ADP + 2 NADH + 2 H + + 4 ATP + 2 H20

Cancelando os termos comuns em ambos os lados da equação, obtemos a equação geral mostrada acima.

Glicólise e produção de ATP em condições anaeróbicas

Debaixo condições anaeróbicas, independentemente de qual seja o destino metabólico do piruvato, conversão em lactato, etanol ou outras moléculas, há nenhuma produção adicional de ATP a jusante da glicólise.
Portanto, nessas condições, a glicólise extrai apenas uma pequena fração da energia química da molécula de glicose, energia igual a 2840 kJ / mol (679 kcal / mol) liberada como resultado de sua conversão em CO2 e H2O. De fato, apenas 146 kJ / mol são liberados na conversão de uma molécula de glicose em duas moléculas de piruvato, igual a 5%, [(146 / 2.840) x 100], da energia química disponível. Portanto, o piruvato ainda contém a maior parte da energia química da hexose.
Da mesma forma, os 4 elétrons transportados pelo NADH produzidos na etapa 6 da glicólise não podem ser usados ​​para a produção de ATP.
Na fermentação de ácido lático, o ΔG ° & # 8217 associado à conversão de uma molécula de glicose em duas moléculas de lactato é -183,6 kJ / mol (-43,9 kcal / mol), e 33.2% dessa energia livre, [(61 / 183,6) x 100] é armazenado dentro do ATP, enquanto é 41,8% na conversão de uma molécula de glicose em duas moléculas de piruvato.
Deve-se notar que, sob condições reais, a quantidade de energia livre necessária para a síntese de ATP a partir de ADP e Peu é muito maior do que o exigido nas condições padrão, ou seja, aproximadamente 50% da energia liberada é armazenada no ATP.

Glicólise e produção de ATP em condições aeróbias

Debaixo condições aeróbicas, em células com mitocôndrias, a quantidade de energia química que pode ser extraída da glicose e armazenada dentro do ATP é muito maior do que em condições anaeróbicas.
Se considerarmos os dois NADH produzidos durante a glicólise, o fluxo de seus 4 equivalentes redutores ao longo da cadeia de transporte de elétrons mitocondrial permite a produção de 2-3 ATP por par de elétrons por meio da fosforilação oxidativa. Portanto, 6 a 8 ATP são produzidos quando uma molécula de glicose é convertida em duas moléculas de piruvato, 2 da glicólise e 4-6 da fosforilação oxidativa.

Nota: A quantidade de ATP produzida a partir dos equivalentes redutores de NADH depende de o mecanismo pelo qual eles são transportados para as mitocôndrias.

Por outro lado, se analisarmos a ação coordenada e consecutiva da glicólise, do complexo piruvato desidrogenase, do ciclo do ácido cítrico, da cadeia de transporte de elétrons mitocondrial e da fosforilação oxidativa, muito mais energia pode ser extraída da glicose e armazenada no ATP. Nesse caso, conforme relatado por Lehninger, 30 a 32 ATP são produzidos para cada molécula de glicose, embora estimativas recentes sugiram uma produção líquida igual a 29,85 ATP / glicose, ou 29,38 ATP / glicose se também ATP formado a partir de GTP, por sua vez produzido pelo ciclo do ácido cítrico, é exportado. Considerando ambas as estimativas, a produção de ATP é de cerca 15 vezes maior do que sob condição anaeróbia.


Estão presentes diferentes substratos para a gliconeogênese como Glicerol, Lactato e Aminoácidos Glucogênicos.

Gluconeogênese - Glicerol | Fonte da imagem: https://biologyreader.com/gluconeogenesis.html

O glicerol é produzido a partir da hidrólise dos triglicerídeos no tecido adiposo. Depois disso, ele se move para o fígado através da corrente sanguínea.

O glicerol entra na via da gliconeogênese em duas etapas sequenciais:

  1. Na primeira etapa, o Glicerol é fosforilado para formar o Glicerol 3 fosfato com a ajuda da enzima Glicerol quinase. Nesta reação, uma molécula de ATP é usada.
  2. Depois disso, o Glicerol 3 fosfato é oxidado para formar fosfato de diidroxiacetona. Nesta reação, uma molécula de NAD é reduzida a NADH. A reação é catalisada pela enzima Glicerol 3 fosfodesidrogenase.
  3. Ele também limpa os metabólitos que são acumulados no sangue, como lactato e glicerol, etc.

Gluconeogênese - lactato | Fonte da imagem: https://biologyreader.com/gluconeogenesis.html

O lactato é produzido por meio da glicólise anaeróbica nos eritrócitos e nos músculos. Depois disso, o lactato passa para o fígado através da corrente sanguínea.

No fígado, o lactato é convertido em piruvato pela enzima lactato desidrogenase. Agora, o piruvato entra na via da gliconeogênese e produz glicose.

Aminoácidos glucogênicos

Aminoácidos glicogênicos | Fonte da imagem: https://biologyreader.com/gluconeogenesis.html

Os aminoácidos glucogênicos são produzidos pela hidrólise de proteínas teciduais. Alguns exemplos de aminoácidos glucogênicos são Succinil Co-A, α-cetoglutarato, fumarato, oxaloacetato e fumarato.

Os aminoácidos glicogênicos entram na via da gliconeogênese por meio de dois pontos de entrada, como o piruvato e o oxaloacetato.


Ação de regulação hormonal

Na glicólise e na gliconeogênese, os hormônios (glucagon e insulina) regulam as vias em pontos onde diferentes enzimas são usadas. Conforme mostrado na figura 5, o glucagon é secretado pelas células alfa do pâncreas na corrente sanguínea quando há uma diminuição no nível de glicose no sangue (James, 2010), estimulando a gliconeogênese pelo aumento da enzima PEPCK e inibindo a piruvato quinase na glicólise (aumentando a liberação de glicose de glicogênio) Esta regulação hormonal previne a hipoglicemia (Eric & # 038 Tony, 2009). A insulina é secretada pelas células beta do pâncreas, quando os níveis de glicose no sangue estão altos (James, 2010). Portanto, a gliconeogênese é inibida pela redução da enzima PEP carboxicinase e a via da glicólise é estimulada pela ativação da piruvato quinase (conversão da glicose em glicogênio). Essa regulação hormonal previne a hiperglicemia (Eric & # 038 Tony, 2009).

O mau funcionamento da regulação da glicose no sangue pode causar muitas doenças. Exemplos de altos níveis de glicose: diabetes mellitus (tipo I insulino-dependente e tipo II não-insulino-dependente), doença hepática e hipertireoidismo. Exemplos de níveis baixos de glicose: hipotireoidismo e hiperinsulinismo. O diabetes é uma falha comum na regulação do metabolismo. No entanto, pode levar a complicações graves se não for controlada (Izak, 2001).

Em conclusão, é muito importante que as vias metabólicas sejam coordenadas para garantir que o organismo mantenha a vida por meio de um desempenho eficiente e eficaz. Existem várias maneiras diferentes pelas quais os processos metabólicos são regulados: diferentes tipos de enzimas desempenham um grande papel na regulação das vias, os reguladores alostéricos aumentam ou diminuem a taxa de reações. A inibição de feedback evita que o produto em excesso seja feito e etapas comprometidas nas vias, garante que o resto da via ocorra. No entanto, existem muitas consequências, problemas de saúde, se houver mau funcionamento da regulamentação do organismo. Sem metabolismo, os organismos não estariam vivos.

Metabolismo são muitas reações químicas coordenadas que ocorrem dentro de uma célula de um organismo para sustentar a vida (Berg et al. 2006). A obtenção de nutrientes, a geração de resíduos, o crescimento, a reprodução, a adaptação a diferentes ambientes são todos processos químicos que ocorrem no corpo humano para manter um estado de vida (Deborah, 2009). Muitas enzimas específicas catalisam diferentes reações químicas em uma via metabólica. As vias metabólicas são irreversíveis, porém a reação pode ser revertida por outra via ou uma enzima (Berg et al. 2006). Por exemplo, a via glicolítica pode ser revertida pela gliconeogênese.

As vias metabólicas podem ser separadas em reações catabólicas, anabólicas e anfibólicas. O catabolismo quebra moléculas complexas como proteínas e lipídios em moléculas menores e mais simples, como aminoácidos e ácidos graxos. Essa reação libera energia química, trifosfato de adenosina (ATP) e portadores de elétrons reduzidos NADH, NADPH e FADH2 (David & # 038 Michael, 2005 ) Esses cofatores são importantes no metabolismo, pois são reciclados por fosforilação oxidativa e reutilizados pela glicólise e pelo ciclo do TCA. Um exemplo de reação catabólica pode incluir a oxidação da glicose durante a glicólise da respiração aeróbia, a quebra da glicose em ácido piruvato (Joyce, 2007). As reações anabólicas requerem energia que é obtida da energia química produzida no processo catabólico. A energia é usada para manutenção e crescimento da célula. Moléculas pequenas e precursoras como monossacarídeos, aminoácidos e nucleotídeos são sintetizados em macromoléculas como polissacarídeos, proteínas e ácidos nucléicos. Exemplo de via anabólica pode incluir gliconeogênese, a acumula uma molécula de glicose a partir do piruvato (David & # 038 Michael, 2005). Ambas as vias catabólica e anabólica juntas são referidas como reação anfibólica, e. o ciclo do TCA, que envolve a quebra e a síntese de moléculas (Berg et al. 2006).

A regulação nas vias metabólicas é essencial para manter um equilíbrio estável dentro da célula, ou seja, a homeostase, controlando os intermediários do fluxo através das vias, conservando energia, evitando a produção de produtos em excesso e exaustão de substratos e / ou ciclos de substratos (William & # 038 Daphne, 2005 ) Existem muitas maneiras pelas quais a regulação metabólica é realizada. Vários desses processos são incorporados ao metabolismo.

As enzimas desempenham um grande papel na regulação das vias metabólicas. Controlar a quantidade de enzimas e alterar a taxa de síntese coordena a atividade na célula, aumentando ou diminuindo a atividade catalítica que é estimulada por certos sinais (L. Roux, 2010). A regulação alostérica ocorre quando uma molécula se liga a um local da enzima diferente do local ativo, alterando a atividade das enzimas, conforme mostrado na figura 1. Um regulador alostérico aumenta a atividade das enzimas, conhecidas como ativadores alostéricos, ou diminui a atividade das enzimas, chamados de inibidores alostéricos (David & # 038 Michael, 2005). Os zimogênios também auxiliam na regulação da atividade das enzimas, pois são produzidos na forma inativa e, quando essa enzima é necessária, ela é transformada em uma forma ativa, utilizando a proteólise para essa conversão. Os zimógenos são encontrados inativos no trato digestivo até que sejam necessários para a digestão, evitando danos ao estômago (Berg et al. 2006). A deficiência de uma enzima proteolítica pode levar a muitos problemas, como excesso alcalino no sangue, que pode causar ansiedade (Enzyme Essentials, 2006).

Regulação das vias por inibição de feedback. O inibidor é o produto feito a partir da reação, na via. Quando o produto se acumula, ele realimenta o processo, inibindo a atividade das enzimas envolvidas em sua síntese. Uma vez que o nível do produto diminui, o caminho começa novamente. A inibição por feedback evita que o produto em excesso seja feito (William & # 038 Daphne, 2005).

Passos cometidos também são muito únicos na regulação das vias. Eles ocorrem no início do percurso, o que garante que o resto do percurso ocorra (Bryant Miles, 2003).

A regulação do metabolismo pode ocorrer em diferentes compartimentos na célula, e. em uma célula eucariótica. A compartimentação ajuda a organizar vias metabólicas diversas ou opostas para ocorrer, e. mitocôndrias, na matriz ocorre o ciclo do TCA e na membrana interna da mitocôndria ocorre a via da cadeia de transporte de elétrons (Bryant Miles, 2003).


A enzima gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (GAPDH) tem duas funções nesta reação. Primeiro, ele desidrogena o GAP transferindo uma de suas moléculas de hidrogênio (H +) para o agente oxidante nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD +) para formar NADH + H +.

Em seguida, GAPDH adiciona um fosfato do citosol ao GAP oxidado para formar 1,3-bisfosfoglicerato (BPG). Ambas as moléculas de GAP produzidas na etapa anterior passam por esse processo de desidrogenação e fosforilação.


Assista o vídeo: Respirationen - Glykolyse og fermentering. Biotech Academy (Agosto 2022).