Bioquímica - Gliconeogênese

Medicina – UFCG Aula 12 – Bioquímica Yahanna Estrela Gliconeogênese ASPECTOS GERAIS ✓ É um processo da bioquímica metabólica no qual se tem produção de novas moléculas de glicose. ✓ Via anabólica que ocorre no fígado e, excepcionalmente no córtex renal, que é responsável pela síntese de glicose a partir de fontes que não são carboidratos: aminoácidos, lactato e glicerol. ✓ No jejum, muitas reações da glicólise são revertidas para manter os níveis sanguíneos de glicose – Gliconeogênese. ✓ Apenas o fígado e, em algumas situações, os rins (córtex) conseguem fazer a gliconeogênese porque apenas esses órgãos possuem a enzima glicose-6-fosfatase. ✓ Essa enzima é responsável pela última reação da gliconeogênese, liberando glicose livre. ✓ Síntese de glicose a partir de precursores não carboidratos (lactato, AA e glicerol). Esses compostos, principalmente os aminoácidos e o lactato, propiciam a manutenção proteica, que posteriormente converte em glicose. ✓ O processo oposto à gliconeogênese é a glicólise. ✓ Dois piruvatos que convertem em glicose ➔ Gliconeogênese consome 6 ATPs. ✓ As reações da gliconeogênese são contrárias à glicólise, com exceção das reações irreversíveis da glicólise (enzimas: piruvato-quinase, hexoquinase e fosfofrutoquinase). Serão necessárias outras enzimas para fazer a “volta”/reversão do piruvato para glicose. Dois aminoácidos não podem ser utilizados para a síntese de glicose: lisina e leucina. ✓ Glicerol vem da quebra do triacilglicerol (TAG) em ácido graxo e glicerol. ✓ O lactato é produzido no músculo durante a atividade física intensa. ✓ Encéfalo, eritrócitos, medula renal, cristalino, córnea, testículos, músculo em exercício necessitam de suprimento contínuo de glicose. ✓ A gliconeogênese acontece após a glicogenólise. O primeiro mecanismo é o consumo de glicogênio. Após o estoque de glicogênio acabar, ocorre gliconeogênese. ✓ Glicogênio: satisfaz essas necessidades por apenas 10- 18h na ausência de ingestão de carboidratos. ✓ No jejum prolongado há ausência de glicogênio hepático. GLICONEOGÊNESE ✓ Glicose é formada por precursores lactato, aminoácidos, glicerol. ✓ O lactato e aminoácidos se convertem em piruvato. ✓ O glicerol entra mais à frente na cadeia da gliconeogênese. ✓ Essa via usa enzimas mitocondriais e citossólicas. ✓ Se ela acontecer a partir de aminoácidos e lactato, o início é na mitocôndria e o término no citosol. ✓ Durante o jejum: 90% da gliconeogênese ocorre no fígado e 10% nos rins; ✓ Jejum prolongado: nos rins ocorre 40%; ✓ É o inverso da glicólise, com exceção de 3 reações, que são: 1. Conversão de Piruvato a fosfoenolpiruvato (PEP) Essa conversão acontece, inicialmente, na mitocôndria, pois o piruvato está dentro da mitocôndria. O piruvato é convertido em oxaloacetato, na mitocôndria, pela enzima piruvato-carboxilase, tem como cofator a biotina. Há gasto de 2 ATPs. Porém, o oxaloacetato não consegue atravessar a membrana mitocondrial. Então, ele se transformará na malato em aspartato, que poderá ser largados no citosol para onde está o sistema de lançadeiras. No citoplasma, o malato e aspartato são reconvertidos em Oxaloacetato. O oxaloacetato no citoplasma é convertido em PEP, pela enzima Fosfoenolpiruvato carboxiquinase (PEPCK). Gasta 2 GTPs. • O PEP seguirá no processo, que utilizará as mesmas enzimas da glicólise, até chegar na frutose-1,6- bifosfato. 2. Conversão de Frutose 1,6-bifosfato em frutose 6- fosfato • Ocorre pela enzima frutose-1,6-bifosfatase, que retira um fosfato. 3. Conversão de Glicose 6-fosfato em glicose livre • Ocorre pela enzima glicose-6-fosfatase. Essa enzima, particularmente, só está presente no figado e córtex renal, por isso esses órgãos são os únicos que convertem em glicose livre. Isso ocorre porque, na glicólise, essas reações são irreversíveis. ENZIMAS REGULADORAS DA GLICONEOGÊNESE São as que fazem as reações desviadas/irreversíveis: 1. PEPCK 2. Piruvato-carboxilase 3. Frutose-1,6-bifosfatase 4. Glicose-6-fosfatase. CONDIÇÕES EM QUE OCORRE GLICONEOGÊNESE ✓ Ocorre em situações nas quais há necessidade de glicose e não há disponível. 1. Jejum: Cérebro e células sanguíneas não conseguem produzir glicose, mas dependem dela para energia. Portanto, há produção de glicose mesmo em jejum (PDH inativada; piruvato carboxilase ativada). 2. Exercício prolongado; 3. Dieta rica em proteínas ou em gorduras e pobre em carboidratos; 4. Estresse: libera adrenalina e cortisol, hormônios que estimulam a glicogenólise e gliconeogênese. Por isso são chamados de hormônios hiperglicemiantes. CICLO DE CORI É a conexão entre o músculo em atividade física e o fígado. O músculo durante a atividade física intensa, consome muita glicose e produz muito lactato. O lactato só pode se mover para a corrente sanguínea. No fígado, ele é utilizado para a síntese de glicose, pela gliconeogênese, e enviado para o sangue/células que necessitam de glicose. JEJUM ✓ Usam glicogênio primeiramente (glicogenólise); ✓ Depois há a degradação do TAG do tecido adiposo: O AG sofre beta-oxidação, produzindo ATP; O glicerol é utilizado para a síntese de glicose pelo fígado, principalmente. ✓ Degradação proteinas; Libera aminoácidos, que poderão ser usados para a síntese de glicose, exceto os já citados anteriormente: lisina e leucina. FONTES DE GLICOSE ✓ Alimentação ✓ Glicogenólise ✓ Gliconeogênese 1. Aminoácidos ✓ Exceto leucina e lisina ✓ Degradação endógena 2. Lactato ✓ Músculos ✓ Células que não possuem mitocôndrias 3. Glicerol ✓ Hidrólise de triacilglicerois FONTES DE ENERGIA PARA AS CÉLULAS Abaixo pode-se observar diversas células que dependem da glicose como fonte de energia. ✓ A glicose é essencial para a vida. Tecido Glicose Ácidos Graxos Corpos Cetônicos Cérebro + - - Hemácias e leucócitos + - - Medula renal + - - Cristalino + - - Músculo intestinal + + - Músculo esquelético + + 18h - Tecido adiposo + + - Músculo esquelético e cardíaco - + + Córtex renal - + + PRECURSORES PARA GLICONEOGÊNESE ✓ Intermediários do ciclo de Krebs e da glicólise (lactato) ✓ Glicerol, lactato, AA (exceto leucina e lisina); Glicerol: liberado pela hidrólise dos Triacilglicerol no tec adiposo e levado para o fígado; Fosforilado pela glicerol-cinase em glicerol-fosfato, que é oxidado pela glicerol-fosfato-desidrogenase em di-hidroxiacetona-fosfato ➔ DHAP (intermediário da glicólise). ✓ Entra mais à frente na cadeia. Por isso o consumo de ATP é menor (2 ATPs), pois ele entra praticamente na metade do processo. GLICONEOGÊNESE X GLICÓLISE ✓ A gliconeogênese utiliza quase que todas as enzimas da via oposta (glicólise) para a síntese de glicose com exceção para as reações irreversíveis: • Conversão de Piruvato a fosfoenolpiruvato (PEP) Piruvato é convertido em oxalacetato ➔ enzima piruvato-carboxilase; Oxalacetato é convertido em PEP ➔ enzima PEPCK. • Conversão de Frutose 1,6-bifosfato em frutose 6- fosfato Retirada de um fosfato ➔ enzima frutose-1,6- bifosfatase. • Conversão de Glicose 6-fosfato em glicose livre Libera glicose livre ➔ enzima glicose-6- fosfatase. ✓ Glicose ➔ glicose-6-fosfato. Enzima Hexoquinase. • Frutose-6-fosfato ➔ Frutose-1,6-bifosfato. Enzima fosfofrutoquinase. • PEP ➔ Piruvato. Enzima piruvato-quinase (PK). ALANINA E LACTATO À PIRUVATO ✓ A alanina consegue se converter em piruvato através da alanina aminotransferase; ✓ O lactato consegue se converter em piruvato através da lactato desidrogenase; ✓ Alanina é um dos principais aminoácidos usados como fonte de glicose. SUBSTRATO PARA A GLICONEOGÊNESE ✓ Síntese de glicose a partir de compostos que não carboidratos: aminoácidos, lactato e glicerol. ✓ Provém de intermediários do ciclo de Krebs e da glicólise. Aminoácidos provém da quebra de proteínas, todos podem ser utilizados com exceção de lisina e leucina. Glicerol ✓ Liberado pela hidrólise do triacilglicerol no tecido adiposo; ✓ Levado ao fígado. REAÇÕES EXCLUSIVAS DA GLICONEOGÊNESE 7 reações glicolíticas são reversíveis sendo utilizadas na síntese de glicose a partir do piruvato ou lactato; • No entanto, 3 reações são irreversíveis e devem ser contornadas utilizando 4 reações alternativas, que são: • Conversão do glicerol a glicerol-3-fosfato ➔ enzima glicerol quinase. • Conversão do glicerol-3-fosfato em di- idroxiacetona-fosfato (DHAP) ➔ enzima glicerol- 3-fosfato-desidrogenase. ✓ Entra mais à frente na cadeia. Por isso o consumo de ATP é menor (2 ATPs), pois ele entra praticamente na metade do processo. 2. Lactato ✓ Liberado no sangue pelo músculo esquelético em exercício e pelas células que não têm mitocôndrias (eritrócitos); ✓ Lactato é capturado pelo fígado e reconvertido em glicose que volta para circulação. 3. Aminoácidos ✓ Da proteínas pela hidrólise de proteínas no tecido durante jejum são principal fonte de glicose, exceto lisina e leucina; ✓ Alfa-cetociácidos (alfa-cetoglutarato) que pode entrar no ciclo de Krebs e produzir oxalacetato e fosfoenolpiruvato (PEP). Reação 1: Carboxilação do Piruvato O primeiro bloqueio da via que deve ser contornado é a síntese de glicose a partir do piruvato é a conversão irreversível de PEP em piruvato catalisada pela piruvato-cinase na glicólise; Na gliconeogênese, o piruvato é carboxilado pela piruvato-carboxilase produzindo oxaloacetato (gasta ATP), que é convertido em PEP pela PEP-carboxicinase (PEPCK). Há gasto de GTP. A biotina é uma coenzima. A piruvato-carboxilase requer, para realizar sua ação, a biotina. O ponto de partida para a gliconeogênese é a carboxilação do piruvato em oxalacetato Transporte de OAA para o citosol OAA deve ser convertido em PEP; Só que o OAA não consegue atravessar a membrana mitocondrial; Por isso, é convertido em malato e/ou aspartato, atravessa a membrana e no meio reverso transforma ambos os precursores em PEP no citosol. Reação 2: Desfosforilação da frutose 1,6-Bifosfato Hidrólise da frutose 1,6-bifosfato pela frutose 1,6-bifosfatase em frutose 6-fosfato; AMP inibe ATP estimula a gliconeogênese (via que requer energia); Reação 3: Desfosforilação da glicose-6-fosfato Hidrólise da glicose-6-fosfato pela glicose-6-fosfatase Fígado e rim são os únicos órgãos que liberam glicose livre a partir do glicose-6-fosfato RESUMO Das 11 reações necessárias para converter piruvato em glicose 7 são reversíveis e as 4 são irreversíveis Essas reações irreversíveis feitas pela hexocinase, fosfotrioquinase-1 e piruvato-cinase são contornadas mediante enzimas especiais. Glicose-6-fosfatase, frutose-1,6-bifosfatase, piruvato-carboxilase e PEP-carboxicinase. REGULAÇÃO DA GLICONEOGÊNESE Glucagon/AMPc/ATP/Acetil-CoA ativam a gliconeogênese. Disponibilidade de Substrato Acetil-CoA ativa piruvato-carboxilase Jejum: a PDH é inativa (insulina diminui/glucagon aumenta) e a piruvato-carboxilase é ativada convertendo piruvato em OAA que depois será transformado em PEP Piruvato-cinase (PK) é inibida pelo AMPc (via glucagon) impedindo que o PEP produzido se transforme em piruvato e desviando esse para gliconeogênese. BALANÇO ENERGÉTICO DA GLICONEOGÊNESE 2 Piruvato + 6 ATP + 6 HO + 2 NADH ------- Glicose + 6 ADP + 6 P + 2 NAD + 2H+ GASTO ENERGÉTICO A partir de lactato ou aminoácido gasta mais energia. Gasto de 6 ATP's e 2 NADH 2 Piruvato -> 2 OAA (gasto 2 ATP) 2 OAA -> 2 PEP (2 GTP) 2 3-fosfoglicerato -> 1,3-bisfosfoglicerato (2 ATP) 2-fosfoglicerato -> 1,3-bisfosfoglicerato -> gliceraldeído-3-fosfato (2 NADH) Glicerol -> gasta menos energia, visto que entra na metade da cadeia. Gasto de 2 ATP's Energia provém da beta-oxidação de AG em situação de jejum.