1WF

METABOLISMO ANAERÓBICO DE CARBOIDRATOS

Profa. Gabriela Macedo

2WF

Introdução Digestão e absorção de

carboidratos Via catabólica central

Como a energia armazenada em moléculas como a glicose é usada para realizar trabalho?

Única fonte em algumas células Precursores para várias

sínteses

A via De glicose a piruvato 2 fases, 9 reações Todos os organismos fazem:

citoplasma Glicólise ou Embden Meyerhoff

Glicólise

3WF

DIGESTÃODIGESTÃOPROCESSOS PELOS QUAIS AS MOLÉCULAS INGERIDAS SÃO CONVERTIDAS PARA FORMAS QUE PODEM SER

ABSORVIDAS.AS REAÇÕES DE CLIVAGEM

SÃO CATALIZADAS POR ENZIMAS.

4WF

ABSORÇÃOABSORÇÃOPROCESSOS PELOS QUAIS

AS MOLÉCULAS DOS ALIMENTOS SÃO TRANSPORTADAS

ATRAVÉS DAS CÉLULAS EPITELIAIS QUE REVESTEM

O APARELHO GASTROINTESTINAL PARA PENETRAREM NO SANGUE

OU LINFA .

5WF

EnzimasEnzimasαα- amilase (ptialina - amilase (ptialina

salivar)salivar)Glicogênio

maltosemaltotrioseDextrinas α-

limite(maltodextrina) (o suco gástrico inativa a

enzima)

6WF

No estômago não haverá nenhuma digestão adicional de carboidratos

7WF

αα- amilase pancreática- amilase pancreáticaPossuí as mesmas funções

da ptialina

OligossacaridasesOligossacaridasesBorda em escova do epitélio

do duodeno e do jejuno

8WF

LactaseLactase – lactose em glicose e galactose

SacaraseSacarase – sacarose em glicose e frutose

IsomaltaseIsomaltase – dextrinas em glicose

Glico-amilaseGlico-amilase – malto oligossacarídeos em maltose (glicose + glicose)

9WF

AbsorçãoAbsorçãoA velocidade de absorção é

decrescente Duodeno

Jejuno proximalJejuno distal

Íleo(boa absorção de glicose, galactose e

frutose)

10WF

AMIDO

amilase (SAL)

AMIDOmaltosemaltotriose

AMIDOmaltosemaltotriose

BOCA ESTÔMAGO INTESTINO DELGADO

amilase (PAN)dissacarases (ID)

GLICOSE

mucosa ID sangue

Na+ Na+

lactase (ID)

GALACTOSELACTOSE(açúcar do leite)

Na+ Na+

sacarase (ID)

FRUTOSESACAROSE(cana-de-açúcar)

Digestão e absorção de carbohidratos

11WF

AMIDO(glicogênio)

amilase salivar

amido parcialmente digerido

amilase pancreática

Dextrinas Maltotriose Maltose

digestão no lúmem

boca(estômago)

I. Delg.

digestão na membrana

I. Delg. (borda em escova)

produto: glicose

Glicoamilase

Isomaltase

Sacarase

95

5

50

25

50

25

25 25

Digestão e absorção de amido (~glicogênio)

12WF

Digestão e absorção de amido (~glicogênio)

AMIDO(glicogênio)

amilase salivar

amido parcialmente digerido

amilase pancreática

Dextrinas Maltotriose Maltose

digestão no lúmem

boca(estômago)

I. Delg.

digestão na membrana

I. Delg. (borda em escova)

produto: glicose

Glicoamilase

Isomaltase

Sacarase

95

5

50

25

50

25

25 25

13WF

Lactose Sacarose Trealose

digestão no lúmem

boca(estômago)

I. Delg.

digestão na membrana

I. Delg. (borda em escova)

produto:glicose

galactose

Lactase

Trealase

Sacarase

100

100

100

glicosefrutose

glicose

Digestão e absorção de outros carbohidratos:

enzimas do I. D. (borda-em-escova)

14WF

METABOLISMO CELULAR

CAMPBELL. Bioquímica. 3 ed. p. 396

15WF

Glicólise

È um processo universal com 10 reações catalizadas por diferentes enzimas.

Todos os organismos realizam a glicólise no citoplasma

O processo pode ser visto como a oxidação de uma molécula de 6 C em moléculas de 3C : glucose e piruvato, gerando energia térmica, ATP ( química) e NADH

16WF

Visão Geral

Glicólise

Glicose

Glicose-6-fosfato

Frutose-6-fosfato

Frutose-1-6-bifosfato

1,3-Bifosfoglicerato (2)

3-Fosfoglicerato (2)

2-Fosfoglicerato (2)

Fosfoenolpiruvato (2)

Piruvato (2)

Dihidroxiacetona-fosfato + Gliceraldeído-3-fosfato

ATP

ADP

ATP

ADP

2 ATP

2 ADP

2 ATP

2 ADP2 NADH +H+

2 NAD2 Pi

Fase preparatória

Fase preparatória

Fase do pagamento

Fase do pagamento

1

2

3

4

56

7

8

9

10

17WF

Visão Geral Fase Preparatória

2 fosforilações Quebra de 1 hexose em 2

trioses ATP é hidrolisado para formar

compostos com maior energia livre

Fase do Pagamento Armazenamento da energia livre

na forma de 2 ATP por mol de glicose

Se não fosse os ATPs, o balanço seria maior e a energia seria dissipada em calor.

Apenas 5.2% da energia de oxidação da glicose foram liberados. O restante permanece nas moléculas de piruvato.

Glicólise

18WF

Enzimas

Glicólise

Transferência de fosforil

Mudança de posição do fosforil

Isomerização

Clivagem aldol

R OH + ATP R O P

O-

O-

O

+ H+Quinase

P

O-

O-

O

CH2OC

H

OH

R CH2OHC

H

O

R

P O

O-

-O

Mutase

C O

CH2OH

R

C OHH

C

R

O

HIsomerase

C OHH

C

R2

C

HHO

O

R1

C

C

HHO

O

R1

H

+Aldolase

COH

R2

19WF

Reações

Glicólise

OH

OHH

OHH

OHOH

H H

CH2HO

OH

OHH

OHH

OHOH

H H

CH2OP

O-

-O

O

ATP

ADP

HexoquinaseMg2+

G0’ = -16.7 KJ/mol

Fosfohexoseisomerase

G0’ = 1.7 KJ/mol

1

23

4

56

2

34

56

1

1

2

Glicose

Glicose 6 Fosfato

Frutose 6 fosfato

20WF

Reações

Glicólise

OCH2

OH

H

OH

OH

HH

CH2OP

O-

-O

O

OH

OP

O-

O

OO-O

O-

P O CH2

H H

OH

OH

H

OH

CH2

O

OP

O-

O

O

CH2

C HOH

CHOO

-O

O-

P O CH2

C

CH2OH

O

Fosfofrutoquinase-1G0’ = -14.2 KJ/mol

ATP

ADP

Mg2+

+-

-

AldolaseG0’ = 23.8 KJ/mol

3

4

Frutose 6 fosfato

Frutose 1,6 bifosfato

Dihidroxiacetona fosfatoGliceraldeido 3 fosfato

21WF

Reações

Glicólise

O-O

O-

P O CH2

C

CH2OH

O

OP

O-

O

O

CH2

C HOH

CHO

-

Triose fosfatoisomerase

G0’ = 7.5 KJ/mol

HO P

O-

O-

O

+

C

C

OO

H2C

HHO

O P

O-

O-

O

O

O-

O-

P

Gliceraldeído-3-fosfatodesidrogenase

G0’ = 6.3 KJ/mol

NAD+

NADH + H+

5

6

Fase 1

Fase 2

DHAP

G3P

1,3 Bifosfoglicerato

22WF

Reações

Glicólise

OP

O-

O

O

CH2

C HOH

CHO

-

HO P

O-

O-

O

C

C

OO

H2C

HHO

O P

O-

O-

O

O

O-

O-

P

NAD+

NADH + H+

1,3BPG

CysNAD+SH Glicerald

eído-3-fosfato desidrogenase

CysNAD+

S C C CH2OPO32

OH OH

H H

CysNADH

H+

S C C CH2OPO32

O OH

H

CysNAD+

S C C CH2OPO32

O OH

H

Gliceraldeido 3 fosfato

23WF

Reações

Glicólise

C

C

OO

H2C

HHO

O P

O-

O-

O

O

O-

O-

P

+

N

CN

C

CC N

C

N

N

H

H

H

O

H

OH

H H

OH

H

H2C O P

O-

O

O

P

O-

O-

O

H

N

CN

C

CC N

C

N

N

H

H

H

O

H

OH

H H

OH

H

H2C O P

O-

O

O

P

O-

O

O

P

O-

O-

O

H

C

C

O-O

H2C

HHO

O P

O-

O-

O

+

Fosfoglicerato quinase

G0’ = -18.5 KJ/mol

Mg2+7

1,3 bifosfoglicerato

3 fosfoglicerato

24WF

Reações

Glicólise

C

C

O-O

H2C

HHO

O P

O-

O-

O

C

C

O-O

CH2

H

O

O-

O-

PO

HO

C

C

O-O

CH2

O

O-

O-

POH2O +

Fosfoglicerato mutase

G0’ = 4.4 KJ/mol

enolase

G0’ = 7.5 KJ/mol

Mg2+

8

9

3 fosfoglicerato

2 fosfoglicerato

Fosfoenolpiruvato

25WF

Reações

Glicólise

C

C

O-O

CH2

O

O-

O-

PO

C

C

O-O

CH3

O

Adenosina P P+

+

Adenosina P P P

Piruvato quinase

G0’ = -31.4 KJ/mol

Mg2+,K+

10

C

C

O-O

CH3

HHO

C

C

O-O

CH3

HHO CH2

CH3

OHDesidrogenaseláctica

Piruvatodescarboxilase

Desidrogenasealcoólica

Piruvato

PEP

AcetaldeídoEtanol

Lactato

26WF

27WF

28WF

Piruvato

Respiração aeróbica: Ciclo Krebs e Cadeia Respiratória

Fermentação Láctica Alcoólica Efeito Pasteur Efeito Crabtree

Glicólise

29WF

Fermentação láctica

•A última reação da glicólise anaeróbica é aredução do piruvato a lactato.

•Este pode ser convertido a glicose via gliconeogênese.

30WF

Fermentação alcoólica

Destino alternativo do piruvato em anaerobiose

Enzimas:1. Piruvato – Acetaldeido: piruvato

descarboxilase2. Acetaldeido a etanol: álcool

desidrogenaseBolhas na Cerveja eVinhos espumantes

31WF

Considerações

O processo global é exergônico, que emprega energia para as fases endergônicas

O grande objetivo da glicólise é obter ATP e regenerar NAD

2 ADP 2ATP

NAD+ NADH

2 Pi

32WF

Efeito Pasteur

Algumas bactérias usam o mesmo compostos como fonte de energia ou para construção de blocos. Para isso, precisam regular o balanço da produção e utilização de ATP.

Em aerobiose, a molécula faz glicólise e entra no ciclo de Krebs onde é completamente oxidada. Os elétrosn removidos servem para regenerar NAD como NADH e gerar ATP.

33WF

Efeito Pasteur

Contudo, em anaerobiose, não se chega ao Ciclo de Krebs, (gera muitos NADH) e esta célula recorre à fermentação.

Muito menos ATP é produzido e então a célula tenta compensar “ comendo “ mais glicose mais depressa..

34WF

Efeito Pasteur

A mudança de metabolismo lento aeróbico para rápido consumo anaeróbico de glucose foi notado a primeira vez por Pasteur.

Esta mudança ocorre toda vez que não existe suprimento de O2 na mitocôndria, o consumo de glucose aumenta e tende a produzir ATP por fermentação láctica que se acumula em seus músculos.

35WF

Efeito Crabtree

A fermentação de açúcares a etanol é um processo fermentativo. Contudo, etanol tem sido encontrado em processo aerados quando a concentração de açúcar é muito alta.

Este é o Efeito Crabtree que foi mpor muitos anos considerado uma repressão metabólica. Acreditava-se que o excesso de glucose reprimia seu uso em metabolismos que geravam etanol.

Recentemente se mostrou que o que ocorre é uma super saturação do processo respiratório.

A levedura não pode usar o excesso de glucose pela via majoritária então procura uma alternativa que produz etanol.

36WF

Efeito Crabtree

Comparação da fermentação láctica e respiração

37WF

The figure shows that conversion of pyruvate to lactic acid is a considerably simpler and thus faster pathway for NADH oxidation than is respiration. Through fermentation, cells are able to recover NAD+

for substrate oxidation at a faster rate than by respiration.Through fermentation, cells are able to utilize substrates, generate ATP and thus grow at faster rates as compared to respiration. The ability to switch from respiration to fermentation even in the presence of high dissolved oxygen concentrations gives facultative anaerobes an advantage over strict aerobes in mixed culture ecosystems.The triggering factor which will cause facultative anaerobes to ferment rather than respire is the availability of a high concentration of a readily available substrate.This phenomenom is referred to as the Crabtree or Glucose effect. 

The figure shows that conversion of pyruvate to lactic acid is a considerably simpler and thus faster pathway for NADH oxidation than is respiration. Through fermentation, cells are able to recover NAD+

for substrate oxidation at a faster rate than by respiration.Through fermentation, cells are able to utilize substrates, generate ATP and thus grow at faster rates as compared to respiration. The ability to switch from respiration to fermentation even in the presence of high dissolved oxygen concentrations gives facultative anaerobes an advantage over strict aerobes in mixed culture ecosystems.The triggering factor which will cause facultative anaerobes to ferment rather than respire is the availability of a high concentration of a readily available substrate.This phenomenom is referred to as the Crabtree or Glucose effect. 

•A figura mostra que a conversão de piruvato a lactato é mais simples e mais rápida para oxidação do NADH do que o processo respiratório.

•Através da fermentação, as células são aptas a regenerar NAD+ para oxidações mais rapidamente do que na respiração.

•Através da fermentação, as células são capazes de utilizar substratos, gerar ATP e crescer mais rapidamente do que na respiração.

•A habilidade de escolher entre a fermentação e respiração, mesmo na presença de altas concentrações de oxigênio dissolvido, é a anaerobiose facultativa, vantagem sobre os aeróbios restritos.

•A escolha pela fermentação ao invés da respiração é causada pela oferta excessiva de algum substrato tipo glicose ou sacarose.

•Este fenômeno é chamado de Efeito Crabtree ou Efeito Glicose.

38WF

O Efeito Crabtree nas bactérias fermentativas

Quando a concentração de substrato é alta, este organismos produzem lactato em altas concentrações.

Quando a concentração de substrato é baixa, menos lactato é produzido e mais acetato é produzido.

Este fenômeno ocorre em bactérias anaeróbias e lacticas.

39WF

Controle Metabólico do Efeito Crabtree em Bácterias

fermentativas

Bactérias lácticas e anaeróbias são capazes de gerar um mol extra de ATP na produção de acetato.

Contudo, a formação de acetato é mais lenta que a formação de lactato.

A formação de lactato requer a ação de uma simples enzima: lactato desidrogenase é um processo muito rápido.

A formação de lactato é o processo melhor para a regeneração de NADH quando as células estão crescendo muito rápido.

40WF

41WF

Pense nisso...

O que a aula de hoje tem a ver com a produção de cerveja, com as cáries dentárias e com os músculos doloridos após intenso exercício físico?

42WF

Vias Secundárias Produção de pentoses -

fosfato e NADPH Ribose síntese de nucleotídios NADPH síntese de ácidos

graxos G6P + 2NADP+ Ribose-5-P +

2NADPH + 2H+

Glicólise

43WF

Vias de entrada

Polissacarídios Glicogênio

Fosforilase: fosforólise

Glicose-1-fosfato Fosfoglicomutase Enzima de

transferência Duas atividades

sucessivas

Glicólise

4 16

Fosforilase doglicogênio

G1P

glucotransferase

16 glicosidaseglicose

G1P

G6P

44WF

Vias de entrada Monossacarídios

Frutose Músculos e rim:

frutose + ATP frutose-6-fosfato + ADP (hexoquinase)

Fígado:frutose + ATP frutose-1-fosfato + ADP (frutoquinase)

Glicólise

C

C

C

C

C

H2C

O

HHO

OHH

OHH

H2OH

O P O-

O-

O

CH2OH

C HOH

CHO

O-O

O-

P O CH2

C

CH2OH

O123456

123

456

+ GlicóliseFrutose-1-fosfato

aldolase

ATP

ADP

Triose quinase

OP

O-

O

O

CH2

C HOH

CHO

45WF

Vias de entrada Monossacarídios

Galactose galactose galactose-1-fosfato

(galactoquinase)

Glicólise

HN

N

H

OH

H

OH

HH

OC

O-

O

O

P

O

-O OP

O

H

OH

HOH

H

CH2OH

H

OH

O

OO

-O O-P

O

H

OH

HOH

H

CH2OH

H

OH

HN

N

H

OH

H

OH

HH

OC

O-

O

O

P

O

-O OP

O

H

OH

HOH

H

CH2OH

OH

H

O

O

UDP glicose:galactose-1-Puridiltransferase

UDP-galactose

UDP-glicose-4-epimerase

UDP-glicose

glicose-1-fosfato

46WF

Vias de entrada

Glicólise

47WF

Regulação Situações diversas

consumo oferta de O2

estado estacionário manutenção porajustes em vias

Etapas Limitadas por substrato Limitadas pela atividade

enzimática funcionam como válvulas sem influência da ação das massas etapa limitante moduladores; mudança na conc.

da enzima

Glicólise

48WF

Regulação coordenada Músculo

Função: fornecer ATP para contração

Fosforilase do glicogênio adrenalina AMPc fosforila

fosforilase quinase fosforila fosforilase do glicogênio

regulação alostérica - rápida : ATP/AMP

Fígado Função: manter o nível de

glicose circulante constante Fosforilase do glicogênio

mecanismo semelhante ativado por glucagon (consequência

de baixa glicose) regulação alostérica: glicose expõe

os sítios à desfosforilação

Glicólise

49WF

Regulação Enzimas

Hexoquinase Inibição alostérica pelo produto Km baixo - em condições de glicemia

normal, trabalha em VMAX.

Glicoquinase KM mais alto que a glicemia -

responde a aumento de concentração inibida por F6P, inibição anulada por

F1P

Piruvato quinase Inibição alostérica por ATP, acetil-CoA

e ácidos graxos Fosfofrutoquinase-1

ATP afinidade por F6P Citrato efeito do ATP F2,6bP, ADP, AMP estimulam

Glicólise

G G6P

F6P Prot.Reg.

-

F1P+