Glicólise Flashcards
Papel central da glucose no metabolismo
▪Fonte de energia
▪Fonte de carbono
Armazenamento: Glucogénio, Amido
Oxidação via glicólise: Piruvato
CO2 + H2O
Go’ = - 2 840 KJ/mol
Oxidação via dos fosfatos de pentose: 5-fosfato de ribose (–>DNA), NADPH
Síntese de polímeros: Matriz extracel, parede cel (celulose..)
Organismos fotossintéticos (a partir do CO2)–> trioses –> Glucose
Organismos não fotossintéticos (a partir de C3 e C4) –> glucose (gluconeogénese)
Glicólise
do grego: glykys doce (ou açucar) + lysis lise
ocorre no citosol e tem duas fases
Depois: Fermentação (degradação anaeróbia da glucose (ou outros nutrientes) para obter ATP, importante fonte industrial de etanol e ácido láctico) ou oxidação completa (CO2+H2O)
► a via central (quase) universal do catabolismo da glucose
► a via com maior fluxo em (quase) todas as células
► a única via de fornecimento de energia em certos tipos de células de mamífero (cérebro, eritrócitos, esperma, …)
► existem microrganismos anaeróbios que dependem exclusivamente desta via para obter energia
► via extremamente conservada ao longo da evolução, tanto do ponto de vista da química das reacções, como em termos de homologia estrutural dos enzimas da via
► a via difere entre os vários organismos principalmente ao nível da sua regulação e no destino final do piruvato
Fase I
fase endergónica (fase de preparação, investimento)
Fosforilação da glucose e sua conversão em fosfatos de triose: 3-P-gliceraldeído
investe-se ATP mas aumenta o conteúdo energético dos metabolitos + sequestra-se mol.
Fase II
fase exergónica (retorno)
Oxidação do 3-P- gliceraldeído a piruvato
ocorre formação de NADH + H+ e ATP: FOSFORILAÇÃO AO NÍVEL DO SUBSTRATO
+ 2* mesmos passos–> apenas 1 via, económico (poupa enzimas difs)
Balanço energético da glicólise
deltaG'= deltaGº' + RTln Q (Q= razão de ação das massas, ([C]^c [D]^d)/ ([A]^a[B]^b))
3 passos muito longe do eq (1 glucose+ATP–> glucose-6-fosfato + ADP, 3 Frutose-6-fosfato +ATP–> frutose 1,6-bisfosfato+ ADP, 10 Fosfoenolpiruvato + ADP –> piruvato + ATP)–> garantem direcionalidade da via!! controlam fluxo do eq! + geralmente têm atividade mais baixa, catalizam menos–> passos limitantes!
outros perto do eq.
Reação global:
Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
- Conversão de glucose em piruvato (exergónica)
Glucose + 2 NAD+ → 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+
deltaGo’ = -146 kJ/mol
- Formação de ATP (endergónica)
2 ADP + 2 Pi → 2 ATP + 2 H2O
deltaGo’ = 2 x 30.5 kJ/mol = 61.0 kJ/mol
=> deltaGº’= -85kJ/mol
▪ A glicólise é um processo celular essencialmente irreversível, recuperação de energia (ATP) é (61/146) ~ 40%. Qual a função dos 60 % perdidos?( –> acelerar! Se não ad aeternum…compromisso, termodinâmica: EFICIÊNCAIA)
▪ Maior parte da energia fica contida no piruvato – a oxidação completa da glucose liberta 2840 kJ/mol, assim apenas 146/2840 = 5.2% da G da glucose é libertada durante a glicólise
- Fosforilação da glucose
Hexocinase
ATP + Glucose -(Mg2+)->ADP+ 6-P-Glucose (Éster de Robinson)
► ocorre em C-6
► o ião Mg2+ é essencial para a actividade do hexocinase–> substrato= complexo Mg2+-ATP
► passo irreversível na célula–> ponto importante de regulação da via ?
► reacções acopladas
► não há transportadores para os compostos fosforilados–>”prende na cel”, impede que saia da membrana!! SEQUESTRA MOL. (mas: ainda pode ir para piruvato (glicólise)/ ribose-5-fosfato (ciclo fosfatos pentose?)/ sangue (glucose 6-fosfatase)/glicogénio (excesso))
Em condições padrão a conservação da energia é (13,8/30,5) ~ 45%. Os restantes 55 % asseguram a espontaneidade da reacção
(-30,5 no ATP perdeu-se isto, mas aproveitaram-se 13,8 –> -16,7 na reação total perdeu-se efetivamente= desperdício)
- Conversão a 6-P-frutose
Fosfohexose isomerase
6-P-Glucose-(Mg2+)-> 6-P-Frutose (Éster de Neuberg)
► isomerização reversível de uma aldose a cetose
► papel crítico na química da via glicolítica: o re-arranjo molecular é essencial para garantir os passos seguintes
Enzima: abre anel, abstrai protão (por Glu) –> forma cis-enediol, catálise ácida facilita formação 6-P-frutose, fecha anel
- Fosforilação a 1,6-bisP-frutose
Fosfofrutocinase 1
6-P-Frutose + ATP -(MG2+)-> ADP + 1,6-bisP-Frutose (Éster de Harden & Young)
deltaG= -20kJ/mol!
► Reacção essencialmente irreversível na célula—> ponto mais importante de regulação da via glicolítica
► PFK1 – um dos enzimas de regulação mais complexos: a sua actividade diminui quando a [ATP] é elevada (!)
► é o passo do compromisso – o 1,6-bisP-frutose está de forma definitiva na via glicolítica (G-6P era ainda “entroncamento c/ muitos destinos”)
Nomenclatura: difosfato ou bisfosfato?
2 grupos fosfato/ fosfórico ligados em pos DIF na mol: BISFOSFATOS (1,6-bisfosfato de frutose; 1,3- bisfosfoglicerato)
2 fosfatos ligados entre si como um grupo pirofosforilo: DIFOSFATOS (difosfato de adenosina, ADP)
Regras semelhantes aplicam-se à denominação de trisfosfatos (como 1,4,5-trisfosfato de inositol) e trifosfatos (como trifosfato de adenosina, ATP).
- Rutura do 1,6-bisP-frutose
1,6-bisP-frutose aldolase
1,6-bisP-Frutose–> fosfato de dihidroxiacetona (Éster de Fischer) + 3-P-gliceraldeído
► reacção reversível com produção de 2 fosfatos de triose
► embora deltaGo ́ seja positivo, a reacção ocorre no sentido direto nas condições intracel. Porquê?
Mecanismo aldolase: abre anel, Lys ataca carbonilo–> intermediário tetraédrico; rearranjo–> base Schiff protonada (desloc e- facilita passos seg), quebra C-C, isomerização, hidrólise base Schiff, troca proteica (restaura enzima)
+glutamato facilita isomerização do carbonilo, há troca protónica
Passo 5. Interconversão das trioses
Fosfato de triose isomerase
Fosfato de dihidroxiacetona–> 3P gliceraldeído
► só o 3 P gliceraldeído pode seguir na via glicolítica
► reacção de isomerização rápida e reversível
Final da fase preparatória da glicólise!!!! A molécula de aldohexose foi fosforilada em C1 e C6 e sofreu rutura–> duas mols de 3 P gliceraldeído
!Ver mecanismo!
- Enzima, com Glu165 ataque nu ao fosfato de dihidroxiacetona–> ataque nu da His95 enzima
- intermediário enediol
- metil glioxal
- 3P gliceraldeído
► Conversão do enediol a metil glioxal é 100 x mais rápida que a isomerização!
► Metil glioxal = metabolito tóxico–> reage com DNA e proteínas, formando os AGEs (Advanced Glycation End products)
► enzima mantêm o centro activo fechado, impedindo a difusão do intermediário!!!
► deficiência do fosfato de triose isomerase= única enzimopatia LETAL da glicólise!
- Oxidação a 1,3
bisfosfoglicerato
A partir de agora: 1 conjunto de enzimas (pay-off/retorno)
3P gliceraldeído desidrogenase (x2 tudo)
3P gliceraldeído + fosfato inorgânico (+ NAD+) –> 1,3 bisfosfoglicerato (Éster de Warburg Negelein) (+ NADH + H+)
► produção do coenzima reduzido NADH (regenerado anaerobicamente a NAD durante a fermentação)
► reacção de oxidação (deltaGº’= -50 kJ/mol) e fosforilação (deltaGº’=+44kJ/mol) –> Reações acopladas!!
► Como é feito o acoplamento? (a 2ª reacção não desloca a 1ª pois é desfavorável!!! Barreira energética enorme!!)
=> Acoplamento através de um intermediário (tioéster) cov. ligado ao enzima!! (substrato -> intermediario tioester -> acil-fosfato -> produto)
OU SEJA: Enzima conserva boa parte da queda no intermediário com energia de Gibbs muito mais alta! (energia não é perdida!)
+ Hg inibe irreversivelmente o enzima ao ligar-se ao resíduo de cisteína do centro ativo
MECANISMO GAPDH: Envolve reação com AA, reação dif.,com queda energética dif.
- Complexo ES; centro ativo Cys c/ pKa red (5.5 em vez de 8) quando NAD+ ligado–> na forma mais relativa (tiolato)
- ligação cov (tiohemiacetal) entre Substrato e Cys
- intermediario ES oxidado por NAD+ ligado ao CA, NAD+ reduzido
- NADH sai do CA, substituido por outro NAD+
- Lig cov tioester SE sofre fosforolise (?), liberta-se produto (1,3 bisfosfoglicerato)= composto de alta energia! (Até fosforila ADP espontaneamente!! Pq tem G muito neg)
Alguns dos intermediários fosforilados da glicólise
delta Gº’ mais ou menos
Compostos de "Alta energia": Fosfoenolpiruvato: -62 1,3 Bisfosfoglicerato: -55 Fosfocreatina: -48 (podem dar P a ATP)
ATP: -30
Compostos de “Baixa energia”:
Glucose-6-P: -12
Glicerol-3-P: -5
(Recebem P de ATP)
Passo 7. Transferência do grupo fosforilo
Fosfoglicerato cinase (x2 tudo) ► o nome do enzima reflete a reação inversa
1,3 bisfosfoglicerato + ADP -(Mg2+)-> ATP + 3 fosfoglicerato (Éster de Nilson)
► juntamente com o passo anterior, forma um passo de acoplamento energético cujo delta G º ‘= -12.5 kJ/mol
► ocorre formação de ATP
FOSFORILAÇÃO AO NÍVEL DO SUBSTRATO (fosforilação de ADP ou algum outro nucleosídeo 5′-difosfato acoplado à desidrogenação de substrato orgânico; independente da cadeia respiratória)
[descoberto anos 30, na altura também estavam à procura de composto assim nos mt, mas não há!–> fosforilação oxidativa; driving force: gradiente de protões]
- Conversão a 2 fosfoglicerato
Fosfoglicerato mutase (x2 tudo)
3-fosfoglicerato -(Mg2+)-> 2
fosfoglicerato
►reacção enzimática depende da existência de 2,3 bisfosfoglicerato em quantidades vestigiais!!
► este metabolito é necessário para o início do ciclo catalítico do enzima
