Glicólise e Fermentação

1. Glicólise e Fermentação UNIOESTE – Curso de Enfermagem – Disciplina de Bioquímica 8ª Aula Teórica – Dia 07/05/2014 Mustafa Hassan Issa

2. 2 Referência da Aula: Livro de Bioquímica do Stryer Capítulo 16 (5ª/6ª Ed.)

3. 3 Glicólise no Mapa Metabólico

4. * *Piruvato 4 Conversão de Energia - 3 Estágios Estágios na extração da energia dos alimentos: - As vias catabólicas convergem no Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs).

5. 1º Estágio: - Principal evento: As grandes moléculas são quebradas em unidades menores (digestão); - Elementos: Aminoácidos, Monossacarídeos, Ácidos Graxos + Glicerol (sem saldo de energia disponível). 2º Estágio: - Principal evento:Conversão das moléculas menores numa unidade simples de papel central no Metabolismo; - Elemento: Acetil CoA (pequeno saldo de energia disponível). 3º Estágio: - Principal evento:Oxidação da Acetil CoA e obtenção de ATP; - Elementos: Ciclo de Krebs e Cadeia de Transporte de Elétrons/Fosforilação Oxidativa (grande saldo de energia disponível). 5 Conversão de Energia - 3 Estágios

6. 6 Glicólise Sequência de reações (processo anaeróbico) na qual ocorre o catabolismo de 1 molécula de Glicose em 2 moléculas de Piruvato (Ácido Pirúvico), com saldo (positivo) de 2 moléculas de ATP. - Sinônimos: - Via Glicolítica; - Via de Embden-Meyerhof-Parnas (1940).

7. - + C H O 2 C H C C O O 2 H 6 1 2 6 3 O Glicólise + Glicose Piruvato 7 Glicólise - Sequência de ações metabólicas possíveis: - Após a produção dos 2 Piruvatos na Glicólise, o processamento pode seguir de dois modos: 1)Anaeróbio (Fermentação): O Piruvato pode ser processado até Lactato (Ácido Lático / Fermentação Láctica), ou então ser processado até Álcool (Etanol / Fermentação Alcoólica ou Etanólica). Ambas mantém o saldo de 2 ATPs da Glicólise; 2)Aeróbio (Respiração): O Piruvato é oxidado completamente até CO2 e H2O (Ciclo de Krebs + Cadeia de Transporte de Elétrons / Fosforilação Oxidativa) gerando MUITO MAIS ATPs.

8. 8 Glicólise – Reação até Piruvato (Fermentação e Oxidação) Fermentação Lática: De Piruvato até Lactato Fermentação Alcoólica: De Piruvato até Etanol

9. 9 Glicólise – Informações Relevantes -Glicose: Alimento muito importante e muito comum; - Neurônio: Consome apenas Glicose em estado alimentado (quando não estamos em jejum); - Hemácias: Única fonte de energia é a glicose (seja no jejum, seja no estado alimentado); - A Glicólise (Aeróbia ou Anaeróbia) é uma Via Metabólica praticamente universal (Procariotos e Eucariotos) utilizada por quase todos os tipos de organismos como fonte energética; - Processo altamente conservado: Muito semelhante entre organismos (Aproximadamente as mesmas 10 reações até Piruvato) – Diferenças estão em relação a Regulação da Via Metabólica e ao destino do Piruvato.

10. - Destino do Piruvato - Varia de acordo com: 1) Tipo de organismo, 2) Com o tipo de tecido e o momento que metaboliza glicose. 1)Com o tipo de organismo: Organismos Aeróbios Restritos, Anaeróbios Restritos e Anaeróbios Facultativos; 2)Com o tipo de tecido e o momento que metaboliza glicose: Por exemplo, o músculo humano (apesar de sermos seres aeróbios) pode necessitar obter ATP a partir da Glicólise pelo modo Anaeróbio (Fermentação). 10 Glicólise – Informações Relevantes

11. - Local que ocorre: Citoplasma da célula; - Fases: Estágios 1, 2 e 3. 1)Estágio 1: Transformação da Glicose em Frutose 1,6-Bisfosfato (3 Etapas: Primeira Fosforilação, Isomerização e Segunda Fosforilação); 2)Estágio 2: Clivagem da Frutose 1,6-Bisfosfato em 2 fragmentos de 3 carbonos (Gliceraldeído 3-Fosfato); 3)Estágio 3: Formação de ATP resultante da conversão dos 2 fragmentos de 3 carbonos (Gliceraldeído 3-Fosfato) até Piruvato. 11 Via Glicolítica – Sequência de ações

12. 1)Estágio 1: Transformação da Glicose em Frutose1,6-Bisfosfato; 2)Estágio 2: Clivagem da Frutose 1,6-Bisfosfato em 2 fragmentos de 3 carbonos (Gliceraldeído 3-Fosfato); 3)Estágio 3: Formação de ATP resultante da conversão dos 2 fragmentos de 3 carbonos (Gliceraldeído 3-Fosfato) até Piruvato. 12 Glicólise – 3 Fases

13. 13 Via Glicolítica – Estágio 1 - Importância deste Estágio: “Aprisionar” a Glicose no interior da célula (após internalização) – Fosforilação é fundamental (Polaridade). 1)Etapa da Primeira Fosforilação: A Enzima Hexoquinase fosforila a Glicose com gasto de 1 ATP, e forma-se a Glicose 6-Fosfato; 2)Etapa de Isomerização: A Glicose, que é uma Aldose, é convertida em seu homólogo Cetose, que é a Frutose 6-Fosfato (Reação catalisada pela Fosfoglicose Isomerase); 3)Etapa da Segunda Fosforilação: A Frutose 6-Fosfato é fosforilada a partir de mais 1 ATP até Frutose 1,6 Bisfosfato (Reação catalisada pela Fosfofrutoquinase).

14. 1)Primeira Fosforilação:Hexoquinase fosforila a Glicose gastando 1 ATP, e forma-se a Glicose 6-Fosfato; 2)Isomerização: A Glicose é convertida em seu homólogo Frutose 6-Fosfato na reação catalisada pela Fosfoglicose Isomerase; 3)Segunda Fosforilação: A Frutose 6-Fosfato é fosforilada pela Fosfofrutoquinase e forma-se a Frutose 1,6-Bisfosfato. 14 Via Glicolítica – Estágio 1

15. 15 Via Glicolítica – Estágio 2 - Importância deste Estágio: Conversão do “esqueleto” de 6 carbonos até a obtenção de 2 moléculas com “esqueleto” de 3 carbonos. São 2 passos: 1)Conversão da Frutose 1,6 Bisfosfato em 2 cadeias de 3 carbonos: A Enzima Aldolase catalisa a reação resultando em 1 Di-Hidroxiacetona Fosfato MAIS 1 Gliceraldeído 3-Fosfato (cada um com 3 carbonos); 2)Isomerização da Di-Hidroxiacetona Fosfato a Gliceraldeído 3-Fosfato: Esta reação representa a conversão da Frutose 1,6-Bisfosfato em 2 moléculas de Gliceraldeído 3-Fosfato (Reação catalisada pela Triose Fosfato Isomerase).

16. 2)Isomerização da Di-Hidroxiacetona Fosfato a Gliceraldeído 3-Fosfato: Equivale à conversão da Frutose 1,6-Bisfosfato em 2 moléculas de Gliceraldeído 3-Fosfato (Reação catalisada pela Triose Fosfato Isomerase). 1)Cisão da Frutose 1,6 Bisfosfato em 2 cadeias de 3 carbonos: A Enzima Aldolase catalisa a formação de 1 Di-Hidroxiacetona Fosfato + 1 Gliceraldeído 3-Fosfato (cada um com 3 carbonos). 2x 16 Via Glicolítica – Estágio 2

17. 17 Via Glicolítica – Estágios 1 & 2 - Estágio 1 e 2 – Informações relevantes e resumo: - Até agora, a conversão de Glicose em Frutose 1,6 Bisfosfato (no Estágio 1), e daí em 2 moléculas de 3 carbonos de Gliceraldeído 3-Fosfato (no Estágio 2) são os principais eventos; - Até o momento não houve saldo positivo de ATP (energia reservada), e pelo contrário, foram GASTOS 2 ATPs→ Houve “investimento de 2 ATPs”. - A célula está no “prejuízo”; - No Estágio 3 este “prejuízo”será revertido, e ocorrerá um saldo positivo de 2 ATPs.

18. 18 Via Glicolítica – Estágio 3 - Importância deste Estágio: Conversão das 2 moléculas de Gliceraldeído 3-Fosfato até Piruvato (2 moléculas), com extração de energia reservada em 2 ATPs, que ocorre numa série de 5 passos. 1)Conversão da Gliceraldeído 3-Fosfato em 1,3 Bisfosfoglicerato: Forma-se um composto que tem alto potencial de transferir Grupo Fosfato. Ocorre a participação de um NAD+ (que se converte em NADH); 2)Conversão do 1,3 Bisfosfoglicerato em 3-Fosfoglicerato: Esta conversão resulta na perda de um Fosfato pelo 1,3 Bifosfoglicerato para um ADP, formando-se 1 ATP (Energia reservada pela 1ª vez) mais 3-Fosfoglicerato;

19. 19 Via Glicolítica – Estágio 3 3)Série de reações de 3-Fosfoglicerato até Piruvato com formação de mais 1 ATP: - Entre o 3-Fosfoglicerato e o Piruvato, temos 2 intermediários (2-Fosfoglicerato e o Fosfoenolpiruvato), com uma perda de H2O e a formação de mais 1 ATP (Energia reservada pela 2ª vez). - Observação Importante: O Fosfoenolpiruvato é um potencial doador de Grupo Fosfato, e por isso pode haver conversão de ADP em ATP.

20. 1)Conversão da Glicerladeído 3-Fosfato em 1,3 Bisfosfoglicerato: NAD+ se converte em NADH, com inserção de 1 PO4; 2)Conversão do 1,3 Bisfosfoglicerato em 3-Fosfoglicerato: Perda de um Fosfato pelo 1,3 Bisfosfoglicerato para um ADP, formando-se 1 ATP mais 3-Fosfoglicerato; 3)Série de reações de 3-Fosfoglicerato até Piruvato com formação de ATP: Entre o 3-Fosfoglicerato e o Piruvato (2 intermediários: 2-Fosfoglicerato e o Fosfoenolpiruvato), forma-se mais 1 ATP. 20 Via Glicolítica – Estágio 3

21. 21 Via Glicolítica – Estágios 1, 2 & 3 Até o momento, formou-se “apenas” mais 2 ATP, e a Glicólise parece que não deu “Lucro”. - Observação Importante: Entraram no “Estágio 3” DUAS moléculas de Gliceraldeído 3-Fosfato (3 Carbonos). Desta forma, o que ocorreu no “Estágio 3” é multiplicado por 2, então, temos na realidade 4 ATPs formados; - Portanto: A partir das 2 moléculas de Gliceraldeído 3-Fosfato temos a formação de 2 moléculas de Piruvato + 4 ATPs que captaram a energia liberada no processo (Conversão [fosforilação] de 4 ADPs em 4 ATPs); - Desta forma o balanço final fica: 4 ATPs formados menos 2 Investidos =2 ATPs líquidos.

22. 22 Por que a Glicólise tem que continuar? “Durante o processo foram formados 2 NADH, que devem ser regenerados até NAD+, e esta reação é acoplada (só ocorre) com a continuação do processo” - O processo, após chegar ao Piruvato deve seguir, senão a reconversão dos NADH até NAD+ não ocorre; - Razão para isso: Há limite de NAD no organismo, pois seu precursor é a Niacina (Vitamina B3), que em Humanos é adquirida apenas pela alimentação.

23. 23 Destinos do Piruvato com regeneração dos NADH até NAD+ 3 destinos possíveis para o Piruvato: 1)Via Aeróbia: Oxidação até CO2 no Ciclo do Ácido Cítrico (C. de Krebs) (Via Acetil-Coa), com posterior formação de H2O (Regeneração dos NADH naCadeia de Transporte de Elétrons/Fosforilação Oxidativa). 2.1)Via Anaeróbia:Fermentação até Lactato. 2.2)Via Anaeróbia:Fermentação até Etanol.

24. + 4 ATP (2 Liq.) 24 Via Glicolítica - 3 Destinos do Piruvato

25. 25 Fermentação Láctica - Síntese do processo: - O Piruvato é reduzido por 1 NADH e resulta em Ácido Lático (Lactato). A reação é catalisada pela Enzima Lactato Desidrogenase(LDH); - Ocorre em microorganismos e em animais superiores (inclusive no Ser Humano); - Além da regeneração do NADH em NAD+, esta fase mantém a Glicólise em condições anaeróbias.

26. De Piruvato a Lactato LDH 26 Fermentação Láctica Obs(Lactato): - No leite, provoca a desnaturação das proteínas e forma-se o coalho; - Nos músculos, o acúmulo dessa substância causa cãibras.

27. 27 Fermentação Alcoólica - Síntese do processo: - O Piruvato é primeiramente descarboxilado, numa reação catalisada pela Enzima Piruvato Descarboxilase. Forma-se uma molécula de Aldeído Acético (Acetaldeído); - O Aldeído Acético é reduzido até Etanol pelo NADH, regenerando-o até NAD+ numa reação que é catalisada pela Enzima Álcool Desidrogenase. Forma-se uma molécula de Etanol; - Ocorre em microorganismos (Ex.Leveduras), e não ocorre no Ser Humano; - Além da regeneração do NADH em NAD+, esta fase mantém a Glicólise em condições anaeróbias.

28. De Piruvato a Etanol Obs 1(CO2): - Produzido pelo fermento utilizado para fazer a massa (carboidratos) do pão crescer; Obs 2(Etanol): - Produzido pela fermentação do caldo da cana-de-açúcar ou de outros vegetais, resultando no álcool para uso doméstico, como combustível, e outras aplicações. 28 Fermentação Alcoólica

29. 29 Oxidação do Piruvato até CO2 - Síntese do processo: - Processo resulta em mais ATPs na presença de Oxigênio (O2); - Para isso, o Piruvato precisa ser convertido em Acetil-CoA, para entrar no Ciclo de Krebs, e daí o processo seguir para a Cadeia de Transporte de Elétrons (onde ocorre a Fosforilação Oxidativa); - A Enzima Piruvato Desidrogenase (complexo enzimático) catalisa esta reação na presença de NAD+ e CoA, o que resulta em Acetil-CoA, mais NADH e CO2; - O NADH transferirá H+ (mais 2 elétrons) para O2 na Cadeia de Transporte de Elétrons, formando-se H2O; - Esta reação ocorre na Mitocôndria (reação aeróbia).

30. 30 Conversão do Piruvato a Acetil CoA - O Piruvato produzido no citoplasma (Glicólise) será descarboxilado, resultando na formação de 1 Acetil CoA na Mitocôndria acoplada a redução de 1 NAD+; - Complexo de Enzimas: Piruvato Descarboxilase. “Reação que representa o elo entre a Glicólise e a respiração celular a partir do Ciclo de Krebs”

31. CITOPLASMA Glicídios Proteínas Lipídios Ácido Pirúvico Aminoácidos Glicerol Ácido Oxalacético e Cetoglutário Ácido Graxo ACETIL Coenzima A MITOCÔNDRIA Beta Oxidação CICLO DE KREBS CO2 CO2 NADH2 FADH2 H+ Cadeia Respiratória Aceptores H2O ATP 31 Oxidação do Piruvato até CO2

32. * *Piruvato 32 Conversão de Energia - 3 Estágios Estágios na extração da energia dos alimentos: - As vias catabólicas convergem no Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs).

33. 33 Porque a Glicose ? - A molécula da Glicose contém uma concentração relativamente alta de energia potencial (G0’ da oxidação a CO2 = -2840 kJ/mol-1 / -686 Kcal/mol-1) - após oxidação completa de modo aeróbio, até CO2 e H2O; - Pode ser estocado como polímeros (sem grandes efeitos osmóticos); - Abundância no meio ambiente (combustível fácil).

34. 34 Glicose+Consumo de 2 ATP 2Ácidos Pirúvicos+4H++Produção de 4 ATP 2H+são Transportados pelo NAD+ passando para o estado reduzido de NADH. EQUAÇÃO GERAL DA GLICÓLISE: C6H12O6 + 2 ADP + 2 P + 2 NAD+ = 2 C3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH - Obs: Consumo de 2 ATP e Produção de 4ATP (RENDIMENTO ENERGÉTICO: 2 ATP)

35. Saldo de 30 ATP 35 Glicólise & Respiração

36. MITOCÔNDRIA MEMBRANA INTERIOR MEMBRANA EXTERIOR CRISTAS MATRIZ 36 Respiração Aeróbia - Ocorre numa organela citoplasmática - Mitocôndria.

37. EQUAÇÃO GERAL DA RESPIRAÇÃO AERÓBIA C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 30 ATP 37

38. Obrigado, agradeço a atenção de todos

39. Perguntas…?