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CURSO: Ciências BiológicasDISCIPLINA: Bioquímica 2

1 CONTEUDISTAS: Andrea Da Poian, Debora Foguel, Marílvia Dansa de Alencar Petretski, Olga Tavares Machado

AULA 5 GLICÓLISE: COMO OBTER ENERGIA A PARTIR DA GLICOSE?

META Mostrar como acontece a quebra parcial da molécula de glicose.

OBJETIVOS Ao final desta aula, você deverá ser capaz de: 1. identificar as enzimas da via glicolítica, sua atividade catalítica e a afinidade por seus substratos; 2. descrever as reações químicas que compõem a via glicolítica e suas particularidades cinéticas e termodinâmicas; 3. identificar a estrutura dos intermediários da via glicolítica e suas características moleculares; 4. reconhecer as moléculas de alta energia sintetizadas na glicólise; 5. avaliar o significado biológico da via glicolítica.

Para acompanhar esta aula, é fundamental ter claro o conceito de oxidação e redução (Aula 3) e ser capaz de reconhecer a estrutura de carboidratos (Aula 29, Bioquímica 1).

1. QUEBRAR GLICOSE SIGNIFICA SINTETIZAR ATP

Na última aula, vocês viram que a glicose é o principal substrato oxidável para a maior parte dos seres vivos. Viram também que a glicólise é uma via universal que ocorre no citoplasma das células. Falamos, ainda, que a degradação da glicose tem por objetivo extrair energia desta molécula e armazenar esta energia em ATP. Portanto, da próxima vez que estiver comendo alimentos que contenham glicose (ou qualquer um dos carboidratos utilizados na via glicolítica), lembre-se de que fazemos isso para fornecer ATP para nossas atividades celulares.

Nesta aula, vamos estudar a glicólise com mais detalhe, identificando cada uma das suas reações e as enzimas que as catalisam isoladamente. Não tente decorá-las. Entenda o que acontece com a molécula de glicose durante sua oxidação e em que momentos a célula usa a energia liberada neste processo para sintetizar compostos ricos em energia, como o ATP.

Figura 5.1: Sacarose, aquele açúcar que usamos em doces e no cafezinho, é um dissacarídeo composto de glicose e frutose, dois substratos da via glicolítica. Fonte: http://www.sxc.hu/photo/545234. Autor: Mike Hughes.

2. A CÉLULA EMPRESTA ENERGIA PARA A GLICÓLISE ACONTECER E DEPOIS RECEBE ESTA ENERGIA EM DOBRO

A via glicolítica pode ser vista de várias maneiras. Aqui, vamos dividi-la em duas etapas para facilitar o entendimento da dinâmica desta via (Figura 5.2). A primeira etapa da glicólise tem o nome de etapa de ativação. Ela também pode ser chamada de etapa preparatória, etapa de investimento de energia, ou etapa endergônica. A segunda etapa denomina-se etapa de pagamento, etapa de síntese de ATP ou etapa exergônica. A ideia de dividir a glicólise em etapas (investimento e pagamento) é mostrar que a célula prepara a molécula de glicose na primeira fase para ser reconhecida e utilizada na segunda etapa. Sem isso, a glicose pode seguir outros caminhos metabólicos e não cumprir a função primordial da via glicolítica, a de sintetizar ATP. Este objetivo da via só é alcançado na segunda fase, quando de fato a via sintetiza seu produto mais importante, o ATP. Vamos saber como isso acontece? Então, vamos lá.

Foto: Sanj a Gjenero

Figura 5.2: A glicólise pode ser dividida em etapa de investimento e etapa de pagamento. Na primeira fase, a célula usa 2 moléculas de ATP e na segunda fase ela sintetiza 4 moléculas de ATP. Saldo final = 2 moléculas de ATP para cada glicose utilizada na via.

A glicólise é composta de 10 reações químicas catalisadas por 10 enzimas específicas. A primeira etapa (ativação) é composta de 5 reações. E a segunda etapa (pagamento), pelas 5 reações restantes. As etapas da via glicolítica são mostradas na Figura 5.3. Cada reação química da glicólise precisa de um “empurrãozinho” pra acontecer. Quem dá este “empurrãozinho” são as enzimas (ver Bioquímica 1 para relembrar o que são enzimas). Nós também vamos falar delas.

Glicose Fase de investimento de energia

Fase de pagamento

2 ADP2 ATP
2 NAD+2 NADH
4 ADP4ATP

1(6C)

2 piruvato 2(3C) Saldo final

Glicose 2 piruvato + H2 O

2 ADP + 2 Pi 2 ATP

Figura 5.3: Esquema mostrando a sequência de eventos que ocorrem na via glicolítica. R significa reação. As reações estão numeradas de R1 a R10. Na etapa de investimento, a célula empresta ATP. Na fase de pagamento, a célula paga o ATP investido com “juros” para a célula.

R1. A glicose é fosforilada formando glicose-6P

R3. A frutose-6P é fosforilada novamente

R4. A frutose-1,6-biP é quebrada em DHAP + GAL3P R5. Dihidroxicetona-P é convertida a gliceraldeído-3P

R6. Gliceraldeído3P é fosforilada por Pi

R10. Fosfoenolpiruvato perde fosfato, formando ATP

Etapa de investimento

Etapa de pagamento

ATP entra ATP sai

3. ETAPA DE INVESTIMENTO DA GLICÓLISE: a célula empresta energia

Na primeira etapa da glicólise, encontramos 5 reações que culminam com a transformação da glicose em 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato (gliceraldeído-3P) (Esquema 5.1). Você se lembra (Bioquímica 1) que o gliceraldeído é a menor aldose que existe? Esta molécula tem 3 carbonos e, portanto, é na primeira etapa da glicólise que ocorre a quebra da molécula de glicose.

Esquema 5.1: Primeira fase da glicólise ou fase de investimento de energia. Nesta fase, a molécula de glicose, que tem 6 carbonos, é quebrada em duas moléculas de gliceraldeído-3P, que tem 3 carbonos cada uma.

Boxe de atenção

É muito comum o estudante confundir os termos químicos que utilizamos em Bioquímica. Um dos erros mais comuns é achar que gliceraldeído 3-fosfato é uma molécula de gliceraldeído com 3 grupos fosfato. Ou que frutose 6-fosfato é uma frutose com 6 grupos fosfato. Não esqueça! Os números indicam a posição do fosfato na molécula. Portanto, gliceraldeído 3-fosfato é um gliceraldeído com

Glicose 2x Gliceraldeído-3P (6C) (2x3C) um grupo fosfato no carbono 3. Frutose 1,6-bifosfato é uma molécula de frutose com 2 grupos fosfato ligados. Um dos grupos fosfato está ligado no carbono 1 da frutose e o outro grupo fosfato está ligado no carbono 6 da frutose. E assim por diante. Procure nos livros de Bioquímica da biblioteca do seu pólo e desenhe a molécula de gliceraldeído e a molécula de gliceraldeído-3-fosfato. Faça o mesmo sempre que tiver dúvida sobre a estrutura da molécula. Observe com calma e atenção. Se tiver alguma dúvida, não demore a procurar ajuda.

Fim do boxe de atenção.

3.1. A PRIMEIRA REAÇÃO DA VIA (R1): a glicose é fosforilada.

A glicose que ingerimos durante a alimentação é absorvida pelas células do nosso epitélio intestinal e, de lá, é enviada para as outras células do corpo pela corrente sanguínea. A entrada da glicose nas células acontece por um sistema de transporte conhecido por vocês, o transporte passivo (ver Biologia Celular, Aula 1, páginas 137 e 138). A glicose é transportada a favor do gradiente de concentração, sem gasto de energia, graças à presença de uma proteína carreadora específica, chamada GLUT (Figura 5.4).

Figura 5.4. O transporte de glicose. A glicose entra na célula através de uma proteína específica, cujo nome é GLUT4. A quantidade de GLUT4 é que determina a quantidade de glicose que vai entrar na célula. Fonte: adaptado de http://www.betacell.org/documents/managed/article_panel _images/insulin-receptor-GLUT4_w500.jpg

Após entrar na célula, a glicose é imediatamente fosforilada no carbono 6, tornando-se glicose-6-fosfato (glicose-6P ou G6P). Esta é uma reação irreversível, pois seu G é bastante negativo. A fosforilação da glicose é a primeira reação da via glicolítica (Esquema 5.2) e uma das reações mais importantes desta via. Quem fornece o fosfato para esta reação é o ATP, que é hidrolisado a adenosina di fosfato (ADP). O ATP não está sozinho nesta reação:

ele forma um complexo com o Mg++ (magnésio), formando ATP-Mg++ . A fosforilação da glicose impede que ela retorne pelo mesmo transportador, quando os níveis de glicose na célula são maiores que na corrente sanguínea. Isso ocorre porque GLUT não é capaz de transportar glicose-6P (Figura 5.5).

Glicose Fora da célula

Dentro da célula

Figura 5.5: A glicose é mantida na célula por sua fosforilação a glicose-6P. Quando a glicose recebe um fosfato, não pode sair da célula. Assim, a célula garante que a glicose ficará dentro dela.

Verbete Fosforilação – é a reação de adição de um fosfato a uma molécula. Na glicólise, você verá várias reações de fosforilação de diferentes substratos. Fim do verbete

A reação de fosforilação da glicose é catalisada pela enzima chamada hexoquinase na maior parte dos tecidos. Apenas no fígado, em vez da hexoquinase, é a glicoquinase que catalisa a mesma reação. A interação da enzima com seu substrato é um exemplo do mecanismo de encaixe induzido (este mecanismo você viu em Bioquímica 1 e pode relembrar no boxe Saiba mais).

Glicose ATP

Citoplasma Fluido extracelular

Glicose

Glicose Glicose

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