GLICOGÊNESE E METABOLISMO DE LIPÍDEOS

Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Instituto de Biociências
REG209 – Bioquímica Fundamental

Aluno: Vilson Antônio Arruda

Questionario 7 CORRIGIDO – Gliconeogênese e Metabolismo de lipídeos

- Gliconeogênese

1) Como a estrutura do glicogênio está relacionada a sua função metabólica?
O glicogênio é um polímero de moléculas de glicose unidas por ligações α (1→4) e ramificações com ligações α (1→6). Apresenta ramificações a cada 8 a 14 unidades de glicose. O fato de apresentar muitas ramificações torna o glicogênio uma molécula com várias extremidades de glicose que podem ser hidrolizadas do polímero pela enzima glicogênio-fosforilase, que cliva, por adição de grupos fosfato, as ligações α (1→4) do glicogênio seqüencialmente (em direção à extremidade não-redutora da molécula). (Fabiana) A estrutura altamente ramificada do glicogênio, que possui muitas pontas não-redutoras, permite a rápida mobilização da glicose em períodos de necessidade metabólica. As ramificações α (1→6) do glicogênio são clivadas pela enzima desramificadora do glicogênio. (Voet, cap. 8, p. 219).
O glicogênio é a principal reserva de glicose do nosso organismo e é abundante nas células do músculo esquelético e fígado, onde fica armazenado sob a forma de grânulos.

2) Descreva brevemente a síntese e a degradação do glicogênio.
A degradação do glicogênio, ou glicogenólise, requer três enzimas:
1. A glicogênio-fosforilase (ou simplesmente fosforilase) catalisa a fosforólise do glicogênio (clivagem da ligação pela substituição de um grupo fosfato) produzindo glicose-1-fosfato (G1P).
Essa enzima somente libera uma unidade de glicose se essa estiver até no
mínimo cinco unidades de um ponto de ramificação.

2. A enzima de desramificação do glicogênio remove as ramificações do glicogênio,
tornando, assim, mais resíduos de glicose acessíveis à glicogênio-fosforilase.

3. A fosfoglicomutase converte G1P em G6P, que pode ter vários destinos
metabólicos.

A síntese do glicogênio envolve 3 enzimas:
1. A UDP-glicose-pirofosforilase, que sintetiza UDP-glicose a partir de glicose-1-fosfato e UTP.

2. A glicogênio-sintase, que acrescenta a UDP-glicose em ligações α (1→4) à cadeia crescente do glicogênio, liberando na reação UDP e glicogênio (n + 1 glicose).

3. A enzima de ramificação do glicogênio, que transfere 7 glicoses ligadas em α (1→4) para a OH do carbono 6 de uma glicose do glicogênio - formando a ramificação em ligação α (1→6). (Fabiana)


3) O que é a gliconeogênese e qual a sua importância?
Quando não houver disponibilidade de glicose na dieta, ou quando o fígado esgotar
seu suprimento de glicogênio, a glicose será sintetizada a partir de precursores
não-glicídicos pela gliconeogênese. Na verdade, a gliconeogênese fornece uma
porção substancial da glicose produzida em seres humanos em jejum, mesmo algumas
horas após a alimentação. A gliconeogênese ocorre no fígado e, em menor
grau, nos rins. (VOET)


4) De modo geral quais os precursores não glicídicos que podem ser convertidos em glicose?
Os precursores não-glicídicos que podem ser convertidos em glicose incluem os produtos da glicólise lactato e piruvato, os intermediários do ciclo do ácido cítrico e as cadeias carbonadas da maioria dos aminoácidos. Em primeiro lugar, entretanto, todas essas substâncias devem ser convertidas no composto de quatro carbonos oxaloacetato , que é, ele próprio, um intermediário do ciclo do ácido cítrico. Os únicos aminoácidos que não podem ser convertidos em oxaloacetato nos animais são a leucina e a lisina, porque seu catabolismo produz somente acetil-CoA (Seção 20-4E) e porque não há uma via nos animais para a conversão líquida de acetil-CoA em oxaloacetato. (VOET)

5) Em qual composto essas substâncias são convertidas e qual sua relação com o ciclo de Krebs?
Incluem os produtos da glicólise lactato e piruvato, os intermediários do ciclo do ácido cítrico e as cadeias carbonadas da maioria dos aminoácidos. Em primeiro lugar, entretanto, todas essas substâncias devem ser convertidas no composto de quatro carbonos oxaloacetato, que é ele próprio, um intermediário do ciclo do ácido cítrico.
Os únicos aminoácidos que não podem ser convertidos em oxaloacetato nos animais são a leucina e a lisina, porque seu catabolismo produz somente acetil-CoA e porque não há uma via nos animais para a conversão líquida de acetil-CoA em oxaloacetato. Da mesma forma, os ácidos graxos não podem servir como precursores da glicose em animais porque a maioria dos ácidos graxos é degradada completamente a acetil-CoA.
Por conveniência, consideramos a gliconeogênese como sendo a via pela qual o piruvato é convertido em glicose. A maioria das reações da gliconeogênese corresponde a reações da via glicolítica que acontecem no sentido inverso.
Entretanto, as enzimas glicolíticas hexocinase, fosfofrutocinase e piruvato-cinase catalisam reações de trocas de energia livres bastante negativas. (VOET, Celina)

6) Descreva as reações da gliconeogênese.
Sete das dez reações enzimáticas da gliconeogênese são na realidade inversões de reações da glicólise.
Entretanto, três passos na glicólise são essencialmente irreversíveis, sendo um deles a conversão de fosfoenolpiruvato em piruvato. (Celina)
A primeira das 3 reações exclusivas da gliconeogênese é a conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP). Como essa etapa é o inverso da reação altamente exergônica catalisada pela piruvato-cinase, ela requer um aporte de energia livre. Isso é obtido, em primeiro lugar, pela conversão do piruvato a oxaloacetato. O oxaloacetato é um intermediário de “alta energia”, pois sua descarboxilação exergônica fornece a energia livre necessária para a síntese de PEP. O processo requer duas enzimas:
1. A piruvato-carboxilase que catalisa a formação de oxaloacetato a partir de piruvato e HCO_ 3 à custa de ATP.
2. A fosfoenolpiruvato-carboxicinase (PEPCK) que converte oxaloacetato em fosfoenolpiruvato (PEP), em uma reação que usa GTP como um doador de grupo fosforil. (Voet).
O fosfoenolpiruvato produzido nesta etapa vai ser transformado em frutose-1,6-bifosfato pelas enzimas que também fazem parte da glicólise, e que, como catalisam reações reversiveis, podem operar a via no sentido inverso.
2º reação: ocorre a conversão da frutose-1,6-bifosfato em frutose-6-fosfato, sendo que esta reação é catalisada pela frutose-1,6-bifosfatase.
3º reação: nessa etapa vai haver a conversão de glicose-6-fosfato em glicose. O grupo fosfato ligado ao carbono 6 da glicose-6-fosfato vai sofrer uma reação de hidrólise, catalisada pela glicose-6-fosfatase. O produto dessa reação vai ser a glicose, que por não estar mais fosforilada, vai poder atravessar a membrana plasmática. A enzima glicose-6-fosfatase só ocorre em fígado e rins. (Sandra Ferrari)

7) Quais as diferenças em relação à glicólise?
A diferença em relação a glicólise é que as enzimas glicolíticas hexocinase, fosfofrutocinase e piruvato-cinase catalisam reações de trocas de energia livre bastante negativas. Essas reações devem, portanto, ser substituídas na gliconeogênese por reações que tornam a síntese da glicose termodinamicamente favorável. (Jane Alves)


A soma das reações biossintéticas que levam do piruvato até a glicose sangüínea livre é:

2 Piruvato + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 4 H2O Glicose + 4 ADP
+ 2 GDP + 6Pi + 2 NAD+ + 2H+
Para cada molécula de glicose formada a partir do piruvato, seis grupos fosfato de alta energia são consumidos, vendo claramente que esta equação não representa a simples reversão da equação para a conversão da glicose em piruvato pela glicólise, uma vez que esta libera apenas duas moléculas de ATP:

Glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 Piruvato + 2 ATP
+ 2NADH + 2 H+ + 2 H2O
Por isso, diz-se ser a síntese da glicose a partir do piruvato um processo relativamente custoso.
A gliconeogênese e a glicólise são processos essencialmente irreversíveis dentro das condições intracelulares por apresentarem uma variação global de energia livre altamente negativa (a glicólise apresenta variação de energia livre de 63 KJ/mol). (Celina)

8) Em que momento do estado nutricional do organismo ocorre predominantemente a glicólise e a gliconeogênese?
A glicólise ocorre quando o organismo está bem nutrido, por exemplo depois das refeições. Já a gliconeogênese ocorre quando o organismo está em jejum, sem suprimento externo de glicose. (Fabiana)
A mobilização de glicose dos estoques de glicogênio, principalmente no fígado, permite um suprimento constante de glicose (_5 mM no sangue) para todos os tecidos. Quando a glicose é abundante, como imediatamente após uma refeição, a síntese de glicogênio é acelerada. Mesmo assim, a capacidade do fígado de estocar glicogênio é suficiente apenas para suprir o cérebro com glicose por um período de aproximadamente meio dia. Em condições de jejum, a maioria das necessidades de glicose do organismo é suprida por meio da gliconeogênese (literalmente, nova síntese de glicose) a partir de precursores não-glicídicos como os aminoácidos. (Voet)

9) Qual o efeito da insulina na síntese do glicogênio? E o efeito do glucagon?
A insulina é liberada pelo pâncreas na circulação quando as concentrações sanguíneas de glicose estão altas, ou seja, a insulina sinaliza que o organismo está bem alimentado. Já o glucagon é liberado pelo pâncreas na circulação quando as concentrações sanguíneas de glicose estão baixas, sinalizando que o organismo carece de nutrientes, está em jejum. A insulina e glucagon têm efeitos em vários aspectos do metabolismo energético. A insulina promove a síntese e o glucagon promove a degradação do glicogênio. (Fabiana)

No fígado, o equilíbrio entre a síntese do glicogênio e a quebra do mesmo é controlado pelos hormônios glucagon e insulina. Esses hormônios, pela regulação do nível de cAMP em seu tecido alvo, determinam a relação entre as formas ativas e menos ativa da fosforilase do glicogênio e do glicogênio sintase. Esses hormônios também regulam a concentração de frutose-2,6-bifosfato e, consequentemente, o equilíbrio entre gliconeogênese e glicólise. Glucagon: agindo principalmente no fígado, tem ação semelhante à da adrenalina, favorecendo a degradação do glicogênio: Quando os níveis sanguíneos da glicose caem, o glucagon sinaliza ao fígado para que este produza e libere mais glicose para a corrente circulatória. Uma das fontes de glicose no fígado são os reservatórios de glicogênio, e outra é a gliconeogênese. (Celina)
A glicose produzida pela gliconeogênese ou resultante da clivagem do glicogênio é
liberada pelo fígado na corrente circulatória para ser utilizada como fonte energética
por outros tecidos. (Voet)


10) O que são nucleotídeos de açúcares? Qual a importância da formação destes?
Os açúcares nucleotídicos são açúcares ligados a nucleotídeos (por, exemplo, UDP-glicose). São compostos de alta energia que, ao terem um das ligações fosfato hidrolizadas, possuem energia para formação de ligações glicosídicas. (Fabiana) Por exemplo, Os açúcares nucleotídicos são os doadores na síntese de oligossacarídeos O-ligados e no processamento de oligossacarídeos N-ligados das glicoproteínas (Seção 8-3C). Os oligossacarídeos O-ligados são sintetizados no aparelho de Golgi pela adição seriada de unidades de monossacarídeos a uma cadeia polipeptídica completa. (Voet)


11) O piruvato utilizado na gliconeogênese pode ser proveniente da glicólise? Isto não constituiria um ciclo fútil?
As vias opostas da gliconeogênese e da glicólise, como a síntese e a degradação do
glicogênio, não acontecem simultaneamente in vivo. Em lugar disso, essas vias são
reciprocamente reguladas para responder às necessidades do organismo. Há três
ciclos de substrato e, portanto, três pontos potenciais para regular de forma oposta
o fluxo glicolítico e o fluxo gliconeogênico (Voet)

- Metabolismo de lipídeos

12) Como os sais biliares auxiliam na digestão e na absorção de lipídeos?
Os sais biliares são moléculas anfipáticas do tipo detergente que atuam na solubilização dos glóbulos de gordura. Os ácidos biliares não apenas auxiliam a digestão de lipídeos, eles são fundamentais para a absorção dos produtos digeridos. As micelas formadas pelos ácidos biliares capturam os produtos apolares da degradação de lipídeos, permitindo que eles sejam transportados através da camada aquosa intacta na parede intestinal. (Sandra Ferrari)
Os sais biliares aumentam a solubilidade do colesterol, das gorduras e das vitaminas lipossolúveis para facilitar a sua absorção no intestino. A hemoglobina produzida pela destruição dos glóbulos vermelhos converte-se em bilirrubina, o principal pigmento da bílis, e passa a esta como um produto residual. Na bílis também se segregam algumas proteínas que têm um papel importante na função digestiva. A bílis flui desde os finos canais coletores dentro do fígado até aos canais hepático esquerdo e direito, depois para o interior do canal hepático comum e finalmente para o grosso canal biliar comum. Quase metade da bílis segregada entre as refeições flui diretamente, através do canal biliar comum, para o intestino delgado. A outra metade é desviada do canal hepático comum através do canal cístico até ao interior da vesícula biliar, onde se armazenará. Já na vesícula biliar, até 90 % da água da bílis passa ao sangue. O que fica é uma solução concentrada de sais biliares.
Os sais biliares são muito importantes na emulsificação dos óleos e gorduras, no tubo digestivo, facilitando a ação das lipases, durante a digestão dessas substâncias.

13) O que são lipoproteínas? Quais suas funções em seres humanos?
As lipoproteínas são partículas globulares semelhantes a micelas que consistem em um núcleo apolar de triacilgliceróis e ésteres de colesterol envoltas por uma cobertura anfifílica de proteínas, fosfolipídeos e colesterol. São classificadas segundo características físico-químicas: Lipoproteínas de Alta Densidade – HDL, Lipoproteínas de Baixa Densidade – LDL, Lipoproteínas de Muito Baixa Densidade – VLDL (Sandra Ferrari)

Lipoproteínas é um conjunto de proteínas e lipídeos, arranjados de forma a otimizar o transporte dos lipídeos pelo plasma. Os lipídeos não se misturam facilmente com o plasma, que é um meio aquoso. A fração protéica é constituída por apoproteínas. São subdivididas de acordo com suas características físco-químicas em: quilomícrons, VLDL, LDL e HDL.
Têm as seguintes funções:
a) transporte dos lípidios na corrente sanguínea.
b) ligação com os receptores celulares.
c) ativação de determinadas enzimas (Celina)

14) Diferencie: HDL, LDL e VLDL.
As células da mucosa intestinal convertem os ácidos graxos da dieta em lipoproteínas chamadas de quilomícrons. Elas, por sua vez, são liberadas na linfa intestinal e transportadas através dos vasos linfáticos antes de serem lançadas nas grandes veias. A corrente sangüínea leva os quilomícrons para todo o corpo. Outras lipoproteínas, conhecidas como lipoproteínas de muito baixa densidade (VLDL), lipoproteínas de densidade intermediária (IDL) e lipoproteínas de baixa densidade (LDL), são sintetizadas no fígado para o transporte dos triacilgliceróis e do colesterol endógenos (produzidos internamente) do fígado para os tecidos. As lipoproteínas da alta densidade (HDL) transportam o colesterol e outros lipídeos dos tecidos para o fígado. (Celina – Voet)

15) Qual a função da b-oxidação? Quais os produtos de cada ciclo de b-oxidação?
A função da oxidação dos ácidos graxos é, obviamente, a geração de energia metabólica. Cada ciclo de b- oxidação produz um NADH, um FADH2 e uma acetil-CoA. A oxidação da acetil- CoA pelo ciclo do ácido cítrico gera um FADH2 e 3 NADH adicionais, os quais são reoxidados por meio da fosforilação oxidativa, formando ATP. A oxidação completa de uma molécula de ácido graxo é, portanto, um processo altamente exergônico que produz muitos ATPs.
A degradação da acil-CoA graxa pela b-oxidação ocorre em quatro reações
1. A formação de uma ligação dupla trans-a, b por meio da desidrogenação pela flavo enzima acil-CoA-desidrogenase (AD).
2. A hidratação da ligação dupla pela enoil-CoA-hidratase (EH), formando a 3-L-hidroxiacil-CoA.
3. Desidrogenação dependente de NAD+ desta b-hidroxiacil-CoA pela 3-Lhidroxiacil- CoA-desidrogenase (HAD), formando a b-cetoacil-CoA correspondente.
4. A clivagem da ligação Ca -Cb em uma reação de tiólise com CoA, catalisada pela b-cetoacil-CoA-tiolase (KT; também chamada apenas de tiolase), formando acetil-CoA e uma nova acil-CoA contendo dois carbonos a menos que a original. (Celina – Voet)