Olá pessoal, Professora Andrezza por aqui, vamos continuar então? Agora, vamos aprender sobre o metabolismo de carboidratos e se você não assistiu a aula sobre carboidratos, minha sugestão é: dá uma pausa neste vídeo aqui e assiste primeiro aquela aula, por que vai ajudar bastante. E não dá para falar em carboidrato sem pensar em glicose.
A glicose é um monossacarídeo de seis carbonos e que ocupa uma posição central no metabolismo de plantas, animais e muitos microrganismos, não só por ser um excelente combustível universal, gerando por volta de 38 ATPs quando completamente oxidada, mas também porque é um precursor de vários compostos fundamentais para as células. Muito bem, e se ela é tão importante assim, como essa glicose chega nas células? Geralmente os organismos se alimentam de carboidratos que contém glicose em sua estrutura e por ação de enzimas digestivas, essas moléculas são quebradas e os monossacarídeos liberados na circulação.
Para atravessar as membranas da maioria das células, a glicose usa um transportador específico chamado de GLUT, em um transporte passivo, ou seja, dos lugares de maior para menor concentração. Mas em alguns tecidos, a glicose irá entrar na célula através de um transporte acoplado ao sódio ou ainda em um transporte dependente do hormônio insulina. Ao entrar na célula, a glicose pode seguir por alguns destinos diferentes.
Se a necessidade celular for energia, a glicose pode ser oxidada pela glicólise, gerando piruvato, ATP e NADH; se for ribose para síntese de ácidos nucleicos por exemplo ou poder redutor para reações de biossíntese, pode ser oxidada pela via das pentoses-fosfato, gerando ribose 5 fosfato e NADPH; se estiver sobrando pode ser armazenada pela glicogênese, na forma de glicogênio se for na célula animal ou amidogênese, na forma de amido se for na célula vegetal, e ainda a glicose pode ser direcionada para síntese de polímeros estruturais. Vamos começar com um destes destinos então? A glicólise ou via glicolítica é uma série de dez reações catalisadas por enzimas que acontece no citosol das células, com o objetivo de obter ATP.
Para alguns organismos e para algumas células de organismos multicelulares esse processo é a única fonte de energia disponível. Nós vamos dividir didaticamente esse processo em duas etapas. Na primeira etapa de cinco reações, a glicose, uma molécula de seis carbonos, vai ser quebrada em duas moléculas de três carbonos, e durante esta etapa ao invés da célula produzir ATP, ela irá consumir dois ATPs.
Pois é, mas nós vamos chamar essa fase de investimento e não de gasto, Ok? E por isso a próxima fase será chamada de fase de pagamento, ou seja, a célula receberá os dois ATPs investidos, mas ainda vai sair no lucro de dois ATPs e mais duas coenzimas reduzidas NADH, que também em um momento futuro irão gerar aproximadamente três ATPs cada uma. Vamos às reações então?
Mas, calma. . .
serão diversos nomes de enzimas, substratos e produtos, mas o nosso interesse neste curso é que vocês se atentem mais para o processo, então percebam as modificações na molécula de glicose e os produtos finais formados, que são muito importantes, OK? Assim que a glicose entra na célula ocorre a primeira reação que envolve a fosforilação da glicose formando glicose 6-fosfato, catalisada pela hexoquinase. Essa etapa é decisiva e irreversível.
A célula investiu ATP para que, uma vez fosforilada, a glicose NãO saia mais de dentro dela, já que a glicose 6-fosfato não é transportada pelo GLUT. Com a glicose segura dentro da célula, as próximas reações irão transformar a molécula de seis carbonos em duas de três carbonos, então nas reações reparem que a molécula se tornará o mais simétrica possível. A segunda reação forma frutose 6 fosfato, por ação de uma isomerase.
Na Terceira reação acontece uma nova fosforilação, também à custa de ATP, aí está o Segundo ATP investido, em outra reação irreversível, catalisada pela fosfofrutoquinase 1, formando a frutose 1,6 BISfosfato, observe como essa molécula é mais simétrica. Na quarta reação a aldolase cliva esse composto cíclico liberando o gliceraldeído 3 fosfato e a dihidroxicetona fosfato. Outra isomerase catalisa a última reação da fase de investimento, convertendo a dihidroxicetona em gliceraldeído 3 fosfato, já que essa é a molécula aceita pela próxima enzima da via.
Já temos duas moléculas de três carbonos, daqui pra frente pense que o processo ocorre de forma duplicada e para recuperar aquele investimento de dois ATPs, OK? Pronto, vamos para a fase de pagamento, respire! A sexta reação é uma reação de oxido-redução bastante complexa, catalisada pela Gliceraldeido três fostato desidrogenase, que libera 1,3 bisfosfoglicerato e reduz a coenzima NAD a NADH.
Nesta etapa então se formam as duas moléculas de NADH que irão transportar elétrons para a cadeia respiratória. Na sétima reação, o substrato tem sua ligação de alta energia transferida para o ADP formando ATP e 3-fosfoglicerato por ação de uma quinase. Pronto!
temos o pagamento dos 2 ATP investidos anteriormente. Esse processo de formação de ATP pela transferência de um grupo fosfato de um substrato para o ADP é chamado de fosforilação no nível do substrato. Já viu que a gente gosta de nomes né?
Na oitava reação, uma mutase catalisa a formação do 2-fosfoglicerato que é desidratado pela enolase formando fosfoenolpiruvato na nona reação. E finalmente, ufa, o último passo na glicólise é a formação do piruvato e mais uma fosforilação no nível do substrato formando ATP, processo catalisado irreversivelmente pela piruvato quinase. Olha aí o rendimento em ATP!
Então pessoal, os produtos da glicólise são duas moléculas de piruvato, duas de NADH e duas de ATP. Uma das funções da glicólise é gerar energia, mas só dois ATPs foram gerados? ?
? Cadê os outros 36 ATPs? ?
Calma a glicose ainda não foi completamente oxidada e o processo completinho vocês só irão conhecer em detalhes em Funcionamento da Vida II. Cenas do próximo capítulo. E como a glicólise é regulada?
Em vias metabólicas, as enzimas que catalisam as reações irreversíveis são locais potencias de controle e esse controle na maioria das vezes é feito por alosteria ou modificação covalente. No caso da Glicólise, as três etapas de regulação são os catalisados pela Hexoquinase, Fosfofrutoquinase 1 e Piruvato quinase. A hexoquinase é inibida pelo seu produto, a glicose 6-fosfato.
As outras duas enzimas são reguladas pela disponibilidade de energia e substratos para obtenção de energia por outras vias. Quando energia está sobrando a velocidade dessa via diminui, já que essas enzimas alostéricas são inibidas por ATP. Quando está faltando energia, ou seja, está sobrando ADP e AMP, a fosfofrutoquinase 1 é ativada e o produto da sua reação que é frutose 1,6 bisfosfato irá ativar a última enzima da via, a piruvato quinase.
A piruvato quinase ainda é ativada ou inibida por modificação covalente, através de um processo de sinalização celular resultado da ligação de insulina e glucagon aos seus receptores. A insulina é um hormônio produzido pelo pâncreas de vertebrados e liberado na circulação quando a concentração de glicose aumenta. O glucagon também é um hormônio produzido pelo pâncreas de vertebrados, mas ele é liberado na circulação quando a concentração de glicose diminui.
Então pense um pouquinho. . .
quando a insulina é liberada, isso é sinal que temos glicose disponível, então a via glicolítica pode ser ativada? Simmmm. Na presença de glucagon, há baixa concentração de glicose, então vamos usar glicose para obter energia?
? ? Nãooooo.
Isso mesmo que acontece. Mas isso ocorre por modificação covalente da piruvato quinase. Na presença de insulina, há ativação de uma fosfatase que remove o fosfato da enzima, ativando-a.
Na presença de glucagon, há ativação de uma quinase que adiciona um fosfato na enzima, inibindo-a. E agora, o que acontece com os dois piruvatos gerados? ?
? O piruvato pode ser direcionado para formação de aminoácidos para síntese proteica por exemplo; mas, se a necessidade celular for energia, ele pode seguir dois destinos diferentes, dependendo da disponibilidade de oxigênio. Em condições aeróbicas, o piruvato entra na MITOCONDRIA, onde é oxidado com perda do grupo carboxila na forma de gás carbônico, para formar uma molécula de dois carbonos, a acetil-Coenzima A, lembra dela que eu falei para vocês que ocupava uma posição central no metabolismo?
olha ela aí! A acetil coenzima A então é totalmente oxidado a gás carbônico no ciclo de Krebs. Os elétrons originados dessa oxidação e transportados pelas coenzimas são passados para o O2 através de uma cadeia transportadores de elétrons, na chamada cadeia respiratória que é acoplada a um processo chamado de fosforilação oxidativa, que gerará uma grande quantidade de ATP.
Detalhes? Cenas do próximo capítulo, funcionamento da vida II, te espero lá. Mas em condições anaeróbicas ou quando a célula não possui mitocôndria o que acontece?
Acontece o processo conhecido como fermentação. Nesse processo, o piruvato pode ser reduzido à lactato, etanol, propionato, butirato, dependendo das Enzimas que o organismo ou a célula dispõe. Os processos mais comuns são a fermentação láctica e a fermentação alcoólica.
Mas reparem que durante esse processo de fermentação mais nenhunzinho ATP é gerado. Na verdade o ATP gerado para essas células ou para esses organismos que dependem da fermentação são aqueles dois ATPezinhos gerados durante a glicólise. Mas então, porque o processo de fermentação ocorre?
Para nada? ? ?
Não! ! !
! para NADDDD, entendeu o trocadilho? O processo acontece para recuperar, reoxidar as moléculas de NADH que foram reduzidas durante a glicólise, entendeu?
E o homem tem se beneficiado desses processos de fermentação realizado pelos microrganismos, como por exemplo a produção de biocombustíveis, de pães, bebias alcoólicas, de iogurtes, vinagre e tantas outras aplicações biotecnológicas. Eu gostaria de ressaltar que em condições anaeróbicas, na ausência de oxigênio, somente carboidratos servem para obtenção de energia! Mas a glicose também pode ser oxidada por uma outra via chamada via das pentoses fosfato gerando ribose 5-fosfsato e NADPH.
Vamos ver como esse processo funciona? A via das pentoses é uma série de reações e interconversões catalisadas por enzimas que também acontece no citosol das células. O objetivo desta via é obter ribose e NADPH.
E onde a célula usa ribose? Em várias reações de biossínteses, como a de ácidos nucleicos, a de coenzimas, e até da própria molécula do ATP tem ribose. E o NADPH, e não confunda com o NADH que nós vimos ser gerado na glicólise.
Essa coenzima reduzida, NADPH, também transporta elétrons, mas para várias reações importantes como as biossínteses de ácidos graxos, de nucleotídeos, de colesterol, de neurotransmissores, mas também para reações que combatem o estresse oxidativo na célula e que se não combatido, pode levar a célula a morte, além de participar também do processo de desintoxicação. Percebeu como esta via é fundamental? Nós também vamos dividir didaticamente esse processo em duas etapas: a fase oxidativa e a não oxidativa.
Na fase oxidativa teremos a formação destes dois produtos tão importantes para o metabolismo. A fase não oxidativa é uma fase de rearranjos moleculares que forma açúcares fosforilados de 3 a 7 carbonos. Reparem que a fase oxidativa se inicia a partir da glicose 6-fosfato, lembram da 1ª reação da glicólise que formava essa molécula investindo ATP?
E no final da fase oxidativa temos a formação de uma molécula de ribose 5-fosfato e duas de NADPH. Mas se a fase oxidativa forma tudo o que a célula precisa, qual a necessidade da fase não oxidativa? Imaginem agora, uma célula, como a do tecido adiposo, que está sintetizando e armazenando ácidos graxos, ela precisa muito de NADPH, mas não de ribose.
E o que fazer com essa ribose então? Reciclar nessa fase não oxidativa, formando intermediários da glicólise, por exemplo, que acabarão gerando ATP para essa célula que por estar em um processo anabólico, ou seja, de síntese, está precisando muito de ATP também! Nada é por acaso.
. . E como essa via é regulada?
Se a glicose 6-fosfato é o substrato para a glicólise e para a via das pentoses, como a célula decide que caminho a glicose 6-fosfato irá seguir? Isso depende das necessidades celulares naquele momento. Vamos resumir o que vimos até agora então?
Glicose entra na célula qual a 1ª reação que acontece? Isso, ela é fosforilada formando glicose 6-fosfato em uma reação que gasta ATP. Mas esse é um gasto?
Não! é um investimento, pois uma vez fosforilada aquela glicose ninguém tasca, e será usada nas necessidades daquela célula, pois glicose 6-fosfato não é mais reconhecida pelo GLUT. Essa glicose 6-fosfato pode ser oxidada por duas vias então, se a necessidade da célula são moléculas para biossínteses, por exemplo, a glicose 6-fosfato segue pela via das pentoses, que gera ribose 5-fosfato e duas moléculas de NADPH.
Quando a necessidade da célula é gerar energia, a glicose 6-fosfato é então direcionada para a glicólise, cujos produtos são, dois piruvatos, dois NADHs e dois ATPs. O destino dos piruvatos depende da presença de oxigênio. Em condições anaeróbicas, o piruvato segue para o processo de fermentação.
Para que? Para gerar mais energia? ?
? Não! Então para que, para Nada?
Não, para NAD, lembra? ou seja, para reoxidar o NADH. Já, em condições aeróbicas, ou seja na presença de oxigênio, o piruvato entra na mitocôndria, perde gás carbônico e gera acetil Coenzima A que entrará no ciclo de Krebs, onde será totalmente oxidado, liberando duas moléculas de gás carbônico e gerando por volta de uma molécula de ATP, além de quatro coenzimas reduzidas: três NADHs e um FADH2.
Essas coenzimas são reoxidadas ao entregarem seus elétrons na cadeia respiratória, que é acoplado ao processo de formação de ATP, chamado de fosforilação oxidativa. Não é lindo? ?
é tudo isso aí, obrigada pela paciência e nos vemos no próximo vídeo.
