Aula 2: Digestão dos Carboidratos e Metabolismo da Glicose

Aula 2 Digestão dos Carboidratos A maioria dos animais não pode digerir a Celulose em virtude de não terem a Enzima Celulase que ataca as ligações glicosídicas β14 da celulose Em animais ruminantes a porção dos estômagos inclui um compartimento no qual microrganismos simbióticos produzem celulase que degrada a celulose liberando moléculas de glicose Esses microrganismos utilizam a glicose resultante na fermentação anaeróbica produzindo grandes quantidades de propionato Esse propionato após conversão em succinato serve como matéria inicial para a gliconeogênese que produz a glicose que será utilizada para sintetizar a lactose do leite 4 1 Intolerância á Lactose Muitos adultos são incapazes de Metabolizar a Lactose o açúcar do Leite e apresentam Distúrbios Gastrintestinais quando consomem leite 2 Causa Deficiência da Enzima Lactase que cliva a lactose em Glicose e Galactose 3 O que ocorre com a Lactose no intestino de um indivíduo com Deficiência de Lactase 4 Tratamento Remoção da lactose da dieta Lactase pílulas receptor Insulina Glicose A Glicose circula livremente no sangue 6 A Glicose é impermeável a membrana celular II Transporte de glicose 7 A entrada da Glicose na célula depende da atividade de três proteínas 1Insulina 2Receptor e 3Glut Causas Poligenia Aditiva 8 Fatores de riscos Genéticos e Ambientais III Diabetes Mellitus DM Fatores Genéticos 10 1Estresse 2Ansiedade 3Nervosismo 4Obesidade 5 Alcoolismo 6 Tabagismo 7 Sedentarismo 2 Fatores Ambientais 11 IVEsquema da Oxidação completa da Glicose 1 Vias Metabólicas em condições Aeróbicas 1 Glicólise 2 Descarboxilação do Piruvato 3 Ciclo de Krebs 4 Cadeia Respiratória 2 Vias Metabólicas em Condições Anaeróbicas Fermentações 1 Glicólise 2 Fermentações Láctica Alcóolica Glicólise Palavras derivada do grego glyk doce e lysis dissolução 15 GLICOSE Imprescindível para algumas células e tecidos como as hemácias e tecido nervoso I Visão Geral 2Função degradação da Glicose ou a conversão de glicose a piruvato 1 Definição Glicólise é uma via metabólica tanto aeróbicas como anaeróbica Anaerobiose relativa 16 5 Finalidade da Glicólise Obtenção de ATP 4 Localização celular se processa no Citossol 3 Composição GLICÓLISE ocorre através de uma seqüência de 10 Reações Químicas 1Fosforilação da Glicose Glicocinase Fígado ou Hexocinase Musculo II Reações Químicas da Glicólise 1 Fosforilação da glicose Na primeira etapa da glicólise Fig 142 a glicose é ativada para as reações subsequentes pela fosforilação em C6 formando glicose6 fosfato com o ATP como doador de grupo fosforila 2 Conversão de glicose6fosfato em frutose6fosfato 2 Conversão de glicose6fosfato em frutose6fosfato A enzima Fosfohexoseisomerase Fosfoglicose isomerase catalisa a isomerização reversível da glicose6fosfato uma aldose a frutose6fosfato uma cetose 3 Fosforilação da frutose6fosfato a frutose16bisfosfato Na segunda das duas reações preparatórias da glicólise a enzima Fosfofrutocinase 1 PFK1 catalisa a transferência de um grupo fosforila do ATP para a frutose6fosfato formando frutose16bisfosfato 3 Fosforilação da frutose6fosfato a frutose16bisfosfato 4 Clivagem da frutose 16bisfosfato A enzima Frutose16bisfosfatoaldolase muitas vezes chamada simplesmente de Aldolase catalisa uma condensação aldólica reversa A Frutose16bisfosfato é clivada para a formação de duas triosesfosfato diferentes a aldose gliceraldeído3fosfato e a cetose dihidroxiacetona fosfato 4 Clivagem da frutose16bisfosfato 5 Interconversão das triosesfosfato CH₂OH CO CH₂OPO₃² Dihidroxiacetonafosfato triosofosfatoisomerase HCOH CH₂OPO₃² Glicerodeído3fosfato ΔG 75 kJmol FIGURA 146 Destino dos carbonos da glicose na formação de gliceraldeído3fosfato a Origem dos carbonos nos dois compostos de três carbonos produzidos nas reações da Aldolase e da Triosefosfatoisomerase Apenas uma das duas triosesfosfato formadas pela Aldolase o Gliceraldeído3fosfato pode ser diretamente degradada nas etapas subsequentes da glicólise Outro produto a Dihidroxiacetonafosfato é rápida e reversivelmente convertida em gliceraldeído3fosfato pela quinta enzima da sequência glicolítica a Triosefosfatoisomerase 5 Interconversão das triosesfosfato 6Oxidação do gliceraldeído3fosfato a 13 bisfosfoglicerato 13BPG 6Oxidação do gliceraldeído3fosfato a 13 bisfosfoglicerato 13BPG A primeira etapa da fase de pagamento é a oxidação do gliceraldeído3fosfato a 13bisfosfoglicerato catalisada pela enzima Gliceraldeído3fosfato Desidrogenase 7 Transferência de uma fosforila do 13 bisfosfoglicerato para o ADP 7 Transferência de uma fosforila do 13 bisfosfoglicerato para o ADP A enzima Fosfogliceratocinase transfere o grupo fosforila de alta energia do grupo carboxila do 13 bisfosfoglicerato para o ADP formando ATP e 3 fosfoglicerato 8 Conversão de 3fosfoglicerato em 2 fosfoglicerato 8 Conversão de 3fosfoglicerato em 2 fosfoglicerato A enzima Fosfogliceratomutase catalisa a troca reversível do grupo fosforila entre C2 e C3 do glicerato o Mg2 é essencial para esta reação 9Desidratação do 2fosfoglicerato produzindo fosfoenolpiruvato Na segunda reação glicolítica que gera um composto com alto potencial de transferência de grupo fosforila a primeira foi a etapa 6 a Enolase promove a remoção reversível de uma molécula de água do 2fosfoglicerato para gerar Fosfoenolpiruvato PEP 9Desidratação do 2fosfoglicerato produzindo fosfoenolpiruvato 10 Transferência do grupo fosforila do fosfoenolpiruvato para o ADP 10 Transferência do grupo fosforila do fosfoenolpiruvato para o ADP A última etapa na glicólise é a transferência do grupo fosforila do fosfoenolpiruvato ao ADP catalisada pela Piruvatocinase que exige K e Mg2 ou Mn2 3Fosfoglicerato 2Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato Piruvato ADP H ATP ATP ADP H ABC D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 2 Piruvato 2 ATP 2 ADP 2H Dihidroxiacetona fosfato Gliceroldeído 3fosfato Frutose 16bisfosfato Glicerato 23bisfosfoglicerato Exercício Identifique as reações catalisadas por a Quinase b Mutase c Isomerase d Desidrogenase e e Aldolase III Balanço final da Glicólise O balanço geral mostra um ganho líquido de dois ATP e dois NADH por glicose 7 Balanço final da Glicólise 42 Os Produtos da GLICÓLISE 2 Piruvato 2 NADH e 2 ATP A produção bruta de ATP do metabolismo da glicose até duas moléculas de piruvato é de quatro moléculas de ATP Entretanto a produção efetiva é de apenas duas moléculas de ATP Por que os valores bruto e efetivo são diferentes Pergunta 1 Fermentação Láctica Redução do Piruvato a Lactato condições anaeróbicas 2 Fermentação Alcoólica Redução do Piruvato a Etanol condições anaeróbicas 3 Descarboxilação do Piruvato a AcetilCoA Condições aeróbicas Ciclo de Krebs 4 Carboxilação do Piruvato a Oxaloacetato intermediário do CK fornece substrato para Neoglicogênese II Destinos Catabólicos do Piruvato 44 45 Fermentações fornecem energia utilizável na Ausência de Oxigênio Glicólise Anaeróbia Fermentações A glicólise anaeróbia é chamada fermentação 46 O Lactato é formado a partir do Piruvato em uma variedade de microrganismos em um processo denominado Fermentação láctica Glicose 2 ADP 2 Pi 2NAD Piruvato 2 ATP 2H2O 2 NADH 2 H 1 Anaerobiose Fermentações 2 Aerobiose Cadeia Respiratória Glicólise FERMENTAÇÃO LÁCTICA Glucose glicólise 10 reações sucessivas 2 Piruvato hipoxia ou condições anaeróbicas 2 Lactato Fermentação até lactato no músculo em contração vigorosa nos eritrócitos em algumas outras células e em alguns microorganismos 49 1 Definição é uma via metabólica ou Processo Metabólico 2 Função degradação do Piruvato ou a conversão de Piruvato ao Ácido Láctico Lactato 3 Localização celular se processa no Citosol 4 Finalidade da Fermentação Láctica Regeneração de NAD 5 Composição ocorre através de uma Reação Química catalisada pela enzima Lactato Desidrogenase LD 6 Equação Geral da Fermentação Láctica 51 7 Os Produtos da Fermentação Láctica 2 Lactato ou Ácido Láctico 2 NAD Algumas espécies de bactérias anaeróbicas Hemácias Fibras musculares esforço intenso anaerobiose relativa 8 Espécies da Fermentação Láctica 9 Ácido láctico ou Lactato é o produto dos músculos em anaerobiose esforço intenso 1MUSCULO Dores musculares e Caibras 2SANGUE Acidose láctica Acidose Metabólica Ácidos lácticos sintetizado pelas células podem se acumular no 1Desequilíbrio 2Desorientação 3Desmaio 4Coma e 5finalmente a Morte 10 Sinais e Sintomas da Acidose Metabólica Lactato Piruvato Glicose Ciclo de Krebs Gliconeogênese NAD NADH H 54 11 Destinos Metabólicos do Lactato Urina Rins Fígado AcetilCoA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA Glucose glicólise 10 reações sucessivas 2 Piruvato hipoxia ou condições anaeróbicas 2 Etanol 2CO2 2 Espécies Leveduras e algumas Bactérias Anaeróbicas Microrganismos 3 Finalidade Regeneração do NAD 4 Localização celular Citosol 1Função degradação do Piruvato ou a conversão de Piruvato ao Etanol 5 Equações da Fermentação Alcóolica A primeira etapa é a Descarboxilação do Piruvato A segunda etapa é a redução do Acetaldeído a Etanol pelo NADH em uma reação catalisada pela Álcool desidrogenase Esse processo regenera o NAD Glucose 2 ADP 2 Pi 2 Etanol 2 CO2 2 ATP 2 H2O 6 Piruvatodescarboxilase CO2 liberado pela Piruvatodescarboxilase quando a levedura é misturada com o açúcar fermentável Faz a massa crescer na panificação É responsável pela efervescência característica do Champanhe e na levedura da Cerveja Os Seres Humanos não realizam a Fermentação Alcoólica pois não tem a enzima Piruvato Descarboxilase Mas por que a fermentação é importante bioquimicamente falando Muitos produtos alimentares incluindo Iogurte vários Queijos Cerveja Vinho resultam de fermentação Processos fermentativos são utilizados industrialmente na produção de Considerando o número de moléculas de ATP consumidas e formadas por moléculas de glicose que é metabolizada na via glicolítica indique ao número de moléculas excedentes de ATP quando glicose é transformada até piruvato bidem quando glicose é transformada até lactato co número de moléculas de NADH que se forma junto com ATP no item a didem para item b eQual o produto final da glicólise anaeróbica e aeróbica Pergunta DESCARBOXILAÇÃO DO PIRUVATO Em condições normais o Piruvato do Citossol entra na Mitocondria através de uma translocase específica e é transformado em AcetilCoA conectando portanto a Glicólise e o Ciclo de Krebs I Visão Geral 67 Descarboxilação do Piruvato Ciclo de Krebs 68 3 Localização celular se processa na Mitocôndria 2 Função Oxidação de piruvato à acetilCoA catalisada pelo Complexo da piruvato desidrogenase 4 Finalidade da Descarboxilação do Piruvato síntese de ATP 1 Definição Descarboxilação do Piruvato é via metabólica aeróbica durante 5Os Produtos da Descarboxilação do Piruvato 2 AcetilCoA 2 NADH 6 Composição ocorre através de uma Reação Química catalisada pelo Complexo da Piruvato Desidrogenase 1Piruvatodesidrogenase 2Diidrolipoiltransacetilase 3Diidrolipoildesidrogenase 7 Complexo da Piruvato Desidrogenase 71 8 Reação Química da formação do AcetilCoA Coenzimas Vitaminas TPP Tiamina Vit B1 FAD Riboflavina Vit B2 NAD Nicotinamida niacina Vit B3 CoA Ácido Pantotênico Vit B5 Ácido lipóico Ácido lipóico Vit B9 A reação da piruvatodescarboxilase proporciona nosso primeiro encontro com a Tiaminapirofosfato TPP uma coenzima derivada da Vitamina B1 8 TiaminaPirofosfato Deficiência de Vitamina B1 na dieta humana leva a uma patologia conhecida como Beribéri caracterizada pelo acúmulo de fluidos corporais inchaço dor paralisia e em última instância morte Transporta grupos Acetaldeído ativos Figura 98 Estrutura da Coenzima Tiamina Pirofosfato TPP FIGURA 161 Alguns destinos da glicose AcetilCoA conectando portanto a Glicólise e o Ciclo de Krebs ROTEIRO DE ESTUDO METABOLISMO DE CARBOIDRATOS 1 Após a ingestão de um pedaço de bolo que tem como ingredientes principais farinha leite e sacarose qual dos seguintes carboidratos e o principal a atingir a circulação sanguínea aGlicose bFrutose e galactose cGalactose e glicose dFrutose e glicose eGlicose galactose e frutose 2 A adição de O2 puro a uma cultura de levedura crescendo em sumo de uva faz com que a levedura se multiplique mais depressa O efeito no vinho será aprodução mais rápida do vinho bum mais alto nível de etanol no vinho cpouco ou nenhum efeito da produção de uma bebida praticamente sem álcool eNenhuma das alternativas acima 3 A glicólise 1 é a única fonte de ATP nos eritrócitos 2 é a única via do metabolismo da glicose fisiologicamente importante 3 inclui passos termodinamicamente irreversíveis nas condições fisiológicas 4 fornece NADPH a 1 2 e 3 estão corretas b 1 e 3 estão corretas c 2 e 4 estão corretas d Só a afirmação 4 está correta e TODAS são corretas ou TODAS são incorretas 4 Os carboidratos são utilizados como fonte de carbono para a síntese de componentes celulares depósitos de energia e elementos estruturais de células e tecidos Além disso são as principais fontes de energia para a maioria das células do organismo incluindo as células do músculo esquelético células nervosas e eritrócitos No homem adulto grande parte dos carboidratos é armazenada no fígado e nos músculos sob a forma de glicogênio e em menor parte sob a forma de glicose sanguínea Durante o exercício o glicogênio muscular é oxidado em glicose para gerar energia A partir do que foi descrito avalie as afirmações a seguir I O músculo quando contrai em um meio anaeróbio o glicogênio desaparece e o lactato aparece IIO lactato não se acumula e o piruvato constitui o principal produto final da glicólise na presença de oxigênio em condições aeróbias IIIA coenzima NAD é convertida em NADH H na fermentação do ácido láctico IVA glicólise embora possa ocorrer em condições anaeróbicas limita a quantidade de ATP formada por mol de glicose oxidada em relação à via aeróbia VA conversão de piruvato em etanol é uma outra fermentação que ocorre nas células do organismo É correto o que se afirma em Alternativas A III apenas B I II e IV apenas C I IV e V apenas D I II III e V apenas E II III IV e V apenas 5 Qual das seguintes afirmativas sobre o complexo multienzimático da piruvatodesidrogenase está correta a Na deficiência de tiamina vitamina B1 o piruvato formado no músculo não pode ser transaminado a alanina b Na deficiência de tiamina vitamina B1 o piruvato formado no músculo não pode ser carboxilado a oxalacetato c A reação da piruvatodesidrogenase envolve a descarboxilação e a oxidação do piruvato e em seguida a formação de acetilCoA d A reação da piruvatodesidrogenase é prontamente reversível de modo que a acetilCoA pode ser utilizada na síntese de piruvato e portanto de glicose e A reação da piruvatodesidrogenase leva à oxidação do NADH a NAD e portanto à formação de cerca de 25 ATP por mol de piruvato oxidado 6 O arsenato AsO43 assemelhase estreitamente ao Pi na sua estrutura e reatividade Na reação catalisada pela gliceraldeído 3 fosfato desidrogenase o arsenato pode substituir o fosfato atacando o intermediário tioéster rico em energia O produto dessa reação o 1arseno3fosfoglicerato é instável Esse produto e outros acil arsenatos são hidrolisados rapidamente e de modo espontâneo Qual é o efeito do arsenato sobre a produção de ATP em uma célula A utilização de arsenato em vez de fosfato pela gliceraldeído 3fosfato desidrogenase elimina uma das duas etapas de síntese de ATP na glicólise Com efeito seria improvável que o arsenato fosse utilizado apenas pela gliceraldeído 3fosfato desidrogenase Todas as enzimas que utilizam fosfato poderiam usar o arsenato comprometendo gravemente a produção de energia da célula com consequente dano celular Se a concentração de arsenato for alta o suficiente poderá resultar em morte Resposta Obrigado