Glicólise

24 de set. de 20215 min de leitura

Atualizado: 4 de out. de 2021

Metabolismo de carboidratos

A partir do consumo de alimentos ricos em carboidratos como arroz, pães, massas, tubérculos, frutas e outros, temos polissacarídeos, dissacarídeos e monossacarídeos que, após o processo de digestão e absorção, podem convergir para a via glicolítica (via de oxidação parcial da glicose). Essa via produz : i- moléculas intermediárias que podem ser utilizadas na síntese de outras substâncias; ii- energia química na forma de ATP; iii- transportadores de elétrons reduzidos (NADH+H+); iv- piruvato.

Todas as células necessitam de energia para a manutenção de seu metabolismo. Dentro desse contexto, a glicose ocupa uma posição central, pois a via glicolítica acontece em todas as células; em eritrócitos, neurônios e células do olho a glicose é a única e/ou principal fonte de energia.

Como ocorre

A oxidação da glicose pela glicólise, também chamada de Via Embden-Meyerhof, é classificada como um processo catabólico/exergônico (relembre no post ‘’Introdução ao Metabolismo’’ o que são reações catabólicas/exergônicas e anabólicas/endergônicas) .

A glicólise ocorre no citoplasma das células, a partir da entrada da glicose - do meio extra para intracelular, através de transportadores GLUTs ou SGLT (saiba mais no post ‘’Transporte da glicose para o meio intracelular’’). Suas etapas são subdivididas em duas fases: a fase preparatória (de consumo de ATP) e a de pagamento (de produção de ATP).

Visto isso, as etapas da glicólise são as seguintes:

Fase Preparatória

1ª Etapa - Enzima: hexocinase, cofator Mg+ - glicose + ATP -> glicose-6-fosfato + ADP

Uma vez fosforilada, a glicose-6-fosfato não é capaz de se difundir pela membrana plasmática, pois possui polaridade (negativa) em pH fisiológico e; não existe transportador capaz de permitir sua saída da célula.

2ª Etapa - Enzima: fosfohexose-isomerase, cofator Mg+ - glicose-6-fosfato -> frutose-6-fosfato

3ª Etapa - Enzima: fosfofrutocinase-1 (PFK-1)- frutose-6-fosfato + ATP -> frutose-1,6-bifosfato + ADP

*A fosfofrutocinase-2 (PFK-2), uma enzima bifuncional diferente da PFK-1, fosforila a frutose-6-fosfato em frutose-2,6-bifosfato, o qual desempenha um papel de regulador alostérico (ativador) da PFK-1, principalmente hepática.

4ª Etapa - Enzima: frutose-1,6-bifosfato-aldolase - frutose-1,6-bifosfato -> gliceraldeído-3-fosfato + diidroxiacetona-fosfato

5ª Etapa - Enzima: triose-fosfato-isomerase - diidroxiacetona-fosfato -> gliceraldeído-3-fosfato

Fase de Pagamento

6ª Etapa - Enzima: gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase - gliceraldeído-3-fosfato + Pi + NAD+ -> 1,3-bifosfoglicerato + NADH+H

7ª Etapa - Enzima: fosfoglicerato-cinase, cofator Mg+ - 1,3-bifosfoglicerato + ADP -> 3-fosfoglicerato + ATP

8ª Etapa - Enzima: fosfoglicerato-mutase, cofator Mg+ - 3-fosfoglicerato -> 2-fosfoglicerato

9ª Etapa - Enzima; enolase - 2-fosfoglicerato -> fosfoenolpiruvato + H2O

10ª Etapa - Enzima: piruvato-cinase, cofator Mg2+ e K+ ou Mn2+ - fosfoenolpiruvato + ADP -> piruvato + ATP

Assim, o saldo líquido da via glicolítica, a partir de uma molécula de glicose, é: duas moléculas de piruvato, duas de NADH+H e duas de ATP, visto que:

glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi -> 2piruvato + 2ADP + 2NADH + 2H+ +4ATP + 2H20

#Pracegover Fluxograma onde há: nomes de moléculas em caixas da cor bege na parte central da imagem, com escrita em preto; setas pretas indo de caixa em caixa; nomes de enzimas escritos na cor preta em negrito ao lado (na parte central) ou acima (nas ramificações) de cada seta; entrada e saída de ATP, ADP, NAD+ e NADH+H+ em verde claro dispostos nas laterais das setas; e regulações de cada enzima, ao lado ou acima de cada uma, na cor azul (para regulações positivas) e na cor rosa (para regulações negativas). Assim, no topo central da imagem, a partir da ''Glicose'', segue uma sequência de setas até a parte inferior e central da imagem, terminando em piruvato. Também há duas ramificações laterais, sendo a primeira indo de ‘’frutose-6-fosfato’’ a ‘’frutose-2,6-fosfato’’, por meio de uma seta dupla, indicando reversibilidade, por meio da enzima ''fosfofrutocinase-2'', que se encontra acima da seta; e acima dessa, há a indicação da regulação positiva pela insulina. A segunda seta lateral sai das setas reversíveis da enzima ‘’aldolase’’ indo até o intermediário ‘’diidroxiacetona fosfato’’; a qual possui um outro par de setas que se direcionam, reversivelmente, até ‘’gliceraldeído-3-fosfato’’ por meio da enzima ‘’Triose fosfato isomerase’’. — Figura 1 - Via glicolítica. Adaptado de “Glycolysis and Glycolytic Enzymes”, por BioRender.com (2021). Obtido em https://app.biorender.com/biorender-templates

Regulação

A regulação da via glicolítica pode ocorrer por: balanço de massa, relacionado à disponibilidadedo substrato e o quanto ele é consumido; controle da expressão de enzimas, via transcrição gênica; modificações covalentes (fosforilação, por exemplo), podendo ser mediadas por hormônios; e alosteria em enzimas com sítios regulatórios.

Portanto, as etapas e enzimas reguláveis da via glicolítica são:

Etapa 1 - Hexocinase: retro regulação negativa pela glicose-6-fosfato.
Etapa 2 - Fosfofrutocinase-1 (PFK-1): é o principal ponto de regulação, visto que é a única enzima que atua sobre metabólitos específicos da via glicolítica. Ela sofre regulação alostérica positiva em baixo teor energético (alta concentração de AMP ou ADP em relação a ATP); e regulação alostérica negativa em alto teor energético (alta concentração de ATP). Além disso, a PFK-1 também pode ser regulada de outras maneiras no músculo e no fígado; no músculo ela é inibida pela alta concentração de prótons (H+), visto que sinaliza a presença de lactato; e no fígado é inibida pela alta concentração de citrato, que indica a presença de blocos de construção de moléculas, e é favorecida pela presença de frutose-2,6-bifosfato (formada pela PFK-2), por retroalimentação positiva. Já a regulação da fosfofrutoquinase-2, enzima bifuncional, é hormonal, pois a insulina ativa a fosfoproteína fosfatase, a qual desfosforila a PFK-2 e, consequentemente, ativa-a; em contrapartida, o glucagon estimula a adenilciclase a sintetizar AMP cíclico, o qual ativa a proteína-cinase dependente de AMPc (PKA) que fosforila e inativa a PFK-2.
Etapa 10 - Piruvato cinase: sofre regulação alostérica positiva pela presença de frutose-1,6-bifosfato; é inibida pela alta concentração de ATP, acetil-CoA e ácidos graxos de cadeia longa; sofre retroalimentação negativa pela alanina, visto que ela pode ser formada a partir do piruvato pela transaminação. Além disso, a isoenzima hepática da piruvato cinase também sofre regulação hormonal, pois o glucagon desencadeia reações de fosforilação intracelular,), que culminará na inativação da piruvato-cinase (forma fosforilada).

#PraCegoVer Esquema em que na parte central da imagem há dois blocos iguais, um na região superior e o outro na inferior da imagem; cada um deles é formado por dois blocos menores. No bloco da região superior da imagem, tem a ele ligado do lado direito um grupo hidroxila, e seus sub-blocos são: um azul, superiormente escrito em negrito ‘’PFK-2 ativa’’; e um rosa, inferiormente escrito ‘’’FBPase-2 inativa’’. No bloco da região inferior da imagem, tem a ele ligado do lado direito um grupo fosfato, e seus sub-blocos são: um azul, superiormente escrito ‘’PFK-2 inativa’’; e um rosa, inferiormente escrito em negrito ’’FBPase-2 ativa’’. No lado esquerdo da imagem, uma seta liga o bloco inferior ao superior, sendo indicado pela atividade da enzima ''Fosfoproteína fosfatase’’, e paralelamente a esta seta, há uma menor indicando a entrada de ‘’H2O’’ e saída de ‘’Pi’; há uma terceira seta indo da direção da insulina, à esquerda, até esta seta menor, mais ao centro. No lado direito da imagem, uma seta liga o bloco superior ao inferior, indicando a atividade da ‘’PKA’’ e, paralelamente a esta seta, há uma menor indicando a entrada de ‘’ATP’’ e saída de ‘’ADP’; há uma terceira seta indo do glucagon, à direita, até esta seta menor, mais ao centro. — Figura 2 - Regulação da fosfofrutocinase-2 (PFK-2) e frutose-2,6-bifosfatase (FBPase-2). Ambas fazem parte de uma mesma cadeia polipeptídica e são reguladas de forma antagônica. Criado com BioRender.com.

Na clínica

Deficiência da piruvato cinase

A deficiência da enzima piruvato cinase ocorre em função de uma mutação autossômica recessiva, que tem como consequência a produção ineficiente de ATP e aumento celular de 2,3-bifosfoglicerato. Como eritrócitos possuem a glicólise como única via metabólica fornecedora de energia, o comprometimento da piruvato cinase é capaz de afetar 50% do ATP gerado nessa célula e, consequentemente, causar a lise celular e anemia hemolítica, do tipo não esferocítica congénita. Entretanto, com o acúmulo de intermediários formados anteriormente à etapa da piruvato cinase na glicólise, como o 1,3-bifosfoglicerato, ocorrea conversão deste em 2,3-bifosfoglicerato, pela enzima 2,3-fosfoglicerato-mutase, no ciclo de Luebering–Rapoport nas hemácias, o qual possui papel de regulador alostérico, capaz de diminuir a afinidade de moléculas de hemoglobina pelo oxigênio molecular, facilitando, assim, a oxigenação tecidual. Devido a isso, se explica o porquê de alguns pacientes apresentarem maior tolerância à anemia.

Células cancerígenas

Células cancerígenas são capazes de "crescer'' mais rapidamente do que vasos sanguíneos, o que faz com que elas, frequentemente, se encontrem em situação de hipóxia. Em função disso, elas apresentam uma série de adaptações - mediadas por oncogenes, como, por exemplo, o HIF-1α, o Myc, o PI3K / Akt / mTOR, RAS, PTEN e p53 - que as possibilitam uma maior síntese de ATP em condições anaeróbicas... Isso é possível porque há aumento da captação de glicose do meio extra para o intracelular, bem como aumento da expressão de enzimas importantes da via glicolítica, resultando, assim, em uma maior eficiência da via, com consequente produção rápida de ATP.. Visto isso, existem algumas intervenções terapêuticas para otratamento do câncer que visam, justamente, afetar a glicólise (onde alvo são enzimas, como: hexoquinase, gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, enolase e piruvato cinase) ou os transportadores de glicose expressos por essas células (exemplo o GLUT1).

Referência Bibliográfica

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