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Bioquímica do Metabolismo 2. Metabolismo de Glúcidos DARIO LOUREIRO DOS SANTOS UTAD 2024-2025 MESTRADO INTEGRADO EM MEDICINA VETERINÁRIA Digestão de glúcidos Polissacáridos e dissacáridos : convertidos em monossacáridos absorvidos nos enterócitos (células intestinais) Hidrólise em monossacáridos: amilases (salivar-ptialina/pancreática) dissacaridases e glicosidases (sacarase, trealase, isomaltase, lactase, maltase) … Digestão de glúcidos Digestão de glúcidos Absorção intestinal de glúcidos: Absorção intestinal de glúcidos: - Compostos de origem vegetal (Florizina/Floritina e derivados) - Redução de absorção de glúcidos (glicose, galactose….) PESQUISA: Fármacos inibidores dos SGLT (Ronner, 2018, pg 198) sistema vascular porta-hepático: transporte de sangue enriquecido em nutrientes do intestino fígado Transporte sanguíneo dos glúcidos: Captação/entrada de glicose no organismo e células Transportadores de glicose (glucose transporter – GLUT) Captação/entrada de glicose no organismo e células Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Visão Geral Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Glicólise GLICÓLISE (ou via de Embden-Meyerhof): •citoplasmática; •ubíqua (animais, vegetais, microrganismos, com raras excepções…) Caracterizada por: •oxidação de glicose (C6) em piruvato (2x C3) •síntese de ATP e NADH Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Glicólise Glicólise: visão geral (fases) Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Glicólise 10 reações (com 10 enzimas) Duas fases: • 1ª fase - 5 reacções/5 enzimas glicose gliceraldeído-3- fosfato – fase de INVESTIMENTO ENERGÉTICO • 2ª fase - 5 reacções/5 enzimas gliceraldeído-3- fosfato piruvato – fase de RENTABILIZAÇÃO DO INVESTIMENTO ENERGÉTICO Glicólise: reações Fase 1 (investimento energético) Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Glicólise REACÇÃO 4 – enzima: aldolase A REACÇÃO 5 – enzima: triose fosfato isomerase REACÇÃO 1 – enzima: hexocinase/glucocinase REACÇÃO 2 – enzima: fosfohexose isomerase REACÇÃO 3 – enzima: fosfofrutocinase 1 INIBIDA POR Mercúrio: Arsénio (arsenato) Glicólise: reações Fase 2 (rentabilização do investimento energético) Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Glicólise REACÇÃO 7 – enzima: fosfoglicerato cinase REACÇÃO 9 – enzima: enolase INIBIDA POR Fluoreto (F-) REACÇÃO 10 – enzima: piruvato cinase REACÇÃO 8 – enzima: fosfoglicerato mutase REACÇÃO 6 – enzima: gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase Hexocinase (reacção 1) Fosfofrutocinase (reacção 3) Piruvato cinase (reacção 10) catalisam reacções exergônicas (reacções termodinamicamente irreversíveis) Glicólise: reacções irreversíveis Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Glicólise PESQUISA: Anemia hemolítica (Panini, 2005, pg 124) Hexocinase (reação 1) Glicose-6-P (-) Fosfofrutocinase (reação 3) AMP/ADP (+) ATP/Citrato (-) Piruvato Cinase (reação 10) Frutose-1,6-P (+) ATP/acetil-CoA (-) Glicólise: Controlo Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Glicólise Equação global da GLICÓLISE Oxidação de 1 mole de glicose na glicólise origina: • 2 moles de piruvato • 2 moles de ATP • 2 moles de NADH Glicólise: balanço energético Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Glicólise glicose + 2Pi + 2NAD+ + 2ADP 2 piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H+ + H2O Frutose Galactose Manose oxidados recorrendo a enzimas/reacções da glicólise Utilização glicolítica de: Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Glicólise Destino do PIRUVATO: Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Glicólise CITOPLASMA • Na ausência de oxigénio • Redução • Glicólise anaeróbia = FERMENTAÇÃO LÁCTICA MITOCÔNDRIA • Na presença de oxigénio • Oxidação Metabolismo de monossacáridos (Glicose): destino do piruvato Metabolismo de monossacáridos (Glicose): fermentação láctica Tecidos/células em que ocorrem fermentação láctica Lactato desidrogenase (LDH): • NADH como co-enzima • Regeneração do NAD+ (NADH NAD+ ) !!! ↓↓ ↓↓ • Importante para que a glicólise não pare. Metabolismo de monossacáridos (Glicose): fermentação láctica Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Oxidação do piruvato Oxidação de piruvato em acetil-CoA Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Oxidação do piruvato Piruvato desidrogenase (complexo multienzimático) Oxidação de piruvato em acetil-CoA Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Oxidação do piruvato 3 Enzimas: E1 – descarboxila o piruvato, formando acetaldeido- TPP E2 – oxida o acetaldeido,originando acetato, primeiro associado à lipoamida e seguidamente transfere o grupo acetil para a CoA (acetil-CoA) E3 – participa na transferência dos electrões provenientes da oxidação do acetaldeido, para o NAD (participando FAD) 5 Coenzimas: TPP Lipoamida CoA FADH2 NADH Oxidação de piruvato em acetil-CoA Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Oxidação do piruvato Oxidação de piruvato em acetil-CoA Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Oxidação do piruvato Regulação: Oxidação de piruvato em acetil-CoA Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Oxidação do piruvato Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Oxidação Acetil-CoA: Ciclo de Krebs Ciclo de Krebs Ciclo do Ácido Cítrico Ciclo do Citrato Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos (TCA) Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Localização (Mapa Metabólico): Ciclo de Krebs Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Ciclo de Krebs - Características Gerais Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Acetil-Coa + Pi + 3NAD+ + GDP + FAD+ 2CO2 + GTP + 3NADH + 3H+ + FADH2 + CoA GTP + 3NADH + 3H+ + FADH2 + P 12 ATP + 3NAD+ + GDP + FAD+ oxidação de acetil-CoA origina 12 ATP Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Ciclo de Krebs – balanço energético • Citrato sintase • Isocitrato desidrogenase • -cetoglutarato desidrogenase (malato desidrogenase) Ciclo de Krebs – controlo Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) PESQUISA: Tumorogênese associada às enzimas do Ciclo de Krebs (Ronner, 2018, pg 240) PESQUISA: Veneno de ratos e Ciclo dos ácidos tricarboxílicos (Panini, 2005, pg 133) Ciclo de Krebs – via (ciclo) anfibólica Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Ciclo de Krebs – reacções anapleróticas Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Fosforilação oxidativa mitocondrial e sistema de transporte de electrões Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Fosforilação oxidativa mitocondrial Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Fosforilação oxidativa mitocondrial e sistema de transporte de electrões Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Fosforilação oxidativa mitocondrial e sistema de transporte de electrões Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Complexo V (ATP sintetase) elemento da membrana mitocondrial interna que directamente participa na síntese de ATP Fosforilação oxidativa mitocondrial Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) NADH (10 H+) = 3 ATP (2,5) FADH2 (6 H+) = 2 ATP (1,5) Fosforilação oxidativa mitocondrial – balanço energético Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA(Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Lançadeiras (“shuttle”) do glicerol-3-fosfato Distribuição: Cérebro Músculo Esquelético Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Transferência de NADH: citoplasma → matriz mitocondrial Transferência de NADH: citoplasma → matriz mitocondrial Lançadeiras (“shuttle”) do aspartato-malato Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Distribuição: Fígado Rim Músculo Cardíaco 1 mole glicose permite sintetizar: 36 moles ATP (neurónios, miócitos…) 38 moles ATP (hepatócitos, cardiomiócitos…) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Oxidação (total) de glicose: balanço energético Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) Fosforilação oxidativa mitocondrial – importância de outras proteínas mitocondriais Proteinas desacopladoras (uncoupling proteins – UCP) UCP1 (termogenina) – utilização alternativa do gradiente electroquímico UCP2 - UCP5 Metabolismo de monossacáridos (Glicose): oxidação do acetil-CoA (Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) PESQUISA: Toxicidade de rotenona, amital, cianeto e CO nos Complexos Respiratórios Mitocondriais (Panini, 2005, pg 144) PESQUISA: Overdose de aspirina (Panini, 2005, pg 145) Fosforilação oxidativa mitocondrial – toxicidade mitocondrial Oxidação (total) de glicose: pontos de controlo Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Via das Pentoses Fosfato (ou via das hexoses fosfato) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Via das Pentoses Fosfato – visão global Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Via das Pentoses Fosfato – relevância (função) biológica em animais Síntese de: Ribose NADPH ATP a) Síntese NO Via das Pentoses Fosfato – Importância biológica do NADPH Metabolismo de monossacáridos (Glicose) b) Metabolismo hepático de xenobióticos Via das Pentoses Fosfato – Importância biológica do NADPH Metabolismo de monossacáridos (Glicose) c) Mecanismos de defesa contra bactérias Via das Pentoses Fosfato – Importância biológica do NADPH Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) d) Defesas celulares contra espécies reactivas de oxigénio (e radicais livres) Via das Pentoses Fosfato – Importância biológica do NADPH Dois blocos de reacções: Reacções da fase oxidativa Reacções da fase não oxidativa Via das Pentoses Fosfato Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Reacções de descarboxilação oxidativa Enzima controladora da via: glicose-6-fosfato desidrogenase Via das Pentoses Fosfato - Reacções da fase oxidativa Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Formam dióxido de carbono e NADPH Via das Pentoses Fosfato Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Animais com deficiências na enzima : • redução ou incapacidade de síntese de NADPH (eritrócitos) • eritrócitos necessitam de NADPH para eliminar espécies reactivas de oxigénio - ERO (eritrócitos com reduzida capacidade destoxificante) • ERO reagem com componentes celulares: proteínas (hemoglobina, Banda 3…) e lípidos, - degradação/desnaturação, envelhecimento e hemólise das células Via das Pentoses Fosfato – alteração da actividade da glicose-6-fosfato desidrogenase Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Via das Pentoses Fosfato - redução de actividade da transcetolase - Patologias animais caracterizadas por inflamação do epitélio intestinal - Redução da actividade transcetolase devido a carência em tiamina (não se verifica absorção intestinal da vitamina). - Animais apresentam alterações motoras e comportamentais. PESQUISA: Beriberi e Sindrome de Wernicke-Korsakoff (Panini, 2005, pg 129) Metabolismo de Glúcidos: via do ácido (gluc)urónico Metabolismo de Glúcidos: via do ácido (gluc)urónico Síntese de UDP-Glucuronato Metabolismo de Glúcidos: via do ácido (gluc)urónico UDP-Glucuronato: Síntese de glicoproteínas Síntese de heparina/heparano Reacções de conjugação (bilirrubina/hormonas esteróides) Destoxificação hepática de xenobióticos Metabolismo de Glúcidos: via do ácido (gluc)urónico UDP-Glucuronato: Síntese de ascorbato (vitamina C) Metabolismo de Glúcidos: via do ácido (gluc)urónico UDP-Glucuronato: Síntese de pentoses (xilulose) → via das pentoses fosfato (hexoses monofosfato) Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Metabolismo do glicogénio - Glicogénese Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Metabolismo do glicogénio - Glicogenólise Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Estrutura e características químicas do glicogénio Glicogénio: •polímero ramificado de D-glicose •ligações glicosídicas - -1,4, e -1,6 - terminal redutor: liga-se à proteína GLICOGENINA - terminal não redutor: participam na adição (glicogénese) ou remoção de resíduos (glicogenólise) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Estrutura e características químicas do glicogénio Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Importância do glicogénio no controlo da glicemia animal Pâncreas: Insulina (células beta) Glucagon (células alfa) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Regulação do metabolismo do glicogénio Glicogénio hepático - utilizado em situação de jejum Glicogénio do músculo – utilizado unicamente para as necessidades deste tecido (em situação de jejum ou de actividade muscular intensa) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Importância do glicogénio no controlo da glicemia animal Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Síntese (glicogénese) e degradação (glicogenólise) do glicogénio Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Síntese de glicogénio (glicogénese) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Síntese de glicogénio (glicogénese) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Degradação de glicogénio (glicogenólise) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Degradação de glicogénio (glicogenólise) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Degradação de glicogénio (glicogenólise) Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Regulação do metabolismo do glicogénio glicogenoses do tipo I - doença de von Gierke •deficiência na glicose-6-fosfatase no fígado Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Anomalias associadas ao metabolismo do glicogénio: Glicogenoses glicogenoses do tipo I - doença de von Gierke •Alterações metabólicas em várias vias Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Anomalias associadas ao metabolismo do glicogénio: Glicogenoses • Hipoglicemia • Hiperlactemia • Hiperlipemia • Hiperuricemia • Gota • Hepatomegalia (glicogénio ↑) • Depósitos lipídicos cutâneos. glicogenoses do tipo II - doença de Pompe •deficiência na glicosidase ácida lisosomal Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Anomalias associadas ao metabolismo do glicogénio: Glicogenoses Caracterizada por: • Cardiomegalia • Fraqueza muscular glicogenoses do tipo III - doença de Cori •deficiência na enzima desramificadora Caracterizada por: • Hipoglicemia • Hepatomegalia Metabolismo de monossacáridos (Glicose) Anomalias associadas ao metabolismo do glicogénio: Glicogenoses Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Gliconeogénese Gliconeogénese: tecidos e orgãos em que ocorre: Fígado e Rim (córtex) localização no mapa metabólico: central Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Gliconeogénese Gliconeogénese: - Reversão (aparente) da glicólise - Substituição das enzimas ao nível das reacções irreversíveis glicose-6-fosfatase frutose bifosfatase PEP carboxicinase piruvato carboxilase Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Gliconeogénese glicose-6-fosfatase (retículo endoplasmático) frutose bisfosfatase (citoplasma) Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Gliconeogénese piruvato carboxilase (mitocôndria) PEP carboxicinase (mitocôndria/citoplasma) Metabolismo de monossacáridos(Glicose): Gliconeogénese PESQUISA: Deficiência na piruvato carboxilase (Panini, 2005, pg 134) PESQUISA: Deficiência na fosfoenolpiruvato carboxicinase (Panini, 2005, pg 177) Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Gliconeogénese Gliconeogénese: reacções Lactato Aminoácidos (alanina) Propionato Glicerol Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Gliconeogénese Vários compostos na gliconeogénese: Gliconeogénese: síntese de glicose a partir de lactato (Ciclo de Cori) ou de alanina (Ciclo da glicose-alanina) Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Gliconeogénese Gliconeogénese - balanço energético Síntese de glicose a partir de piruvato consome: 4 ATP 2GTP 2 NADH Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Gliconeogénese Gliconeogénese: controlo da via Glicólise: controlo da via Metabolismo de monossacáridos (Glicose): Gliconeogénese Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose Metabolismo de frutose Frutose (origem): a) Exógena (dieta) Frutose livre Sacarose (frutose + glicose) Metabolismo de frutose b) Endógena – sintetizada a partir da glicose (via dos polióis) via dos polióis - fígado, ovários, vesículas seminais Frutose (origem): Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose PESQUISA: Retinopatia diabética e a via dos polióis (Panini, 2005, pg 190; Ronner 2018, pg 216) PESQUISA: Redução na motilidade de espermatozóides e a via dos polióis (Panini, 2005, pg 190) Metabolismo de frutose Músculo: Frutose frutose-6-fosfato enzima: hexocinae - via glicolítica Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose Metabolismo de frutose Fígado: a) Frutose frutose-1-fosfato enzima: frutocinase b)frutose-1-fosfato di-hidroxicetona fosfato + D-gliceraldeído enzima: aldolase B (= frutose-1-fosfato aldolase), c)D-gliceraldeído gliceraldeído 3-fosfato enzima: triose cinase Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose Metabolismo de frutose - Anomalias enzimáticas (enzimopatias) Intolerância à frutose frutocinase - frutosuria essencial aldolase B – intolerância hereditária à frutose Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose Metabolismo de galactose Galactose (origem): a) Exógena (dieta) – lactose (galactose + glicose) b) Endógena – degradação lisossomal de glicoproteínas/glicolípidos (constituintes membrana plasmática) Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose Metabolismo de galactose quatro reacções: a) Galactose galactose 1-fosfato - ATP dador de fosfato inorgânico – enzima: galactocinase b) galactose 1-fosfato + UDP-glicose UDP-galactose + glicose 1-fosfato - enzima: galactose 1-fosfato uridiltransferase Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose Metabolismo de galactose c) UDP-galactose UDP-glicose - enzima: UDP-galactose epimerase - repetição das três reacções convertem a galactose original em glicose-1-fosfato d) glicose-1-fosfato glicose-6-fosfato - enzima: fosfoglucomutase. Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose Metabolismo de galactose Glicose-6-fosfato (em qualquer tecido): - via glicolítica - via das pentoses fosfato Glicose-6-fosfato (no fígado) : Glicose-6-fosfato glicose - enzima: glicose-6-fosfatase (reticulo endoplasmático) - glicose hepática libertada na sanguínea (controlo da glicemia) - glicogênese (glicose-1-fosfato) UDP- galactose: - síntese de glicoproteínas, glicolípidos, proteoglicanos e lactose (na glândula mamária) Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose Galactosemia: • alteração do metabolismo da galactose • deficiência nas enzimas: a). galactocinase b). galactose-1-fosfato uridiltransferase (galactosemia clássica) • níveis circulantes elevados de galactose (e seus derivados) • acumulação de galactose (e seus derivados) nos tecidos provocando acção tóxica em vários órgãos. Metabolismo de galactose: anomalias enzimáticas (enzimopatia) Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose Galactosemia - anomalia na enzima galactocinase: • menos severa (não há distúrbios hepáticos) • galactose e galactitol na urina Metabolismo de galactose: anomalias enzimáticas (enzimopatia) Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose Galactosemia anomalia na galactose-1-fosfato uridiltransferase (galactosemia clássica): • mais severa: cataratas, distúrbios digestivos, hepáticos e nervosos • ↑↑ galactose-1-fosfato (inibição glicogenólise e da gliconeogênese) - hipoglicemia Metabolismo de galactose: anomalias enzimáticas (enzimopatia) Metabolismo de Glúcidos: frutose e galactose o Engelking, L. R. (2014) Textbook of Veterinary Physiological Chemistry. 3rd edition, Academic Press-Elsevier, Amsterdam. o Ferrier, D. R. (2013) Biochemistry. 6th edition, Lippincott Williams and Wilkins, Philadelphia. o Lieberman, M., Marks, A.D., Peet, A. 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