A glicólise é uma via catabólica central que ocorre no citosol. Em algumas células, como nervosas e hemácias, é (juntamente com o Ciclo de Krebs na seqüência nas células nervosas mas não nas hemácias) a principal fonte de energia. Células nervosas utilizam também corpos cetônicos como fonte de energia. O processo de degradação da glicose é dividido em duas fases:
Fase preparatória da glicose - de Glicose a Gliceraldeído-3-P + Dihidroxicetona
Nesta fase, a glicose é ativada para que possa haver posterior quebra. Nesta ativação são gastos alguns ATPs. É como um investimento por parte do organismo para formar compostos com maior energia livre de hidrólise. São realizadas duas fosforilações, a primeira já na primeira reação da via. Isto é importante para que a célula não perca nenhum intermediário do ciclo após já ter investido energia na glicose, pois os compostos fosforilados (como o são todos os intermediários da glicólise) não atravessam as membranas livremente. Esta fase termina com a quebra da hexose em duas trioses.
Fase de produção de energia - de Gliceraldeído-3-P a Piruvato
Inicia com a primeira reação que fornece energia ao organismo (a recuperação do “investimento” tem mais de 60% de eficiência). Na verdade, a primeira etapa dessa fase (transformação de gliceraldeído-3-P em 1,3-bifosfoglicerato) não produz nenhum ATP, mas nos organismos aeróbios, o NADH produzido representa ganho de 3ATPs, na cadeia transportadora de elétrons.
Ocorrem duas reações de fosforilação em nível de substrato, assim denominadas porque a reação transfere não só energia livre ao ADP, mas também o próprio fosfato necessário à síntese de 1ATP.
É importante notar que apenas 5,2% da energia de oxidação da glicose foram liberados ao fim da glicólise,permanecendo todo o restante na forma de piruvato. Este por sua vez poderá ser completamente degradado para utilização desta energia pelo Ciclo do Ácido Cítrico, ou, quando não há disposição de oxigênio, ser encaminhado à fermentação.
É importante notar que apenas 5,2% da energia de oxidação da glicose foram liberados ao fim da glicólise,permanecendo todo o restante na forma de piruvato. Este por sua vez poderá ser completamente degradado para utilização desta energia pelo Ciclo do Ácido Cítrico, ou, quando não há disposição de oxigênio, ser encaminhado à fermentação.
Seqüência da Glicólise
Fase 1: preparação, regulação e gasto de energia
Nesta fase a célula gasta 2 moléculas de ATP, além de ser indispensável o cátion Mg2+ e processa-se em cinco reacções bioquímicas. Nenhuma energia é armazenada, pelo contrário, duas moléculas de ATP são investidas nas reações de fosforilação.
Glicose
Na primeira reação, a glicose que entra nos tecidos é fosforilada com o gasto energético de uma molécula de ATP, dando origem a glicose-6-fosfato e ADP. Essa reação, catalisada pela enzima hexoquinase, é irreversível. Trata-se de um dos três passos que regulam a glicólise. A fosforilação da glicose na primeira reação impede que esta saia da célula novamente (a glicólise realiza-se no citosol da célula). Ao adicionar um grupo fosfato à glicose, ela torna-se um molécula carregada negativamente e é impossível atravessar passivamente a membrana celular. Ao manter a glicose aprisionada dentro da célula a glicólise é garantida.
Nesta fase a célula gasta 2 moléculas de ATP, além de ser indispensável o cátion Mg2+ e processa-se em cinco reacções bioquímicas. Nenhuma energia é armazenada, pelo contrário, duas moléculas de ATP são investidas nas reações de fosforilação.
Glicose
Na primeira reação, a glicose que entra nos tecidos é fosforilada com o gasto energético de uma molécula de ATP, dando origem a glicose-6-fosfato e ADP. Essa reação, catalisada pela enzima hexoquinase, é irreversível. Trata-se de um dos três passos que regulam a glicólise. A fosforilação da glicose na primeira reação impede que esta saia da célula novamente (a glicólise realiza-se no citosol da célula). Ao adicionar um grupo fosfato à glicose, ela torna-se um molécula carregada negativamente e é impossível atravessar passivamente a membrana celular. Ao manter a glicose aprisionada dentro da célula a glicólise é garantida.
Glicose 6P
Na segunda reação, catalisada pela enzima fosfoglucose Isomerase (também chamada de fosfoexose isomerase), a glicose-6-fosfato é convertida num processo de isomerização em frutose-6-fosfato, para que, assim, se possua um sítio de entrada para a frutose da dieta na glicólise. Esta reacção irá também preparar o Carbono 3 (C3) para a clivagem catalizada pela enzima Aldolase na reacção 4.
Frutose 6P
Na reacção número 3, a célula investe outra molécula de ATP para fosforilar a frutose-6-fosfato e convertê-la em frutose-1,6-bisfosfato. Esta é também uma reação irreversível e de controle desta via metabólica, catalisada pela enzima fosfofrutoquinase, que é a enzima marca-passo da glicólise. Esta etapa ocorre para deixar a molécula simétrica para a reação de clivagem na etapa seguinte.
Frutose 1,6 bisfosfato
Na reacção 4 a frutose-1,6-bisfosfato é clivada em duas trioses: gliceraldeído-3-fosfato e dihidroxiacetona fosfato. Esta reacção é catalisada pela enzima aldolase.
Dihidroxicetona fosfato
O gliceraldeído-3-fosfato e a dihidroxiacetona fosfato são isómeros facilmente interconvertíveis pela enzima triosefosfato isomerase. Ocorre então a conversão da dihidroxicetona P em gliceraldeído 3P, a única triose que pode continuar sendo oxidada.
Fase 2: Produção de ATP e oxidação
Nessa etapa, ocorre adição de NAD e Pi (Fosfato Inorgânico). A partir dessa etapa teremos 2 gliceroldeídos 3P.
Gliceroldeído 3P
Na primeira reacção desta fase, a número 6 no seguimento da fase anterior, cada gliceraldeído-3-fosfato é oxidado (desidrogenado) pelo NAD+ (e o NAD+ passa a NADH) e fosforilado por um fosfato inorgânico, dando origem a 1,3-Bifosfoglicerato(1,3 BPG). Esta reacção é catalisada pela enzima gliceraldeido-3-fosfato desidrogenase.
1,3 bifosfoglicerato
Na reação 7, catalisada pela enzima 1,3 BiP glicerato cinase, a 1,3 BPG transfere um grupo fosfato para uma molécula de ADP dando origem a uma molécula de ATP e a 3-fosfoglicerato. Esta é a primeira etapa da glicose que sintetiza ATP diretamente na via.
3 fosfoglicerato
Na reacção 8, a enzima fosfoglicerato mutase muda a posição do grupo fostato, dando origem a 2-fosfoglicerato (grupo fosfato ligado ao carbono 2).
2-Fosfoglicerato
A reacção 9 é uma reacção de desidratação catalizada pela enzima enolase. O 2-fosfoglicerato é desidratado formando uma molécula de água e fosfoenolpiruvato (PEP), um composto altamente energético. foi devido a esta configuração energética que o grupo fosfato foi transferido da posição 3 para 2 na reacção anterior.
Fosfoenolpiruvato
A reacção 10, última desta via metabólica, catalizada pela enzima piruvato cinase, há transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para uma molécula de ADP, formando-se então uma molécula de ATP e piruvato.
Tendo em conta que por cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato produz-se duas moléculas de ATP, na glicólise são produzidos ao todo 4 ATPs e gastos 2. O saldo energético é de 2 moléculas de ATP e 2 NADH por molécula de glicose.
Na segunda reação, catalisada pela enzima fosfoglucose Isomerase (também chamada de fosfoexose isomerase), a glicose-6-fosfato é convertida num processo de isomerização em frutose-6-fosfato, para que, assim, se possua um sítio de entrada para a frutose da dieta na glicólise. Esta reacção irá também preparar o Carbono 3 (C3) para a clivagem catalizada pela enzima Aldolase na reacção 4.
Frutose 6P
Na reacção número 3, a célula investe outra molécula de ATP para fosforilar a frutose-6-fosfato e convertê-la em frutose-1,6-bisfosfato. Esta é também uma reação irreversível e de controle desta via metabólica, catalisada pela enzima fosfofrutoquinase, que é a enzima marca-passo da glicólise. Esta etapa ocorre para deixar a molécula simétrica para a reação de clivagem na etapa seguinte.
Frutose 1,6 bisfosfato
Na reacção 4 a frutose-1,6-bisfosfato é clivada em duas trioses: gliceraldeído-3-fosfato e dihidroxiacetona fosfato. Esta reacção é catalisada pela enzima aldolase.
Dihidroxicetona fosfato
O gliceraldeído-3-fosfato e a dihidroxiacetona fosfato são isómeros facilmente interconvertíveis pela enzima triosefosfato isomerase. Ocorre então a conversão da dihidroxicetona P em gliceraldeído 3P, a única triose que pode continuar sendo oxidada.
Fase 2: Produção de ATP e oxidação
Nessa etapa, ocorre adição de NAD e Pi (Fosfato Inorgânico). A partir dessa etapa teremos 2 gliceroldeídos 3P.
Gliceroldeído 3P
Na primeira reacção desta fase, a número 6 no seguimento da fase anterior, cada gliceraldeído-3-fosfato é oxidado (desidrogenado) pelo NAD+ (e o NAD+ passa a NADH) e fosforilado por um fosfato inorgânico, dando origem a 1,3-Bifosfoglicerato(1,3 BPG). Esta reacção é catalisada pela enzima gliceraldeido-3-fosfato desidrogenase.
1,3 bifosfoglicerato
Na reação 7, catalisada pela enzima 1,3 BiP glicerato cinase, a 1,3 BPG transfere um grupo fosfato para uma molécula de ADP dando origem a uma molécula de ATP e a 3-fosfoglicerato. Esta é a primeira etapa da glicose que sintetiza ATP diretamente na via.
3 fosfoglicerato
Na reacção 8, a enzima fosfoglicerato mutase muda a posição do grupo fostato, dando origem a 2-fosfoglicerato (grupo fosfato ligado ao carbono 2).
2-Fosfoglicerato
A reacção 9 é uma reacção de desidratação catalizada pela enzima enolase. O 2-fosfoglicerato é desidratado formando uma molécula de água e fosfoenolpiruvato (PEP), um composto altamente energético. foi devido a esta configuração energética que o grupo fosfato foi transferido da posição 3 para 2 na reacção anterior.
Fosfoenolpiruvato
A reacção 10, última desta via metabólica, catalizada pela enzima piruvato cinase, há transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para uma molécula de ADP, formando-se então uma molécula de ATP e piruvato.
Tendo em conta que por cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato produz-se duas moléculas de ATP, na glicólise são produzidos ao todo 4 ATPs e gastos 2. O saldo energético é de 2 moléculas de ATP e 2 NADH por molécula de glicose.
Após a glicólise
Ciclo de Krebs (ou ciclo do ácido cítrico)
Para o ciclo da glicose interagir com o ciclo de Krebs, há uma reação intermediária a qual transforma-se o Piruvato em Acetil-CoA. Nesta etapa, ocorre a entrada de NAD e CoA-SH.
Para o ciclo da glicose interagir com o ciclo de Krebs, há uma reação intermediária a qual transforma-se o Piruvato em Acetil-CoA. Nesta etapa, ocorre a entrada de NAD e CoA-SH.
O Piruvato gerado na glicólise sofre desidrogenação (oxidação) e descarboxilação catalisado pelo complexo Piruvato desidrogenase. Durante essas reações, é adicionada a coenzima A(CoA). Desta forma, a partir de cada piruvato, produz-se um acetil-CoA. Esta etapa é fundamental, principalmente no fígado, que regula a glicemia no sangue, pois é irreversível
O piruvato, pode ser transformado novamente em glicose, através do gasto de energia, num processo chamado gliconeogênese, processo essencial para manutenção do nível mínimo de glicose no corpo, sem o qual certos tecidos morreriam, por não realizarem o ciclo de Krebs.
Uma vez transformado em acetil-CoA, não há como gerar glicose novamente, sendo este acetil-CoA usado para produzir energia (com oxigênio), corpos cetônicos, gordura, colesterol ou isoprenóides.
Quando usado para produzir energia, o acetil-CoA vai para o ciclo de Krebs, onde será oxidado, produzindo CO2, água e GTP(energia). Os produtos da oxidação são oxidados pelo oxigênio na Fosforilação oxidativa, gerando ainda mais energia. Somado com a glicólise, são produzidos 38 ATP por molécula de açúcar.
Quando usado para produzir energia, o acetil-CoA vai para o ciclo de Krebs, onde será oxidado, produzindo CO2, água e GTP(energia). Os produtos da oxidação são oxidados pelo oxigênio na Fosforilação oxidativa, gerando ainda mais energia. Somado com a glicólise, são produzidos 38 ATP por molécula de açúcar.
Fermentação Anaeróbica
Em microorganismos que vivem na carência de oxigênio, a quebra da glicose termina no piruvato. Isso porque os passos seguintes dependem do oxigênio: a cadeia transportadora de elétrons porque só funciona na presença deste e o ciclo do ácido cítrico que só é viável quando há uma CTE disponível para aproveitar a grande quantidade de NADHs e FADH2s produzidos. A glicólise é viável porque o NADH produzido pode ser devolvido ao piruvato ao final da via. Isto pode ocorrer diretamente (com a formação então de ácido lático – fermentação lática) ou após a descarboxilação do piruvato (com a formação de etanol – fermentação alcoólica).
O baixo aproveitamento energético explica o pequeno desenvolvimento dos organismos estritamente anaeróbios – todos microorganismos. Deste pequeno aproveitamento resulta ainda o ganho da simbiose, por exemplo dos ruminantes, que após a fermentação dos microorganismos, recebem os produtos que ainda possuem mais de 90% da energia da glicose.
Quando um tecido (mais comumente o músculo) trabalha em anaerobiose (exercício intenso) pode produzir fermentação lática. O ácido lático pode ser reaproveitado no fígado pela neoglicogênese, o que também pode ocorrer diretamente a partir de piruvato, transportado juntamente com o grupamento amino liberado na quebra de aminoácidos (ciclo glicose-alanina). Isto não constitui um ciclo fútil porque é o fígado quem gasta a energia necessária para a regeneração da glicose, podendo então enviá-la para que o músculo (necessitando de energia) ganhe ao quebrá-la novamente.
Em microorganismos que vivem na carência de oxigênio, a quebra da glicose termina no piruvato. Isso porque os passos seguintes dependem do oxigênio: a cadeia transportadora de elétrons porque só funciona na presença deste e o ciclo do ácido cítrico que só é viável quando há uma CTE disponível para aproveitar a grande quantidade de NADHs e FADH2s produzidos. A glicólise é viável porque o NADH produzido pode ser devolvido ao piruvato ao final da via. Isto pode ocorrer diretamente (com a formação então de ácido lático – fermentação lática) ou após a descarboxilação do piruvato (com a formação de etanol – fermentação alcoólica).
O baixo aproveitamento energético explica o pequeno desenvolvimento dos organismos estritamente anaeróbios – todos microorganismos. Deste pequeno aproveitamento resulta ainda o ganho da simbiose, por exemplo dos ruminantes, que após a fermentação dos microorganismos, recebem os produtos que ainda possuem mais de 90% da energia da glicose.
Quando um tecido (mais comumente o músculo) trabalha em anaerobiose (exercício intenso) pode produzir fermentação lática. O ácido lático pode ser reaproveitado no fígado pela neoglicogênese, o que também pode ocorrer diretamente a partir de piruvato, transportado juntamente com o grupamento amino liberado na quebra de aminoácidos (ciclo glicose-alanina). Isto não constitui um ciclo fútil porque é o fígado quem gasta a energia necessária para a regeneração da glicose, podendo então enviá-la para que o músculo (necessitando de energia) ganhe ao quebrá-la novamente.
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