Glicólise: funções, enzimas, fases, produtos, importância

Glicólise: funções, enzimas, fases, produtos, importância

A glicólise ou glicólise é a principal via do catabolismo da glicose, cujo objetivo final é gerar energia na forma de ATP e reduzir a potência na forma de NADH, a partir desse carboidrato.

Essa rota, totalmente elucidada na década de 1930 por Gustav Embden e Otto Meyerhof, enquanto estudava o consumo de glicose nas células do músculo esquelético, consiste na oxidação completa desse monossacarídeo e, por si só, representa uma via anaeróbica para obtenção de energia.

É uma das principais vias metabólicas, uma vez que ocorre, com suas diferenças, em todos os organismos vivos que existem, unicelulares ou multicelulares, procarióticos ou eucarióticos, e acredita-se ser uma cadeia de reações altamente conservadas na natureza.

De fato, existem alguns organismos e tipos de células que dependem exclusivamente dessa rota para sobreviver.

Em um primeiro momento, a glicólise consiste na oxidação da glicose, de 6 átomos de carbono, em piruvato, que possui três átomos de carbono; com a produção concomitante de ATP e NADH, útil para células do ponto de vista metabólico e sintético.

Nas células capazes de processar os produtos obtidos a partir do catabolismo da glicose, a glicólise termina com a produção de dióxido de carbono e água através do ciclo de Krebs e da cadeia de transporte de elétrons (glicólise aeróbica).

Dez reações enzimáticas ocorrem no curso da via glicolítica e, embora a regulação dessas reações possa ser um pouco diferente de uma espécie para outra, os mecanismos reguladores também são bastante conservados.

Funções de glicólise

Do ponto de vista metabólico, a glicose é um dos carboidratos mais importantes para todos os seres vivos.

É uma molécula estável e altamente solúvel, podendo ser transportada com relativa facilidade por todo o corpo de um animal ou planta, de onde é armazenada e / ou obtida até onde é necessária como combustível celular.

A energia química contida na glicose é explorada pelas células vivas através da glicólise, que consiste em uma série de etapas altamente controladas pelas quais a energia liberada pela oxidação desse carboidrato pode ser “capturada” em formas mais lucrativas de energia Daí a sua importância.

Por essa via, não apenas a energia (ATP) e a potência redutora (NADH) são obtidas, mas também fornece uma série de intermediários metabólicos que fazem parte de outras rotas, também importantes dos anabolizantes (biossintéticos) e funcionamento celular geral. Aqui está uma lista:

– Glicose 6-fosfato para a via das pentoses fosfato (PPP, da via inglesa Pentose Phosphate Pathway )

– Piruvato para fermentação láctica

– Piruvato para a síntese de aminoácidos (alanina, principalmente)

– Piruvato para o ciclo do ácido tricarboxílico

– Frutose 6-fosfato, glicose 6-fosfato e di-hidroxiacetona fosfato, que funcionam como “blocos de construção” em outras rotas, como a síntese de glicogênio, ácidos graxos, triglicerídeos, nucleotídeos, aminoácidos, etc.

Produção de energia

A quantidade de ATP produzido pela via glicolítica, quando a célula que a produz não pode viver em condições aeróbicas, é suficiente para suprir as necessidades de energia de uma célula quando é acoplada a diferentes tipos de processos de fermentação.

No entanto, quando se trata de células aeróbicas, a glicólise também serve como fonte de energia de emergência e serve como uma “etapa preparatória” antes das reações de fosforilação oxidativa que caracterizam as células com metabolismo aeróbico.

Enzimas envolvidas na glicólise

A glicólise só é possível graças à participação das 10 enzimas que catalisam as reações que caracterizam essa via. Muitas dessas enzimas são alostéricas e mudam de forma ou conformação quando desempenham suas funções catalíticas.

Existem enzimas que quebram e formam ligações covalentes entre seus substratos e outras que requerem cofatores específicos para desempenhar suas funções, principalmente íons metálicos.

Estruturalmente falando, todas as enzimas glicolíticas têm um centro constituído essencialmente por folhas β paralelas cercadas por hélices α e ordenadas em mais de um domínio. Além disso, essas enzimas são caracterizadas por seus locais ativos estarem geralmente nos locais de ligação entre domínios.

É importante notar, além disso, que a principal regulação da via passa pelo controle (hormonal ou metabólitos) de enzimas como hexocinase, fosfofructoquinase, gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase e piruvato quinase.

1- Hexoquinase (HK)

A primeira reação da glicólise (fosforilação da glicose) é catalisada pela hexoquinase (HK), cujo mecanismo de ação parece consistir em um “ajuste induzido” pelo substrato, que promove o “fechamento” da enzima em torno do ATP e de glicose (seus substratos), uma vez ligado a estes.

Relacionado:  Como funciona o sentido do olfato do cão?

Dependendo do organismo considerado, pode haver uma ou mais isoenzimas, cujo peso molecular varia de 50 (cerca de 500 aminoácidos) a 100 kDa, pois parecem agrupar-se como dímeros, cuja formação é favorecida pela presença de glicose, íons de magnésio e ATP.

A hexoquinase possui uma estrutura terciária composta por folhas alfa e beta abertas, embora existam muitas diferenças estruturais nessas enzimas.

2- Fosfoglucose isomerase (IGP)

A glicose fosforilada pela hexoquinase isomerizada em frutose 6-fosfato pela fosfoglucose isomerase (IGP), também conhecida como glicose 6-fosfato isomerase. A enzima, então, não remove ou adiciona átomos, mas os reorganiza em um nível estrutural.

Esta é uma enzima ativa em sua forma dimérica (o monômero pesa cerca de 66 kDa) e está envolvida não apenas na glicólise, mas também na gliconeogênese, na síntese de carboidratos nas plantas, etc.

3- Fosfofructoquinase (PFK)

O 6-fosfato de frutose é um substrato para a enzima fosfofructoquinase, capaz de fosforilar novamente esta molécula usando o ATP como doador do grupo fosforil, produzindo 1,6-bisfosfato de frutose.

Essa enzima existe em bactérias e mamíferos como uma enzima homotetramérica (composta por quatro subunidades idênticas de 33 kDa cada para bactérias e 85 kDa cada em mamíferos) e em leveduras é um octâmero (composto por subunidades maiores, entre 112 e 118 kDa).

É uma enzima alostérica, o que significa que é regulada positiva ou negativamente por qualquer um de seus produtos (ADP) e por outras moléculas como ATP e citrato.

4- Aldolasa

Também conhecida como frutose 1,6-bifosfato aldolase, a aldolase catalisa a quebra catalítica da frutose 1,6-bifosfato em dihidroxiacetona fosfato e gliceraldeído 3-fosfato e a reação reversa, ou seja, a ligação de ambos os açúcares à formação de 1,6-bifosfato de frutose.

Em outras palavras, essa enzima corta o 1,6-bifosfato de frutose bem no meio, liberando dois compostos fosforilados com 3 carbonos. A aldolase também é composta de 4 subunidades idênticas, cada uma com seu próprio site ativo.

Foi determinada a existência de duas classes (I e II) dessa enzima, que são diferenciadas pelo mecanismo de reação que catalisam e porque algumas (a primeira) ocorrem em bactérias “inferiores” e eucariotos, e outras (a segundo) estão em bactérias, protistas e metazoários.

A aldolase dos eucariotos “superiores” consiste em um homotetrâmero de subunidades de peso molecular de 40 kDa, cada uma consistindo em um barril constituído por folhas de 8 p / a.

5- Triosa-fosfato isomerase (TIM)

As duas trioses fosforiladas podem ser interconvertidas uma com a outra, graças à ação da triose-fosfato isomerase, que permite que ambos os açúcares sejam utilizados durante a glicólise, garantindo o uso total de cada molécula de glicose que entra no caminho.

Essa enzima foi descrita como a enzima “perfeita”, pois catalisa a reação descrita cerca de um trilhão de vezes mais rápido do que seria sem sua participação. Seu sítio ativo está no centro de uma estrutura de barril beta, característica de muitas enzimas glicolíticas.

É uma proteína dimérica, composta por duas subunidades idênticas de aproximadamente 27 kDa, ambas com uma estrutura globular.

6- Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (GAPDH)

O gliceraldeído 3-fosfato produzido pela ação da aldolase e da triose-fosfato isomerase serve como substrato para o GAPDH, que é uma enzima homotetramérica (34-38 kDa cada subunidade) que se liga cooperativamente a uma molécula de NAD + em cada de seus 4 locais ativos, bem como 2 íons fosfato ou sulfato.

Nesta etapa do caminho, a enzima permite a fosforilação de um de seus substratos usando fosfato inorgânico como doador do grupo fosforil, com a redução concomitante de duas moléculas de NAD + e a produção de 1,3-bisfosfoglicerato.

7- Fosfoglicerato quinase (PGK)

A fosfoglicerato quinase é responsável pela transferência de um dos grupos fosfato de 1,3-bisfosfoglicerato para uma molécula ADP por fosforilação no nível do substrato. Essa enzima usa um mecanismo semelhante ao usado pela hexoquinase, pois fecha em contato com seus substratos, protegendo-os das moléculas de água interferentes.

Essa enzima, como outras que utilizam dois ou mais substratos, possui um local de ligação para o ADP e outro para o fosfato de açúcar.

Ao contrário das outras enzimas descritas, essa proteína é um monômero de 44 kDa com uma estrutura bilobar, composta de dois domínios do mesmo tamanho conectados por uma estreita “lacuna”.

Relacionado:  Herpetologia: história, coleções, função do herpetologista

8- Mutase de fosfoglicerato

O 3-fosfoglicerato sofre uma mudança do grupo fosfato em direção ao carbono 2, no meio da molécula, o que representa um local estratégico de instabilidade que facilita a transferência subsequente do grupo para uma molécula de ATP na última reação da rota.

Esse rearranjo é catalisado pela enzima fosfoglicerato mutase, uma enzima dimérica para humanos e uma enzima tetramérica para leveduras, com um tamanho de subunidade próximo a 27 kDa.

9- Enolasa

A enolase catalisa a desidratação do 2-fosfoglicerato em fosfoenolpiruvato, uma etapa necessária para a geração de ATP na reação a seguir.

É uma enzima dimérica composta por duas subunidades idênticas de 45 kDa. Baseia-se em íons de magnésio para sua estabilidade e para as alterações conformacionais necessárias para a ligação ao substrato. É uma das enzimas mais abundantemente expressas no citosol de muitos organismos e desempenha funções adicionais aos glicolíticos.

10- Piruvato quinase

A segunda fosforilação no nível do substrato que ocorre na glicólise é catalisada pela piruvato quinase, responsável pela transferência do grupo fosforil do fosfoenolpiruvato para o ADP e pela produção de piruvato.

Essa enzima é mais complexa do que qualquer outra enzima glicolítica e, em mamíferos, é uma enzima homotetramérica (57 kDa / subunidade). Existem pelo menos quatro isozimas nos vertebrados : L (no fígado), R (nos eritrócitos), M1 (no músculo e no cérebro) e M2 (tecido fetal e tecidos adultos).

Etapas da glicólise (passo a passo)

A via glicolítica consiste em dez etapas seqüenciais e começa com uma molécula de glicose. Durante o processo, a molécula de glicose é “ativada” ou “preparada” com a adição de dois fosfatos, invertendo duas moléculas de ATP para isso.

É então “cortado” em dois fragmentos e, finalmente, modificado quimicamente algumas vezes, quatro moléculas de ATP sendo sintetizadas ao longo do caminho, de modo que o ganho líquido do caminho corresponde a duas moléculas de ATP.

Pelo exposto, pode-se inferir que a rota é dividida em uma fase de “inversão” de energia, fundamental para a oxidação completa da molécula de glicose, e outra fase de “ganho” de energia, onde a energia utilizada inicialmente é substituída e duas são obtidas. moléculas líquidas de ATP.

– Fase de investimento em energia

1- O primeiro passo da via glicolítica consiste na fosforilação da glicose mediada pela hexoquinase (HK), para a qual a enzima utiliza uma molécula de ATP para cada molécula de glicose fosforilada. É uma reação irreversível e depende da presença de íons magnésio (Mg2 +):

Glicose + ATP → Glicose 6-fosfato + ADP

2- O glicose-6-fosfato assim produzido é isomerizado em frutose-6-fosfato, graças à ação da enzima fosfoglucose isomerase (IGP). Esta é uma reação reversível e não implica gasto adicional de energia:

Glicose 6-fosfato → Frutose 6-fosfato

3- Posteriormente, outro passo de inversão de energia envolve a fosforilação do 6-fosfato de frutose para formar 1,6-bifosfato de frutose. Essa reação é catalisada pela enzima fosfofructoquinase-1 (PFK-1). Como o primeiro passo na rota, a molécula doadora do grupo fosfato é o ATP e também é uma reação irreversível.

6-fosfato de frutose + ATP → 1,6-bisfosfato de frutose + ADP

4- Nesta etapa da glicólise, ocorre a decomposição catalítica do 1,6-bifosfato de frutose no fosfato de di-hidroxiacetona (DHAP), uma cetoose, e no 3-fosfato de gliceraldeído (GAP), uma aldose. A referida condensação de aldol é catalisada pela enzima aldolase e é um processo reversível.

1,6-Bisfosfato de frutose → Fosfato de di-hidroxiacetona + 3-fosfato de gliceraldeído

5- A última reação da fase de inversão de energia consiste na interconversão do fosfato trioso DHAP e GAP catalisado pela enzima triosa-fosfato isomerase (TIM), fato que não requer energia adicional e também é um processo reversível.

Fosfato de di-hidroxiacetona ↔ 3-fosfato de gliceraldeído

– Fase de ganho de energia

6- O fosfato de gliceraldeído 3 é usado “a jusante” na via glicolítica como substrato para uma reação de oxidação e outro para fosforilação, catalisada pela mesma enzima gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (GAPDH).

A enzima catalisa a oxidação do carbono C1 da molécula em um ácido carboxílico e sua fosforilação na mesma posição, produzindo 1,3-bisfosfoglicerato. No decurso da reação, são reduzidas 2 moléculas de NAD + para cada molécula de glicose e são utilizadas 2 moléculas de fosfato inorgânico.

2Gliceraldeído 3-fosfato + 2NAD + + 2Pi → 2 (1,3-bisfosfoglicerato) + 2NADH + 2H

Nos organismos aeróbicos, cada NADH produzido dessa maneira passa pela cadeia de transporte de elétrons para servir como substrato para a síntese de 6 moléculas de ATP por fosforilação oxidativa.

Relacionado:  10 Animais da montanha e suas características

7- Este é o primeiro passo na síntese de ATP na glicólise e envolve a ação da fosfoglicerato quinase (PGK) no 1,3-bisfosfoglicerato, transferindo um grupo fosforil (fosforilação no nível do substrato) dessa molécula para uma molécula. ADP, produzindo 2ATP e 2 moléculas de 3-fosfoglicerato (3PG) para cada molécula de glicose.

2 (1,3-bifosfoglicerato) + 2ADP → 2 (3-fosfoglicerato) + 2ATP

O 8- 3-fosfoglicerato serve como substrato para a enzima fosfoglicerato mutase (PGM), que o converte em 2-fosfoglicerato, deslocando o grupo fosforil do carbono 3 para o carbono 2 através de uma reação em duas etapas reversível e dependente de iões magnésio (Mg + 2).

2 (3-fosfoglicerato) → 2 (2-fosfoglicerato)

9- A enzima enolase desidrata o 2-fosfoglicerato e produz fosfoenolpiruvato (PEP) por meio de uma reação que não merece a adição de energia adicional e que visa produzir um composto de alta energia, capaz de doar seu grupo fosforil nos seguintes reação.

2 (2-fosfoglicerato) → 2-fosfoenolpiruvato

10- O fosfoenolpiruvato é um substrato da enzima piruvato-quinase (PYK), responsável por transferir o grupo fosforil dessa molécula para uma molécula ADP, catalisando assim outra reação de fosforilação no nível do substrato.

Na reação, 2ATP e 2 moléculas de piruvato são produzidas para cada glicose e a presença de potássio e magnésio na forma iônica é necessária.

2 Fosfoenolpiruvato + 2ADP → 2Piruvato + 2ATP

O rendimento líquido da glicólise, dessa maneira, consiste em 2ATP e 2NAD + para cada molécula de glicose que entra no caminho.

Se estas são células com metabolismo aeróbico, a degradação total de uma molécula de glicose produz entre 30 e 32 ATP através do ciclo de Krebs e da cadeia de transporte de elétrons.

Produtos para glicólise

A reação geral da glicólise é a seguinte:

Glicose + 2NAD + + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H +

Portanto, se for analisado brevemente, pode-se garantir que os principais produtos da via glicolítica sejam piruvato, ATP, NADH e H.

No entanto, o destino metabólico de cada intermediário de reação depende, em grande parte, das necessidades celulares, razão pela qual todos os intermediários podem ser considerados como produtos de reação, podendo listá-los da seguinte forma:

– Glicose 6-fosfato

– 6-fosfato de frutose

– 1,6-bifosfato de frutose

– Fosfato de di-hidroxiacetona e 3-fosfato de gliceraldeído

– 1,3-bifosfoglicerato

– 3-fosfoglicerato e 2-fosfoglicerato

– Fosfoenolpiruvato e piruvato

Importância

Apesar do fato de que a glicólise sozinha (poderia ser chamada de glicólise anaeróbica) produz apenas cerca de 5% do ATP que pode ser extraído do catabolismo aeróbico da glicose, essa via metabólica é essencial por várias razões:

– Serve como uma fonte “rápida” de energia, especialmente em situações nas quais um animal precisa sair rapidamente de um estado de repouso, para o qual os processos de oxidação aeróbica não seriam suficientemente rápidos.

– As fibras musculares esqueléticas “brancas” no corpo humano, por exemplo, são fibras de contração rápida e dependem da glicólise anaeróbica para funcionar.

– Quando, por algum motivo, uma célula precisa prescindir de algumas de suas mitocôndrias (que são as organelas que realizam a fosforilação oxidativa de parte dos produtos glicolíticos, entre outras coisas), a célula se torna mais dependente da energia obtida por via glicolítica.

– Muitas células dependem da glicose como fonte de energia pela via glicolítica, incluindo glóbulos vermelhos , falta de organelas internas e células do olho (principalmente as da córnea) que não possuem alta densidade de mitocôndrias.

Referências

  1. Canback, B., Andersson, SGE e Kurland, CG (2002). A filogenia global das enzimas glicolíticas. Anais da Academia Nacional de Ciências, 99 (9), 6097-6102.
  2. Chaudhry R, ​​Varacallo M. Bioquímica, Glicólise. [Atualizado em 21 de abril de 2019]. In: StatPearls [Internet]. Ilha do Tesouro (FL): StatPearls Publishing; 2020 Jan-. Disponível em: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK482303/
  3. Fothergill-Gilmore, LA e Michels, PA (1993). Evolução da glicólise. Progresso em biofísica e biologia molecular, 59 (2), 105-235.
  4. Kim, JW e Dang, CV (2005). Papéis multifacetados das enzimas glicolíticas. Tendências em ciências bioquímicas, 30 (3), 142-150.
  5. Kumari, A. (2017). Bioquímica Doce: Lembrando Estruturas, Ciclos e Caminhos por Mnemônicos. Academic Press.
  6. Li, XB, Gu, JD e Zhou, QH (2015). Revisão da glicólise aeróbica e suas principais enzimas – novos alvos para a terapia do câncer de pulmão. Câncer torácico, 6 (1), 17-24.
Categorias Biologia

Deixe um comentário

Este site usa cookies para lhe proporcionar a melhor experiência de usuário. política de cookies, clique no link para obter mais informações.

ACEPTAR
Aviso de cookies