Gliconeogênese: estágios (reações) e regulação

A gliconeogênese é um processo metabólico que ocorre em quase todos os organismos vivos , incluindo plantas, animais e vários tipos de microorganismos.Consiste na síntese ou formação de glicose a partir de compostos contendo carbono que não são carboidratos , como aminoácidos, glicogênicos, glicerol e lactato.

É uma das vias do metabolismo de carboidratos do tipo anabólico. Ele sintetiza ou forma moléculas de glicose presentes principalmente no fígado e, em menor grau, no córtex dos rins de humanos e animais.

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Via metabólica da glicogênese. Os nomes em azul indicam os substratos do caminho, as setas em vermelho as reações únicas desse caminho, as setas cortadas indicam as reações de glicólise, que vão contra esse caminho, as setas em negrito indicam a direção do caminho. Por BiobulletM [CC BY-SA 3.0 (creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) ou GFDL (gnu.org/copyleft/fdl.html)], do Wikimedia Commons

Este processo anabólico é produzido seguindo a direção inversa da via catabólica da glicose, possuindo diferentes enzimas específicas nos pontos irreversíveis da glicólise .

A gliconeogênese é importante para aumentar os níveis de glicose no sangue e nos tecidos em casos de hipoglicemia. Também amortece a diminuição da concentração de carboidratos em jejum prolongado ou em outras situações adversas.

Caracteristicas

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É um processo anabólico

A gliconeogênese é um dos processos anabólicos do metabolismo de carboidratos. Através de seu mecanismo, a glicose é sintetizada a partir de precursores ou substratos formados por pequenas moléculas.

A glicose pode ser gerada a partir de biomoléculas simples de natureza proteica, como aminoácidos glicogênicos e glicerol, sendo a segunda a lipólise de triglicerídeos no tecido adiposo.

O lactato também funciona como substrato e, em menor grau, com ácidos graxos de cadeia ímpar.

Fornecer suprimentos de glicose

A gliconeogênese é de grande importância para os seres vivos e especialmente para o corpo humano. Isso ocorre porque serve para fornecer em casos especiais a alta demanda de glicose necessária ao cérebro (aproximadamente 120 gramas por dia).

Que partes do corpo exigem glicose? O sistema nervoso , a medula renal, entre outros tecidos e células, como os glóbulos vermelhos , que usam a glicose como única ou principal fonte de energia e carbono.

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As reservas de glicose, como o glicogênio armazenado no fígado e nos músculos, mal alcançam um dia. Isso sem considerar dietas ou exercícios intensos. Por esse motivo, através da gliconeogênese, o corpo fornece glicose formada a partir de outros precursores ou substratos não-carboidratos.

Além disso, esta rota está envolvida na homeostase da glicose. A glicose formada por essa via, além de ser uma fonte de energia, é o substrato de outras reações anabólicas.

Um exemplo disso é o caso da biossíntese de biomoléculas. Entre eles estão glicoconjugados, glicolipídios, glicoproteínas e amino-açúcares e outros heteropolissacarídeos.

Etapas (reações) da gliconeogênese

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Por AngelHerraez [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Rota sintética

A gliconeogênese é realizada no citosol ou citoplasma das células, principalmente no fígado e, em menor grau, no citoplasma das células do córtex renal.

Sua via sintética constitui grande parte das reações da glicólise (via catabólica da glicose), mas na direção oposta.

No entanto, é importante destacar que as três reações de glicólise termodinamicamente irreversíveis estarão na gliconeogênese catalisada por enzimas específicas diferentes daquelas envolvidas na glicólise, o que possibilita reverter as reações.

São especificamente as reações glicolíticas catalisadas pelas enzimas hexoquinase ou glucocinase, fosfofructoquinase e piruvato quinase.

Revendo as etapas cruciais da gliconeogênese catalisada por enzimas específicas, é necessário que a conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato exija uma série de reações.

O primeiro ocorre na matriz mitocondrial com a conversão do piruvato em oxaloacetato, catalisada pela piruvato carboxilase.

Por sua vez, para participar do oxaloacetato, ele deve ser convertido em malato pela malidrato desidrogenase mitocondrial. Essa enzima é transportada pelas mitocôndrias para o citosol, onde é transformada novamente em oxaloacetato pela malato desidrogenase encontrada no citoplasma celular.

Ação da enzima fosfoenolpiruvato carboxi-quinase

Através da ação da enzima fosfoenolpiruvato carboxiquinase (PEPCK), o oxaloacetato é convertido em fosfoenolpiruvato. As respectivas reações estão resumidas abaixo:

Piruvato + CO 2 + H 2 O + ATP => oxaloacetato + ADP + P i + 2H +

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Oxaloacetato + GTP <=> Fosfoenolpiruvato + CO 2 + PIB

Todos esses eventos possibilitam a transformação de piruvato em fosfoenolpiruvato sem a intervenção da piruvato quinase, específica para a via glicolítica.

No entanto, o fosfoenolpiruvato é transformado em frutose-1,6-bifosfato pela ação de enzimas glicolíticas que catalisam essas reações reversivelmente.

Ação da enzima frutose-1,6-bisfosfatase

A próxima reação que suplementa a ação da fosfofructoquinase na via glicolítica é aquela que transforma a frutose-1,6-bifosfato em frutose-6-fosfato. A enzima frutose-1,6-bisfosfatase catalisa essa reação na via gliconeogênica, que é hidrolítica e está resumida abaixo:

Frutose 1,6-bifosfato + H 2 O => frutose-6-fosfato + P i

Este é um dos pontos de regulação da gliconeogênese, uma vez que esta enzima requer Mg 2+ para sua atividade. A frutose-6-fosfato sofre uma reação de isomerização catalisada pela enzima fosfoglucoisomerase que a transforma em glicose-6-fosfato.

Ação da enzima glicose-6-fosfatase

Finalmente, a terceira dessas reações é a conversão de glicose-6-fosfato em glicose.

Isso ocorre através da ação da glicose-6-fosfatase que catalisa uma reação de hidrólise e substitui a ação irreversível da hexoquinase ou glucocinase na via glicolítica.

Glicose-6-fosfato + H 2 O => glicose + P i

Essa enzima glicose-6-fosfatase está ligada ao retículo endoplasmático das células hepáticas. Você também precisa do cofator Mg 2+ para desempenhar sua função catalítica.

Sua localização garante a função do fígado como sintetizador de glicose para atender às necessidades de outros órgãos.

Precursores gliconeogênicos

Quando não há oxigênio suficiente no corpo, como pode ocorrer nos músculos e eritrócitos no caso de exercício prolongado, ocorre fermentação da glicose; isto é, a glicose não é completamente oxidada sob condições anaeróbicas e, portanto, é produzido lactato.

Este mesmo produto pode passar para o sangue e daí chegar ao fígado. Lá, ele atuará como um substrato gluconeogenic, pois ao entrar no ciclo Cori, o lactato se tornará piruvato. Essa transformação é devida à ação da enzima lactato desidrogenase.

Lactato

O lactato é um importante substrato gliconeogênico do corpo humano e, uma vez esgotadas as reservas de glicogênio, a conversão de lactato em glicose ajuda a repor a reserva de glicogênio nos músculos e no fígado.

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Piruvato

Por outro lado, a transaminação do piruvato ocorre através de reações que compõem o chamado ciclo glicose-alanina.

Isso é encontrado em tecidos hepáticos extras e o piruvato é transformado em alanina, que é outro dos importantes substratos gliconeogênicos.

Sob condições extremas de jejum prolongado ou outras alterações metabólicas, o catabolismo protéico será uma fonte de aminoácidos glicogênicos como último recurso. Estes formarão intermediários do ciclo de Krebs e gerarão oxaloacetato.

Glicerol e outros

O glicerol é o único substrato gliconeogênico de importância originário do metabolismo lipídico.

É liberado durante a hidrólise dos triacilglicerídeos, que são armazenados no tecido adiposo. Estes são transformados por reações consecutivas de fosforilação e desidrogenação em fosfato de di-hidroxiacetona, que seguem a via gliconeogênica para formar glicose.

Por outro lado, poucos ácidos graxos de cadeia ímpar são gliconeogênicos.

Regulação da gliconeogênese

Um dos primeiros controles da gliconeogênese é realizado pela ingestão de alimentos com baixo teor de carboidratos, que promovem níveis normais de glicose no sangue.

Pelo contrário, se a ingestão de carboidratos for baixa, a rota da gliconeogênese será importante para atender às necessidades de glicose do organismo.

Existem outros fatores envolvidos na regulação recíproca entre glicólise e gliconeogênese: níveis de ATP. Quando altos, a glicólise é inibida, enquanto a gliconeogênese é ativada.

O oposto é verdadeiro com os níveis de AMP: se eles são altos, a glicólise é ativada, mas a gliconeogênese é inibida.

Nas reações catalisadas por enzimas específicas na gliconeogênese, existem certos pontos de controle. Quais? A concentração de substratos enzimáticos e cofatores como Mg 2+ , e a existência de ativadores como a fosfofructoquinase.

A fosfofructoquinase é ativada pelo AMP e a influência dos hormônios pancreáticos insulina, glucagon e até alguns glicocorticóides.

Referências

  1. Mathews, Holde e Ahern. (2002) Bioquímica (3ª ed.). Madri: PEARSON
  2. Wikilivros (2018). Princípios de Bioquímica / Gliconeogênese e Glicogênese. Retirado de: en.wikibooks.org
  3. Shashikant Ray (Dezembro de 2017). Regulamento, medições e distúrbios da gliconeogênese. Retirado de: researchgate.net
  4. Gluconeogênese [PDF]. Retirado de: imed.stanford.edu
  5. Aula 3-Glicólise e Gliconeogênese. [PDF]. Retirado de: chem.uwec.edu
  6. Gluconeogênese [PDF]. Retirado de: chemistry.creighton.edu

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