BLOCO IV

Andrea T. Da Poian

Professora Associada do Instituto de Bioquímica Médicasala E-18

Integração do Metabolismo

22/11 - Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 1 a 12)23/11 - Módulo 1 - Constructore – Livre24/11 - 8:30h Mini-Teste (1,0 Ponto) 10:30h Módulo 1 - Constructore – Livre

29/11 - 8:30h Apresentações do Módulo 1 - (1,5 Pontos) 10:30h Regulação da Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 13 e 14)30/11 – Mini-Teste Regulação da Gliconeogênese (1,5 Ponto) Via das pentoses - Roteiro de discussão 201/12 - 8:30h Insulina - Roteiro de discussão 3 Insulina 10:30h Estudo dirigido - Diabetes e Inflamação – (2,0 Pontos) 06/12- 8:30h Mini-Teste Insulina e Diabetes (1,5 Ponto) 10:30h Módulo 2 - Constructore - Livre07/12 - 8:30 h Apresentações do Módulo 2 - (1,0 Ponto) 08/12 – Glicocorticóides - Roteiro de discussão 4 Estudo Dirigido (1,5 ponto)

Calendário do Bloco IV

Gliconeogênese

Síntese nova glicose

1) Com base no dados da tabela abaixo, construa um gráfico que relacione o tempo em jejum (em dias, no eixo x) com as concentrações plasmáticas de glicose (em mM, no eixo y) (tabela 1). Agora, construa um novo gráfico com os valores de concentração plasmática de glicose após administração deste nutriente (teste de tolerância à glicose) em um indivíduo normal ou com diabetes.

Tabela 1: Concentração de glicose no paciente

Dias em jejum -0,3 0 3 10 17 24 31 35 Glicose* 4,95 4,79 3,63 3,70 3,76 3,76 3,78 3,70

Tabela 2: Concentração de glicose nos pacientes

Roteiro 1

Níveis Séricos de Glicose (mg/dL)Valores após a injeção intraperitoneal de 25 g

minutos 0a 10 20 30 40 50 60Paciente 1

65.9 199.8

163.7

139 120 105.4

92.7

Paciente 2

168.8

340 330 328 320 317 310aO tempo zero representa a glicemia após 12 horas de jejum.

Perfil da Glicemia durante o Jejum

0 5 10 15 20 25 30 35 400.00

0.75

1.50

2.25

3.00

3.75

4.50

5.25

Dias de jejum

GLI

CO

SE (m

M)

Teste de Tolerância a Glicose

0 10 20 30 40 50 600

50

100

150

200

250

300

350

400

Paciente 2Paciente 1

Minutos

Nív

el S

éric

o de

Glic

ose

(mg/

dL)

Teste de Tolerância a Glicose

0 10 20 30 40 50 600

50

100

150

200

250

300

350

400

Paciente 2Paciente 1

Minutos

Nív

el S

éric

o de

Glic

ose

(mg/

dL)

Em humanos...

NUTRIENTE

QUANTIDADE (g)

Triacilglicerídeos (tecido adiposo)

9.000

Glicogênio (fígado)

90

Glicogênio (músculo)

250

Glicose (sangue e outros líquidos corporais)

20

Proteína corporal (músculo, principalmente)

8.000

principal reserva

Por que precisamos sintetizar glicose?

CÉLULAS ANAERÓBICAShemáciascélulas do cristalinoalgumas células da retinacélulas da medula renal

glicose

lactato

ADP

ATP

células do cérebro (BHE)células embrionários (BP)

CÉLULAS COM ISOLAMENTO SELETIVO DA CIRCULAÇÃO SISTÊMICA

Células dependentes de glicose como nutriente

glicose

CO2

ADP

ATP

2) Em torno de 1930, Carl Ferdinand Cori e Gerty Thereza Cori demonstraram que é possível sintetizar glicose (e glicogênio) a partir de lactato. Quais poderiam ser as etapas envolvidas nesta via? Alguma via já estudada por você poderia estar envolvida? Lembre-se de que algumas reações podem ser reversíveis dependendo das condições celulares. Haveria necessidade de vias alternativas? Justifique sua resposta.

Histórico...

Claude Bernard: o f ígado é capaz de f ornecer glicose à circulação

Glicogênio hepático glicose

Glicogênio muscular lactato

Histórico...

Claude Bernard: o f ígado é capaz de f ornecer glicose à circulação

Glicogênio hepático glicose

Glicogênio muscular lactatoLactato pode ser convertido em glicogênio no

fígado?

(Laureados com Prêmio Nobel em 1947)

Gerty Theresa Cori

Carl Ferdinand Cori

Journal of Biological Chemistry, 1929

Lactato desidrogenase (LDH)

•reação reversível em condições fisiológicas•enzima tetramérica•dois tipos de subunidades: M (músculo esquelético), H (coração)

diferentes valores de Km para os substratos lactato e piruvato

M4 (músculo esquelético) M3H1M2H2M1H3H4 (coração)

hexocinaseGo´ = -8.0 kcal/mol

fosfo-hexose isomeraseGo´ = -0.6 kcal/mol

fosfofrutoocinaseGo´ = -5.3 kcal/mol

aldolaseGo´ = -0.3 kcal/mol

triose-fosfato isomeraseGo´ = +0.6 kcal/mol

gliceraldeído3P isomeraseGo´ = -0.4 kcal/mol

fosfogliceratocinaseGo´ = +0.3 kcal/mol

fosfoglicerato mutaseGo´ = +0.2 kcal/mol

enolaseGo´ = -0.8 kcal/mol

piruvatocinaseGo´ = -4.0 kcal/mol

Pi

ATP

ADP

glicose-6-fosfato

glicose

ATP

ADP

NAD+

NADH

ADP

ATP

ADP

ATP

frutose-6-fosfato

frutose-1,6-bisfosfato

gliceraldeído-3-fosfato

1,3-bisfosfogliceratoato

3-fosfogliceratoato

fosfoenolpiruvato

piruvato

2-fosfogliceratoato

Perfil energético das reações da GLICÓLISE

Etapas 1, 3 e 10 são contornadas na via de Gliconeogênese

piruvato

1 kJ = 0,24 kcal

glicose

3) Fracionando-se o tecido hepático e incubando-se separadamente as frações subcelulares isoladas (mitocôndria, retículo endoplasmático, membrana plasmática, citoplasma e núcleo, etc) na presença (14C) lactato, não se verificou incorporação significativa de 14C em glicose em nenhuma das frações isoladas. Que hipótese isto lhe sugere e que experiência você propõe para comprová-la?

GliconeogêneseMitocôndria, Retículo, Citosol

Reações para conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato (PEP)(para reversão da reação da piruvato cinase)

4) A Gliconeogênese foi definida como síntese líquida de glicose a partir de precursores de origem não glicídica. Baseado nos conhecimentos por você adquiridos, quais precursores poderiam ser indicados? Que reações e quais intermediários vocês esperariam que estivessem envolvidos? Justifique.

piruvato

piruvato

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

PEP

malato

PEP PEPCK

PEPCK

malato

MDH

NAD+

NADH

oxaloacetato

MDH

NAD+

NADH

1,3BPG

G3P

G3PDH

NAD+

NADH

piruvato

piruvato

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

PEP

malato

PEP PEPCK

PEPCK

malato

MDH

NAD+

NADH

oxaloacetato

MDH

NAD+

NADH

1,3BPG

G3P

G3PDHNAD+

NADH

lactatoNAD+

NADH

piruvato

piruvato

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

PEP

malato

PEP PEPCK

PEPCK

malato

MDH

NAD+

NADH

oxaloacetato

MDH

NAD+

NADH

1,3BPG

G3P

G3PDH

NAD+

NADH

fumarato

succinil-CoA

α-cetoglutarato

aas

succinato

piruvato

piruvato

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

PEP

malato

PEP PEPCK

PEPCK

malato

MDH

NAD+

NADH

oxaloacetato

MDH

NAD+

NADH

1,3BPG

G3P

G3PDH

NAD+

NADH

DHAP

F1,6BP

glicerol-P

piruvato

piruvato

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

PEP

malato

PEP PEPCK

PEPCK

malato

MDH

oxaloacetato

MDH

1,3BPG

G3P

G3PDH

lactato

aas

fumarato

succinil-CoA

α-cetoglutarato

succinato

DHAP

F1,6BP

glicerol-P

acil-CoA de cadeia ímpar

acetil-CoA

propionil-CoA

ácido graxo de cadeia ímpar

5) O consumo de álcool, especialmente por um indivíduo mal alimentado, pode causar hipoglicemia. O álcool ingerido é convertido a acetaldeído no citoplasma do hepatócito, em reação catalisada pela enzima álcool desidrogenase:

CH3-CH2-OH + NAD+ CH3-COH + NADH.H+

Utilizando seus conhecimentos sobre a gliconeogênese, tente justificar a hipoglicemia causada pela ingestão de álcool.

6) Foi verificado na década de 20 que animais alimentados com dieta hipercalórica, exclusivamente composta por lipídeos, apresentavam uma baixa glicemia e eram incapazes de repor suas reservas de glicogênio hepático. Isso aconteceu apesar de apresentarem uma alta concentração de ácidos graxos livres e de corpos cetônicos circulantes no plasma. Tente justificar por que estes metabólitos não poderiam ser usados para síntese de glicose e para reposição de glicogênio hepático.

7) Em 1930, Weil-Marlherbe e colaboradores observaram, provocando um certo escândalo no meio científico, que a adição de acetoacetato (precursor de Acetil-CoA) provocava um aumento na formação de glicose em fatias de rim de rato quando incubadas na presença de lactato. Quais são as maneiras possíveis de uma substância estimular uma reação? Agora discuta a sua resposta com base nos resultados encontrados por Weil-Marlherbe.

8) Mais tarde, 1951, Merton Utter descobriu a seguinte reação:

Piruvato + CO2 + ATP Oxaloacetato + ADP + Pi

E verificou que ela é catalisada por uma enzima dependente de biotina e ativada alostericamente por Acetil-CoA. Como você explicaria agora os resultados de Weil-Malherbe?

9) Até agora você já deve ter analisado o envolvimento do oxaloacetato e dos diversos intermediários do ciclo de Krebs na síntese de glicose pela via gliconeogênica. Por outro lado, a partir de (3H) PEP é possível obter (3H) glicose com os mesmos intermediários da via glicolítica que você já conhece e através da localização citosólica. Quais seriam os eventos que você procuraria descobrir para estabelecer um elo entre esse conjunto de fatos e desta forma apresentar e discutir as diferentes etapas da gliconeogênese?

hexocinaseGo´ = -8.0 kcal/mol

fosfo-hexose isomeraseGo´ = -0.6 kcal/mol

fosfofrutoocinaseGo´ = -5.3 kcal/mol

aldolaseGo´ = -0.3 kcal/mol

triose-fosfato isomeraseGo´ = +0.6 kcal/mol

gliceraldeído3P isomeraseGo´ = -0.4 kcal/mol

fosfogliceratocinaseGo´ = +0.3 kcal/mol

fosfoglicerato mutaseGo´ = +0.2 kcal/mol

enolaseGo´ = -0.8 kcal/mol

piruvatocinaseGo´ = -4.0 kcal/mol

Pi

ATP

ADP

glicose-6-fosfato

glicose

ATP

ADP

NAD+

NADH

ADP

ATP

ADP

ATP

frutose-6-fosfato

frutose-1,6-bisfosfato

gliceraldeído-3-fosfato

1,3-bisfosfogliceratoato

3-fosfogliceratoato

fosfoenolpiruvato

piruvato

2-fosfogliceratoato

Reação para conversão de frutose-1,6-bisfosfato a frutose-6-P(para reversão da reação da fosfofrutocinase)

frutose-1,6-bisfosfatase

frutose-1,6-bisfosfato frutose-6-P

Pi

expressa somente no fígado e no cortex renal

glicose-6-fosfataseglicoseglicose-6-P

Pi

Reação para conversão de glicose-6-P a glicose(para reversão da reação da hexocinase)

piruvato

piruvato

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

PEP

malato

PEP PEPCK

PEPCK

malato

MDH

oxaloacetato

MDH

1,3BPG

G3P

G3PDH

fumarato

succinil-CoA

α-cetoglutarato

succinato

DHAP

F1,6BP F6P G6P glicoseF1,6BPase G6Pase

glicerol-P

aas

lactato

Requerimento diário de glicose: 120 glactato 40 gglicerol 20 gaminoácidos 60 g

piruvato

piruvato

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

PEP

malato

PEP PEPCK

PEPCK

malato

MDH

oxaloacetato

MDH

1,3BPG

G3P

G3PDH

fumarato

succinil-CoA

α-cetoglutarato

succinato

DHAP

F1,6BP F6P G6P glicoseF1,6BPase G6Pase

glicerol-P

aas

lactato

piruvato

piruvato

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

PEP

malatomalato

PEP PEPCKPEP PEPCK

PEPCKPEPCK

malato

MDH

oxaloacetato

MDH

1,3BPG

G3P

G3PDH

1,3BPG

G3P

G3PDH

fumarato

succinil-CoA

α-cetoglutarato

succinato

DHAP

F1,6BP F6P G6P glicoseF1,6BPase G6Pase

glicerol-P

aasaas

lactato

piruvato

piruvato

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

PEP

malato

PEP PEPCK

PEPCK

malato

MDH

oxaloacetato

MDH

1,3BPG

G3P

G3PDH

fumarato

succinil-CoA

α-cetoglutarato

succinato

DHAP

F1,6BP F6P G6P glicoseF1,6BPase G6Pase

glicerol-P

aas

lactato

piruvato

piruvato

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

oxaloacetato

PIRUVATO CARBOXILASE

PEP

malatomalato

PEP PEPCKPEP PEPCK

PEPCKPEPCK

malato

MDH

oxaloacetato

MDH

1,3BPG

G3P

G3PDH

1,3BPG

G3P

G3PDH

fumarato

succinil-CoA

α-cetoglutarato

succinato

DHAP

F1,6BP F6P G6P glicoseF1,6BPase G6Pase

glicerol-P

aasaas

lactato

acil-CoA

acetil-CoA

propionil-CoA

ácido graxo

De onde vêm os precursores para a síntese de glicose?

glicose

TAG

glicerol+

ácidos graxos

glicerol

proteínas

aminoácidosaas

ácido graxo

CÉLULA MUSCULAR

ADIPÓCITO

HEPATÓCITO

HEMÁCIAglicose lactato

lactato

NEURÔNIO

glicoseCO2