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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