quarta-feira, 1 de junho de 2011

Glicólise (reacções da fase preparatória)

Quantas vezes não ficaram a olhar para um mapa metabólico e a pensar "Isto para mim é chinês!"?
Neste post vou tentar que isso não volte a acontecer, pelo menos quando estiverem a ver mapas metabólicos da glicólise.

Antes de começar a descrever as 10 reacções que compõem a glicólise, há um aspecto importante a considerar...
Os 9 intermediários glicolíticos encontram-se fosforilados, ou seja, possuem pelo menos um grupo fosfato (fosforilo). Esses grupos fosforilo apresentam 3 funções muito importantes:
1. Uma vez que se encontram ionizados (possuem carga negativa) devido ao pH intracelular, que é de cerca de 7 unidades de pH, os intermediários glicolíticos dos quais fazem parte vão consequentemente apresentar essas cargas. Convém não esquecer que a glicólise é um processo citosólico, pelo que as nossas células não vão querer que os intermediários da glicólise se difundam para o meio extracelular. Como a membrana plasmática é impermeável a moléculas carregadas, a presença dos grupos fosforilo faz com que a célula não necessite de despender nenhuma energia adicional para conservar os intermediários glicolíticos no seu interior, independentemente da sua concentração intra- e extracelular.
2. Uma vez que os grupos fosforilo fazem parte do substrato das enzimas glicolíticas, a energia de ligação resultante das interacções estabelecidas entre esses grupos e o centro activo das enzimas baixa a energia de activação e aumenta a especificidade das reacções enzimáticas em causa.
3. São componentes essenciais na conservação da energia metabólica. Este é um aspecto muito importante, que vai permitir canalizar uma grande parte da energia libertada nas reacções bioquímicas para a síntese de ATP.

Vamos então começar a "dissecar" a glicólise...

Reacção 1:
Nesta reacção, catalisada pela enzima hexocinase, a glucose é fosforilada (recebe um grupo fosfato. O dador do grupo fosfato é o ATP, que é convertido em ADP, ou seja, há um gasto energético associado a esta reacção. O grupo fosfato é então adicionado ao carbono 6 da glucose, através de uma ligação fosfoéster, formando-se glucose-6-fosfato. Esta reacção requer a presença do ião Mg2+ e é irreversível nas condições celulares.
À primeira vista pode parecer um bocado estranho o facto de estarmos a gastar ATP nesta reacção... Então não era mais vantajoso o grupo fosfato a adicionar ser um fosfato inrogânico existente no citosol? Assim não gastávamos energia... 
No entanto, e tal como eu costumo dizer aos meus alunos: "Nada na Bioquímica surge por acaso"! Existe uma explicação muito simples para esta situação. O que se passa é que a adição de um grupo fosfato à glucose é uma reacção termodinamicamente desfavorável, ou seja, requer energia. Esta exigência energética é essencialmente uma consequência do facto de a glucose ser rica em átomos muito electronegativos e o fosfato ser também muito electronegativo. Ou seja, para se dar a adição do grupo fosfato é necessário fornecer energia de forma a ultrapassar as repulsões electrostáticas que vão surgindo. Se o grupo a adicionar fosse um fosfato inorgânico do citosol, a reacção não ocorria, pois não havia energia suficiente para tal. Por outro lado, existe uma fonte celular de grupos fosfato que possui uma grande quantidade de energia química - o ATP! Portanto, a célula efectua um acoplamento energético, ou seja, junta uma reacção termodinamicamente desfavorável (adição de um grupo fosfato à glucose) a uma reacção termodinamicamente favorável (hidrólise de ATP). Como a energia libertada é superior à energia gasta, a reacção ocorre no contexto celular.
Por último, um aspecto importantíssimo, que irá merecer um post em breve. Esta reacção é o primeiro ponto de regulação da glicólise. Apesar disso, não é uma reacção exclusiva da glicólise, sendo comum também aos restantes processos que utilizam glucose. Basicamente, é uma reacção que ocorre mal a glucose entra na célula, impedindo-a assim de sair da mesma.

Reacção 2:
Esta é uma reacção de isomerização, em que a glucose-6-fosfato (que é uma aldose) é convertida em frutose-6-fosfato (que é uma cetose). A enzima que catalisa esta reacção é a fosfohexose isomerase. É uma reacção reversível que requer a presença do ião Mg2+.



Reacção 3:
Nesta reacção, a frutose-6-fosfato é fosforilada no carbono 1, estabelecendo-se novamente uma ligação fosfoéster e originando frutose-1,6-bisfosfato. A enzima que catalisa esta reacção é a fosfofrutocinase-1 (PFK-1), que é a segunda enzima regulatória da glicólise. Esta reacção é o principal ponto de regulação da glicólise, sendo por isso irreversível nas condições celulares! Requer a presença de Mg2+.
Mais uma vez, o dador do grupo fosfato é o ATP, pelos mesmos motivos descritos anteriormente para a reacção 1. A adição de um segundo grupo fosfato vai aumentar a instabilidade do produto final, pois a quantidade e proximidade de regiões ricas em electrões aumenta.

Reacção 4:
Esta reacção, catalisada pela aldolase, é a responsável pelo sufixo "lise" na palavra glicólise. De facto, a aldolase vai promover a clivagem da frutose-1,6-bisfosfato (que é uma hexose, pois tem 6 carbonos), em gliceraldeído-3-fosfato e dihidroxiacetona-fosfato (ambos são trioses, pois têm 3 carbonos). Esta reacção é possível devido à instabilidade que a frutose-1,6-bisfosfato apresenta, como consequência da presença de várias regiões com uma electronegatividade elevada (grupos fosforilo e grupos hidroxilo).
Esta reacção é reversível, mas o rápido consumo das trioses formadas faz com que o equilíbrio seja deslocado no sentido directo.

Reacção 5:
Para os restantes passos da glicólise apenas se pode utilizar o gliceraldeído-3-fosfato. Como era um desperdício não utilizar a dihidroxiacetona-fosfato, pois esta molécula contém metade dos átomos de carbono da glucose, a mesma é convertida em gliceraldeído-3-fosfato, por acção da triose fosfato isomerase. Assim consegue-se utilizar os 6 carbonos da glucose nesta via metabólica! Mais uma vez temos uma reacção de isomerização, sendo que neste caso temos o inverso do verificado na reacção 2, ou seja, uma cetose (dihidroxiacetona-fosfato) é convertida numa aldose (gliceraldeído-3-fosfato). Esta reacção pode ocorrer nos dois sentidos, sendo que a maioria das moléculas tende a estar sob a forma de dihidroxiacetona-fosfato. No entanto, uma vez que o gliceraldeído-3-fosfato é rapidamente consumido, o equilíbrio desloca-se no sentido directo.
A partit desta reacção, todos os gastos e ganhos da glicólise devem ser multiplicados por 2, pois passamos a ter 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato por molécula de glucose.

Principais fontes bibliográficas:
- Quintas A, Freire AP, Halpern MJ, Bioquímica - Organização Molecular da Vida, Lidel
- Nelson DL, Cox MM, Lehninger - Principles of Biochemistry, WH Freeman Publishers

8 comentários:

  1. Perfeito, me ajudou muito, obrigado!

    ResponderEliminar
  2. Parabéns pelo blog! Ta traduzindo o Lehninger pra gente! Salvando geral!
    Ana Luiza.

    ResponderEliminar
    Respostas
    1. Bom dia,

      ainda bem que o blog está a ser útil.

      Volta sempre! :)

      Eliminar
  3. estou simplesmente amando, continuem com esse trabalho lindo e que ajudam os amantes de química e bioquímica <3

    ResponderEliminar
  4. Professor boa tarde! Preciso fazer um mapa metabólico do álcool, drogas ou proteínas nao sei como começar... estou perdida pode me ajudar? Obrigada

    ResponderEliminar
    Respostas
    1. Olá Erika,

      não percebi muito bem qual era o tema do mapa metabólico. Se for o álcool, podes falar do seu efeito na gluconeogénese. Em relação às drogas, não sei quais são as que tens que falar, e quanto às proteínas, não percebi mesmo o que querias dizer com mapa metabólico de proteínas.

      Volta sempre! :)

      Eliminar