Glicólise aeróbica: reações glicolíticas e intermediários - Ciência - 2023

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o glicólise aeróbica ou aeróbio é definido como a utilização do excesso de glicose que não é processada por fosforilação oxidativa para a formação de produtos “fermentativos”, mesmo em condições de altas concentrações de oxigênio e apesar da queda no rendimento energético.

Geralmente ocorre em tecidos com altas taxas de proliferação, cujo consumo de glicose e oxigênio é alto. Exemplos disso são as células tumorais cancerosas, algumas células parasitas no sangue de mamíferos e até mesmo células em algumas áreas do cérebro de mamíferos.

A energia extraída pelo catabolismo da glicose é conservada na forma de ATP e NADH, que são usados a jusante em várias vias metabólicas.

Durante a glicólise aeróbia, o piruvato é direcionado ao ciclo de Krebs e à cadeia de transporte de elétrons, mas também é processado pela via de fermentação para a regeneração de NAD + sem produção adicional de ATP, que termina com a formação de lactato.

A glicólise aeróbia ou anaeróbica ocorre principalmente no citosol, com exceção de organismos como os tripanossomatídeos, que possuem organelas glicolíticas especializadas conhecidas como glicossomos.

A glicólise é uma das vias metabólicas mais conhecidas. Foi totalmente formulado na década de 1930 por Gustav Embden e Otto Meyerhof, que estudaram a via nas células do músculo esquelético. No entanto, a glicólise aeróbica é conhecida como o efeito Warburg desde 1924.

Reações

O catabolismo aeróbico da glicose ocorre em dez etapas catalisadas enzimaticamente. Muitos autores consideram que essas etapas se dividem em uma fase de investimento de energia, que visa aumentar o conteúdo de energia livre nos intermediários, e outra de reposição e ganho de energia na forma de ATP.

Fase de investimento em energia

1-Fosforilação de glicose em glicose 6-fosfato catalisada por hexoquinase (HK). Nessa reação, para cada molécula de glicose, uma molécula de ATP é invertida, que atua como doadora do grupo fosfato. Ele produz glicose 6-fosfato (G6P) e ADP, e a reação é irreversível.

A enzima requer necessariamente a formação de um Mg-ATP2- completo para seu funcionamento, razão pela qual requer íons de magnésio.

2-Isomerização de G6P em frutose 6-fosfato (F6P). Não envolve gasto de energia e é uma reação reversível catalisada pela fosfoglucose isomerase (PGI).

3-Fosforilação de F6P em frutose 1,6-bifosfato catalisada por fosfofrutocinase-1 (PFK-1). Uma molécula de ATP é usada como doador do grupo fosfato e os produtos da reação são F1,6-BP e ADP. Graças ao seu valor de ∆G, esta reação é irreversível (assim como a reação 1).

Quebra 4-catalítica de F1,6-BP em fosfato de dihidroxiacetona (DHAP), uma cetose, e gliceraldeído 3-fosfato (GAP), uma aldose. A enzima aldolase é responsável por esta condensação aldólica reversível.

A 5-triose fosfato isomerase (TIM) é responsável pela interconversão da triose fosfato: DHAP e GAP, sem entrada adicional de energia.

Fase de recuperação de energia

O 1-GAP é oxidado pela gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (GAPDH), que catalisa a transferência de um grupo fosfato para GAP para formar 1,3-bisfosfoglicerato. Nessa reação, duas moléculas de NAD + são reduzidas por molécula de glicose e duas moléculas de fosfato inorgânico são utilizadas.

Cada NADH produzido passa pela cadeia de transporte de elétrons e 6 moléculas de ATP são sintetizadas por fosforilação oxidativa.

A 2-fosfoglicerato quinase (PGK) transfere um grupo fosforil de 1,3-bisfosfoglicerato para ADP, formando duas moléculas de ATP e duas de 3-fosfoglicerato (3PG). Este processo é conhecido como fosforilação em nível de substrato.

As duas moléculas de ATP consumidas nas reações de HK e PFK são substituídas por PGK nesta etapa da via.

3-3PG é convertido em 2PG pela fosfoglicerato mutase (PGM), que catalisa o deslocamento do grupo fosforil entre o carbono 3 e 2 do glicerato em duas etapas reversíveis. O íon magnésio também é exigido por esta enzima.

A reação de desidratação 4-A catalisada pela enolase converte 2PG em fosfoenolpiruvato (PEP) em uma reação que não requer investimento de energia, mas gera um composto com maior potencial energético para posterior transferência do grupo fosfato.

5-Finalmente, a piruvato quinase (PYK) catalisa a transferência do grupo fosforila da PEP para uma molécula de ADP, com a produção concomitante de piruvato. Duas moléculas de ADP são usadas por molécula de glicose e 2 moléculas de ATP são geradas. PYK usa íons de potássio e magnésio.

Assim, o rendimento total de energia da glicólise é de 2 moléculas de ATP para cada molécula de glicose que entra na via. Em condições aeróbias, a degradação completa da glicose envolve a obtenção de 30 a 32 moléculas de ATP.

Destino dos intermediários glicolíticos

Após a glicólise, o piruvato sofre descarboxilação, produzindo CO2 e doando o grupo acetila à acetil coenzima A, que também é oxidado a CO2 no ciclo de Krebs.

Os elétrons liberados durante essa oxidação são transportados para o oxigênio por meio de reações em cadeia respiratória mitocondrial, que, em última instância, conduzem a síntese de ATP nessa organela.

Durante a glicólise aeróbia, o excesso de piruvato produzido é processado pela enzima lactato desidrogenase, que forma o lactato e regenera parte do NAD + consumido em etapas na glicólise, mas sem a formação de novas moléculas de ATP.

Além disso, o piruvato pode ser utilizado em processos anabólicos que levam à formação do aminoácido alanina, por exemplo, ou também pode atuar como esqueleto para a síntese de ácidos graxos.

Como o piruvato, o produto final da glicólise, muitos dos intermediários da reação desempenham outras funções nas vias catabólicas ou anabólicas importantes para a célula.

É o caso da glicose 6-fosfato e da via da pentose fosfato, onde são obtidos os intermediários da ribose presentes nos ácidos nucléicos.

Referências

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