14Glicólise, Gliconeogênese e a Via das Pentoses-Fosfato 14.1 Glicólise 544 (fosfogliconato) produzindo ribose-5-fosfato para a síntese de ácidos nucleicos e NADPH para processos biossintéti- 14.2 Vias alimentadoras da glicólise 558 cos redutores (Figura 14-1). 14.3 Destinos do piruvato em condições anaeróbias: Os organismos sem acesso à glicose de outras fontes fermentação 563 devem sintetizá-la. Os organismos fotossintéticos sinteti- zam glicose inicialmente por redução do CO2 atmosférico a 14.4 Gliconeogênese 568 trioses e, em seguida, por conversão das trioses em glicose. 14.5 Oxidação da glicose pela via das pentoses-fosfato 575 As células não fotossintéticas produzem glicose a partir de precursores simples com três ou quatro átomos de carbono pelo processo de gliconeogênese, que reverte a glicólise em A glicose ocupa posição central no metabolismo de plan- uma via que utiliza muitas enzimas glicolíticas. tas, animais e muitos microrganismos. Ela é relativa- Este capítulo descreve as reações individuais da glicó- mente rica em energia potencial e, por isso, é um bom lise, da gliconeogênese e da via das pentoses-fosfato e o combustível; a oxidação completa da glicose a dióxido de significado funcional de cada via. Descreve também os vá- carbono e água ocorre com uma variação da energia livre rios destinos metabólicos do piruvato produzido na glicóli- padrão de 22.840 kJ/mol. Por meio do armazenamento da se. Entre eles, estão incluídas as fermentações, utilizadas glicose na forma de polímero de alta massa molecular, como por muitos organismos em nichos anaeróbios para produzir o amido e o glicogênio, a célula pode estocar grandes quan- ATP e industrialmente exploradas como fontes de etanol, tidades de unidades de hexose, enquanto mantém a osmo- ácido láctico e outros produtos úteis comercialmente. Além laridade citosólica relativamente baixa. Quando a demanda disso, o capítulo aborda as vias que disponibilizam vários de energia aumenta, a glicose pode ser liberada desses po- açúcares, mono, di e polissacarídeos, para a via glicolítica. A límeros de armazenamento intracelulares e utilizada para produzir ATP de maneira aeróbia ou anaeróbia. A glicose, além de excelente combustível, também é Matriz extracelular um precursor admiravelmente versátil, capaz de suprir e polissacarídeos Glicogênio, da parede celular amido, sacarose uma enorme variedade de intermediários metabólicos em reações biossintéticas. Uma bactéria como a Escherichia coli pode obter a partir da glicose os esqueletos carbôni- Síntese de polímeros Armazenamento cos para cada aminoácido, nucleotídeo, coenzima, ácido estruturais graxo ou outro intermediário metabólico necessário para Glicose o seu crescimento. Um estudo abrangente dos destinos metabólicos da glicose compreenderia centenas ou milha- Oxidação Oxidação res de transformações químicas. Em animais e em vegetais pela via da por glicólise pentose-fosfato vasculares, a glicose tem quatro destinos principais: ela pode ser usada na síntese de polissacarídeos complexos direcionados ao espaço extracelular; ser armazenada nas Ribose-5-fosfato Piruvato células (como polissacarídeo ou como sacarose); ser oxi- FIGURA 141 As principais vias de utilização da glicose. Embora não dada a compostos de três átomos de carbonos (piruvato) sejam os únicos destinos possíveis da glicose, essas quatro vias são as mais por meio da glicólise, para fornecer ATP e intermediários significativas em termos de quantidade de glicose que flui através delas na metabólicos; ou ser oxidada pela via das pentoses-fosfato maioria das células. Nelson_6ed_14.indd 543 02/05/14 17:22 54 4 D AV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX discussão sobre o metabolismo da glicose continua no Capí- A glicólise é uma via central quase universal do cata- tulo 15, onde os processos de síntese e degradação de car- bolismo da glicose, a via com o maior fluxo de carbono na boidratos são utilizados para ilustrar os diversos mecanis- maioria das células. A quebra glicolítica da glicose é a úni- mos pelos quais os organismos regulam as vias metabólicas. ca fonte de energia metabólica em alguns tecidos e células As vias biossintéticas que utilizam a glicose para produção de mamíferos (p. ex., eritrócitos, medula renal, cérebro e dos polissacarídeos da matriz extracelular, da parede celu- esperma). Alguns tecidos vegetais modificados para o ar- lar e dos polissacarídeos de armazenamento são discutidas mazenamento de amido (como os tubérculos da batata) e no Capítulo 20. algumas plantas aquáticas (p. ex., agrião) derivam a maior parte de sua energia da glicólise; muitos microrganismos anaeróbios são totalmente dependentes da glicólise. 14.1 Glicólise Fermentação é um termo geral para a degradação Na glicólise (do grego glykys, “doce” ou “açúcar”, e lysis, anaeróbia da glicose ou de outros nutrientes orgânicos “quebra”), uma molécula de glicose é degradada em uma para obtenção de energia, conservada como ATP. Como os série de reações catalisadas por enzimas, gerando duas organismos vivos surgiram inicialmente em uma atmosfera moléculas do composto de três átomos de carbono, o pi- sem oxigênio, a quebra anaeróbia da glicose provavelmen- ruvato. Durante as reações sequenciais da glicólise, parte te seja o mais antigo mecanismo biológico de obtenção de da energia livre da glicose é conservada na forma de ATP e energia a partir de moléculas orgânicas combustíveis. O NADH. A glicólise foi a primeira via metabólica a ser eluci- sequenciamento do genoma de vários organismos revelou dada e provavelmente seja a mais bem entendida. Desde a que algumas arquibactérias e alguns microrganismos para- descoberta da fermentação, em 1897 por Eduard Buchner, sitas são deficientes em uma ou mais enzimas da glicólise, em extratos de células de levedura, até a elucidação da mas possuem as enzimas essenciais da via; provavelmente via completa em leveduras (por Otto Warburg e Hans von realizem formas variantes de glicólise. No curso da evolu- Euler-Chelpin) e em músculo (por Gustav Embden e Otto ção, a sequência dessas reações químicas foi completamen- Meyerhof) na década de 1930, as reações da glicólise em te conservada; as enzimas glicolíticas dos vertebrados são extratos de leveduras e de músculo foram o objetivo prin- estreitamente similares, na sequência de aminoácidos e na cipal da pesquisa bioquímica. A mudança filosófica que estrutura tridimensional, às suas homólogas em levedura e acompanhou essas descobertas foi anunciada por Jacques no espinafre. A glicólise difere entre as espécies apenas nos Loeb em 1906: detalhes de sua regulação e no destino metabólico subse- quente do piruvato formado. Os princípios termodinâmicos Por meio da descoberta de Buchner, a biologia foi li- e os tipos de mecanismos regulatórios que governam a gli- bertada de outro fragmento de misticismo. A cisão do cólise são comuns a todas as vias do metabolismo celular. açúcar em CO2 e álcool não é mais o efeito de um “prin- A via glicolítica, de importância central por si só, também cípio vital”, mas sim a quebra do açúcar da cana pela pode servir de modelo para muitos aspectos das vias discu- invertase. A história desse problema é instrutiva, pois tidas ao longo deste livro. serve de alerta quanto a considerar problemas como Antes de estudar cada etapa da via em seus detalhes, além do nosso alcance porque ainda não tiveram uma convém examinar a glicólise como um todo. solução. O desenvolvimento de métodos de purificação de en- Uma visão geral: a glicólise tem duas fases zimas, a descoberta e o reconhecimento da importância A quebra da glicose, formada por seis átomos de carbono, de coenzimas, como o NAD, e a descoberta do crucial pa- em duas moléculas de piruvato, cada uma com três carbo- pel metabólico do ATP e de outros compostos fosforilados nos, ocorre em 10 etapas, sendo que as primeiras 5 cons- resultaram dos estudos da glicólise. Enzimas glicolíticas tituem a fase preparatória (Figura 14-2a). Nessas rea- de muitas espécies foram purificadas e minuciosamente ções, a glicose é inicialmente fosforilada no grupo hidroxil estudadas. ligado ao C-6 (etapa ➊). A D-glicose-6- -fosfato assim formada é convertida a D-frutose-6-fosfato (etapa ➋), a qual é novamente fosforilada, desta vez em C-1, para formar D-frutose-1,6-bifosfato (etapa ➌). Nas duas reações de fosfori- lação, o ATP é o doador de grupos fos- foril. Como todos os açúcares formados na glicólise são isômeros D, omite-se a designação D, exceto quando o objetivo é enfatizar sua estereoquímica. A frutose-1,6-bifosfato é dividida em duas moléculas de três carbonos, a di- -hidroxiacetona-fosfato e o gliceraldeí- do-3-fosfato (etapa ➍); essa é a etapa de Hans von Euler-Chelpin, Gustav Embden, Otto Meyerhof, “lise” que dá nome à via. A di-hidroxiace- 1873–1964 1874–1933 1884–1951 tona-fosfato é isomerizada a uma segun- PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 545 6 (a) Fase preparatória HO CH2 5 O Fosforilação da glicose H H e sua conversão a Glicose H 4 1 gliceraldeído-3-fosfato OH H HO OH 1 3 2 ATP H OH Primeira reação preparativa Hexocinase 6 ADP P O CH2 5 O Glicose-6-fosfato H H H 4 1 OH H 2 HO OH 3 2 Fosfo-hexose- H OH -isomerase 6 1 P O CH2 O CH2 OH Frutose-6-fosfato 5 2 H HO H OH 3 4 3 ATP Fosfofrutocinase-1 OH H Segunda reação preparativa ADP 6 1 P O CH2 O CH2 O P Frutose-1,6-bifosfato 5 2 H HO Clivagem do açúcar-fosfato H OH 4 4 3 com 6 carbonos em OH H 2 açúcares-fosfato com Aldolase 3 carbonos O Gliceraldeído-3-fosfato P O CH2 CH C + OH H Di-hidroxiacetona-fosfato 5 P O CH2 C CH2 OH Tiosefosfato- -isomerase O (b) Fase de pagamento O Conversão oxidativa do (2) Gliceraldeído-3- (2) P O CH2 CH C gliceraldeído-3-fosfato em -fosfato H OH piruvato e formação acoplada de ATP e NADH 2Pi 6 2NAD1 Gliceraldeído-3- Oxidação e -fosfato- O fosforilação 2 NADH 1 2H1 -desidrogenase (2) P O CH2 CH C (2) 1,3-bifosfoglicerato OH O P Primeira reação formadora 2ADP 7 de ATP (fosforilação no nível Fosfoglicerato- O -cinase do substrato) 2 ATP (2) P O CH2 CH C OH O2 (2) 3-fosfoglicerato 8 O Fosfoglicerato- -mutase (2) CH2 CH C (2) 2-fosfoglicerato OH O O2 P 9 O 2H2O Enolase (2) CH2 C C (2) Fosfoenolpiruvato O O2 Segunda reação formadora 10 2ADP P de ATP (fosforilação no nível Piruvato- do substrato) -cinase O 2 ATP (2) CH3 C C (2) Piruvato O2 O FIGURA 142 As duas fases da glicólise. Para cada molécula de glicose na fase de pagamento, dando um rendimento líquido de dois ATP por mo- que passa pela fase preparatória (a), duas moléculas de gliceraldeído-3-fos- lécula de glicose convertida em piruvato. As reações numeradas correspon- fato são formadas; as duas passam pela fase de pagamento (b). O piruvato é dem aos títulos numerados discutidos no texto. Lembre-se que cada grupo o produto final da segunda fase da glicólise. Para cada molécula de glicose, fosforil, representado aqui como , possui duas cargas negativas (¬PO322). dois ATP são consumidos na fase preparatória e quatro ATP são produzidos Nelson_6ed_14.indd 545 07/04/14 14:27 54 6 D AV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX da molécula de gliceraldeído-3-fosfato (etapa ➎), finalizan- A terceira rota principal do catabolismo do piruvato do a primeira fase da glicólise. Note que duas moléculas de leva à produção de etanol. Em alguns tecidos vegetais e em ATP são consumidas antes da clivagem da glicose em duas certos invertebrados, protistas e microrganismos como le- partes de três carbonos; haverá depois um bom retorno vedura da fabricação da cerveja e do pão, o piruvato é con- para esse investimento. Resumindo: na fase preparatória da vertido, em hipoxia ou condições anaeróbias, em etanol e glicólise, a energia do ATP é consumida, aumentando o con- CO2, um processo chamado de fermentação etanólica teúdo de energia livre dos intermediários, e as cadeias de (alcoólica) (Figura 14-4). carbono de todas as hexoses metabolizadas são convertidas A oxidação do piruvato é um processo catabólico im- a um produto comum, o gliceraldeído-3-fosfato. portante, mas o piruvato também tem destinos anabólicos. O ganho de energia provém da fase de pagamento da Ele pode, por exemplo, prover o esqueleto carbônico para glicólise (Figura 14-2b). Cada molécula de gliceradeído-3- a síntese do aminoácido alanina ou para a síntese de ácidos -fosfato é oxidada e fosforilada por fosfato inorgânico (não graxos. Essas reações anabólicas do piruvato serão retoma- por ATP) para formar 1,3-bifosfoglicerato (etapa ➏). Ocor- das em capítulos posteriores. re liberação de energia quando as duas moléculas de 1,3-bi- A formação de ATP e NADH acoplada à glicólise. Durante a glicóli- fosfoglicerato são convertidas a duas moléculas de piruvato se, parte da energia da molécula de glicose é conservada na (etapas ➐ a ➓). Grande parte dessa energia é conservada forma de ATP, enquanto a maior parte permanece no pro- pela fosforilação acoplada de quatro moléculas de ADP a duto, o piruvato. A equação geral da glicólise é ATP. O rendimento líquido são duas moléculas de ATP por molécula de glicose utilizada, já que duas moléculas de ATP Glicose 1 2NAD1 1 2ADP 1 2Pi ¡ foram consumidas na fase preparatória. A energia tam- 2 piruvato 1 2NADH 1 2H1 1 2ATP 1 2H2O (14-1) bém é conservada na fase de pagamento com a formação de duas moléculas do transportador de elétrons NADH por Para cada molécula de glicose degradada a piruvato, duas molécula de glicose. moléculas de ATP são geradas a partir de ADP e Pi, e duas Nas reações seguintes da glicólise, três tipos de trans- moléculas de NADH são produzidas pela redução de NAD1. formações químicas são particularmente notáveis: (1) a de- O aceptor de hidrogênio nessa reação é NAD1 (ver Figura gradação do esqueleto carbônico da glicose para produzir 13-24), ligado a uma estrutura de Rossmann como mostra- piruvato; (2) a fosforilação de ADP a ATP pelos compostos do na Figura 13-25. A redução de NAD1 ocorre pela transfe- com alto potencial de transferência de grupos fosforil, for- rência enzimática de um íon hidreto (:H2) do grupo aldeído mados durante a glicólise; e (3) a transferência de um íon do gliceraldeído-3-fosfato para o anel de nicotinamida de hidreto para o NAD1, formando NADH. A lógica química NAD1, gerando a coenzima NADH reduzida. O outro átomo global da via está descrita na Figura 14-3. de hidrogênio da molécula de substrato é liberado para a solução como H1. Destinos do piruvato. Com exceção de algumas variações in- Agora, pode-se dividir a equação da glicólise em dois teressantes entre as bactérias, o piruvato formado na glicó- processos – a conversão de glicose a piruvato (exergônica): lise é mais adiante metabolizado por três rotas catabólicas. Em organismos aeróbios ou em tecidos em condições aeró- Glicose 1 2NAD1 S 2 piruvato 1 2NADH 1 2H1 (14-2) bias, a glicólise é apenas o primeiro estágio da degradação DG19º 5 2146 kJ/mol completa da glicose (Figura 14-4). O piruvato é oxidado, com a perda de seu grupo carboxil na forma de CO2, para e a formação de ATP a partir de ADP e Pi (endergônica): gerar o grupo acetil da acetil-coenzima A; o grupo acetil é 2ADP 1 2Pi ¡ 2ATP 1 2H2O (14-3) então completamente oxidado a CO2 no ciclo do ácido cítri- DG29º 5 2(30,5 kJ/mol) 1 61,0 kJ/mol co (Capítulo 16). Os elétrons originados dessas oxidações são transferidos ao O2 por uma cadeia de transportadores A soma das Equações 14-2 e 14-3 fornece a variação da na mitocôndria, formando H2O. A energia liberada nas rea- energia livre padrão total da glicólise, DG9s o: ções de transferência de elétrons impulsiona a síntese de ATP na mitocôndria (Capítulo 19). DG9º 9º 1 DG29º 5 2146 kJ/mol 1 61 kJ/mol s 5 DG1 O segundo destino do piruvato é a sua redução a lactato 5 285 kJ/mol por meio da fermentação láctica. Quando em contração Sob condições-padrão e sob as condições intracelulares vigorosa, o músculo esquelético trabalha em condições de (não padrão), a glicólise é um processo essencialmente ir- baixa pressão de oxigênio (hipoxia), em que NADH não reversível, conduzido até a conclusão por um grande de- pode ser reoxidado a NAD1, mas NAD1 é necessário como créscimo líquido de energia livre. aceptor de elétron para a oxidação do piruvato. Sob essas condições, o piruvato é reduzido a lactato, recebendo os A energia remanescente do piruvato. A glicólise libera apenas elétrons do NADH, dessa forma regenerando o NAD1 ne- uma pequena fração da energia total disponível na molécu- cessário para continuar a glicólise. Certos tecidos e tipos la de glicose; as duas moléculas de piruvato formadas pela celulares (p. ex., retina e eritrócitos) convertem glicose a glicólise ainda contêm a maior parte da energia potencial lactato mesmo em condições aeróbias, e o lactato também química existente na glicose, energia que pode ser extraída é o produto da glicólise em condições anaeróbias em alguns por reações oxidativas no ciclo do ácido cítrico (Capítulo microrganismos (Figura 14-4). 16) e na fosforilação oxidativa (Capítulo 19). Nelson_6ed_14.indd 546 07/04/14 14:27 A oxidação das unidades de 3 átomos de carbo- Piruvato nos é iniciada na fase de pagamento. Pi produção de um NADH. Cada um dos O OH OH OH OH glicose garante nove intermediários glicolíticos entre a glicose e o piruvato Glicose que os são fosforilados (Figura 14-2). para formar ATP. transferência para o ADP na etapa ➓. com os átomos de carbono e hidrogênio não descritos. cada O O uma delas fosforilada. ➎ Interconversão dos dois produtos da A fosforilação oxidativa do ➏ etapa ➍ gliceraldeído-3-fosfato. como glicose-6-fosfato. Depois da fosforilação inicial. Lembre-se de que glicose e frutose estão Fosfoenolpiruvato presentes principalmente em suas formas cíclicas quando em solução. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 547 1 2 3 4 5 6 A fosforilação da A importância dos intermediários fosforilados. Os grupos fosforil são componentes essenciais na conservação enzimática da energia metabólica. 1. é um produtos em pré-requisito para a produção uma única via. O OH O P 1. com 6 áto- mos de carbonos. já ATP que C-1 é um grupo carbonil e transportadores para açúcares fosforilados. ATP A fase preparatória. as etapas 2 O químicas devem ocorrer na ordem mostrada. um pré-requisito para as etapas ➌ e ➍. Nelson_6ed_14. configurando as etapas finais da via.3-bifosfoglicerato ser fosforilado. agora com um grupo hidroxil. apesar da grande OH diferença entre as suas concentrações intra e extra- celular. Os grupamentos clivagem da ligação C-C na Di-hidroxiacetona- localização correta para formar fosfato do ADP. pode energia formados na glicólise (1. etapas ➊ a ➎. A HO O OH OH O P Frutose-6-fosfato energia liberada na quebra das ligações de fosfoani- drido (como aquelas do ATP) é parcialmente con- ATP OH servada na formação de ésteres de fosfato.indd 547 07/04/14 14:27 . Nessa versão ➒ grupo fosforil para simplificada da via.6-bisfosfato 3. os in- não pode ser fosforilado. NADH de ATP na etapa ➐. cada molécula está representada na forma linear. Os grupos fosforil parecem intermediários da ter três funções. Compostos de fosfato de alta ADP ➌ O C-1. para salientar O O P as transformações químicas. Isso garante que os dois produtos da clivagem da ligação C-C são e fosfoenolpiruvato) doam grupos fosforil ao ADP fosforilados. com a converge os dois NAD1. em duas unidades de 3 átomos de carbonos. e interconversíveis. não O OH OH OH O P Glicose-6-fosfato é necessária energia adicional para reter os inter- mediários fosforilados na célula. O O P 2-fosfoglicerato 2 O A desidratação ativa o OH FIGURA 143 A lógica química da via glicolítica. A energia de ligação resultante do acoplamento de grupos fosfato ao sítio ativo de enzimas reduz a OH energia de ativação e aumenta a especificidade das ➍ O grupo carbonil em C-2 facilita a reações enzimáticas (Capítulo 6). converte a glicose. do ATP e dos intermediários glico- -fosfato 21 dois produtos de 3 carbonos por líticos formam complexos com Mg . e os sítios de P O O OH meio da reação inversa da ligação ao substrato de muitas enzimas glicolíticas condensação aldólica. 2 O ADP apesar de estarem transitoriamente na forma linear nos sítios ativos de ➓ Produção de ATP algumas enzimas dessa via. OH via permaneçam na célula. A maior par- 21 Gliceraldeído-3-fosfato te das enzimas da glicólise requer Mg para sua O OH O P atividade. P O O OH OH O P Frutose-1. ➋ A isomerização move o grupo carbonil para o C-2. ADP termediários glicolíticos fosforilados não podem sair da célula. Como a membrana plasmática geralmente não tem ➊ A fosforilação ocorre em C-6. 2.3-bifosfoglicerato P O ➐ Produção de ATP ADP ATP O OH O P 3-fosfoglicerato 2 O ➑ O grupo fosforil remanescente move-se de C-2 para C-3. Para produzir piruvato. são específicos para esses complexos. Duas ou mais enzimas que catalisam a mesma reação. Glicose Glicose-6-fosfato mado na glicólise. A compreensão de que as hexoses As cinases são uma subclasse das transferases (ver Tabela fosforiladas são intermediárias na glicólise foi conseguida 6-3). Em 1906. já que o verdadeiro substrato da enzima mas proteolíticas) a extratos de levedura e observaram o 4. O Mg protege as cargas negativas do grupo fosforil um experimento de controle realizado com a intenção de do ATP. DG98 5 216. em alguns tecidos. Exames cuida- dosos e testes do conteúdo do soro fervido revelaram que o Glicólise fosfato inorgânico foi o responsável pela estimulação. Esse movimento aproxima o ATP de uma molécula de glico- se também ligada à enzima e bloqueia o acesso de água (do solvente). nos glicose é ativada para as reações subsequentes. Arthur Harden mente a D-glicose. que levaram ao nosso entendimento aeróbias 2 Etanol 1 2CO2 2 Lactato atual do papel central da transferência de grupos fosforil 2CO2 em biologia. duas moléculas de ATP enzimas que catalisam a transferência do grupo fosforil ter- são consumidas.7 kJ/mol A fase preparatória da glicólise requer ATP Esta reação. em 21 12). um ajuste induzido. Har- (10 reações den e Young logo perceberam que a glicose adicionada ao sucessivas) Hipoxia ou Hipoxia ou seu extrato de levedura era convertida a hexose-bifosfato condições condições (o “éster de Harden-Young”. com ATP como ácido outras células e em doador de grupo fosforil: cítrico alguns microrganismos 6 CH2 ¬ OPO322 4CO2 1 4H2O CH2 ¬ OH 5 O ATP ADP O Animais. geral- lentamente e por um feliz acaso. que. Na primeira etapa da glicólise. irreversível em condições intracelulares. O genoma humano codifica quatro hexocina- ses diferentes (I a IV). dois domínios da proteína aproximam-se um do outro cerca de 8 Å quando o ATP se liga (ver Figura 6-25). No entanto. poderia entrar no sítio ativo e atacar (hidrolisar) as ligações fosfoanidridas do ATP. Arthur Harden. requer Mg soro sanguíneo (conhecido por conter inibidores de enzi- para sua atividade. pela fosfori- Ciclo do eritrócitos. em duas trioses-fosfato. O aceptor no caso da hexocinase é uma hexose. Esse foi o início de uma longa série de investi- gações sobre o papel dos ésteres orgânicos e anidridos de Condições fosfato em bioquímica. a hexocinase é uma proteína solúvel e citosólica. em algumas lação em C-6 formando glicose-6-fosfato. embora a hexocinase também catalise a e William Young testaram suas hipóteses de que inibidores fosforilação de outras hexoses comuns.6- anaeróbias 2 Piruvato anaeróbias -bifosfato). A hexocinase está presente em praticamente todos os organismos. são chamadas 1865-1940 1878-1942 de isoenzimas (ver Quadro 15-2). Adicionaram 21 A hexocinase. mas sim o complexo MgATP (ver Figura 13- estímulo predito do metabolismo da glicose. A hexocinase sofre uma profunda mudança na sua con- formação. como D-frutose e de enzimas proteolíticas estabilizariam as enzimas da fer- D-manose. N E L S O N & M I C H A E L M .indd 548 07/04/14 14:27 . Uma das isoenzimas Nelson_6ed_14. mentação da glicose em extratos de leveduras. como muitas outras cinases. e a cadeia carbônica da hexose é clivada minal do ATP a um aceptor nucleofílico (ver Figura 13-20). 22 não é ATP . As- sim como as outras nove enzimas da glicólise. a 2 Acetil-CoA contração vigorosa. não mostradas aqui. identificado como frutose-1. Lembre-se de que cinases são Na fase preparatória da glicólise. tornando o átomo de fósforo terminal um alvo mais demonstrar que ferver o soro destrói a atividade estimulan- fácil para o ataque nucleofílico por um grupo ¬OH da glico- te. quando ela se liga à molécula de glicose. mas são codificadas por genes diferentes. William Young. eles descobriram que o soro fervido foi tão efetivo em es- se. vegetais e H H H H H Mg21 H muitas células 4 1 OH H Hexocinase OH H microbianas sob HO OH HO OH condições aeróbias 3 2 H OH H OH FIGURA 144 Os três destinos catabólicos possíveis do piruvato for. 54 8 D AV I D L . caso contrário. e todas elas catalisam a mesma rea- ção. é ca- talisada pela hexocinase. Fermentação até Fermentação até lactato etanol na levedura no músculo em ➊ A fosforilação da glicose. COX Glicose timular a glicólise quanto o soro não fervido. O piruvato também serve como precursor em muitas reações anabólicas. Na (ADP). a en. o próton removido de C-2 na etapa ➋ não é necessaria- O próton (em vermelho-claro) inicialmente em C-2 torna-se mais facilmente mente o mesmo adicionado ao C-1 na etapa ➌.2 kJ/mol DG98 5 1. Glu do sítio ativo (um ácido fraco). descritas na CH2OPO322 Seção 15. por exem- enediol (Figura 14-5).5-trifosfato.6-bifosfato: nase com relação à cinética e às propriedades regulatórias. Após sua transferência do C-2 para o resíduo de abertura e fechamento do anel (etapas ➊ e ➍) são catalisadas por um resí. chamados de difosfatos. ver p. ➋ ➌ -isomerase H4COH HCOH HCOH 5COH A remoção do A catálise ácida H próton pelo HCOH pelo mesmo Glu HCOH 6CH OPO2– Glu do sítio 2– facilita a formação 2– 2 3 CH2OPO3 CH2OPO3 ativo (B:) leva à de frutose-6- formação do Intermediário fosfato.6-bifosfato H OH OH H Glicose-6-fosfato Frutose-6-fosfato DG98 5 214. H OH Fosfofrutocinase-1 (PFK-1) talisa a isomerização reversível da glicose-6-fosfato (aldo. Compos- bos os sentidos. fatos (como inositol-1. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 549 6 2– CH2OPO3 6 2– 5 CH2OPO3 O 1 CH2OH Glicose-6. ou seja. ■ Nelson_6ed_14. ção ao redor. mando frutose-1. por exemplo adenosina-difosfato ➌ A fosforilação da frutose-6-fosfato a frutose-1. ATP). for- mada de glicocinase). O -fosfato 4 1 -fosfato 5 2 OH H H HO HO OH H OH 3 2 4 3 H OH OH H Ligação e Dissociação e ➊ abertura do fechamento ➍ anel do anel H H O H OH B: 1C BH C B: H C OH H 2C OH H+ C O H H+ C O 3 HOCH HO CH HOCH Fosfo-hexose. A enzima 5 2 Mg21 H HO fosfo-hexose-isomerase (fosfoglicose-isomerase) ca.4. O 1 ATP ADP CH2 OH ➋ A conversão de glicose-6-fosfato a frutose-6-fosfato. a hexocinase IV (também cha. 6 com consequências fisiológicas importantes. frutose-1. 4 3 OH H se) a frutose-6-fosfato (cetose): Frutose-6-fosfato 6 6 CH2OPO322 1 CH2OPO322 CH2 OPO322 6 O CH2OPO322 5 2 5 O 1 H HO H H O CH2OH H OH H Mg 21 4 1 5 2 4 3 OH H Fosfo-hexose. Mecanismo da fosfo-hexose removível pela retirada do elétron pelo grupo carbonil adjacente e pelos isomerase presente em hepatócitos.indd 549 07/04/14 14:27 . As reações de grupos hidroxilas vizinhos. H H Frutose-6.3. difere de outras formas de hexoci. cis-enediol FIGURA 145 A reação da fosfo-hexose-isomerase.3-bifosfoglicerato. cis-enediol. por mecanismos omitidos aqui para simplificação.7 kJ/mol CONVENÇÃOCHAVE: Compostos com dois grupos fosfato ou fosforil acoplados em diferentes posições da molécula são O mecanismo dessa reação envolve um intermediário chamados de bifosfatos (ou compostos bifosfo). como previsto pela variação relativamente tos com dois fosfatos ligados como grupo pirofosforil são pequena da energia livre padrão. de um grupo fosforil do ATP para a frutose-6-fosfato. 450) e trifosfa- zima fosfofrutocinase-1 (PFK-1) catalisa a transferência tos (como adenosina-trifosfato.6-bifosfato e 1. o próton é livremente trocado com a solu- duo de His do sítio ativo. H HO OH H HO OH -isomerase H OH 3 2 4 3 Frutose-1. A reação ocorre facilmente em am- plo.6-bifosfato. Regras similares são aplicadas para nomear trifos- segunda das duas reações preparatórias da glicólise. sua atividade estará aumentada sempre sequentes da glicólise. COX A enzima que forma a frutose-1. N E L S O N & M I C H A E L M . CH2OPO322 CH2OPO322 to. uma fosfofrutocinase que utiliza pirofosfato var a frutose-1. Essa reação completa a fase preparatória da glicólise. Em vez disso.6-bifosfato etapas de fosforilação que conservam energia. A reação com PFK-1 é essencialmente irreversível em ativo está coordenado com o oxigênio do carbonil em C-2. 6 CH2OPO322 CH2OPO322 1 A molécula de hexose foi fosforilada em C-1 e C-6 e então O clivada para formar duas moléculas de gliceraldeído-3- -fosfato. Apenas uma das duas trioses-fosfato formada pela aldolase. ADP e AMP (particularmente o último). e a reação da aldolase é prontamente re- versível. A enzima es. direcionada para a glicólise.6. para distingui-la de uma segunda enzima (PFK. O outro produto.6-bifosfato a par. discutido posteriormente neste capítulo. não formam a base de PFK-2 e da frutose-2. a frutose-1. o Zn polariza o grupo carbonil e estabiliza o intermediá- da” da via glicolítica. As enzimas da tir de frutose-6-fosfato em uma via distinta (os papéis da classe II. a glicose-6-fosfato e a frutose-6-fosfato rio enolato gerado na etapa de clivagem da ligação C¬C têm outros destinos possíveis.6-bifosfato. utilizam 2). O H Em alguns organismos. o mecanismo mostrado na Figura 14-6. a di-hidroxia- que o suprimento de ATP da célula estiver prejudicado ou cetona-fosfato. de fungos e bactérias. as duas “metades” da gli- fato: cose geram gliceraldeído-3-fosfato. não ATP. nas quais O H 22 parte da energia química da molécula da glicose é conser- (1) CH2OPO3 (4) C vada na forma de ATP e NADH. como ácidos graxos. classe I.6-bifosfato é (ver Figura 6-17). mas a frutose-1. Lembre-se de que uma mo- (2) C O 1 (5) CHOH lécula de glicose rende duas moléculas de gliceraldeído-3- (3) CH2 OH (6) CH2OPO3 22 -fosfato. intermediário da via das pentoses-fosfa. um íon zinco no sítio 15).6-bifosfato: livre é pequena. Depois da reação da triose-fosfato-isomerase. A enzima frutose-1.indd 550 07/04/14 14:27 .6-bifosfato é clivada para a átomos de carbono derivados de C-1. Gliceraldeído-3- a mesma via na segunda fase da glicólise. DG98 5 7. os (ver Figura 13-4). As aldolases da de PFK-1. O mecanismo de reação é similar ao da reação promovi- -bifosfato-aldolase. energia livre padrão fortemente positiva no sentido de cli- getais tenham.6-bifosfato.6-bifosfato são discutidos no Capítulo Schiff intermediária. nas baixas concentrações dos (PPi). Gliceraldeído-3- indiretamente a fosfofrutocinase. também ativa Di-hidroxiacetona.6-bifosfato (não con. C-5 e C-4. glicolítica. -fosfato. como o grupo fosforil doador na síntese de reagentes presentes na célula a variação real da energia frutose-1. A conversão das -fosfato -fosfato duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato a duas moléculas de piruvato é acompanhada pela formação de quatro mo- DG98 5 23. o rendimento Nelson_6ed_14. 21 condições celulares. a frutose-2. Embora a reação da aldolase tenha uma variação da Certos protistas e bactérias têm. encontradas em animais e vegetais. Será visto posteriormente que a aldolase age no sentido reverso durante o processo de gliconeogênese (ver Figura 14-17). respectivamente (Figura 14-7). que catalisa a formação de frutose-2. 55 0 D AV I D L .5 kJ/mol lhe no Capítulo 15. ➎ A interconversão das trioses-fosfato. A frutose-1.6- C O Triose-fosfato HCOH -bifosfato) é um ativador alostérico potente de PFK-1. e essa é a primeira etapa “comprometi. é rápida e reversivelmente convertida a quando ocorrer acúmulo dos produtos da degradação de gliceraldeído-3-fosfato pela quinta enzima da sequência ATP. inicial são quimicamente indistinguíveis de C-6. C-2 e C-3 da glicose formação de duas trioses-fosfato diferentes. a triose-fosfato-isomerase: tará inibida sempre que a célula tiver muito ATP e estiver bem suprida por outro combustível. As múltiplas esferas de -fosfato -fosfato regulação dessa etapa da glicólise serão discutidas em deta. No entanto. a aldose gli. ➍ A clivagem da frutose-1. pode ser diretamente degradada nas etapas sub- dulação alostérica. muitas vezes chamada simplesmente da pela fosfo-hexose-isomerase na etapa ➋ da glicólise (Fi- de aldolase.6-bifosfato é chamada Existem duas classes de aldolases. e as duas metades da molécula de glicose seguem Di-hidroxiacetona.8 kJ/mol léculas de ATP a partir de ADP. e talvez todos os ve. CH2 OH C fundir com o produto da reação com PFK-1. o gliceraldeído-3- A fosfofrutocinase-1 está sujeita a uma complexa mo. ceraldeído-3-fosfato e a cetose di-hidroxiacetona-fos. A isomerase ribulose-5-fosfato. catalisa uma condensação aldólica reversível gura 14-5). 5 2 H HO Aldolase H OH 4 3 A fase de pagamento da glicólise produz ATP e NADH OH H A fase de pagamento da glicólise (Figura 14-2b) inclui as Frutose-1. levando base de Schiff 6CH OPO 2– à formação de um CH2OPO32– protonada na enzima. elétron facilita as Aldolase etapas subsequentes. A reação mostrada aqui uma imina no sítio ativo da enzima. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 551 CH2OPO32– CH2OPO32– O H HO H OH Frutose-1. O H nas dois. Gliceraldeído-3- Di-hidroxiacetona. A CH2OPO322 O2 -fosfato-desidrogenase primeira etapa da fase de pagamento é a oxidação do glice. CH2OPO32– 2 3 intermediário o deslocamento do tetraédrico.3-bifosfoglicerato. catalisada pela -fosfato inorgânico O enzima gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase: O O P O2 C O2 HCOH CH2OPO322 1. que é convertido a líquido de ATP por molécula de glicose consumida é de ape. Observe que a clivagem entre C-3 noácidos que servem como ácido (A) ou base (B). com o meio Segundo restaura a produto liberado CH2OPO32– CH2OPO32– H enzima. Base de Schiff Intermediário covalente protonada enzima-enamina FIGURA 146 A reação da aldolase de classe I.indd 551 07/04/14 14:27 . -fosfato A clivagem da -fosfato Primeiro ligação C—C H O produto (inverso da 2– CH2OPO3 C liberado condensação C O HCOH ➌ aldólica) leva à A troca de liberação do prótons CH2OH CH2OPO32– primeiro produto. Fosfato raldeído-3-fosfato a 1.3 kJ/mol Nelson_6ed_14. já que dois ATP foram consumidos na fase prepa.3-Bifosfoglicerato DG98 5 6.3-bifosfoglicerato. HCOH 1 HO P O2 Gliceraldeído-3- ➏ A oxidação do gliceraldeído-3-fosfato a 1. e C-4 depende da presença do grupo carbonil em C-2. A e B representam os resíduos de ami- é o inverso de uma condensação aldólica. NAD1 NADH 1 H1 C O ratória da glicólise para fosforilar as duas extremidades da molécula da hexose. Gliceraldeído-3.6-bifosfato HO H Ligação e abertura Base de Schiff do anel protonada 2– CH2OPO3 1CH 2– CH2OPO32– H 2OPO3 H+ H H+ H2O H Lys N: 2 N+ C O H :A Lys N+ C :A C O H A H 3 HO CH ➊ H HOCH :B ➋ HOCH :B :B A Lys do sítio ativo HC O H O rearranjo leva à HC O H H4C O H B: B: ataca o carbonil do formação de uma BH HCOH HCOH H5COH substrato. H H Lys N: H2O Lys N+ C :A Lys N C :A H A H : HO C H C :B ➎ H B ➍ H B O H H A base de Schiff é Isomerização H B: B: B H hidrolisada no inverso da sua formação. formando ATP e 3-fosfoglicerato: tido sugerido pelo seu nome durante a gliconeogênese (ver Nelson_6ed_14. mas em um anidrido de C O2 1 O ácido carboxílico com ácido fosfórico. ver Figura 13-14.) Esta é a primeira das duas reações de conservação de O P energia da glicólise que no final leva à formação de ATP. O produto final das duas reações é gliceraldeído-3-fosfato (duas moléculas). A via glicolítica pararia se o NADH formado 3-Fosfoglicerato ATP nesta etapa da glicólise não fosse continuamente reoxidado 1 DG98 5 218. (Ver Problemas 6 e 9 no final deste capítulo. tem energia livre padrão de hi. Essa enzima age no sen- ADP. em 2 O P O reação análoga à formação de um hemiacetal (ver Figura O O2 7-5). o grupo funcional mais complexo (o grupo carbonil) é especificado como C-1. A reação do C P resíduo de Cys essencial com um metal pesado como o Hg21 HCOH 1 P inibe a enzima irreversivelmente. A discussão sobre a reciclagem de NAD será retomada posteriormente neste capítulo. ela cata- alta energia do grupo carboxil do 1. Rib Adenina cos minutos. Observe que a fosfoglicerato-cinase tem esse nome devi- ➐ A transferência de grupo fosforil de 1. (a) A origem dos carbonos nos dois compostos de três carbonos nas reações da aldolase e da triose-fosfato-isomerase. nesse caso produzindo um tio-hemiacetal. Note que a numeração dos átomos de carbono do gliceraldeído-3-fosfato difere daquela da glicose da qual ele é derivado. 55 2 D AV I D L . Esse tipo de anidrido.3-bifosfo- glicerato. 2 O O P O P O grupo aldeído do gliceraldeído-3-fosfato é oxidado.3-Bifosfoglicerato ADP grupo aldeído do gliceraldeído-3-fosfato é conservada pela formação do grupamento acil-fosfato no C-1 do 1.indd 552 07/04/14 14:27 . A maior parte da energia livre de oxidação do 1. (b) Cada carbono do gliceraldeído-3-fosfato é derivado de um ou outro dos dois átomos de carbono específicos da glicose. COX Frutose-1. 22 Rib Adenina CH2 OPO3 drólise muito alta (DG9º 5 249. 22 1 -5 A quantidade de NAD em uma célula (≤ 10 M) é muito CH2 OPO3 O menor que a quantidade de glicose metabolizada em pou. Como todas as enzimas.3-bifosfoglicerato a ADP.5 kJ/mol e reciclado. Mg21 Fosfoglicerato-cinase O gliceraldeído-3-fosfato é covalentemente ligado à desidrogenase durante a reação (Figura 14-8). O grupo aldeído do gliceraldeído-3-fosfato reage com o grupamen. Tabela 13-6). HCOH chamado de acil-fosfato. não em um grupamento carboxil livre.3-bifosfoglicerato para o lisa a reação em ambos os sentidos. No gliceraldeído-3-fosfato. A do à reação inversa. Gliceraldeído-3- 6 ou 1 CH2 O P -fosfato -fosfato Reações subsequentes Triose-fosfato-isomerase da glicólise (a) (b) FIGURA 147 Destino dos carbonos da glicose na formação de gliceraldeído-3-fosfato.3 kJ/mol. Esta troca de numeração é importante para interpretar os experimentos com glicose em que um único carbono é marcado com radioisótopo. na qual ela transfere um grupo fosforil do enzima fosfoglicerato-cinase transfere o grupo fosforil de ATP para o 3-fosfoglicerato. N E L S O N & M I C H A E L M .6-bifosfato 1 CH2 O P 2 C O 3 HO C H 4 H C OH 5 H C OH 6 Derivado CH2 O P dos carbonos Derivado da glicose Aldolase dos carbonos da glicose Derivado dos 1 CH2 O P H C O 4 carbonos da glicose 4 ou 3 1 2 C O H C OH 5 H C O D-Gliceraldeído 2 3-fosfato 3 CH2 OH CH2 O P 6 5 ou 2 H C OH 3 Di-hidroxiacetona. O2 to ¬SH de um resíduo de Cys essencial no sítio ativo. 3-bifosfoglicerato] relativamente baixa no equilíbrio e (que seria endergônica se isolada) e seu grupo acil-fosfato é assim mantém Q pequeno para o processo global de aco- transferido ao ADP na segunda reação (que é extremamen. envolvem enzimas ligadas à 1 !7 micos. A formação de ATP pela transferência do grupo [produtos]/[reagentes] (ver Equação 13-4). 1. 1. HCOH – 2– NAD+ O P OH NADH CH2OPO3 Pi NAD+ O– HCOH C O ➍ C O NADH S S O NADH formado deixa o sítio Cys ativo e é substituído por outra Cys molécula de NAD1. Para a etapa ➏: fosforil de um substrato. a reação global é exergônica. por outro lado. Na glicólise. a contribuição te exergônica). mantém um intermediário comum. O intermediário enzima-substrato é ➌ oxidado pelo NAD1 ligado CH2OPO32– O ao sítio ativo.3-bifosfoglicerato). Em cálculos bioquí. No citosol. Quando Q é pequeno.0. A soma dessas duas reações é de ln Q pode tornar DG fortemente negativo. seu Figura 20-4).3-bifosfoglicerato. A Cys do Cys sítio ativo tem um pKa reduzido (5. 507). rada da oxidação de um aldeído a um grupo carboxilato vre real. que é a relação ADP e Pi.3-bifosfoglicerato). é determinada pela variação de energia livre pa. ambas Portanto. é que a energia libe- Lembre-se do Capítulo 13 de que a variação de energia li. 1 sas reações ocorrem. O resultado do acoplamento dessas reações. Nelson_6ed_14. liberando o segundo produto. + 2– NAD CH2OPO3 CH2OPO3 2– HCOH HCOH H C O– A ligação tioéster covalente S C O ➎ entre o substrato e a enzima OPO2– 3 sofre fosforólise (ataque por Cys 1.5 em vez de 8) Formação de uma ligação 1 quando NAD está ligado. plamento de energia. é chamada de fosforilação no nível do substrato. a reação que ela catalisa prossegue logaritmo natural tem sinal negativo.2 kJ/mol comum. por con- de acoplamento de energia em que 1. pítulo 19). onde es- como mostrado anteriormente.3-bifosfoglicerato. as 3-fosfoglicerato 1 ATP 1 NADH 1 H 1 etapas ➏ e ➐. A etapa ➐. covalente tio-hemiacetal estando na forma tiolato ➋ entre o substrato e o grupo mais reativa. As fosforilações ligadas Note que a [H1] não está incluída em Q. à respiração. são acopladas por meio de um intermediário DG9º 5 212. no sentido da síntese de ATP. As etapas ➏ e ➐ da glicólise constituem um processo contribuindo para um baixo valor de Q. DG9º. para distinguir esse mecanismo daquele da fosforilação li- gada à respiração. ¬S2 do resíduo de Cys. e pela lei da ação das massas. Essa é sim- Gliceraldeído-3-fosfato 1 ADP 1 Pi 1 NAD ∆ 1 plesmente outra forma de mostrar como as duas reações. As fosforilações no nível do substra- to envolvem enzimas solúveis e intermediários químicos (nesse caso. a [H ] é considerada uma constante (10 M). ele é formado na primeira reação a [1. e essa membrana e gradientes transmembrana de prótons (Ca- constante está incluída na definição de DG9º (p. como o 1. Q.indd 553 07/04/14 14:27 . PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 553 2– CH2OPO3 NAD+ Gliceraldeído-3- NAD+ HCOH -fosfato C H O ➊ Gliceraldeído-3- S– S– -fosfato- -desidrogenase Formação do complexo Cys enzima-substrato. é conservada pela formação acoplada de ATP a partir de drão. DG.3-bifosfoglicerato é sumir o produto da etapa ➏ (1. a razão [NADH]/[NAD ] é pequena. Figura 14-17) e durante a fixação de CO2 fotossintético (ver Quando a lei da ação das massas é menor que 1.3-bifosfoglicerato Pi). FIGURA 148 A reação da gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase. reversíveis em condições celulares. O O2 O2 C 2 O P O His C O 1 P 22 N1 2 OOC O3P N CH3 H P H C O PO322 Piruvato N H2C O H O 2-Fosfoglicerato HN Rib Adenina His ATP FIGURA 149 A reação da fosfoglicerato-mutase. A segunda His do sítio ativo age como um catalisador geral ácido. HC O ¬ PO322 ➒ A desidratação de 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato. COX ➑ A conversão de 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato.4 kJ/mol Nelson_6ed_14.3-BPG é então transferido para o mesmo 21 do grupo fosforil entre C-2 e C-3 do glicerato. que exige K e Mg ou Mn : 2 OOC His O O2 :N C O P H C O PO322 N H 2C O PO322 H C O P O2 1 P H N1 CH2 O 2 O 2. Uma ADP. H C OPO322 C OPO322 Enolase HO CH2 CH2 2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato Fosfoglicerato-mutase His DG98 5 7.3-BPG). K1 Piruvato- de C-3 do substrato para a -cinase ➋ primeira His do sítio ativo. resíduo de His. A última etapa na glicólise é a transferência do grupo segunda His do sítio ativo age como um catalisador geral básico. fosforil do fosfoenolpiruvato ao ADP.3-bifosfoglicerato (2. Ocorre a transferência de um grupo fosforil entre uma His do sítio ativo e ➓ A transferência de um grupo fosforil do fosfoenolpiruvato para ➊ o C-2 (OH) do substrato.5 kJ/mol 22 2 OOC O3P N1 N O mecanismo da reação da enolase envolve um intermediá- H 21 rio enólico estabilizado por Mg (ver Figura 6-26). O grupo C H 2O C fosforil inicialmente acoplado a um resíduo de His da muta- se é transferido a um grupo hidroxil em C-2 do 3-fosfoglice. A enzima rato.3-BPG. A fosfoglicerato-mutase é inicialmen- te fosforilada pela transferência de um fosforil de 2. formando 2. C Mg21 C HC OH Fosfoglicerato. DG98 5 231. 55 4 D AV I D L .6 kJ/mol) para um com alto potencial de transferência de grupo fosforil (o DG9º para a hidrólise de PEP é 261.3-BPG) HN His Rib Adenina Fosfoenolpiruvato ADP A transferência de grupo fosforil Mg21. N E L S O N & M I C H A E L M .indd 554 07/04/14 14:27 . A reação H C O H : N converte um composto com relativamente baixo potencial de H2C O PO322 transferência de grupo fosforil (o DG9º para a hidrólise de 3-Fosfoglicerato HN His 2-fosfoglicerato é 217. O O2 O O2 necessário em pequenas quantidades para iniciar o ciclo ca- talítico e é continuamente regenerado por esse ciclo. catalisada pela piru- 1 21 21 vato-cinase. Tabela 13-6). produzindo 2-fosfoglicerato e regenerando cial para essa reação: a enzima fosforilada.3-Bifosfoglicerato (2. Na se- -mutase gunda reação glicolítica que gera um composto com alto po- CH2 O ¬ PO322 CH2 OH tencial de transferência de grupamento fosforil (a primeira foi a etapa ➏). a enolase promove a remoção reversível de 3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato uma molécula de água do 2-fosfoglicerato para gerar fosfo- enolpiruvato (PEP): DG98 5 4. O grupo fos- fosfoglicerato-mutase catalisa o deslocamento reversível foril em C-3 do 2.9 kJ/mol) (ver Figura 13-13. Mg é essen.4 kJ/mol 2 2 O O O O A reação ocorre em duas etapas (Figura 14-9). a PFK-1 e a piruvato-cinase monstrar (1) o destino do esqueleto de carbono da glicose. e o restante (231. – e as flutuações segundo a segundo das concentrações (2) a entrada de Pi e ADP e a saída de ATP. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 555 Nesta fosforilação no nível do substrato. que mede se é convertida a duas moléculas de piruvato (a via do car. Nelson_6ed_14. (forma enólica) (forma cetônica) O rendimento de ATP da glicólise em condições anaeró- bias (2 ATP por molécula de glicose) é muito menor do que A reação global tem grande variação negativa da energia aquele a partir da oxidação completa da glicose a CO2 em livre padrão. adrenalina e insulina e por variações na mostra todas as saídas (lembre-se de que cada molécula de expressão de genes de várias enzimas glicolíticas. do metabolismo oxidativo: o ma- No processo glicolítico em geral. entre a produção e o consumo de ATP. Louis Pasteur descobriu que tanto a velocidade quanto a quantidade total de glicose consumida é muitas C OH C O vezes maior em condições anaeróbias do que em aeróbias. e assim permite medidas quan- elétrons. o piruvato re. Aproximadamente metade da energia libera- é necessário consumir cerca de 15 vezes mais glicose em da pela hidrólise de PEP (DG9º 5 261. A equipe de War- burg desenvolveu uma ferra- A transferência de elétrons do NADH para o O2 na mito. O ajuste neces- Capítulo 15.indd 555 07/04/14 14:27 . O lado es. vada na formação da ligação fosfoanidrido do ATP (DG9º 5 O fluxo de glicose pela via glicolítica é regulado para 230. NAD . e (3) o caminho dos metabólitos-chave que refletem o equilíbrio celular dos elétrons nas reações de oxidação-redução. A regulação da piruvato-cinase será discutida no cos que possuem papéis biossintéticos). a observar que tumores de pra- 1 2 piruvato 1 2ADP 1 2NADH 1 2H 1 4ATP 1 2H2O ticamente todos os tipos possuem velocidade da glicólise Cancelando os termos comuns nos dois lados da equação. e seus colaboradores purifica- ses elétrons para o seu destino final. em condições aeróbias. pode-se construir um balanço da glicólise para de. O bioquímico alemão Otto Warburg Glicose 1 2ATP 1 2NAD 1 4ADP 1 2Pi ¡ foi o primeiro. devido. ticas – incluindo a hexocinase. Ele fez contribuições inspi- radoras em muitas outras áreas As duas moléculas de NADH formadas pela glicólise no da bioquímica. Glicose 1 2NAD1 1 2ADP 1 2Pi ¡ Warburg é considerado o bioquímico mais importante da 1 2 piruvato 1 2NADH 1 2H 1 2ATP 1 2H2O primeira metade do século XX. e o lado direito mônios glucagon. o O2: ram e cristalizaram sete enzimas 1 1 2NADH 1 2H 1 O2 ¡ 2NAD 1 2H2O da glicólise. incluindo respi- 1 citosol são. Em uma escala de querdo da equação que se segue mostra todas as entradas tempo um pouco maior.9 kJ/mol) é conser- condições anaeróbias do que aeróbias. moléculas de gliceraldeído-3-fosfato para duas de NAD1 (a sultante aparece inicialmente em sua forma enólica. menta experimental que revolu- côndria fornece a energia para a síntese de ATP pela fosfo. cionou os estudos bioquímicos rilação ligada à respiração (Capítulo 19). Duas moléulas de ADP e duas de Pi são convertidas gênio dos tecidos por monitorar a duas moléculas de ATP (a via dos grupos fosforil). na forma de íons hidreto. em 1928. para produzir a mesma quantidade de ATP. que predomina em pH 7. ver Tabela tânea da forma enólica do piruvato à forma cetônica (ver 19-5). 4 kJ/mol) constitui uma manter os níveis de ATP praticamente constantes (assim grande força que empurra a reação no sentido da síntese como quantidades adequadas dos intermediários glicolíti- de ATP. A cadeia de transporte de elétrons conduz es. que em células eucarióticas está localizada na rio. Tautomerização CH2 CH3 Estudos posteriores com músculo confirmaram a grande variação nas taxas da glicólise anaeróbia e aeróbia. Otto Warburg. muito maior que a de tecidos normais. à conversão espon- condições aeróbias (30 ou 32 ATP por glicose. a glicólise é regulada pelos hor- 1 de ATP. reoxidadas a NAD pela ração. sário na velocidade da glicólise é alcançado pela intera- ção complexa entre o consumo de ATP. a regeneração de O balanço geral mostra um ganho líquido de ATP NADH e a regulação alostérica de algumas enzimas glicolí- Agora. em grande parte. Um caso glicose rende duas moléculas de piruvato): especialmente interessante de regulação anormal da glicó- 1 lise é visto no câncer. ADP e Pi (ver Figura 14-2). Iniciando em 1930. uma molécula de glico.5 kJ/mol). mesmo quando é obtida a equação global para a glicólise em condições oxigênio está disponível. Warburg mitocôndria. 1883-1970 diretamente o consumo de oxi- bono). Quatro variações no volume de gás. nômetro de Warburg. são transferidos de duas titativas de qualquer enzima com atividade oxidativa. fotossíntese e enzimolo- transferência de seus elétrons para a cadeia de transporte gia do metabolismo intermediá- de elétrons. Esse “efeito Warburg” é a base aeróbias: de vários métodos de detecção e tratamento do câncer (Quadro 14-1).0: A glicólise é precisamente regulada O O 2 O O 2 Durante seus estudos sobre a fermentação da glicose por C C leveduras. Figura 13-13). depois via dos elétrons). tautomeriza de modo rápido e não enzimático à sua forma cetônica. Portanto. As bases Piruvato Piruvato bioquímicas para esse “efeito Pasteur” agora estão claras. 12).em comparação aos tecidos normais sugere uma possibi- to menor do que o que pode ser obtido pela oxidação lidade de terapia anticâncer: inibidores da glicólise pode- completa do piruvato a CO2 na mitocôndria (cerca de riam atingir e matar tumores por esgotar seu suprimento 30 ATP por glicose. estimulando a produção de pelo menos oito enzimas glicolíticas e dos transportadores de glico. e (2) o desenvolvimento de tolerância a pH 2-Desoxiglicose baixo no fluido extracelular (causado pela libera.30 ATP por glicose). a captação e a degradação de gli. mutada na maior parte dos tipos de lulas tumorais cresce em condições de hipoxia (i. Os transportadores de glicose e a maior parte das Piruvato aeróbia (p53) enzimas glicolíticas estão superexpressos em tumores. pelo gem das proteínas mitocondriais essenciais para o trans- menos inicialmente. Células cancerosas localizadas deficientes no transporte de elétrons na mitocôndria e a mais de 100 a 200 mm dos capilares mais próximos são forçadas a depender mais significativamente da gli- dependem somente da glicose (sem oxidação adicional cólise para a produção de ATP (Figura Q-1). Xilulose-5- -fosfato -fosfato dições anaeróbias até que o suprimento de vasos Enzimas Transcetolase sanguíneos alcance o tumor em crescimento. o ácido láctico). Essa dependência maior dos tumores pela glicólise O rendimento de energia (2 ATP por glicose) é mui. Outra glicolíticas proteína induzida por HIF-1 é o hormônio peptídi- co VEGF (fator de crescimento vascular endotelial. As células com p53 mutada são com oxigênio suficiente. Capítulo 19). as células tumorais podem sobreviver em con. de forma que uma célula tumoral deve consumir muito mais glicose para produzir a mesma quan- Respiração Câncer tidade de ATP. quando a oferta de glicose está limitada (Figura Q-1). privando assim a célula cancerosa de energia e matando-a.. controla a síntese e a monta- suprimento de oxigênio limitado) devido à falta. Ácido Esse aumento da glicólise é alcançado ao me.sora de tumor p53. as células tumorais devem missores como agentes quimioterápicos: 2-desoxiglicose. 6-Fosfogliconato carregam a glicose para a célula. (Lembre-se de -fosfato Glicose-6- que GLUT1 e GLUT3 não são dependentes de insu. É provável que as duas etapas iniciais na transformação de uma célula nor.e. Gliceraldeído-3. de vascular endothelial growth factor). quanto mais agressivo é o tumor. A maior parte das cé.se) em direção do tumor. das redes capilares que suprem porte dos elétrons ao O2. Lonidamina Em geral. Hexocinase ção do produto final da glicólise. Compostos que inibem as enzimas hexocinase. 6-aminonicotínico nos em parte pelo aumento da síntese das enzimas glicolíticas e dos transportadores da membrana plasmática GLUT1 e GLUT3 (ver Tabela 11-3) que Glicose-6. 3 CO2 Nelson_6ed_14.30 ATP/glicose morais rende muito menos ATP (2 por glicose) do que a oxidação completa a CO2 que ocorre em células saudáveis em condições Hipoxia aeróbias (. N E L S O N & M I C H A E L M . GLUT1 Captação de glicose mal em uma célula tumoral sejam (1) a mudança GLUT3 para a dependência da glicólise na produção de Câncer Glicose ATP. Três inibidores da hexocinase mostram-se pro- mesma quantidade de ATP. glicose-6-fosfato-desidrogena- Mitocôndria se ou transcetolase bloqueiam a produção de ATP pela glicólise. Com a alta velocidade de glicólise resultan. COX QUADRO 141 MEDICINA Alta taxa da glicólise em tumores sugere alvos para quimioterapia e facilita o diagnóstico Em muitos tipos de tumores encontrados em humanos mula o crescimento dos vasos sanguíneos (angiogêne- e em outros animais. não cancerosos. HIF-1 te. com câncer (ver Seção 12. de hypoxia-inducible transcrip- tion factor) é uma proteína que regula a síntese de mRNA. de piruvato) para a maior parte da produção de ATP. para fazer a de ATP.) O fator de transcrição induzível por hi- poxia (HIF-1. Portanto. convertendo-a a piruvato e depois a lactato enquanto reciclam NADH.indd 556 07/04/14 14:27 . captar muito mais glicose do que as células nor- mais. 55 6 D AV I D L . que esti- 2 ATP/glicose FIGURA Q1 O metabolismo anaeróbio da glicose em células tu- . -fosfato- -desidrogenase lina. maior é 3-Bromopiruvato a taxa de glicólise. cose ocorrem cerca de 10 vezes mais rápido do que em Existe também a evidência de que a proteína supres- tecidos normais. Hipoxia Oxitiamina se. O painel central é uma varredura por PET após o paciente ter ingerido 2-flúor-2-desoxiglicose (FdG) marcada com 18F. e fosforilação. mas não metabolizado pelos tecidos. Esse composto é captado pelos transporta- cer nem se dividir. Outro fármaco anticâncer já aprovado dores GLUT. de positron as células tumorais de ATP glicoliticamente produzido. O decaimento do F libera pósitrons (dois 18 pré-clínica como fármaco antitumoral. em que 18 não consegue sintetizar os nucleotídeos essenciais para o grupo hidroxil em C-2 da glicose é substituído por F a síntese de DNA e de RNA. Em de glicose-6-fosfato. obtida do corpo todo por tomografia computado- rizada (varredura por TC). no fígado e em algumas regiões musculares. para o uso clínico é o imatinibe (Gleevec). por átomo de F) que podem ser detectados por uma A alta taxa glicolítica em células tumorais também série de detectores sensíveis localizados ao redor do cor- tem utilidade para diagnósticos. emission tomography). O análogo tensão do seu acúmulo depende da sua taxa de captação de tiamina oxitiamina. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 557 O 2 O P O 6 HO O 2 ATP ADP O 4 O HO HO Hexocinase 5 2 OH 1 OH HO 18F HO 3 18 F 18 18 [ F]2-Flúor-2-desoxiglicose [ F]6-Fosfo-2-flúor-2-desoxiglicose (FdG) (6-Fosfo-FdG) FIGURA Q2 A fosforilação da 2-flúor-2-desoxiglicose marcada com 18F pela hexocinase mantém o FdG na célula (como 6-fosfo-FdG). Quando a intensidade da marca- ção na varredura por PET é traduzida em cor falsa (a intensidade aumenta de verde para amarelo para vermelho) e a imagem é sobreposta à var- redura por TC. Ele inibe uma tirosina-cinase específica.indd 557 07/04/14 14:27 . O paciente adulto do sexo masculino sofreu re- moção cirúrgica de um câncer de pele primário (melanoma maligno). costuma ma tipo transcetolase que converte a xilulose-5-fosfato ser 10 ou mais vezes maior em tumores do que em teci- 18 a gliceraldeído-3-fosfato (Figura Q-1). que também inicia com glico. a imagem resultante (direita) revela câncer nos ossos da coluna vertebral superior. Os pontos escuros indi- cam regiões de alta utilização da glicose. lonidamina e 3-bromopiruvato. consequentemente se acumula como 6-fosfo-FdG. e assim não consegue cres. e a bexiga porque o 6-fosfo-FdG marcado com 18F é excretado na urina. acumulado (Figura Q-3). A imagem à esquerda. O com- se-6-fosfato. que nor. como citado anteriomente. o cérebro e a bexiga estão fortemente marcados – o cérebro porque utiliza a maior parte da glicose consumida pelo corpo. está em triagem dos normais. As taxas relativas em po. é captado. FIGURA Q3 Detecção de tecidos cancerosos por tomografia por emis- são de pósitrons (PET). injeta-se nos pacientes um aná- mas também evitam a formação de pentoses-fosfato pela logo inofensivo da glicose isotopicamente marcado que via das pentoses-fosfato. Como esperado. a célula posto marcado é a 2-flúor-2-desoxiglicose (FdG). todos resultantes da propagação do melanoma maligno primário. (Figura Q-2). na reação da fosfo-hexose-isomerase (ver Figura 14-5) e impedindo a síntese aumentada da hexocinase. que bloqueia a ação de uma enzi. esses compostos não apenas privam tomografia por emissão de pósitrons (PET. Na ausência de pentoses-fosfato. sendo um bom substrato para a hexocinase. A ex- malmente é ativada por essa cinase específica. mostra a localização dos tecidos moles e ossos. que. Por impedir a formação guns casos para identificar a localização de tumores. Nelson_6ed_14. o que permite a localização acurada de 6-fosfo-FdG que os tecidos captam glicose podem ser usadas em al. descrito no mas não pode ser convertido ao intermediário enediol Quadro 12-5. onde sua presença pode ser detectada por emissão de pósitrons do 18F. Incapazes de captar glicose. músculo e tecido adiposo tem efeitos profundos sobre o mado de diabetes dependente de insulina) têm pouquíssi.6-bifosfato. metabolismo de carboidratos e gorduras. após uma refeição contendo carboidratos. e a consequente redução do pH sanguíneo (Note que nessa reação de hidrólise. No fígado. GLUT2) e nos neurônios cerebrais léculas de triose-fosfato. a super. após serem transformados conhecida como hiperglicemia. Nelson_6ed_14. em um dos intermediários glicolíticos. (Os hidrólise a monossacarídeos ácidos graxos não conseguem atravessar a barreira hema. a captação deficiente de glicose pelo Os indivíduos com diabetes melito tipo 1 (também cha. Por outro lado. em músculo esquelético. do coração ou do tecido adiposo. o amido é a principal toencefálica e. Vários dos estudantes e co. coração e tecido c A glicólise é rigidamente regulada de forma coordenada adiposo. A captação da glicose do c Na fase preparatória da glicólise. fosforilação pela hexocinase. Os transportadores nos he. a glicose se Muitos carboidratos.indd 558 07/04/14 14:27 . secretada pelo pâncreas no intestino delgado. A liga- de glicose (ver Tabela 11-3). uma condição potencialmente letal. manose e galactose cetato e b-hidroxibutirato – que são exportados e levados (Figura 14-11). fragmentos polissacarídicos curtos ou oligossacarídeos. siologia e Medicina em 1931. c No diabetes tipo 1. O laboratório (Capítulos 17 e 21). mas células b e são incapazes de liberar insulina suficiente para desencadear a captação de glicose pelas células do músculo esquelético. Andre Lwoff (1965) e George Wald (1967). encontram seus des- acumula a níveis anormalmente altos no sangue. mas uma segunda forma de a- GLUT4 se desloca para a membrana plasmática dos hepató. Esse mecanismo de sinalização Glicose 1 2NAD 1 2ADP 1 2Pi ¡ 1 da insulina foi discutido no Capítulo 12 (ver Figura 12. músculo car- ção em C-1. Hans Krebs e Fritz no Capítulo 23. N E L S O N & M I C H A E L M . creáticas em resposta à quantidade elevada de glicose no sangue (ver Figura 23-26).) No estômago. c A glicólise é uma via quase universal pela qual uma mo- lécula de glicose é oxidada a duas moléculas de piruva- A captação da glicose é deficiente no diabetes melito to. vos são os polissacarídeos de armazenamento. cada uma das duas moléculas de máticas. tipo 1 c As 10 enzimas glicolíticas estão no citosol. e amido. contidos nas células (endógenos) ou obtidos da tível. após considerar o metabolismo de lipídeos Lipmann em 1953 e Hugo Theorell em 1955. 14. que utiliza os corpos cetônicos como com- bustível alternativo quando glicose está indisponível. ATP é consumido para sangue é mediada pela família GLUT de transportadores a conversão de glicose em frutose-1. ções glicosídicas internas (a1S4) do amido. Os mais significati- o músculo e o tecido adiposo utilizam os ácidos graxos ar. Esses compostos são especialmente críticos Os polissacarídeos e os dissacarídeos da dieta sofrem para o cérebro.) inicia na boca. trealose e saca- ácidos graxos é convertida a “corpos cetônicos” – acetoa. COX Treinado em química de carboidratos no laboratório citos e adipócitos. e os 10 in- O metabolismo de glicose em mamíferos é limitado termediários são compostos fosforilados de três ou seis pela taxa de captação da glicose pelas células e sua carbonos. condição tinos catabólicos na glicólise. rose. reduzindo Química em 1902). além da glicose. ção entre C-3 e C-4 é então clivada para gerar duas mo- patócitos (GLUT1. a energia dessa reação de oxidação é con- díaco e tecido adiposo (GLUT4) está armazenado em servada na forma de um NADH e dois ATP. por triose- pequenas vesículas intracelulares e se desloca para a -fosfato oxidada. Portanto. 2 piruvato 1 2NADH 1 2H 1 2ATP 1 2H2O 16). com energia conservada na forma de ATP e NADH. glicogênio mazenados nos triacilgliceróis como seu principal combus. O diabetes melito tem efeitos profundos no metabolis- laboradores de Warburg também foram agraciados com mo de carboidratos e lipídeos. a acetil-CoA derivada da degradação desses dieta. o principal transportador de gli- gliceraldeído-3-fosfato derivada da glicose sofre oxida- cose nas células do músculo esquelético. a outros tecidos para serem utilizados como combustível (Capítulo 17). a captação e o metabolismo da glicose depen- com outras vias geradoras de energia para garantir um dem da liberação normal de insulina pelas células b pan- suprimento constante de ATP. a a-amilase salivar é administração de insulina reverte esta sequência de eventos: inativada pelo pH baixo. A equação para o processo global é membrana plasmática apenas em resposta a um sinal de 1 insulina (Figura 14-10). e o nível de glicose no sangue decresce. 55 8 D AV I D L . A a espécie atacante. a água e não Pi é leva à cetoacidose. Warburg ganhou o Prêmio Nobel de Fi. -amilase. Esse tópico será retomado Prêmios Nobel: Otto Meyerhof em 1922. (GLUT3) estão sempre presentes nas membranas plas- c Na fase de pagamento. lactose.2 Vias alimentadoras da glicólise sim. As. produzindo produção de acetoacetato e b-hidroxibutirato leva a seu acú. e os monossacarídeos frutose. potencialmente a produção de corpos cetônicos. não servem de combustível para os fonte de carboidratos na dieta (Figura 14-11). Para a maioria dos seres humanos. mulo no sangue. a glicose é captada e fosforilada por essas do notável Emil Fischer (que recebeu o Prêmio Nobel em células.1 Glicólise (1959). onde a a-amilase salivar hidrolisa as liga- Em pacientes com diabetes tipo 1 não tratados. A digestão neurônios do cérebro. os dissacarídeos maltose. ■ de Meyerhof forneceu treinamento para Lipmann e para muitos outros ganhadores do Prêmio Nobel: Severo Ochoa RESUMO 14. por isso. enquanto ela está elevada na corrente sanguínea. Sem glicose para o suprimento de energia. b-hidroxibutirato. pode digerir celulose devido à falta da enzima celulase. que do pontos de ramificação (a1S6). como consequência. permitindo a captação de glicose do sangue. continua o processo de degradação. forne- citose. que aumentam muito degradam celulose em moléculas de glicose. A a-amilase pancreá. 686) e são liberados na corrente sanguínea. os adipócitos degradam triacilgli- mente. Normal. O glicogênio da dieta tem ganismos utilizam a glicose resultante por meio de fermen- Nelson_6ed_14. a inserção de cendo combustível para o cérebro. estão inibidos como indicado por X. cliva as ligações glicosídicas (b1S4) da celulose. Quando os níveis de in.indd 559 07/04/14 14:27 . GLUT4 é ressequestrado em vesículas por endo. A maltose e as dex. Dois subprodu- brana. exceto que os miócitos não estocam triacilgliceróis. trissacarídeos de glicose) e oligossacarídeos chamados Como foi visto no Capítulo 7. essencialmente a mesma estrutura do amido. e sua diges- tica gera principalmente maltose e maltotriose (os di e tão segue a mesma via. Gota de gordura ➏ Glicólise -fosfato Ribulose-5-fosfato Ácido graxo Triacilglicerol ➓ Cetoacidose acetoacetato.30 ATP triacilglicerol fornece ácidos graxos como Oxidação do combustível alternativo Fosforilação ➐ piruvato oxidativa na pelo ciclo do mitocôndria ácido cítrico CO2 A transferência de elétrons CO2 ➑ nas mitocôndrias direciona a síntese de ATP FIGURA 1410 Efeito do diabetes tipo 1 sobre o metabolismo são privadas de glicose. No diabetes melito tipo 1 (dependente de insulina). mais ruminantes. gue. 2 ATP b-hidroxibutirato ➒ A mobilização de Piruvato . Esses micror- a área da superfície intestinal). assim como outros processos normalmente estimu. as células ácidos graxos que são liberados na corrente sanguínea pelos adipócitos. A deficiência de insu. dos carboidratos e das gorduras em um adipócito. a insulina desencadeia a inserção de transportadores GLUT4 na ceróis estocados em gotas de gordura e fornecem os ácidos graxos resultan- membrana plasmática pela fusão de vesículas contendo GLUT4 com a mem. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 559 ➊ Pâncreas Principal defeito secreta no diabetes insulina ➍ Glicose entra por meio de GLUT4 Membrana plasmática GLUT4 Receptor de IRS ➋ insulina ativado PI-3K Glicose PKB Hexocinase ➎ fosforila a Vesículas contendo glicose ➌ GLUT4 fundem-se com a membrana plasmática Glicose-6-fosfato Via das pentoses. mas também diminuindo o pH do san- GLUT4 nas membranas. ver p. o estômago estendido inclui uma câmara lio intestinal com borda em escova (as microvilosidades onde microrganismos simbióticos que produzem celulase das células epiteliais do intestino. tos da oxidação dos ácidos graxos acumulam-se no fígado (acetoacetato e sulina diminuem no sangue. mas captam os lina impede a captação de glicose por GLUT4. tes para outros tecidos para a produção mitocondrial de ATP. Em ani- trinas são degradadas até glicose por enzimas do epité. culo. fragmentos de amilopectina conten. causando cetoacidose. a maioria dos animais não de dextrinas-limite. A mesma sequência de eventos ocorre no mús- lados por insulina. produzindo grandes quantidades de pro. A glicose-1-fosfato produzida pela glicogênio-fosforilase O glicogênio endógeno e o amido são degradados por é convertida a glicose-6-fosfato pela fosfoglicomutase. mo que a fosfoglicerato-mutase (Figura 14-9): ambas en- para o uso da mesma célula. A glicogênio-fosforilase (ou amido-fosforilase) glicólise ou em outra via. como a via das pentoses-fosfato. tos em maior detalhe no Capítulo 15. age repetidamente até alcançar um ponto de ramificação descrita na Seção 14. Essas enzimas catalisam o mutase é dado a enzimas que catalisam a transferência de ataque por Pi sobre a ligação glicosídica (a1S4) que une um grupo funcional de uma posição para outra. amido endógeno O a -amilase D-Galactose H H H Pi OH H Sacarose HO OH Fosforilase UDP-galactose Sacarase H OH Glicose-1. Glicose-1-fosfato ∆ Glicose-6-fosfato mente no fígado e no músculo esquelético). molécula. Nelson_6ed_14. que gera a maior parte da lactose nismos e o controle da degradação de glicogênio são descri- do leite. dutora. 56 0 D AV I D L . gerando glicose-1-fosfato e um polímero com uma enzimas que interconvertem estereoisômeros ou isômeros unidade de glicose a menos. por uma reação fosfolítica ca. O nome geral em vegetais) (Figura 14-12). A glicose-6-fos- da energia da ligação glicosídica do éster-fosfato da glico. Uma enzi- pionato. (a1S6) (ver Figura 7-13). dissacarídeos e hexoses da dieta no estágio preparatório da glicólise.indd 560 07/04/14 14:27 . Os meca- para a gliconeogênese. em micror. Esse propionato serve como material de partida ma de desramificação remove as ramificações. volvem um intermediário bifosfato. na mesma os dois últimos resíduos de glicose na extremidade não re. onde cessa sua ação. A fosfoglicomutase utiliza basicamente o mesmo mecanis- ganismos ou em tecidos vegetais podem ser mobilizados.6- -bifosfato Gliceraldeído 1 Di-hidroxiacetona fosfato Triose-fosfato- ATP Triosecinase -isomerase Gliceraldeído-3- -fosfato FIGURA 1411 Entrada de glicogênio. que catalisa a reação reversível: fosforólise Os estoques de glicogênio em tecidos animais (principal. tação anaeróbia. COX CH2OH Trealose Lactose O HO H Lactase H Trealase OH H H OH H2O Glicogênio da Glicogênio CH2OH H OH dieta. UDP-glicose D-Glicose -fosfato CH2OH ATP Hexocinase O Fosfoglicomutase H H H HOCH2 CH2OH O OH HO Glicose 6- HO OH H HO H OH -fosfato H H ATP D-Manose OH H D-Frutose Hexocinase ATP Hexocinase Frutose Manose-6-fosfato ATP Frutocinase 6-fosfato Fosfomanose-isomerase Frutose-1-fosfato Frutose-1- -fosfato- -aldolase Frutose-1.5. A fosforólise preserva parte estruturais ou de posição (ver Tabela 6-3). amido. As mutases são uma subclasse das isomerases. e a enzima é transito- talisada pela glicogênio-fosforilase (amido-fosforilase riamente fosforilada em cada ciclo catalítico. fato formada na reação da fosfoglicomutase pode entrar na se-1-fosfato. N E L S O N & M I C H A E L M . A reação e diarreia. da dieta pode ser minimizado por uma dieta controlada. em seguida passam para o sangue e são transportados para vá- O O H H H H H rios tecidos. Dissacarídeos intestinais e O O dextrinas são hidrolisados por enzimas acopladas à superfí- H H H H H cie externa das células epiteliais intestinais: H H OH H OH H HO Dextrina 1 nH2O n D-glicose O O dextrinase H OH H OH Maltose 1 H2O 2 D-glicose maltase Glicogênio (amido) n unidades de glicose Lactose 1 H2O D-galactose 1 D-glicose lactase O2 Sacarose 1 H2O D-frutose 1 D-glicose sacarase O P O2 Glicogênio-(amido)-. A enzima hepática frutocinase catalisa a fosfori- de hidrólise não produziria ganho de energia: açúcares fos- lação da frutose em C-1 em vez de C-6: fatados não são transportados para dentro das células que revestem o intestino. A enzima catalisa o ataque pelo fosfato inorgânico (em cor ser completamente digerida e absorvida no intestino delga- salmão) sobre o resíduo glicosil terminal (em azul) na extremidade não redu. No fígado. onde são fosforilados e entram na sequência H H O 1 glicolítica. da maior parte (n-1) unidades de glicose ou de toda atividade lactásica das células epiteliais intesti- nais. que é então convertida a glicose-6-fosfato Outros monossacarídeos entram na via glicolítica em – sem gasto da energia celular (1 ATP) necessária para a diversos pontos formação de glicose-6-fosfato a partir de glicose livre.indd 561 07/04/14 14:27 . onde bactérias a con- tora de uma molécula de glicogênio. a frutose entra por uma via e o amido. como o glicogênio músculos e nos rins. a célula ganha 3 ATP por monômero de glicose (4 gado de vertebrados. estão ausen- monômeros de glicose) obtida pela quebra do glicogênio tes algumas ou todas as dissacaridases intestinais. devendo primeiro ser desfosforilados a açúcar livre. OH H OH H HO HO A intolerância à lactose. a lactose não pode FIGURA 1412 Degradação do glicogênio intracelular pela glicogê- nio-fosforilase. o distúrbio digestivo ocasionado pelos dissacarídeos de glicólise. é fosforilada pela hexocinase: ATP produzidos na fase de pagamento menos 1 ATP usado na fase preparatória). Nesses por fosforólise em vez de hidrólise para iniciar o processo casos. Em certas patologias humanas. lactose não digerida e seus metabólitos aumentam a osmola- ridade do conteúdo intestinal. O problema é ainda mais complicado porque a é uma fosforólise (não hidrólise). em vez de 2 – uma economia de 1 ATP por monômero de glicose. exceto aquelas H OH O 2 H OH originárias do norte da Europa e alguns países da África. outras hexoses além da gli- tanto. Trealose 1 H2O 2 D-glicose trealase fosforilase OH Os monossacarídeos assim formados são transportados CH2OH CH2OH ativamente para as células epiteliais (ver Figura 11-43). Na maioria dos lugares do mundo onde a PROBLEMA RESOLVIDO 141 Economia de energia para a quebra do intolerância à lactose é prevalente. comum entre adultos na O P O2 O maior parte das populações humanas. do. no trato gastrintestinal por fosforólise em vez diferente. embora os produtos do leite pré-dige- ridos com lactase estejam comercialmente disponíveis em Calcule a economia de energia (em moléculas de ATP por alguns países. em comparação com 2 ATP consumi. ■ Solução: A fosforólise produz uma glicose fosforilada (gli- cose-1-fosfato). favorecendo a retenção de água no intestino. é Glicose-1-fosfato Glicogênio (amido) devida ao desaparecimento. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 561 Extremidade não redutora Os dissacarídeos devem ser hidrolisados a monossaca- CH2OH CH2OH rídeos antes de entrar na célula. Na maior parte dos organismos. Na ausência de lactase intestinal. é consumido apenas 1 ATP por monômero de glicose cose podem sofrer glicólise após a conversão a um derivado na fase preparatória. fosforilado. liberando glicose-1-fosfato e formando vertem em produtos tóxicos que causam cãibras abdominais uma molécula de glicogênio com um resíduo de glicose a menos. Nelson_6ed_14. Consequen. Por. o leite não é usado como glicogênio por fosforólise alimento para adultos. Esta é a principal via de entrada da frutose na glicólise nos A quebra de polissacarídeos da dieta. presente na forma livre em muitas dos quando a glicólise inicia com glicose livre. após a infância. A D-frutose. frutas e formada pela hidrólise da sacarose no intestino del- temente. passando para o intestino grosso. em uma reação que envolve a oxidação de C-4 (em cor salmão) pelo NAD1. A UDP-galactose é então convertida pela UDP-glicose-4-epi- HO C H merase a UDP-glicose. COX A frutose-1-fosfato é então clivada a gliceraldeído e di. que é formado quando galactose-1-fosfato desloca glicose-1-fosfato da UDP-glicose. HO H H 4 A D-galactose. o resultado é a H C OH inversão da configuração em C-4. deficiência mental e dano ƒ 1 CH 22 2OPO3 CH2OH ƒ Di-hidroxiacetona- 2 C“ O Galactose -fosfato 3ƒ 1 ATP HOCH 4 ƒ H Mg21 Galactocinase HCOH Frutose-1-fosfato- ƒ 5ƒ -aldolase ADP C“ O HCOH ƒ CH2OH ƒ HCOH 6 CH 2OH ƒ O HO H Frutose-1-fosfato CH2OH H Gliceraldeído OH H H O¬ P Galactose-1-fosfato A di-hidroxiacetona-fosfato é convertida a gliceralde. A con- versão ocorre por meio de um derivado açúcar-nucleotídeo. a UDP-galacto- HO C H se. ela é caracterizada por retardo do crescimento na ƒ C “O infância. N E L S O N & M I C H A E L M . H OH ído-3-fosfato pela enzima glicolítica triose-fosfato-isome. não há produção ou consumo D-Galactitol líquido de UDP-glicose ou UDP-galactose. passa. A UDP-glicose é regenerada por meio de um novo ciclo das mesmas reações. a glicose-1-fosfato. à custa de H OH ATP. O efeito líquido desse ciclo é a conver- CH2OH são de galactose-1-fosfato a glicose-1-fosfato. produto da hidrólise da lactose (açúcar OH H do leite). onde é primeiro fosforilada em C-1. pela corrente sanguínea. os dois produtos da hidrólise da frutose-1-fosfato O UDP-galactose entram na via glicolítica como gliceraldeído-3-fosfato. e então a redução de C-4 por NADH. A epimerização envolve primeiro a oxidação do O 4 OH H grupo ¬OH em C-4 para uma cetona. Os indivíduos CH2OH afetados desenvolvem catarata durante a infância. UDP-glicose:galactose-1- UDP- rase. H H ra 14-13). H o galactitol. 56 2 D AV I D L . Nelson_6ed_14. com inversão da configura- ção em C-4. Os outros sintomas dessa patologia são relativamente -hidroxiacetona-fosfato pela frutose-1-fosfato-aldolase: leves. O gliceraldeído é fosforilado pelo ATP e pela triose. NAD é o cofator tanto para a oxidação como H OH para a redução. causada O UDP-glicose H H pela deposição no cristalino de um metabólito da galactose. altas concentrações de galac- tose são encontradas no sangue e na urina. por um conjunto de reações CH2OH nas quais que o difosfato de uridina (UDP) funciona O como coenzima transportadora de grupos hexoses (Figu. Na galactosemia por NAD1 deficiência de galactocinase.indd 562 07/04/14 14:27 . e a limitação rigorosa de galactose na dieta diminui de modo significativo sua severidade. em seguida a redu. -glicose -fosfato-uridiltransferase -cinase a gliceraldeído-3-fosfato: Glicose-1-fosfato CH2OH Assim. pela enzima galactocinase: NAD1 UDP-glicose-4- 1 -epimerase NADH 1 H A galactose-1-fosfato é então convertida ao seu epíme- ro em C-4. OH H HO O ¬ UDP CH2OH H OH H C OH FIGURA 1413 Conversão da galactose em glicose-1-fosfato. NADH 1 H1 UDP-glicose-4- A deficiência de qualquer uma das três enzimas dessa -epimerase via causa galactosemia em humanos. A galactosemia por deficiência da transferase é mais CH2OPO322 séria. anormalidade na fala. do intestino H O ¬ UDP para o fígado. O ¬ UDP ção da cetona para um ¬OH. Os atletas mais bem con- 1 glicólise cessariam. gerando frutose-6-fosfato. mesmo quando a galacto. ex. Nelson_6ed_14. nos tecidos vegetais em glicose durante a recuperação da atividade muscular submersos. C O HO C H vertidos a monossacarídeos por enzimas hidrolíticas in. Glicose 14. Cada uma delas é de lactato. Defeitos genéticos em qualquer das três a redução de duas moléculas de piruvato em duas de lacta- enzimas que catalisam a conversão de galactose em gli.. máxima (Quadro 14-2). entram na glicólise em um processo não podem oxidar piruvato até CO2) produzem lactato a de duas etapas. -fosfato ou frutose-1-fosfato. genase.2 Vias alimentadoras da glicólise mencionado antes. NAD deve ser regenerado dicionados só podem correr por um minuto em velocidade de outra forma. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 563 hepático que pode ser fatal. namento da glicose. e os monossacarídeos então entram nas célu. que forma o isômero L do lactato em pH 7: se ou pela amido-fosforilase. CH3 CH3 -desidrogenase las intestinais e são transportados para o fígado ou para Piruvato L-Lactato outros tecidos. Quando o lactato é produzido em grande quan- – o NADH gerado pela glicólise não pode ser reoxidado tidade durante a contração muscular vigorosa (p. A maioria dos organismos moder- controlada. As células primitivas que viviam em uma atmosfera pra- se é retirada da dieta. como lac- em C-6 pela hexocinase: tato ou etanol. A fosfoglicomutase então converte a glicose-1-fosfato em glicose-6-fosfato. Como RESUMO 14. Como UDP-glicose. nio suficiente para realizar a oxidação aeróbia do piruvato e do NADH produzidos na glicólise. que não possuem mitocôndria e. pode ser fosforilada do NADH para formar um produto final reduzido. No entanto. durante a glicólise anaeróbia pela transferência de elétrons rídeos e glicoproteínas dos alimentos. A falha na regeneração de NAD deixaria a célula durante uma arrancada). DG98 5 225. incluindo a frutose. como mostrado pela grande variação negativa da fosforilada e convertida a glicose-6-fosfato. alguns tecidos e tipos celulares (como c O glicogênio e o amido endógenos.1 kJ/mol c Várias D-hexoses. as formas de armaze. a acidificação resultante da io- carente de aceptor de elétrons para a oxidação de glice. ■ nos reteve a capacidade de regenerar NAD1 continuamente A D-manose. nização do ácido láctico nos músculos e no sangue limita raldeído-3-fosfato.3 Destinos do piruvato em condições anaeróbias: fermentação 2NAD1 Em condições aeróbias. a desidrogenação de duas moléculas de gli- c A conversão de galactose-1-fosfato a glicose-1-fosfato ceraldeído-3-fosfato derivado de cada molécula de glicose envolve dois derivados nucleotídicos: UDP-galactose e converte duas moléculas de NAD1 a duas de NADH. formando do piruvato por essa via é catalisada pela lactato-desidro- glicose-1-fosfato. vidade (ou pelos eritrócitos) pode ser reciclado. o piruvato formado na etapa final da glicólise é oxidado a acetato (acetil-CoA). não ocorre variação cose-1-fosfato resultam em galactosemias de severidade líquida de NAD1 ou NADH: variada. e as reações geradoras de energia da o período de atividade vigorosa. A galactosemia por deficiência ticamente desprovida de oxigênio tiveram que desenvolver da epimerase leva a sintomas similares. liberada na ingestão de vários polissaca. 1 pelo O2. Na glicólise. O NADH 2 Piruvato 2 Lactato formado pela desidrogenação do gliceraldeído-3-fosfato é 1 finalmente reoxidado a NAD pela transferência de seus O lactato formado pelo músculo esquelético em ati- elétrons ao O2 na respiração mitocondrial. os eritrócitos. que O O2 NADH 1 H 1 O O2 pode entrar na glicólise. frutose-6- energia livre padrão. porém é menos estratégias para extrair energia de moléculas combustíveis grave quando a galactose da dieta é cuidadosamente em condições anaeróbias. A redução de glicose de uma extremidade do polímero. é catalisada pela glicogênio-fosforila. A clivagem fosforolítica de um resíduo partir de glicose mesmo em condições aeróbias. onde é convertido no músculo esquelético muito ativo. ele é em condições de hipoxia (pouco oxigênio) – assim como transportado pelo sangue até o fígado. NAD1 é regenerado a partir de NADH pela redução do piruvato a lactato.indd 563 07/04/14 14:27 . C NAD 1 C c Os polissacarídeos e os dissacarídeos ingeridos são con. intermediário da Quando tecidos animais não podem ser supridos com oxigê- glicólise. a galactose e a O equilíbrio global da reação favorece bastante a formação manose. to regenera duas moléculas de NAD1. fosfato O piruvato é o receptor final de elétrons na fermentação láctica A manose-6-fosfato é isomerizada pela fosfomanose- -isomerase. que entra no 2NADH ciclo do ácido cítrico e é oxidado a CO2 e H2O. portanto. podem entrar na glicólise. Lactato- testinais. nos tumores sólidos ou nas bactérias lácticas exaustiva. Portanto. de vida marinha em grandes profundidades oceânicas. Essa sustentadas. o siste- ma circulatório de animais de grande porte. em homenagem a Carl e Gerty Cori. fermentam glicose a etanol e CO2 para gerar ATP. seguida de períodos muito longos de recuperação oxigênio é consumido em taxas gradualmente menores em que ficavam vulneráveis ao ataque por predadores até a velocidade da respiração retornar ao normal. têm características metabólicas simi- gerar ATP por fermentação. Por exem- do fígado e do músculo para realizar atividade muscular plo. é a quantidade de oxigênio necessária para suprir ATP Explorações do alto-mar revelaram muitas espécies para a gliconeogênese durante a recuperação da respi. Esses animais em geral movem- -se lentamente em circunstâncias normais e desenvol- vem atividade muscular intensa apenas em emergências muito graves. bem adaptados para atividades musculares contínuas e ção representa a reposição do débito de oxigênio. como as baleias e as final. mais capazes de utilizar oxigênio e. peixe grande encontrado em intensa na corrida de velocidade. ele é len. Ele converte carboidratos em de ciclo de Cori. como os elefantes estoques de glicose (glicogênio) como combustível para e os rinocerontes. provavelmente dependiam da fermenta- tamente convertido em glicose pela gliconeogênese no ção láctica para fornecer energia para a atividade mus- período de descanso ou recuperação.000 m ou mais na costa da África incluem a conversão de glicose em lactato no músculo e do Sul. Muitos animais velozes de tamanho moderado também mantêm essencialmente um metabolismo aeró- bio em seus músculos esqueléticos. Alguns vertebrados marinhos via e seu papel (ver Quadro 15-4). Enquanto um atleta treinado pode se para oxidar o piruvato a CO2 e H2O. os pássaros mi- grantes com frequência voam grandes distâncias em alta velocidade sem descansar e sem incorrer em débito de oxigênio. para oxidar o piruvato. lactato no sangue aumenta muito. tem metabolismo essencialmente anaeróbio em a conversão de lactato em glicose no fígado é chamado quase todos os tecidos. já que tal pulso de atividade requer longo período de recuperação para repor o débito de oxigênio. quando. Por exemplo. por exemplo. elucidaram a deles deve ser excretada. um jacaré pode precisar de muitas horas de des- de atividade muscular extrema. COX QUADRO 142 Atletas. a concentração de focas. mais cesso de oxigênio consumido no período de recupera. por exemplo. Os estoques musculares de glicogênio são rapidamente Nelson_6ed_14.indd 564 07/04/14 14:27 . o cular. Na arrancada de uma corrida. ração. menores. O sistema circulatório da maioria dos vertebrados pequenos consegue transportar oxigênio para os mús- culos com rapidez suficiente para evitar o uso anaeróbio de glicogênio muscular. agora extintos. O catabolismo anae. consumidos na atividade muscular intensa. Assim. lactato e em outros produtos. jacarés e celacantos: glicólise em concentrações limitantes de oxigênio Os vertebrados são em sua maior parte organismos es. não consegue sustentar o metabolismo aeróbio nos músculos esqueléticos por longos períodos de ativi- dade muscular intensa. são normal- mente animais lentos. nas décadas de 1930 e 1940. com lactato como produto lares às dos mamíferos aquáticos. para regenerar o glicogênio “tomado emprestado” onde a concentração de oxigênio é quase zero. sendo que a maior parte cujos estudos. os músculos utilizam seus Outros animais de grande porte. N E L S O N & M I C H A E L M . e o lactato sencialmente aeróbios: eles convertem glicose em piru. depois utilizam o oxigênio molecular do extracelular. O ciclo de reações que profundidades de 4. quando provocados. incluindo o homem. Os dinossauros e outros animais de porte enorme. Os jacarés e os crocodilos. em uma canso e de consumo extra de oxigênio para limpar o ex- corrida de 100 m. assim. No entanto. eles sofrem mudanças à velocidade da luz e podem dar chicotadas violentas com suas caudas poderosas. recuperar de uma corrida de 100 m em 30 minutos ou róbio da glicose a lactato ocorre durante curtos pulsos menos. No entanto. Os mo- vimentos rápidos de emergência requerem fermenta- ção láctica para gerar ATP nos músculos esqueléticos. O ex. então. durante a qual o oxigênio não pode ser cesso de lactato de seu sangue e regenerar o glicogênio transportado para os músculos com a rapidez suficiente muscular após um pulso de atividade. atinge concentrações muito altas em miócitos e no flui- vato pela glicólise. Es- ses pulsos de atividade intensa são curtos e devem ser seguidos por longos períodos de recuperação. o celacanto primitivo. No fígado. 56 4 D AV I D L . Nesse caso. O carbânion liga-se prontamente ao nhe. Etanol e CO2 são então os pro. a relação H:C é a mesma. nismos que metabolizam etanol. As fermentações são realizadas por uma 21 Zn do sítio ativo polariza o oxigênio do grande variedade de organismos. o CO2 liberado pela piru. a razão H:C dos clivagem de ligações adjacentes ao grupo carboxila. com o poder redutor fornecido pelo NADH derivado A tiamina-pirofosfato transporta grupos da desidrogenação do gliceraldeído-3-fosfato. que é a espécie ativa nas reações dependentes responsável pela efervescência característica do champa. fermentação. a descarboxilação de a-cetoácidos. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 565 Embora a conversão de glicose em lactato compreenda duas etapas de oxidação-redução. muitos deles ocupando H + carbonil do acetaldeído. faz a massa crescer. como a descarboxila- vato-descarboxilase. fígado ela catalisa a oxidação do etanol ingerido ou produ- Essa reação é uma descarboxilação simples e não envolve zido por microrganismos intestinais. o piruvato é descarboxilado em uma rea. e a equação geral é: so primeiro encontro com a tiamina-pirofosfato (TPP) (Figura 14-15). patologia conhecida como beribéri. No ção irreversível catalisada pela piruvato-descarboxilase. e em rearranjos quími- A piruvato-descarboxilase está presente na levedura cos em que um grupo acetaldeído ativado é transferido de utilizada para fabricação de cerveja e pão (Saccharomyces um átomo de carbono para outro (Tabela 14-1). NAD OH O H Mg21 C O C CH2 o açúcar fermentável. em vez de lactato. A antiga arte de fazer cerveja envolve vários proces. grupo carbonil. mulo de fluidos corporais (inchaço). To- CH3 davia. sos enzimáticos além das reações da fermentação alcoólica posicionado para atuar como “escoadouro de elétrons”. O intermediário reduzido adquire um alguns com aproveitamento comercial. A álcool-desidrogenase está presente em muitos orga- Na primeira etapa. ■ moléculas de etanol e duas de CO2 (razão H:C combina. Glicose 1 2ADP 1 2Pi S 2 etanol 1 2CO2 1 2ATP 1 2H2O A deficiência de vitamina B1 na dieta humana leva a uma Como na fermentação láctica. em úl- do a glicose (razão H:C 5 12/6 5 2) é fermentada a duas tima instância. contém um próton rela- cose em etanol. H O O etanol é o produto reduzido na fermentação alcoólica H C Leveduras e outros microrganismos fermentam glicose em NH2 + CH3 C OH etanol e CO2. O CO2 produ. a tiamina. não ocorre variação líqui- Acetaldeído H da no estado de oxidação do carbono. tivamente ácido em C-2. o acetal. o anel tiazólico. a reação segue no Mg21 e contém uma coenzima fortemente ligada. de TPP (Figura 14-15). com a concomitante a oxidação do piruvato. que facilita grandemente as reações. do NADH. A porção cerevisiae) e em todos os organismos que fermentam gli. na glicose (C6H12O6) C O Zn2+ e no ácido láctico (C3H6O3). A enzima está Piruvato. Mecanismo da álcool- O O CO2 NADH 1 H -desidrogenase 1 C TPP. paralisia e. Álcool- CH3 -descarboxilase CH3 -desidrogenase CH3 ausente em tecidos de vertebrados e em outros organismos Piruvato Acetaldeído Etanol que realizam fermentação láctica. Fermentação é o termo NH2 : N geral para esse processo. quando a levedura é misturada com ção catalisada pela piruvato-descarboxilase. e o piruvato é convertido a etanol e NAD+ CO2 em um processo de duas etapas: R Etanol 2 1 FIGURA 1414 A reação da álcool-desidrogenase. incluindo o homem. não existe variação líqui. dor. como reagentes e dos produtos permanece a mesma. próton do meio (em azul) para formar etanol. que extrai energia (como ATP) NADH mas não consome oxigênio nem varia as concentrações de R NAD1 ou NADH. caracterizada pelo acú- da na razão entre átomos de hidrogênio e carbono quan. permitindo a transferência de um íon hidreto (em vermelho) nichos anaeróbios e produzindo diversos produtos finais. consequentemente. coenzima derivada da vitamina B1. o (Quadro 14-3). A tiamina-pirofosfato exerce um papel importante na da512/652). e o anel tiazólico está. A piruvato-descarboxilase requer redução de NAD1 a NADH. deído é reduzido a etanol pela ação da álcool-desidroge- nase. discutida a seguir. Essa reação é um caso bem estudado de transferência de grupo hidreto “acetaldeído ativos” do NADH (Figura 14-14). Nelson_6ed_14. Na panificação. sentido oposto àquele envolvido na produção de etanol pela -pirofosfato. Na segunda etapa. parte da energia da molécula da glicose é extraída H H pela sua conversão em lactato – o suficiente para dar um O Álcool- rendimento líquido de duas moléculas de ATP para cada C -desidrogenase molécula de glicose consumida. Em todas as fermentações.indd 565 07/04/14 14:27 . A perda desse próton produz um zido pela piruvato-descarboxilase na levedura da cerveja é carbânion. morte. A reação da piruvato-descarboxilase proporciona nos- dutos finais da fermentação etanólica. funcional da TPP. A glicose é convertida a + N H piruvato pela glicólise. incluindo algumas plantas. glicose e outros açúcares cidos como alimento a uma linhagem robusta de levedura simples. se elas não agirem por um para a produção em larga escala. N E L S O N & M I C H A E L M . a matéria-prima é convertida processo de maltagem hidrolisem os polissacarídeos dos quimicamente primeiro a monossacarídeos. devem ser dução de bebidas alcoólicas em larga escala encontra primeiro degradados a dissacarídeos e monossacarídeos. em um fermentador em escala industrial (Figura Q-1). a diminui- alimentos comuns e reagentes químicos industriais ção do pH resultante causa a precipitação das proteínas do Há milênios a humanidade aprendeu a usar a fermentação leite. gurte não adoçado. solúveis em meio aquoso. o cervejeiro prepara o mosto. então forne- cereais para formar maltose. isto é controlado por FIGURA Q1 Fermentações em escala industrial para a produção de bio- enzimas proteolíticas que surgem do processo de malta. bustível. Os carboidratos. e o mosto líquido é fervido com lúpulo fermentação pode render não apenas etanol para com- para dar o sabor. podem ser usadas para alimentação de animais. grandes polissacarídeos. as sementes da ceva. Geralmente. No mos. aplicação em um problema inteiramente diferente: a No processo chamado de maltagem. Grande parte da tecnologia desenvolvida para a pro- ras. e a partir desse ponto elas fer- mentam os açúcares em etanol e CO2. de leveduras. sendo mais tarde aprimorada to pequeno e ficará “choca”. Após a fermentação ter sido interrompida. a cerveja ficará turva quando gelada. Os leite. Isso permite que as enzimas formadas no domésticos. a cerveja por meio da fermentação etanólica de carboi. teresse no uso de etanol como um combustível substitu- lisam a hidrólise das ligações b da celulose e de outros to ou um complemento. As fermentações são usadas para produzir alguns quando a bactéria Lactobacillus bulgaricus fermenta os carboidratos do leite. sendo então resíduos de indústrias florestais ou de resíduos sólidos macerado. O mosto é resfriado e então aerado. A tante é separado. Nas etapas finais da fabricação da cerveja. e as bolhas de CO2 formam os furos característicos iogurtes. Outra bactéria. Os cervejeiros fabricam tempo suficiente. pelo pH e pela quantidade remanescente de açúcar. a cevada. Geralmente. textura e sabor característicos. O material celular res. mas também subprodutos como proteínas que Agora. Certos mi. A principal vantagem do etanol polissacarídeos da parede celular da casca da cevada. produzindo a textura espessa e o sabor ácido do io- na produção e na conservação de alimentos. produção de etanol como combustível renovável. Caso essas enzimas atuem sobre as proteínas por tam milhares de litros de meio. usando a energia obtida dos açúcares disponíveis. são adicionadas células de levedura. triente necessário para a fermentação pelas células das sacarose de beterraba ou cana. as leveduras crescem e se reproduzem mui- to rapidamente. Algumas vezes são adicionadas enzimas proteolíticas de dratos presentes em grãos de cereais (sementes) como outras fontes para controlar a espuma. oxidam o piruvato formado pela glicólise em CO2 e H2O por meio do ciclo do ácido cítrico. as células são removidas e a cerveja “crua” está pronta para o processamento final. to aeróbio. 56 6 D AV I D L . motores de combustão interna. resultante de proteínas dissolvidas. as leveduras mudam para o metabolismo anaeróbio. a Propionibacterium crorganismos presentes em alimentos naturais fermentam freudenreichii. já conhecidos no período bíblico. combustível e outros produtos são realizadas em tanques que compor- gem. fermenta o leite produzindo ácido propi- os carboidratos e geram produtos metabólicos que dão aos ônico e CO2. é ajusta- da a quantidade de espuma (ou colarinho). amplamente supridas com oxigênio. Não é formado etanol durante esse estágio. produzindo ácido láctico. amido ou celulose – amido de milho ou trigo. O malte é misturado com água. são produzidos do queijo suíço. de fontes relativamente baratas e renováveis. e como combustível é que ele pode ser produzido a partir enzimas como a a-amilase e a maltase. O processo de fer- mentação é controlado em parte pela concentração de etanol formado. a tíveis fósseis e o aumento do custo do combustível para germinação é interrompida por aquecimento controlado. ricas em Em seguida. Com a da germinam até formarem as enzimas hidrolíticas neces. Nesse ponto. Muitos outros produtos alimentares são Nelson_6ed_14. o qual contém enzimas que cata. sacarose. a cerveja terá colarinho mui- na história da humanidade. existe o aumento do in- O produto é o malte. COX QUADRO 143 Fermentações etanólicas: fabricando cerveja e produzindo biocombustíveis A produção de cerveja foi uma ciência aprendida cedo longo período de tempo. porque as leveduras. o meio nu. Quando todo o oxi- gênio dissolvido existente no tanque de fermentação do mosto tiver sido consumido.indd 566 07/04/14 14:27 . o ácido propiônico precipita as proteínas do alimentos sua forma. e celulose de palha. redução contínua dos estoques conhecidos de combus- sárias para a quebra dos polissacarídeos. realizada pelas enzimas glicolíticas das levedu. ricos são mantidos para o uso na alimentação de animais. dahi (Índia) e pozol (México). acetobutyricum fermenta amido em butanol e acetona. são embalados em grandes silos com acesso de ar limitado. presidente de Israel) descobriu que a bactéria Clostridium já que a maioria dos microrganismos que causam a dete. a fornecidos a uma cultura pura de microrganismos espe- fermentação microbiana produz ácidos que diminuem o cíficos. Em 1910. em que alguns materiais facilmente disponíveis. que os fermenta a um produto de valor comercial Nelson_6ed_14. Carbânion TPP H Acetaldeído H ➎ O carbânion TPP ataca 1 H ➋ o grupo carbonil do CH3 C O H piruvato. A silagem resultante desse processo de fermentação molho de soja e uma variedade de pratos típicos. A redução do pH associa. Na reação catalisada pela piruvato-descarboxilase. como pode ser utilizada como alimento animal por longos perío- kimchi (Coreia). ex.. rioração dos alimentos não cresce em pH baixo.indd 567 07/04/14 14:27 . dos sem estragar. ou melaço). C 1 S OH O R N CH3 C C R9 CH3 Hidroxietil C O2 TPP 1 S R N R9 A protonação CH3 gera ➍ A descarboxilação é hidroxietil-TPP. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 567 (a) Anel de (b) tiazol H Acetaldeído H CH3 C OH ativo NH2 C NH2 C 1 2 S 1 S CH2 N3 1 O O CH2 N O O N 4 N 5 CH2 CH2 O P O P O 2 CH2 CH2 O P O P O2 CH3 CH3 CH3 N O2 O2 CH3 N O2 O2 Tiamina-pirofosfato (TPP) Hidroxietil-tiamina-pirofosfato (c) H FIGURA 1415 Tiamina-pirofosfato (TPP) e seu papel na descarboxi- O C-2 do anel de lação do piruvato. facilitando a clivagem da reação carbo- O do cátion R9 tiazol gera CH3 no-carbono. triais. pH. Essa descoberta abriu o campo das fermentações indus- cultura. que é subsequentemen- ➊ 1 O te liberado como acetaldeído. O átomo de carbono reativo no anel de tiazol da TPP está mostrado em R N vermelho. As estruturas com essa propriedade. 1 R9 H carbonos do piruvato são transitoriamente transportados pela TPP na forma CH3 O de um grupo hidroxietil. (c) O anel de tiazol da TPP estabiliza interme- H C TPP C diários carbânion provendo uma estrutura eletrofílica (deficiente em elé- O2 H 1 2 CH3 trons) em que os elétrons do carbânion podem ser deslocados por C 1 S ressonância. amido de milho. sendo em carboidratos (p. frequentemente chama- R N Piruvato das de “escoadouros de elétrons”. Mecanismo tiamina-pirofosfato CH3 C acetaldeído. salsicha. subprodutos vegetais. Chaim Weizmann (posteriormente o primeiro da à fermentação também ajuda a preservar os alimentos. tempoyak (Indonésia). dois dos três se ioniza. (a) TPP é a forma de coenzima da vitamina B1 (tiami- C 1 S tiazol da TPP na). desempenham um importante papel em A eliminação muitas reações bioquímicas – aqui. chucrute. CH3 OH 2 CH3 C OH C C C S S R N. 1 R N Estabilização R9 por ressonância R9 CH3 CH3 resultantes de fermentações: picles.. kefir (Rússia). como os colmos de milho. H1 facilitada pelo ➌ deslocamento do elétron CO2 2 no anel tiazólico de TPP. ou “acetaldeído ativo” (b). Na agri. ou após exercí- imobilizadas. ao longo da planta em desenvolvimento. das nas sementes são convertidas. c O NADH formado na glicólise deve ser reciclado para A gliconeogênese ocorre em todos os animais.3 Destinos do piruvato em condições anaeróbias: formação de açúcar”). ver também Figura 23-19). por vias que incluem a tria para produzir uma ampla variedade de compostos gliconeogênese. a gliconeogênese ocorre principalmente no fígado. Em plantas danças de pH. tações são desenvolvidas em grandes tanques fechados em desde micróbios até humanos. butírico e succínico. N E L S O N & M I C H A E L M . evolução. Em mamíferos. foi desenvolvida a e no fígado. alguns teci- que a temperatura e o acesso de ar são controlados para dos dependem quase completamente de glicose para sua favorecer a multiplicação dos organismos desejados e ex. as gorduras e as proteínas estoca- da deterioração. Para o cérebro humano e o sistema ner- cluir organismos contaminantes. muitos orga- feros. os elétrons passam do NADH para o O2 na res. que converte em glicose o piruvato fermentação e os compostos relacionados. protegendo os alimentos oriundas de sementes. 1 regenerar NAD . fígado e é convertido a glicose. Isso é realizado por uma via chamada de gliconeogênese (“nova RESUMO 14. como as leveduras. O etanol usado para fazer gasohol (mistura de 10% 14. Cori (Quadro 14-2. a medu- industriais está no fato de que as transformações químicas la renal e os tecidos embrionários. desses estoques não é sempre suficiente. Em condições mesmas em todos os tecidos e em todas as espécies. assim como os ácidos fórmico. Apenas o cérebro rendimento e com poucos subprodutos. A glicose e seus -primas baratas. vegetais. e nismos regeneram NAD1 pelo transporte de elétrons em menor extensão no córtex renal e nas células epiteliais do NADH para o piruvato. assim como para os eritrócitos. Os pre- aeróbias. e esse açúcar permanece sendo combustível qua- isopropanol. necessário como receptor de elétrons fungos e microrganismos. por fábricas quí. essas fermen. sabor e textura. Após exercícios vigorosos. Em geral.indd 568 07/04/14 14:27 . com três e quatro carbonos. o lactato produzido pela sos anaeróbios (fermentações). A glicose organismos. regeneram NAD pela assim produzida passa para o sangue e vai suprir outros te- redução de piruvato em etanol e CO2. o glicogênio se esgota. As fermentações são usadas na indús. pro. de três carbonos como o lactato. 56 8 D AV I D L . que volta para os músculos c Uma grande variedade de microrganismos pode fermen. resultando em mu. a glicose do sangue é a complexas e de múltiplas etapas são realizadas com grande principal ou a única fonte de combustível. o suprimento de glicose a partir tecnologia para imobilizar as células em um suporte inerte. Nelson_6ed_14. derivados são precursores para a síntese da parede celular. os sonho dos engenheiros! organismos precisam de um método para sintetizar glico- se a partir de precursores que não são carboidratos. energia metabólica. O papel central da glicose no metabolismo surgiu cedo na piônico.4 Gliconeogênese de etanol e 90% de gasolina) é produzido por fermentação microbiológica. Outros 1 que revestem internamente o intestino delgado. os testículos. e coletar o produto desejado no efluente – um cio vigoroso. No entanto. e é convertida a glicogênio – circuito chamado de ciclo de tar o açúcar de alimentos frescos. entre as refeições passar a matéria-prima continuamente pelo leito de células e durante períodos de jejum mais longos. as- sim como certos aminoácidos (Figura 14-16). de toda a glicose estocada como glicogênio nos músculos Para algumas fermentações industriais. requer em média 120 g de glicose por dia – mais da metade micas que se autorreproduzem – as células microbianas. Para esses períodos. ao dissacarídeo sacarose para o transporte orgânicos comercialmente valiosos a partir de matérias. o piruvato e o glicerol. Em mamí- c Em condições anaeróbias ou de hipoxia. A beleza das fermentações voso. COX TABELA 141 Algumas reações dependentes de TPP Enzima Via(s) Ligação clivada Ligação formada Piruvato-descarboxilase Fermentação alcoólica Piruvato-desidrogenase Síntese de acetil-CoA a-Cetoglutarato-desidrogenase Ciclo do ácido cítrico Transcetolase Reações de fixação de carbono Via das pentoses-fosfato maior. metanol. formando lactato. Nesses proces- cidos. acético. e os álcoois glicerol. não ocorre oxidação ou glicólise anaeróbia no músculo esquelético retorna para o redução líquida dos carbonos da glicose. se universal e unidade estrutural nos organismos atuais. cursores importantes da glicose em animais são compostos piração mitocondrial. As reações são essencialmente as na primeira etapa da fase de pagamento. butanol e butanediol. a via oposta. No Capítulo 20 (2) Piruvato é mostrado como organismos fotossintéticos usam essa via para converter os produtos primários da fotossíntese em FIGURA 1417 Vias opostas da glicólise e da gliconeogênese em fíga- glicose.6- ADP H2O do ácido -bifosfato cítrico Di-hidroxiacetona. e outros aminoácidos que também podem gerar fragmentos de três ou quatro carbonos. Em muitos microrganismos. a gliconeogênese. Piruvato- -carboxilase lação da via diferem de uma espécie para outra e de teci- do para tecido. servir como material inicial para a gliconeogênese. Nesta seção. A via a partir de fosfoenolpiruvato até glicose-6-fosfato é comum para 2NADH 1 2H1 2NADH 1 2H1 a conversão biossintética de muitos precursores diferentes de carboidratos de animais e plantas.1). os chamados (2) 3-Fosfoglicerato aminoácidos glicogênicos (ver Tabela 14-4. As reações da glicólise estão do lado esquerdo. Isso inclui alanina e aspartato. ver também Figura 18-15). o contexto metabólico e a regu. como acetato. 2GTP de dois ou três carbonos. sete das 10 reações enzimáticas gura 14-20 ilustra uma rota alternativa para a produção de oxaloacetato na da gliconeogênese são o inverso das reações glicolíticas. A gliconeogênese e a glicólise não são vias idênticas cor. Nelson_6ed_14. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 569 Glicose Outros sanguínea Glicoproteínas monossacarídeos Sacarose Glicogênio Dissacarídeos Amido Glicólise Gliconeogênese Glicose Glicose-6-fosfato ATP Pi Glicose-6- Hexocinase Animais Energia Plantas -fosfatase Glicose- ADP H2O -6-fosfato Fosfoenol.3-Bifosfoglicerato por oxaloacetato. consequentemente. usando o ciclo de Calvin (ver Seção 20. Frutose-6- -piruvato ATP Pi -fosfato Fosfofrutocinase-1 Frutose-1. discutido no Capítulo 16. presentes em seu meio de crescimento. em vermelho. analisa-se a gliconeogênese e 2ATP como ela ocorre no fígado de mamíferos. do de rato. para ser estocada como sacarose ou amido. A via partindo de piruvato a fosfoenolpiruvato passa (2) 1. 2ADP -carboxicinase neogênese inicia a partir de compostos orgânicos simples Piruvato. A Fi- etapas (Figura 14-17). -cinase (2) Oxaloacetato to. coenzimas e uma série de outros metabólitos (2) Fosfoenolpiruvato PEP- essenciais das plantas.6- -bifosfatase-1 Ciclo Frutose-1. Plan- tas e bactérias fotossintetizantes são as únicas capazes de converter CO2 em carboidratos. lactato e propiona. está mostrada do lado direito. a glico. (2) 2-Fosfoglicerato 2GDP nucleotídeos. Qualquer composto que possa ser convertido a piruvato ou 2ADP 2ADP oxaloacetato pode. 2ATP 2ATP dos a piruvato e oxaloacetato. Di-hidroxiacetona- -fosfato -fosfato Piruvato Aminoácidos Glicerol 3-Fosfoglicerato glicogênicos (2) Gliceraldeído-3- -fosfato Lactato Triacilgliceróis Fixação do CO2 2Pi 2Pi 1 1 2NAD 2NAD FIGURA 1416 Síntese de carboidratos a partir de precursores sim- ples. que podem ser converti. No mitocôndria. 2ATP Embora as reações da gliconeogênese sejam as mesmas 2ADP em todos os organismos. em azul.indd 569 07/04/14 14:27 . um intermediário do ciclo do ácido cítrico. respectivamente. Os rendo em direções opostas. embora compartilhem várias principais pontos de regulação da gliconeogênese representados aqui são discutidos posteriormente neste capítulo e em detalhe no Capítulo 15. ção de ácidos graxos [Capítulo 17].3-bifosfoglicerato 1 NADH 1 H 1 6. como representado na Figura Inicialmente. ácido carbônico formado a partir de CO2 1 H2O. três reações da glicólise são essencialmente irre. e seu acúmulo sinaliza ção não pode ocorrer por uma simples inversão da reação da a disponibilidade de ácidos graxos como combustíveis. as duas vias ocorrem principalmente no 2 Piruvato 1 HCO3 1 ATP ¡ citosol. essa é a via predominante quan- conversão de glicose em glicose-6-fosfato pela hexocinase. A piruvato-carboxilase é a primeira enzima de regu- duas reações exergônicas lação na via gliconeogênica. necessitando de acetil-CoA A primeira reação de contorno da gliconeogênese é a con. necessitando de regulação recíproca e coordenada. 507-508).8 ➒ 2-Fosfoglicerato ∆ fosfoenolpiruvato 1 H2O 7. que tem uma grande Como será visto no Capítulo 16 (ver Figura 16-16).2 ➍ Frutose-1. cítrico.7 0 a 25 ➌ Frutose-6-fosfato 1 ATP ¡ frutose-1. A seguir. Na glico.4 0 a 0. etapa ➓). Nelson_6ed_14. 517). nessa reação.) piruvato-cinase da glicólise (p.6-bifosfato ∆ di-hidroxiacetona-fosfato 1 gliceraldeído-3-fosfato 23. a via representada na Figura o oxaloacetato formado a partir do piruvato deve ser redu- TABELA 142 Variação de energia livre das reações glicolíticas em eritrócitos Etapa da reação glicolítica DG9° (kJ/mol) DG (kJ/mol) ➊ Glicose 1 ATP ¡ glicose-6-fosfato 1 ADP 216. antes de ser exportado para o citosol mitocôndrias. dor de bicarbonato ativado. O piruvato é primeiro transportado do citosol para a las.8 26 a 0 ➎ Di-hidroxiacetona-fosfato ∆ gliceraldeído-3-fosfato 7. descrita posteriormente.2 222. (Note que HCO3 é formado pela ionização do refere-se ao contorno das reações irreversíveis da via gli. do piruvato e alanina são os precursores glicogênicos. as três etapas irreversíveis são contornadas por a-cetoácido carboxílico (reações de transaminação são dis- um grupo distinto de enzimas. N E L S O N & M I C H A E L M . 14-19. em euca. da por uma sequência de reações de desvio que. o grupamento a- glicolíticas têm DG próximo de zero (Tabela 14-2). 554).3 ➓ Fosfoenolpiruvato 1 ADP ¡ piruvato 1 ATP 231. irreversível ção da piruvato-carboxilase pode reconstituir interme- em condições que prevalecem nas células intactas (Tabela diários de outra via metabólica central. a rea- variação negativa da energia livre e é. requer enzimas existentes tanto no citosol como nas para o oxaloacetato.) fosforilado por ATP para formar um anidrido híbrido (car- boxifosfato). a fosforilação do piruvato é alcança.4 216. Em animais. como efetor positivo.4 ➋ Glicose-6-fosfato ∆ frutose-6-fosfato 1. o ciclo do ácido 14-2.6-bifosfato 1 ADP 214.3-Bifosfoglicerato 1 ADP ∆ 3-fosfoglicerato 1 ATP 218. COX entanto. DG é a variação de energia livre calculada a partir das concentrações reais dos intermediários glicolíticos presentes em condições fisiológicas nos eritrócitos. converte o piruvato a oxaloacetato (Figura quanto a gliconeogênese são processos irreversíveis nas cé. Nas célu. 14-17 e descrita em detalhes aqui é uma das duas rotas que versíveis e não podem ser utilizadas na gliconeogênese: a levam de piruvato a PEP. cutidas em detalhe no Capítulo 18). a seguir a biotina desloca o fosfato na forma- A conversão de piruvato em fosfoenolpiruvato requer ção de carboxibiotina.6-bifosfato segunda via. -amino é transferido da alanina (gerando piruvato) para um neogênese. em piruvato pela piruvato-cinase (Figura 14-17). (Tenha em mente que “contorno” 2 gura 16-17. Como a membrana mitocondrial não tem transportador riotos. como definido no Capítulo 13 (p. tanto a glicólise zima biotina.8 0a2 ➑ 3-Fosfoglicerato ∆ 2-fosfoglicerato 4. consideram-se as três reações de contor. Como será visto. portanto. Uma a fosforilação da frutose-6-fosfato em frutose-1. predomina quando o pela fosfofrutocinase-1 e a conversão de fosfoenolpiruvato lactato é o precursor glicogênico. 57 0 D AV I D L .7 233.7 Nota: DG9° é a variação de energia livre padrão. em pH 7.5 0a4 ➏ 1 Gliceraldeído-3-fosfato 1 Pi 1 NAD ∆ 1. 14-18): lulas. As reações glicolíticas de contorno da gliconeogênese estão mostradas em vermelho. Oxaloacetato 1 ADP 1 Pi (14-4) A regulação separada das duas vias é atingida por meio de controles exercidos nas etapas enzimáticas existentes em A reação de carboxilação envolve biotina como transporta- apenas uma das vias. Assim. Assim.indd 570 07/04/14 14:27 .5 0 a 3. a piruvato- temente exergônicas para serem efetivamente irreversíveis -carboxilase. enquanto outras reações transaminação da alanina. Essa rea. As equações bioquímicas não são necessariamente equilibradas para H ou carga (p. (Acetil-CoA é produzida pela oxida- versão de piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP).) HCO3 é 2 colítica. uma enzima mitocondrial que requer a coen- no sentido da síntese de glicose. catalisando reações suficien. essas três reações são caracterizadas por uma grande mitocôndria ou é gerado dentro da mitocôndria a partir da variação negativa da energia livre. o mecanismo de reação está esquematizado na Fi- no da gliconeogênese.3 22 a 2 ➐ 1. O CO2 O2 O2 incorporado na reação da piruvato-carboxilase é perdido aqui como CO2. ADP 1 Pi com o consumo de NADH: Oxaloacetato 1 1 Oxaloacetato 1 NADH 1 H ∆ L-malato 1 NAD (14-5) (a) A variação de energia livre padrão para esta reação é Oxaloacetato muito alta. O é liberado e reage com o piruvato. (a) O Na mitocôndria. de intermediários de reação entre sítios ativos de enzimas está descrita na ção ocorre em duas fases. mas em condições fisiológicas (inclusive uma O O concentração muito baixa de oxaloacetato) o DG < 0 e a C CH2 C C reação é prontamente reversível. formando uma biotinil-enzima. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 571 Bicarbonato Piruvato FIGURA 1418 Síntese de fosfoenolpiruvato a partir de piruvato. No sítio cata. A descarboxilação leva a um rearranjo de elétrons que facilita o ataque do ATP oxigênio do carbonil da porção piruvato sobre o fosfato g do GTP. Piruvato- -carboxilase Biotina zido a malato pela malato-desidrogenase mitocondrial. em dois sítios diferentes da enzima. formando carboxibiotinil-enzima. com a produção de NADH citosólico: 1 1 Malato 1 NAD ¡ oxaloacetato 1 NADH 1 H (14-6) GDP PEP- -carboxicinase O oxaloacetato é então convertido a PEP pela fosfoe- CO2 nolpiruvato-carboxicinase (Figura 14-18). O braço longo tras reações de carboxilação dependentes de biotina.indd 571 07/04/14 14:27 . e no citosol ele é reoxidado a oxaloa- O2 O2 O2 GTP cetato. o piruvato é convertido a oxaloacetato em uma reação de- O O pendente de biotina. A função geral dos braços flexíveis no transporte grupo «-amino de um resíduo de Lys. mas o fluxo global dos metabólitos nos dois 1 processos ocorre em sentidos opostos. O O NH NH O– O O O O HCO – 3 N N C C CH2 CO2 C C CH2 C –O –O ATP ADP Pi –O C C O– O– Piruvato Oxaloacetato S S O O O Sítio 1 NH Sítio 2 Lys Piruvato-carboxilase FIGURA 1419 Papel da biotina na reação da piruvato-carboxilase. o íon bicarbonato é convertido a CO2 com gasto de ATP. estão mostrados na Figura 16-17. Nelson_6ed_14. formando oxaloacetato e regenerando o cofator está covalentemente ligado à enzima por uma ligação amida com o complexo biotinil-enzima. como as catalisadas composto pela biotina e a cadeia lateral da Lys transporta o CO2 da carboxi. Esta reação 21 é dependente de Mg e requer GTP como doador de grupo 22 fosforil: O PO3 Oxaloacetato 1 GTP ∆ PEP 1 CO2 1 GDP (14-7) CH2 C COO2 Fosfoenolpiruvato A reação é reversível em condições intracelulares. O braço biotinil-Lys longo desloca o CO2 do sítio 1 para o sítio 2. HO C 1 CH3 C C oxaloacetato é convertido a fosfoenolpiruvato pela PEP-carboxicinase. Em seguida. (b) No citosol. Figura 16-18. O O O O malato deixa a mitocôndria por meio de um transpor- Guanosina O P O P O P O2 tador específico presente na membrana mitocondrial inter- na (ver Figura 19-31). onde o CO2 (ver Figura 21-1). Mecanismos semelhantes ocorrem em ou- o CO2 reage com a biotina. catalisada pela piruvato-carboxilase. a for- mação de um composto de fosfato de alta energia (PEP) é (b) balanceada pela hidrólise de outro composto (GTP). pela propionil-CoA-carboxilase (ver Figura 17-12) e acetil-CoA-carboxilase biotinil-enzima para o sítio catalítico 2 na superfície da enzima. A rea. e os detalhes do mecanismo da reação da piruvato-carboxilase lítico 1. A malato-desidrogenase 2 O O2 mitocondrial age tanto na gliconeogênese como no ciclo do O ácido cítrico. exergônica e por isso irreversível em células intactas.6-bifostato a frutose-6-fosfato em piruvato no citosol de hepatócitos gera NADH. a frutose-1.6-bifosfatase (FBPa- continuidade à via gliconeogênica. O transporte de malato da mito. A importância relativa das duas vias depende da dis- citosólico é consumido na gliconeogênese (na conversão de ponibilidade de lactato ou piruvato e das necessidades citosólicas de NADH 1.9 kJ/mol Oxaloacetato Dois grupos fosfato de alta energia (um do ATP e um do Malato. cada um rendendo em torno de 50 kJ/mol em condi. para gliconeogênese. Lactato dria. no entanto. apenas um ATP é gerado a partir de ADP. quando PEP é conver. NADH + H+ -desidrogenase GTP). A conversão de lactato A conversão de frutose-1. A relação [NADH]/[NAD1] no citosol é 8 3 1024. etapa ➌). re efetivamente equivalentes redutores para o citosol. não pode ser transportado para fora da mitocôndria (ver texto). mas da hexocinase). A via à direita predomina quando o lactato é o precur- 17). Consequentemente. A reação é assim efetivamente irrever. como descrito antes. NAD+ Existe uma lógica na rota dessas reações na mitocôn. Essa via faz uso do lactato produzido pela glicólise nos com papéis metabólicos diferentes (lembre-se das isoenzi- eritrócitos ou no músculo em anaerobiose.6-bifosfa- a PEP pela isoenzima mitocondrial da PEP-carboxicinase. sendo particularmente importante em vertebrados após exercício vigoroso (Quadro 14-2). desidrogenase mitocondrial lulares dos intermediários. citosólica NAD+ ções celulares. propor- Um segundo contorno piruvato S PEP predomina cionando outro exemplo de duas enzimas distintas catali- quando o lactato é o precursor glicogênico (Figura 14. que promove a hidrólise essencialmente irreversível . a biossíntese de glicose não pode ocorrer a menos que sor. Como essa reação é altamente loacetato pela piruvato-carboxilase. já que NADH citosólico é gerado na reação da lactato-desidrogenase e o NADH esteja disponível. onde eles são escassos. Ao contrário. No Capítulo 21 será visto como uma sequência similar de carboxilação-des.9 kJ/mol. e o PEP é transportado para fora da mitocôndria para dar dependente de Mg21. As isoenzimas mitocon. A necessi- dade de ATP para a piruvato-carboxilase e GTP para PEP-carboxicinase (ver côndria ao citosol e a sua conversão a oxaloacetato transfe.57 2 D AV I D L . Essa Mitocôndria sequência de carboxilação-descarboxilação representa uma Citosol forma de “ativação” do piruvato. Embora a variação da energia livre padrão (DG9o) da via de duas etapas da conversão de piruvato em Malato PEP PEP seja de 0. é o segundo contorno tocôndria é consequentemente desnecessária. mas em localizações celulares ou 20). Figura 14. de modo que sua concentração permanece relativamente baixa. cerca FIGURA 1420 Vias alternativas da transformação do piruvato em de 105 vezes menor do que na mitocôndria. por genes separados nos cromossomos nucleares. essa transformação de piruvato em PEP proporciona um importante equilíbrio entre NADH produzido e consumido no citosol durante a driais e citosólicas da PEP-carboxicinase são codificadas gliconeogênese. Piruvato- sível na célula. em que a descarboxilação Piruvato Piruvato do oxaloacetato facilita a formação de PEP. Lactato. por exemplo. é convertido diretamente geração de frutose-6-fosfato a partir de frutose-1. é altamente negativa (225 kJ/ mitocondrial NADH + H+ mol). -carboxilase CO2 -carboxilase CO2 Observe que o CO2 adicionado ao piruvato na etapa ca- Piruvato Piruvato talisada pela piruvato-carboxilase é a mesma molécula per- dida na reação da PEP-carboxicinase (Figura 14-18b). sando a mesma reação. N E L S O N & M I C H A E L M . 1 (Tabela 14-2. se-1). Figura 14-17) está omitida para simplificação. NAD+ PEP-carboxicinase CO2 (DG). calculada a partir das medidas das concentrações ce. NADH + H+ carboxilação é usada para ativar acetil-CoA para a síntese -desidrogenase de ácidos graxos (ver Figura 21-1). PEP no é a soma das Equações 14-4 até 14-7: PEP- Piruvato 1 ATP 1 GTP 1 HCO32 ¡ -carboxicinase CO2 citosólica PEP 1 ADP 1 GDP 1 Pi 1 CO2 (14-8) DG9º 5 0. e a ex- portação de equivalentes redutores (como malato) da mi.3-bifosfoglicerato em gliceraldeído-3-fosfato. Depois que A segunda reação glicolítica que não pode participar da gli- o piruvato produzido na reação da lactato-desidrogenase coneogênese é a fosforilação da frutose-6-fosfato pela PFK- é transportado para a mitocôndria. Malato tido a piruvato durante a glicólise. ele é convertido a oxa. a variação de energia livre real Malato. devem ser gastos para fosforilar uma molé- cula de piruvato a PEP. Piruvato. isso é consequência do consumo rápido de PEP em Oxaloacetato Oxaloacetato outras reações. a Esse oxaloacetato. Como o NADH fosfoenolpiruvato. COX A equação global para esse conjunto de reações de contor. to (Figura 14-17) é catalisada por uma enzima diferente. mas não é encontrada em outros tecidos. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 573 do fostato em C-1 (não a transferência do grupo fosforil A gliconeogênese é energeticamente dispendiosa. As reações necessárias para substituir o NADH citosólico consumido na reação da gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase (a conversão de lactato a piruvato no citosol ou o transporte de equivalentes redutores da mitocôndria para o citosol na forma de malato) não estão consideradas neste resumo. 517). A maior parte desse alto custo Glicose-6-fosfato 1 H2O ¡ glicose 1 Pi energético é necessária para assegurar a irreversibilidade DG9º 5 213.6-bifosfato ¡ frutose-6-fosfato 1 Pi Frutose-6-fosfato ∆ glicose-6-fosfato Glicose-6-fosfato 1 H2O ¡ glicose 1 Pi Soma: 2 Piruvato 1 4ATP 1 2GTP 1 2NADH 1 2H1 1 4H2O ¡ glicose 1 4ADP 1 2GDP 1 6Pi 1 2NAD1 Nota: As reações de contorno estão em vermelho. pela corrente sanguínea. glicose 1 4ADP 1 2GDP 1 6Pi 1 2NAD 1 (14-9) da no Capítulo 15. Se células. neogênese são processos essencialmente irreversíveis nas portanto.3-bifosfoglicerato. de células renais kJ/mol. Evidentemente.6-bifosfato 1 H2O ¡ Frutose-6-fosfato 1 Pi A soma das reações biossintéticas que levam de piruvato DG9º 5 216. ção 14-9 não é simplesmente o inverso da equação para a gura 14-17). seu considerável potencial para formação de glicólise nesses tecidos. apenas duas moléculas de ATP: -fosfato para ADP. essa atividade converter piruvato em glicose é que se o piruvato fosse enzimática hidrolisaria a glicose-6-fosfato necessária para a excretado. Os números à direita indicam que a reação é para ser contada duas vezes. seis grupos fosfato de alta energia são consumidos. ATP pela completa oxidação aeróbia seria perdido (mais gênese no fígado. já que dois precursores de três carbonos são necessários para fazer uma molécula de glicose. quatro A conversão de glicose-6-fosfato em glicose é o terceiro na forma de ATP e dois na forma de GTP. As equações bioquímicas não estão necessariamente equilibradas para H e carga elétrica (p. 1 2 Piruvato 1 4ATP 1 2NADH 1 2H 1 4H2O ¡ zima similar (FBPase-2) com função de regulação.3-Bifosfoglicerato 1 NADH 1 H ∆ gliceraldeído-3-fosfato 1 NAD 1 Pi 32 Gliceraldeído-3-fosfato ∆ di-hidroxiacetona-fosfato Gliceraldeído-3-fosfato 1 di-hidroxiacetona-fosfato ∆ frutose-1. a Equa- desfosforilação da glicose-6-fosfato para formar glicose (Fi.3-bifosfoglicerato 1 ADP 32 1 1 1. que exigiria exigiria a transferência de um grupo fosforil da glicose-6. que são. Além disso. a varia- 21 Essa enzima ativada por Mg é encontrada no lúmen do ção de energia livre padrão da glicólise é pelo menos 263 retículo endoplasmático de hepatócitos. Uma segunda vantagem em investir energia para outros tecidos tivessem a glicose-6-fosfatase. Para cada molécula de glicose formada a partir do piruvato. Em condições intracelulares. etapa ➊). inclusive o cérebro e os músculos. O inverso da reação da hexocinase (p. como será visto no a esses outros tecidos. tanto a glicólise como a glico- 15-30). para o ADP): mas essencial Frutose-1. discuti.6-bifosfato Frutose-1.8 kJ/mol da gliconeogênese. A glicose produzida pela gliconeo. duas contorno moléculas de NADH são necessárias para a redução de duas O terceiro contorno é a reação final da gliconeogênese. formando ATP. 548) conversão de glicose em piruvato pela glicólise. Logo. Nas mesmas condições o DG global da gliconeo- e das células epiteliais do intestino delgado (ver Figura gênese é 216 kJ/mol. nos rins ou ingerida na dieta é entregue de 10 ATP são formados por piruvato. reação energeticamente Glicose 1 2ADP 1 2Pi 1 NAD1 ¡ desfavorável (Tabela 14-2. TABELA 143 Reações sequenciais na gliconeogênese a partir do piruvato 2 Piruvato 1 HCO3 1 ATP ¡ oxaloacetato 1 ADP 1 Pi 32 Oxaloacetato 1 GTP ∆ fosfoenolpiruvato 1 CO2 1 GDP 32 Fosfoenolpiruvato 1 H2O ∆ 2-fosfoglicerato 32 2-Fosfoglicerato ∆ 3-fosfoglicerato 32 3-Fosfoglicerato 1 ATP ∆ 1. . Capítulo 16).3 kJ/mol até glicose livre no sangue (Tabela 14-3) é A FBPase-1 é assim chamada para distingui-la de outra en. a moléculas de 1. todas as outras reações são etapas reversíveis da glicólise. incapazes de fornecer glicose para o sangue. A reação catalisada 1 2 piruvato 1 2ATP 1 2NADH 1 2H 2H2O pela glicose-6-fosfatase não requer a síntese de ATP. sen- do a hidrólise simples de uma ligação éster fosfato: A síntese de glicose a partir de piruvato é um processo relativamente dispendioso. as leveduras e muitas bactérias possuem uma via (o ciclo do glioxilato. que possa ser convertido a um desses intermediários. seguida pela redu- são prontamente canalizados para a gliconeogênese. são e. piruvato ou oxaloacetato. eles podem usar a pequena quantidade de rios do ciclo do ácido cítrico que podem sofrer oxidação a glicerol produzido na quebra das gorduras (triacilglice- oxaloacetato (ver Figura 16-7). COX Os intermediários do ciclo do ácido cítrico e alguns podem utilizar ácidos graxos como matéria-prima para a gliconeogênese. Os mamíferos não podem usar a acetil-CoA consumo de ATP e a produção de calor. o glicerol-fosfato é um de glicogênicos (Tabela 14-4). Por exemplo. Por ora. Os ve- getais. intermediário da gliconeo- intermediários do ciclo do ácido cítrico. PFK- como um precursor de glicose. antes de o desenvolvimento A via biossintética para a formação de glicose descrita an. respectivamente) las reações iniciais da gliconeogênese. seguida pela oxidação do carbono central. já que eles podem ser convertidos a piruvato ou intermediários do ciclo do ácido cítrico. Os mamíferos não podem converter ácidos graxos em glicose A glicólise e a gliconeogênese são mutuamente reguladas Nos mamíferos não ocorre a conversão líquida de ácidos Se a glicólise (a conversão de glicose em piruvato) e a gli- graxos em glicose. Citrato. Oxaloacetato Glutamato Asparagina Glutamina Aspartato RESUMO 14. ver Figura 16-22) para converter acetil-CoA em oxaloacetato. a-cetoglutarato. coneogênese (a conversão de piruvato em glicose) ocorres- tabolismo da maior parte dos ácidos graxos gera apenas sem simultaneamente em altas taxas. basta dizer Fumarato Triptofano* que as vias são reguladas de forma que. a conversão de piruvato em di-hidroxiacetona-fosfato pe- nescentes (piruvato e a-cetoglutarato. Tais aminoácidos gênese no fígado. to. succinato. No Capítulo 15 serão vistos os me- Treonina canismos desta regulação em detalhe. e vice-versa. as plântulas contam com os estoques de óleo das nas a partir de piruvato. em carboidrato. intermediário essencial na síntese de triacilgliceróis nos as principais moléculas que transportam grupos amino de adipócitos. (Capítulo 16). ou qualquer composto cogênio hepático. por exemplo. ser convertidos a glicose e são chamados Como será visto no Capítulo 21. já que a reação da piruva. N E L S O N & M I C H A E L M . cinco e seis carbonos da parede celular. dratos. e várias outras nas duas Cisteína Metionina Glicina Treonina vias. isocitrato. fumarato e malato – todos são intermediá. o fluxo de piruvato a-Cetoglutarato Arginina em direção à glicose diminui. proteínas são basicamente catabolizados a piruvato ou em gera di-hidroxiacetona-fosfato. os esqueletos de carbono rema. podem. Após a retirada de seus grupos amino da mito. quando o fluxo de Fenilalanina* Tirosina* glicose por meio da glicólise aumenta.indd 574 07/04/14 14:27 . não podem simplesmente fosforilar o glicerol. portanto. Isso é importante durante a germinação aminoácidos são glicogênicos das sementes. *Esses aminoácidos também são cetogênicos (ver Figura 18-15). da gliconeogênese. agrupados conforme o local de entrada A soma dessas duas reações é Piruvato Succinil-CoA ATP 1 H2O ¡ ADP 1 Pi 1 calor Alanina Isoleucina* Essas duas reações enzimáticas. portanto. Apesar de os mamíferos não converterem ácidos graxos -CoA. Como será visto no Capítulo 17. os adipócitos realizam uma versão truncada mamíferos. o resultado seria o acetil-CoA. conhecida como gliceroneogênese: côndria dos hepatócitos. A alanina e a glutamina. A fosforilação do glicerol pela de carbono da maior parte dos aminoácidos derivados das glicerol-cinase. ção da di-hidroxiacetona-fosfato em glicerol-fosfato (ver Figura 21-21). mas também dos intermediários sementes para a produção de energia e para a biossíntese do ciclo do ácido cítrico com quatro. mas essas células carecem da glicerol-cinase tecidos extra-hepáticos até o fígado (ver Figura 18-9). 57 4 D AV I D L . das folhas e a fotossíntese fornecerem energia e carboi- teriormente permite a síntese líquida de glicose não ape. são reguladas alostericamente e por modificações co- Serina Valina valentes (fosforilação). portanto esses organismos TABELA 144 Aminoácidos glicogênicos. aminoácidos glicogênicos particularmente importantes em Em vez disso. succinil. Dos 20 aminoácidos comuns.4 Gliconeogênese Histidina Prolina c A gliconeogênese é um processo ubíquo e de múltiplas etapas em que a glicose é produzida a partir de lacta- Nota: Todos esses aminoácidos são precursores da glicose sanguínea ou do gli. 1 e FBPase-1 catalisam reações opostas: to-desidrogenase é irreversível e as células não possuem outra via para converter acetil-CoA em piruvato. Sete etapas da gliconeogênese são catalisadas pelas Nelson_6ed_14. Alguns ou todos os átomos róis) para a gliconeogênese. o ca. apenas a leucina e a lisina (incluindo os intermediários do ciclo do ácido cítrico) são incapazes de fornecer carbonos para a síntese líquida de glicose. que le- da glutationa). etc. 22) é a oxidação da glicose-6-fosfato pela glicose-6-fos- Em outros tecidos. Precursores músculos e eritrócitos. Em alguns tecidos. o produto essencial da via das fato-desidrogenase (G6PD) para formar 6-fosfoglicona- pentoses-fosfato não é pentose. Fase Fase ções reversíveis. 2 GTP e 2NADH. Biossíntese redutora c Em mamíferos. Figura 14-21). A primeira reação da via das pentoses-fosfato (Figura 14- NADH. aos efeitos da. glândulas suprarrenais -fosfato. O NADH das para prevenir o gasto operacional com as duas vias formado na fase oxidativa é utilizado para produzir glutationa. Ribose-5-fosfato tos (ácidos graxos) para a produção de energia. A fase oxidativa produz pentoses-fosfato e NADPH se-5-fosfato para fazer RNA. cuja maior parte é então oxidada pelo ciclo do um ambiente redutor (uma relação alta de NADPH para ácido cítrico. O outro produto da fase oxidativa é a ribose-5-fosfato. por isso. A lactona é hidrolisada ao tecidos em que ocorre a síntese de grande quantidade de ácido livre 6-fosfogliconato por uma lactonase específica. a gliconeogênese no fígado. transaldolase 6-Fosfogliconato esteróis. deri- vado dos ácidos graxos. DNA e coenzimas como ATP. Na maioria dos tecidos animais. No entanto. A fosfopentose-isomerase converte a ribulose-5-fosfato nosos dos radicais livres gerados pelo oxigênio. Por manter ao seu isômero aldose. c A glicólise e a gliconeogênese são mutuamente regula. mas o doador de elétrons 1 -d-lactona. coenzimas e ácidos nucleicos. FADH2 e coenzima A. ■ NADPH.) retamente expostos ao oxigênio e. assim como aquelas de tumores. em glicose. utilizam a pentose ribo. e gônadas) utilizam o NADPH produzido por essa via. c Os animais não conseguem converter acetil-CoA. o principal destino ca- tabólico da glicose-6-fosfato é a degradação glicolítica até piruvato. necessário para as reduções biossintéticas ou para de elétrons. Transcetolase. a fase não oxidativa regenera seis mo- 14. Ácidos graxos. levando enfim à formação de ATP. essas são as rea. como aquelas da medula óssea. Nucleotídeos. a reação gera uma segunda molécula de NADPH.6-bifosfato -redutase pela FBPase-1. ribose-5-fosfato. NADP é o aceptor de elétrons. RNA ganismos. 1 NADP assim como da forma reduzida para a forma oxidada a glicose-6-fosfato tem outros destinos catabólicos. coenzimas. DNA. gerando sérias consequências médicas (Quadro 14-4). sim. o dano oxidativo de proteínas. essas células podem impedir ou recuperar vam a produtos especializados. da pele e da mucosa intestinal. vegetais e micror. que serve como precursor para nucleotí- deos. Nelson_6ed_14. au- mentando a taxa da gliconeogênese quando as células dispõem do fornecimento adequado de outros substra. um éster intramolecular. como será visto no Capítulo 15. Quadro 14-4) e dar suporte para a biossíntese redutora. não oxidativa oxidativa NADPH c Três etapas irreversíveis na glicólise são contornadas por reações catalisadas pelas enzimas gliconeogênicas: Glicose-6-fosfato (1) a conversão de piruvato em PEP via oxaloacetato. pode causar. NADPH GSSG fato pela glicose-6-fosfatase. ácidos graxos (fígado. o que é dispendioso. e o equilíbrio global está muito deslocado no contrapor os efeitos deletérios dos radicais de oxigênio. c A formação de uma molécula de glicose a partir de piru. permi- pentoses-fosfato tindo a produção contínua de NADPH e convertendo glicose-6-fosfato (em seis ciclos) a CO2. Os (Essa ribulose-5-fosfato é importante na regulação da glicó- eritrócitos e as células da córnea e do cristalino estão di. Ribulose-5-fosfato c A piruvato-carboxilase é estimulada por acetil-CoA. levando a via de oxidação. (2) a desfosforilação da frutose-1. Nessa 1 genase. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 575 mesmas enzimas usadas na glicólise. tecido adiposo. Em células que não estão utilizando a ribose-5-fosfato para a biossíntese. glândulas mamárias que sofre oxidação e descarboxilação pela 6-fosfoglicona- durante a lactação) ou a síntese muito ativa de colesterol to-desidrogenase para formar a cetopentose ribulose-5- e hormônios esteroides (fígado. o NADPH produzido pela via das glicose-6-fosfato até pentoses-fosfato pela via das pento- pentoses-fosfato é tão importante em impedir o dano oxida- ses-fosfato (também chamada de via do fosfogliconato tivo que um defeito genético na glicose-6-fosfato-desidro- ou via da hexose-monofosfato.5 Oxidação da glicose pela via das léculas da pentose em cinco moléculas da hexose glicose-6-fosfato. lise e da gliconeogênese. As células que se dividem rapidamente. GSSG (ver ao mesmo tempo. lipídeos e outras moléculas De grande importância em alguns tecidos é a oxidação da sensíveis. Os sentido da formação de NADPH. a primeira enzima da via. FIGURA 1421 Esquema geral da via das pentoses-fosfato. NADP 1 vato requer 4 ATP. necessários para a célula. nos rins e CO2 NADPH no intestino delgado gera glicose para uso pelo cérebro. NADP é o aceptor NADPH. Nos eritrócitos.indd 575 07/04/14 14:27 . e (3) a desfosforilação da glicose-6-fos. Glutationa- xicinase. NADP1 2 GSH catalisada pela piruvato-carboxilase e pela PEP-carbo. A divicina também (G6PD). que afeta em torno de 400 milhões de pessoas age como fármaco antimalária. É primaquina. muitos pitagóricos com atividade normal da G6PD ficiência de G6PD e certos fatores ambientais produz as talvez. Em • OH hidroxil indivíduos deficientes em G6PD. liberando hemo. A maioria dos indivíduos deficientes pode proteger contra a malária. do dano oxidativo causado pelo peróxido de hidrogênio sulfa (medicamentos). é inibido em eritrócitos deficientes hidroxil. -glicono-d-lactona instrutiva. doenças em humanos pelo mesmo mecanismo bioquími- nética: a deficiência de glicose-6-fosfato-desidrogenase co que leva à resistência à malária. Já que a van- te Médio desde a Antiguidade. Glicose-6-fosfato 1 2NADP 1 H2O ¡ 1 ribose-5-fosfato 1 CO2 1 2NADPH 1 2H Nelson_6ed_14. que também requer NADPH.indd 576 07/04/14 14:27 . 1 precursor para a síntese de nucleotídeos. (H2O2) e pelos radicais livres superóxido. DNA oxidação de proteínas e do DNA. COX QUADRO 144 MEDICINA Por que Pitágoras não comia falafel: deficiência da glicose-6-fosfato-desidrogenase O feijão-fava. também protege as células radiação ionizante. divicina superóxido dantes altamente reativos gerados como subprodutos 2H1 e2 metabólicos e pela ação de fármacos como a primaquina e produtos naturais como a divicina – o ingrediente tóxi. Esse agente redutor. estudos mostram que FIGURA Q1 Papel do NADPH e da glutationa na proteção das células con- tra derivados de oxigênio altamente reativos. e a ingestão de feijão-fava em todo o mundo. como a prima- dem ocorrer com a ingestão do fármaco contra a malária. A distribuição geográfica da deficiência de G6PD é Glicose-6. 57 6 D AV I D L . a deficiência de G6PD globina livre no sangue. e2 H2O 2GSH GSSG vertida de volta à forma reduzida por glutationa-redutase e NADPH (Figura Q-1). áreas onde a malária é mais prevalente. Recusando-se a comer em G6PD é assintomática. Apenas a combinação da de. Radical O22 herbicidas. a via das pentoses-fosfato termina nesse ponto. Além de tais observações epidemiológicas. Plasmo. antimaláricos. O parasita é muito sensível ao dano oxidativo a produção de NADPH na reação da glicose-6-fosfato-desidrogenase. Os -redutase danos celulares resultantes são peroxidação de lipídeos Danos oxidativos para NADP1 NADPH 1 H 1 levando à degradação das membranas dos eritrócitos e lipídeos. a produção de NADPH Glutationa- está diminuída e a destoxificação do H2O2 está inibida. agentes oxi. talvez porque ela deixasse muitas pessoas doen. tem sido uma im. muitas vias biossintéticas. algumas vezes em falência renal. O2 que produz NADPH. No favismo. Glutationa-peroxidase Peróxido de H2O2 2H2O co do feijão-fava. mantém o genótipo deficiente em G6PD em populações tes com uma condição chamada de favismo. A regeneração de GSH a partir de sua forma oxidada (GSSG) requer em G6PD. 6-Fosfo- -fosfato Glicose-6. e morre por um nível de estresse oxidativo tolerável ao portante fonte de alimento no Mediterrâneo e no Orien. os eritrócitos começam a sofrer lise 24 dições insuportáveis de estresse oxidativo. atue causando estresse oxidativo ao parasita. fármacos. e a glutationa oxidada é con. H2O2 hidrogênio é convertido a H2O pela glutationa reduzida sob a ação H 1 da glutationa-peroxidase. a seleção natural de fava. podendo resultar em icterícia e causa problemas médicos graves. ou após a exposição irônico que os fármacos contra a malária possam causar a certos herbicidas. e ribose-5-fosfato. herbicidas ou divicina. inconscientemente. essencial em Respiração mitocondrial. protege a célula por destruir o peróxido de hidrogênio e os radicais livres dium falciparum. ou antibióticos de sulfa. Apenas em con- fatal. falafel. causado por a 48 horas após a ingestão dos feijões. A glutationa reduzida (GSH) o crescimento do parasita causador da malária. Frequências tão altas quanto 25% ocorrem -fosfato- na África tropical. O H2O2 também é degradado a Radical livre H2O e O2 pela catalase. Durante a destoxificação normal. que pode ser humanas onde a malária é prevalente. N E L S O N & M I C H A E L M . tenham aumentado o risco de manifestações clínicas. A glicose-6-fosfato-desidrogenase catalisa a primei- ra etapa da via das pentoses-fosfato (ver Figura 14-22). ingrediente do falafel. proteínas. em partes do Oriente Médio e sul da -desidrogenase (G6PD) Ásia. Sintomas similares po. contrair malária. e a equação O resultado líquido é a produção de NADPH. Supõe-se que um fármaco antimalária. hospedeiro humano deficiente em G6PD. O filósofo e matemático tagem da resistência à malária equilibra a desvantagem grego Pitágoras proibia seus seguidores de alimentar-se da baixa resistência ao dano oxidativo. quina. Esses sintomas têm uma base ge. agente global é redutor para as reações biossintéticas. H 2O completando o ciclo e permitindo a oxidação contínua de Lactonase glicose-6-fosfato com a produção de NADPH. as HOCH ƒ pentoses-fosfato produzidas na fase oxidativa da via são Glicose-6- HCOH -fosfato recicladas em glicose-6-fosfato. formando frutose-6-fosfato e a tetrose eritrose-4-fosfato (Figura CH2OH 14-25). HCOH D-Ribulose Duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato formadas por ƒ 5-fosfato duas repetições dessas reações podem ser convertidas HCOH ƒ a uma molécula de frutose-1. Xilulose-5-fosfato ƒ O HOCH -fosfato ƒ 6-Fosfoglicono- HCOH -d-lactona A seguir. Neste ponto. 14-27b) que é central para o mecanismo da reação. for- ƒ C“ O mando frutose-6-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato a partir ƒ de eritrose-4-fosfato e xilulose-5-fosfato (Figura 14-26). fosfo-hexose-isomerase convertem frutose-1. Duas enzimas exclusivas da via das pentoses- O O2 -fosfato agem nessas interconversões de açúcares: a trans- ’ √ C cetolase e a transaldolase.Mg melhante à reação da aldolase na glicólise: um fragmento -desidrogenase NADPH 1 H1 de três carbonos é removido da sedoeptulose-7-fosfato CO2 e condensado com o gliceraldeído-3-fosfato. a ƒ HCOH transcetolase transfere C-1 e C-2 da xilulose-5-fosfato ƒ para a ribose-5-fosfato. CO2 e NADPH. e finalmente a FBPase-1 e a Fosfopentose. No total. A ƒ CH2OPO232 transaldolase usa a cadeia lateral de uma Lys para formar a base de Schiff com o grupo carbonil de seu substrato.Mg21 C O C O -desidrogenase NADPH 1 H 1 H C OH HO C H Ribulose-5- H C OH -fosfato H C OH epimerase C“ O ƒ CH2OPO322 CH2OPO322 HCOH Ribulose-5. Nelson_6ed_14. Os a cetose. FIGURA 1422 Reações oxidativas da via das pentoses-fosfato. A reciclagem Mg21 contínua leva finalmente à conversão de glicose-6-fosfato a seis CO2. dessa forma estabilizando o carbânion (Figura produtos finais são ribose-5-fosfato. A transcetolase catalisa a ƒ HCOH transferência de um fragmento de dois carbonos de uma ƒ 6-Fosfogliconato cetose doadora a uma aldose aceptora (Figura 14-24a). da mesma forma que o faz HCOH na reação da piruvato-descarboxilase (Figura 14-15). Nessa fase não oxidativa. seis moléculas de açúcar-fos- ƒ fato de cinco átomos de carbono são convertidas a cinco CH2OPO232 moléculas de açúcar-fosfato com seis átomos de carbono. que estabiliza um carbânion de dois carbonos nes- HCOH 5-fosfato ƒ sa reação (Figura 14-27a).indd 577 07/04/14 14:27 .6-bifosfato como na glico- CH2OPO232 neogênese (Figura 14-17). HOCH Em sua primeira aparição na via das pentoses-fosfato. NADP1 21 Em seguida. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 577 HCOH A fase não oxidativa recicla as pentoses-fosfato a ƒ HCOH glicose-6-fosfato ƒ O Em tecidos que requerem principalmente NADPH. em uma série de rearranjos dos esqueletos ƒ HC de carbono (Figura 14-23). formando o produto de sete carbo- HCOH ƒ nos sedoeptulose-7-fosfato (Figura 14-24b). a transaldolase catalisa uma reação se- 6-fosfogliconato.6-bifosfato a -isomerase glicose-6-fosfato. a transcetolase age novamente. ƒ a ribulose-5-fosfato é primeiro epimerizada a xilulose-5- HC ƒ -fosfato: CH2OPO22 3 CH2OH CH2OH NADP1 Glicose-6-fosfato. O fragmento CH2OPO232 de três carbonos remanescente da xilulose é o gliceralde- ído-3-fosfato. seis pentoses-fosfato são con- vertidas a cinco hexoses-fosfato (Figura 14-23b) – agora o CHO ƒ ciclo está completo! HCOH A transcetolase requer o cofator tiamina-pirofosfato ƒ D-Ribose (TPP). Frutose 6. Todas as reações mostradas aqui são reversíveis. Frutose-6- -fosfato -fosfato -fosfato -fosfato Frutose-1.indd 578 07/04/14 14:27 . Sedoeptulose-7- -fosfato -fosfato -fosfato -fosfato (b) FIGURA 1424 A primeira reação catalisada pela transcetolase. (a) A reação geral catalisada pela transcetolase é a transferência de um grupo de dois carbonos. Ribose-5. as outras enzimas também participam das vias glicolítica e gliconeogênica.6- -difosfatase 5C 3C 4C 6C Aldolase Transcetolase Triose-fosfato- Xilulose-5. Gliceraldeído-3. (a) Essas reações convertem pentoses-fosfato a hexoses-fosfato. -isomerase -fosfato Gliceraldeído-3. (b) Conversão de duas pentoses- -fosfato em uma triose-fosfato e um açúcar-fosfato de sete carbonos. 57 8 D AV I D L . transportado temporariamente pela TPP ligada à enzima. o sentido dessas reações é invertido (ver Figura 20-10). setas unidirecionais são usadas apenas para deixar claro o sentido das reações durante a oxidação contínua da glicose-6-fosfato. N E L S O N & M I C H A E L M . 5C 7C 6C -fosfato (a) (b) FIGURA 1423 Reações não oxidativas da via das pentoses-fosfato. sedoeptulose-7-fosfato. Eritrose-4. Nelson_6ed_14. A transcetolase e a transaldolase são específicas dessa via. Nas reações independentes de luz da fotossíntese. Glicose 5C 3C 4C 6C 5-fosfato -fosfato -fosfato 6-fosfato 6C Isomerase Fosfo-hexose- -isomerase 5C 3C Epimerase Transcetolase Transaldolase 5C 3C Xilulose-5. (b) Diagrama esquemático mostrando a via a partir de seis pentoses (6C) a cinco hexoses (5C). Note que isto envolve dois grupos de interconversões mostrados em (a). Gliceraldeído-3. COX Reações oxidativas da via das pentoses-fosfato 5C 7C 6C Ribose Sedoeptulose-7. permitindo a continuação das reações de oxidação (ver Figura 14-22). de uma cetose doadora para uma aldose aceptora. CH2OH CH2OH C O O H TPP O H C O CHOH C Transcetolase C CHOH 1 R R 2 R 1 R2 Cetose Aldose doadora aceptora (a) CH2OH C O O H CH2OH C HO C H C O H C OH H C OH O H HO C H H C OH TPP C H C OH H C OH H C OH Transcetolase H C OH H C OH CH2OPO32 CH2OPO32 CH2OPO32 CH2OPO32 Xilulose-5. Frutose-6- -fosfato -fosfato -fosfato -fosfato FIGURA 1426 A segunda reação catalisada pela transcetolase. a triose-fosfato pode ser oxidada dolase. CH2OH CH2OH Todas as enzimas da via das pentoses-fosfato estão lo- C OH 1 C OH calizadas no citosol. pentoses-fosfato.indd 579 07/04/14 14:27 . NADPH e ATP. Eritrose-4. é essencialmente o inverso das (b) Transaldolase reações mostradas na Figura 14-23 e utiliza muitas das mesmas enzimas. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 579 CH2OH C O CH2OH HO C H C O O H H C OH C HO C H O H H C OH C H C OH H C OH 1 1 H C OH H C OH Transaldolase H C OH H C OH CH2OPO322 CH2OPO322 CH2OPO322 CH2OPO322 Sedoeptulose-7. Nelson_6ed_14. Essa via.. como aquelas da glicólise e a maioria Lys N C Estabilização Lys N C2 das enzimas da gliconeogênese. Gliceraldeído-3. De fato. Frutose-6- -fosfato -fosfato -fosfato -fosfato FIGURA 1425 A reação catalisada pela transaldolase. (a) O anel da aldolase como na gliconeogênese. o processo que converte hexoses- R9 R9 -fosfato a pentoses-fosfato é crucial para a fixação fotos- CH3 CH3 sintética de CO2 pelas plantas. O processo descrito na Figura 14-22 é conhecido como a via oxidativa das pentoses-fosfato. essas três vias H H por ressonância H H estão conectadas por meio de vários intermediários e en- Base de Schiff zimas compartilhados. fosfato. e essas duas trioses podem ser unidas pela ções covalentes com a transcetolase e a transaldolase. C2 1S Estabilização 1 C S converter hexoses-fosfato a pentoses-fosfato.6-bi- TPP estabiliza o carbânion no grupo hidroxietil transportado pela transceto- lase. As reações da parte não oxidativa da HOH2C C HOH2C C2 via das pentoses-fosfato (Figura 14-23) são prontamente reversíveis e assim também proporcionam uma maneira de . (b) Na reação da transal. Eritrose-4. Alternativamente. Como será R N3 5 por ressonância R N 4 visto no Capítulo 20. O gliceraldeído-3-fosfato formado protonada pela ação da transcetolase é prontamente convertido a di- -hidroxiacetona-fosfato pela enzima glicolítica triose-fosfa- FIGURA 1427 Intermediários carbânions estabilizados por intera. a base de Schiff protonada formada entre o grupo «-amino da cadeia a piruvato pelas reações glicolíticas. to-isomerase. CH2OH CH2OH C O O H C O C HO C H O H HO C H H C OH TPP C H C OH 1 1 H C OH H C OH Transcetolase H C OH H C OH CH2OPO322 CH2OPO322 CH2OPO322 CH2OPO322 Xilulose-5. ver Figura 14-15 para a química da ação da TPP. Gliceraldeído-3. A primeira e a (a) Transcetolase terceira etapa são oxidações com grandes variações ne- OH OH gativas de energia livre padrão e são essencialmente irre- versíveis na célula. a via redutora TPP das pentoses-fosfato. O destino das trioses lateral de uma Lys e o substrato estabiliza o carbânion C-3 formado após a é determinado pelas necessidades relativas das células por clivagem aldólica. formando frutose-1. estimulando alostericamente G6PD e des. a transcetolase (com TPP como co- ausência deste aceptor de elétrons. Glicólise ATP sado por uma deficiência grave de tiamina. e a ribose-5-fosfato é um precursor para a fermentação 544 isomerases 560 síntese de nucleotídeos e ácidos nucleicos. 58 0 D AV I D L .indd 580 07/04/14 14:27 . ção da sua afinidade por TPP e agrava a síndrome de Wernicke-Korsakoff. -fosfato te da TPP. a [NADPH] aumenta e inibe a primeira enzima da via das pentoses-fosfato. glicólise 544 mutases 560 sintéticas.5 Oxidação da glicose pela via das c A entrada de glicose-6-fosfato na via glicolítica ou na via pentoses-fosfato das pentoses-fosfato é basicamente determinada pelas 1 concentrações relativas de NADP e NADPH. A síndrome é mais comum entre pessoas alcoóla. N E L S O N & M I C H A E L M . Glicose-6. as mesmas enzimas catali- sa forma aumentando o fluxo de glicose-6-fosfato pela via sam o processo inverso. c A via oxidativa das pentoses-fosfato (via do fosfoglico- nato ou via da hexose-monofosfato) realiza a oxidação e a descarboxilação da glicose-6-fosfato em C-1. novamente. Termos-chave 1 zindo NADP em NADPH e produzindo as pentoses- Os termos em negrito estão definidos no glossário. redu. com a conversão reversível de seis pentoses- 1 NADPH em NADP em reduções biossintéticas. hipoxia 546 galactosemia 562 fermentação etanólica tiamina-pirofosfato va de ácidos graxos. a via redutora das pentoses- das pentoses-fosfato (Figura 14-28). RESUMO 14. Esse defeito torna os indivíduos muito mais sensíveis à deficiência de tiamina: mesmo uma deficiência moderada de tiamina (tolerável por indivíduos com transce. A síndrome pode ser exacerbada por uma mutação 6-fosfo- no gene da transcetolase que resulta em uma enzima com gliconolactona baixa afinidade por TPP – uma afinidade dez vezes menor que a normal. A segunda respiração 553 via da hexose- fase compreende etapas não oxidativas que convertem fosfoenolpiruvato (PEP) 554 monofosfato 575 Nelson_6ed_14. o nível de -fosfato a cinco hexoses-fosfato. a via das pentoses-fosfato. ■ tese e redução da glutationa (ver Figura 14-21). Tecidos em fermentação láctica 546 intolerância à lactose 561 crescimento rápido e tecidos realizando biossíntese ati. Quando a célula está convertendo rapidamente carbono. componen. que inicia o ciclo pentoses-fosfato depende das necessidades momentâne. Na c Na segunda fase. Quando a demanda -fosfato: a conversão de cinco hexoses-fosfato a seis 1 por NADPH é menor. pentoses-fosfato também diminui. A glicose-6-fosfato é repartida entre a glicólise e a via das pentoses-fosfato A entrada da glicose-6-fosfato na glicólise ou na via das pentoses-fosfato a glicose-6-fosfato. c O NADPH fornece a força redutora para as reações bios. cinco. Via das tras do que na população em geral porque o consumo crônico pentoses- NADPH e intenso de álcool interfere com a absorção intestinal de -fosfato tiamina. Nas reações de fixação 1 NADP eleva-se. FIGURA 1428 Papel do NADPH na regulação da partilha da glico- se-6-fosfato entre a glicólise e a via das pentoses-fosfato. que convertem glicose-6-fosfato a ribu. -fosfato. fosforilação no nível do via das pentoses- c A primeira fase da via das pentoses-fosfato consiste em substrato 553 fosfato 575 duas oxidações. e a glicose-6-fosfato é c Um defeito genético da transcetolase provoca a diminui- usada para alimentar a glicólise. Em pessoas com a síndrome de Wernicke-Korsakoff isso resulta no agra. quatro. O resultado é uma redução -fosfato da velocidade de toda via das pentoses-fosfato. a primeira reação da fator) e a transaldolase catalisam a interconversão de via das pentoses-fosfato (catalisada por G6PD) não pode açúcares de três. 1 as da célula e da concentração de NADP no citosol. Como resultado. que podem incluir perda severa da NADPH é formado mais rápido do que está sendo consumido para biossín- memória. COX A síndrome de Wernicke-Korsakoff é exacerbada por um Glicose defeito na transcetolase A síndrome de Wernicke-Korsakoff é um distúrbio cau. Quando vamento dos sintomas. NADPH tolase não mutada) faz o nível de TPP cair abaixo daquele Pentoses- necessário para saturar a enzima. confusão mental e paralisia parcial. de carbono da fotossíntese. fosforilação ligada à via do fosfogliconato 575 1 lose-5-fosfato e reduzem NADP a NADPH. seis e sete átomos de prosseguir. o nível de NADP diminui. colesterol ou hormônios esteroides (alcoólica) 546 (TPP) 565 enviam mais glicose-6-fosfato para a via das pentoses- isoenzimas 548 gliconeogênese 568 -fosfato do que os tecidos com menor demanda por pen- acil-fosfato 552 biotina 570 toses-fosfato e poder redutor. mais glicose-6- -fosfato está disponível para glicólise. & Waddell.. 140–145. R. (1981) Chemistry of proton abstraction by glycolytic Glicólise enzymes (aldolase. E.K.. Philos.B. Trans. Huynen. Woerle.. behavior of phosphofructokinase. A. 382–391.C. Philos.J. Hammon.R. Kresge. Meyer. Rose. (1999) Manual of Industrial Microbiology 294–298.E. 2436–2459. F. S. (eds). B Biol. 719–730. Geral Fruton. A. Elsas.. Phillips. 5–22. DC. Leituras adicionais escrita em nível desafiador. G. D. B. 47. 565–581. E. Atlas. 9. N. Van Beers. Hardie. C. L. 27. FEBS J. Davies. Keith. Petry. Biol. A. Willson. Biol. 185–214.. (1996) Post-exercise lactate metabolism: a comparative Enzymes of Glycolysis: Structure. 4633–4646. Nat. T. M..E. renal à gliconeogênese. & Penner. (1981) Design of glycolysis. stem Liese. (2000) Molecular basis of disorders metabolic pathways and enzyme active sites. Einerhand. & Watson. distribuição tecidual e sua expressão durante o Dang. Rev. Soc. B Biol. M. function. Sherman. 1–214.S. J. and regulation. glycolysis. structural genomics and enzymology: completing the picture in Novelli.C. of human galactose metabolism: past.L. J. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 581 Uma coleção de excelentes revisões sobre as enzimas glicolíticas.. 115–124. Biomed. Martin. N. König. (1998) The fundamental importance of human galactose metabolism: lessons from genetics and Gatenby. R. H..M. G. J. W. glycolysis: an evolutionary approach. Plant Physiol.A... Aschenback. Sticklen. C. 433–443. & Reichardt. Rev.G.. Soc..-S. Chem. Enzymatic features of the glucose metabolism in tumor cells..R. M.. New York. 293. M. (2008) Plant genetic engineering for biofuel 105–111. metabolism. Yale University Press.G. 57. 465–472..H. Erlandsen. J. B Biol. 38–47. H. Boiteux. Diabetes Care 24.. Ser. Uma revisão de nível intermediário sobre a visão bioinformática Uma revisão sobre as quatro enzimas hexocinases de mamíferos: da evolução da glicólise.J. Este texto inclui uma detalhada consideração histórica sobre a Uma revisão muito útil sobre a localização subcelular das enzimas pesquisa em glicólise.C. (2005) Otto Fritz Meyerhof and the elucidation of the glycolytic pathway. Simoni. 343. H. Stephani. J.. Med.D. isomerases. pathways. 98–102. A. Melendez-Hevia.L. Cohen. & Hess.. R. Biol. suas propriedades. Rev. Biochem. 552–553. Physiol. (1999) Pathway alignment: application to the comparative analysis of Smith. W.. 10. Sci.. & Holzhütter. & Stumvoll... Cancer 2.H. and Biotechnology. 197–262. review of sites. J. R.. A. glicolíticas e a regulação da glicólise em plantas. Zu. J. Genet. Nat. Introdução clássica a todos os aspectos das fermentações 278. Opin. 68–72. (2006) Industrial cells. S. 62–65.S. Mol. Res. Mol. Annu. industriais. Buller. Snel.B. S. Curr.. 40–48. 71.. Metab. Trans. M. R. Nelson_6ed_14. & Bork. T. Abola.V. B.. (2000) Metabolic control: a new solution to an old & Dekker. Chem. (2000) Mammalian hexokinases and their abnormal glycolytic enzymes. 280.C. Blake.. & Hill. E.. (2001) Pelicano. R. H. P. Soc. 24. (2000) Combining Genet. & Evans. Shirmer. D. H. Br. Bulik. Plant Mol. Grand. Gerich. Nature 343. Herling. and future. 170–178. H. C. e3. & Simon. (1977) Perfection in enzyme catalysis: the energetics of triose phosphate isomerase. 58.W. Biol. (2004) Why do cancers have high biochemistry. E. & Wandrey. Oncogene 25. A.D. Hu. T.. Ser. Cell 129. Seelbach.H. (2011) Washington. Genet. Sci. R. & Albery. J. J. & Reichardt. Biochem. Activity and Evolution. Biotransformations.C. 1. Philos. P. (1981) The Gleeson. structure.. (2006) Renal gluconeogenesis: its importance in human glucose homeostasis. and cancer. 293. P. H. Harris. 30.F. expression in cancer. J.L. R757–R759. Revisão de nível intermediário. W. & Huang. aerobic glycolysis? Nat. & Stevens.A. C. & Semenza. A. R.G.M.C. G. Revisão de nível intermediário sobre a contribuição do tecido Revisão de nível intermediário. 869–877. Cancer 4. Trends Biochem. Sci. D.B. (2006) p53 turns on the energy switch. and development.C. T. (1990) Structural basis for the allosteric Dandekar. Cell Biol..L. Lond. Sci. Rev. Revisão de nível intermediário sobre os mecanismos dessas Uma revisão de nível intermediário da via e da visão clássica de enzimas. R. & Wu. Nuno. C. present.C..S.K. Lond. Sci.. R. I. Curr.A.. R. Uma revisão de nível intermediário sobre as estruturas das enzimas glicolíticas. Biol. Nat. 7. Fermentações Heinrich. R.J. production: towards affordable cellulosic ethanol. (1998) The molecular biology of galactosemia. Trends Genet. Mol. J. & Lai. Annu.. Knowles. Trans. Demain. Soc. G.E. (1999) Oncogenic alterations of desenvolvimento de tumores. John Wiley & Sons. secret of making sweet milk from sour dough. (eds). O uso de microrganismos na indústria para a síntese de produtos valiosos a partir de matérias-primas baratas. Lond. 14. Gliconeogênese Uma breve revisão sobre os artigos clássicos. D. K. Donkin.. que também estão disponíveis on-line.. Uma breve revisão sobre as bases moleculares para o aumento da Vias alimentadoras da glicólise glicólise em tumores. seu controle. 10. (1995) Intestinal brush border glycohydrolases: problem. Biochem. Kristensen. B. (1999) The structural design of Hershberger. 131–144. Trans. Glycolysis inhibition for anticancer treatment. 293. and Enzymes: The Interplay Plaxton.L. Struct. 891–899. Ser. R-H. (1999) Proteins. (2010) Gluconeogenesis in dairy cows: the Kritikou.. and pyruvate kinase). K.indd 581 07/04/14 14:27 . Rev. (1996) The organization and regulation of plant of Chemistry and Biology.. IUBMB Life 62. (2002) Hypoxia—a key regulatory factor in tumour growth. Montero. (eds). 10. Rev. mas compreensível para o estudante iniciante em bioquímica. J. American Society for Microbiology. Rev. Schuster.J..D. New Haven. Crit. & Gillies.. Genes.J. Acc. (2007) Hypoxia-inducible factors. K.. J. T. In localizações são importantes na resposta do músculo. O experi- Saggerson. As concentrações dos três interme- diários no hepatócito de um mamífero são frutose-1. o oxigênio deve ser man- glicólise.6-bifosfa- Notaro.. Chem... (2000) Human mutations to. 395–403. 8105–8108.. Mehta. 617–653. inflammation and carcinogenesis are controlled through the pentose phosphate pathway by transaldolase.1042/BJ20081961). salgada de feijão de soja e trigo com vários microrganismos. K. Para evitar que o molho de soja tenha um gosto forte de vina- creva a equação global ou líquida para a fase preparatória da gre (vinagre é ácido acético diluído). última publicação em 2001 (a) Se [1-14C]glicose (glicose marcada em C-1 com 14C) é como um conjunto de quatro volumes. H. Escreva Uma revisão de nível intermediário. Cornudella. L. R. (2006) Glucose 6-Phosphate apenas o tempo necessário para cada intermediário da via de Dehydrogenas Deficiency. e explique por que essas Horecker. Produção de etanol em leveduras. 14 CO2 durante a fermentação a etanol? Explique. Um experi- Oxidative stress. Z. (1986) Cellular final). Es. and oxidant stress.. J.indd 582 07/04/14 14:27 . lase catalisa a reação glicolítica Martini. os efeitos de mutações nessa enzima em humanos e os efeitos de mutação knock-out em comundongos. Como esses dois compostos são produzidos? riação de energia livre padrão para cada reação. do tecido Reflections on Biochemistry (Kornberg.212). S. que estão disponíveis on-line.. Depois es.1036/ommbid. eds) A caça impede efetivamente qualquer entrada adicional de gli- (http://dx. (b) Onde teria que estar localizado 14C na glicose inicial para assegurar que toda atividade do 14C seja liberada como Wood. T. Luzzatto. Biochem J. & Landas. Compare a localização de GLUT4 com a de GLUT2 e GLUT3.. (doi:10. 58 2 D AV I D L . xiacetona-fosfato.6-bifosfato ¡ enzyme. L.. gliceraldeído-3-fosfato 1 di-hidroxiacetona-fosfato Uma revisão de nível intermediário sobre a glicose-6-fosfato- A variação de energia livre padrão para esta reação no sentido desidrogenase. gliceraldeído-3-fosfato. & Foellmi.L.L. J. COX Hers. Por quê? Nelson_6ed_14. o gliceraldeído-3-fosfato é convertido a piruvato (a Structure and mechanism of phosphoenolpyruvate carboxykinase.. trato marcado com 14C (o pulso) com o extrato de levedura. D. Por quê? 8. No músculo esquelético em atividade. Tari. R. BioEssays 18. (1997) anaeróbias.W. Oaks. livre para essa reação na temperatura corporal (37°C)? Perl.. com a variação de energia livre padrão líquida.. 485–494. A aldo- Uma breve revisão sobre os artigos clássicos. Inc. 631–637. L. glicose. L. agora é mantida on-line (www. Howat. & Delbaere. e26. Os fermentadores indus- Wood. (1994) Glucose 4. nutrients. incluindo a va. L. (2011) 6.. Vogelstein. Pergamon Press. equilíbrio a 25°C. creva equações bioquímicas equilibradas para todas as reações incluindo leveduras. O caminho dos átomos na fermentação. A. Academic Press.4 3 1025 M.L. & Bitensky. 4.W. & Oro. R. R. Cell Biochem. 1. 1. 3 3 1026 M. Vulliamy. ao longo de um período de 8 a 12 meses. & Ursini. B. com a variação de energia livre padrão para Via oxidativa das pentoses-fosfato cada reação. FL.. convertem piruvato em acetaldeído. e então reduzem FASEB J. Biochem. Orlando. utilizando os potenciais de redução padrão Horecker’s contributions to elucidating the pentose phosphate que estão na Tabela 13-7.. & Hue. 52. 5. di-hidro- in glucose 6-phosphate dehydrogenase reflect evolutionary history... eds). M. S. L. Trends mento de “pulso e caça” usando fontes de carbono marcadas Mol. G. A marcação é então “caçada” Molecular Bases of Inherited Disease (Valle. biochemistry of glucose 6-phosphate and 6-phosphogluconate dehydrogenase activities. Chem. Horecker. e calcule sua constante de Kresge. D. J. o acetaldeído em etanol usando elétrons do NADH. A. A. 3. Relarico. & Luzzatto. pp. 17.com). O calor das fermentações. Hanczko.V. T. A. Goldie.. B. & Hill. Harris. Cell Biochem. L.. do cérebro e do fígado à insulina. A. qual é a localização do 14C no etanol bioquímicos e genéticos de centenas de doenças metabólicas produzido? Explique. Simoni. com 14C é realizado em extrato de levedura mantida em condi- ções rigorosas de anaerobiose para produzir etanol. Equação para a fase preparatória da glicólise.8 kJ/mol.6 3 1025 M. 241–247. P. As leveduras (S. D. tato..D. B. Ballabio. Depois escreva a equação global ou líquida para a fase de pagamento da glicólise (com o lactato como produto Chayen.J.W.. descrito é 123. Funct. triais de larga escala geralmente requerem resfriamento cons- tante e eficaz. Variações energéticas da reação da aldolase. e o piruvato é reduzido a lac- Biol. A. 174–181. Inc. ao longo da via pela adição de excesso de glicose não marcada. A fermentação para a produção de molho de soja.doi. (1996) A new lease on life for an old Frutose-1. N.. Rev. quando crescem anaerobiamente em meio com tissue-specific regulation by hormones. T. incluindo a variação de energia livre padrão líquida. 65–72. Essa clássica enciclopédia médica. do catabolismo da glicose em duas moléculas de gliceraldeí. N E L S O N & M I C H A E L M . Med.. (2005) Bernard L. 272. R.L. lactato e etanol. Escreva as equações equilibradas para todas as reações desse processo. 249–253. Fase de pagamento da glicólise em músculo esque- of glycolysis. Biol. lético. Funct. H. Kletzien. pathway.G. Os transportadores GLUT. 8. cose marcada na via.ommbid... A. tido fora do tanque de fermentação. Ela contém descrições dos aspectos clínicos. 280.T.F. In Scriver’s Online Metabolic and fermentação tornar-se marcado.. 6-phosphate dehydrogenase: a “housekeeping” enzyme subject to cerevisiae). fase de pagamento da glicólise).K. (1983) Gluconeogenesis and related aspects 2. sob condições Matte. (1985) The Pentose Phosphate Pathway.E.. a equação para a segunda reação. (1976) Unraveling the pentose phosphate pathway. Beaudet. utilizada como substrato... Problemas Molho de soja é preparado por fermentação de uma mistura 1. humanas – uma fonte autorizada e leitura fascinante. Antonarakis.. Annu. J. (1986) Physiological functions of the pentose phosphate pathway. Kinzler.org/10. adiposo. Oxford. 14. (2009) Getting to grips with the pentose phosphate mento consiste na incubação de pequena quantidade do subs- pathway in 1953. 4. 7. Qual é a variação de energia FASEB J.A. T. O molho resultante (depois da remoção dos sólidos) é rico em do-3-fosfato (a fase preparatória da glicólise). L. Afolayan. 6-bifosfato marcada com C em C-3 e C-4. uma ingestão de cerca de 160 g de carboidrato diariamente. do baço. No entanto. mas apenas em torno de 20 mg de niacina. (3) Quando arsenato era substituído por fosfato. como você explica essa observação? torno de 7% da energia livre liberada quando a glicose é com- pletamente oxidada a CO2 e H2O. a fermentação parava antes que toda a glicose fosse utilizada. são 14 (b) [1-14C]Piruvato. Os sintomas clínicos das duas (K9eq 5 0. promovidas pela fosfogli. em uma série de estudos clás- levedura mutante cuja via glicolítica foi encurtada devido à sicos sobre a fermentação da glicose a etanol e CO2 por extratos presença de uma nova enzima que catalisa a reação de leveduras de cerveja. CO2 e uma hexose- 3-Fosfoglicerato -bifosfato.) esquelético seja desprovido da lactato-desidrogenase.3 kJ/mol). Embora os dois tipos pro- voquem desconforto gástrico após a ingestão de leite. ocorre com uma constante de equilíbrio desfavorável ficiência de enzimas. Papel da lactato-desidrogenase. Isso significa que a glicólise 17. Um extrato de fígado capaz de realizar todas as reações metabólicas normais O 2 do fígado é incubado por um curto período. Gliceraldeído-3. O que acontece com as proteínas musculares? R C O As O2 1 H2O 20. Após um curto período de tempo.6-bifosfato? para a maioria dos organismos. Adultos engajados em alta taxa pela glicólise? Explique. DG9° 5 6. Eficiência da produção de ATP no músculo. mas permite que a fermentação a cerato-cinase e pela piruvato-cinase. catalisada pela gliceraldeído-3-fosfato-desidro. cessário para a síntese de glicerofosfolipídeos pode ser sinte- tizado a partir de um intermediário glicolítico. Harden e Young. tos a partir da informação acima. gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase se o fosfato fosse subs- vedura. Quais produtos muitas enzimas que necessitam de fosfato também usariam se acumulam no sangue e nos tecidos em cada tipo de deficiên- o arsenato. Necessidade de fosfato para a fermentação alcoó- 10. (a) Por que a fermentação cessa quando o suprimento de 11.indd 583 07/04/14 14:27 . 15. 14 se-1. Explique por quê. Nos músculos das pernas do coelho ou no músculo das piruvato em etanol e CO2 é essencial? Por quê? Identifique a asas do peru. Suponha que o músculo etanol e CO2 se complete? (ver Problema 14. do cérebro e finalmente à morte. A via dos átomos na gliconeogênese. Durante ativida. com os seguintes precursores marcados com C. em experimentos 14 O O distintos. que toda glicose fosse convertida a etanol e CO2. exercício físico intenso requerem. Envenenamento por arsenato. e a fermentação ocorria até lula? Explique. Gravidade dos sintomas clínicos devido à de- genase. UDP-glicose:galactose-1-fosfato-uridiltransferase – mostram brio desfavorável? severidades radicalmente diferentes. Qual era a (b) Qual seria a consequência para um organismo se o fos- 14 localização do C no gliceraldeído-3-fosfato inicial? De onde fato fosse substituído por arsenato? O arsenato é muito tóxico 14 veio a segunda marcação com C na frutose-1.3-bifosfoglicerato. A trans. a O encurtamento da via glicolítica resultante beneficiaria a cé. CH3 C COO] mais estáveis e são transformados nas células por meio de ação enzimática. acil-arsenatos se decompõem rapidamente por hidrólise: 19. Síntese do glicerol-fosfato. quando o NAD1 NADH1 H1 suprimento de fosfato esgotava. Uma consequência do jejum prolongado é a redução da O O massa muscular. Equivalência das trioses-fosfato. HO 14 C O Por outro lado.3-bi- fosfoglicerato. O ATP é formado na fase de pagamento da (c) Por que a substituição de fosfato por arsenato previne o glicólise por meio de duas reações. foi isolada fruto. hexose-bifosfato não se acumulava. Por exemplo. 12. a defi- 14. os compostos orgânicos de arsenato cia enzimática? Estime as toxicidades relativas desses produ- são menos estáveis do que os compostos de fosfato análogos. como o 1. (a) Antecipe o efeito na reação líquida catalisada pela 14 -fosfato marcado com C foi adicionado a um extrato de le. o ATP é produzido quase exclusivamente por fer. Explique. hexose-bifosfato que se acumula. 18. Variação da energia livre para a oxidação das trio. acil-fosfatos.08. O glicerol-3-fosfato ne- anaeróbia no músculo é um desperdício de glicose? Explique. Definhamento dos músculos durante o jejum prolon- gado. fosfato se esgota? de intensa. O Nelson_6ed_14. A arsenato é estru. (2) Durante a fermentação Gliceraldeído-3-fosfato 1 H2O nessas condições havia acúmulo de etanol. gerar ATP em 16. Como a célula supera o equilí. dos tural e quimicamente similar ao fosfato inorgânico (Pi). Em 1906. para nutrição adequada. ses-fosfato. A oxidação do gliceraldeído-3-fosfato a 1. ciência da transferase também leva a disfunções do fígado. Suponha que você descobriu uma lica. sequência de reações para essa conversão. a demanda por ATP no tecido muscular aumenta (b) Por que etanol e CO2 se acumulam? A conversão de muito. ou seja. acúmulo da hexose-bifosfato. Por que ela se acumula? mentação láctica. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 583 9. Poderia ele desenvolver atividade física vigorosa. tituído por arsenato. Papel da vitamina niacina. mas o fluxo por esse ponto da formas de galactosemia – deficiência de galactocinase ou de via glicolítica ocorre facilmente. Proponha uma 13. R C O 1 HO 2 As O2 1 H1 O] O 2 (a) [14C]Bicarbonato. fizeram as seguintes observações: (1) Fosfato inorgânico foi essencial para a fermentação. Dado o papel da formação de glicose a lactato nos miócitos libera apenas em niacina na glicólise. Atalho da glicólise. e rins. 6-bifosfato e os ní- cogênico. pela relação estequiométrica conhecida. Custo energético de um ciclo de glicólise e glico. Um defeito congênito na -fosfato. Um procedimento comum para determinar a eficiência de um composto como precursor 0 de glicose em mamíferos é manter um animal faminto até que 0 20 40 60 os estoques de glicogênio do fígado sejam consumidos e então Tempo (min) administrar o composto em questão. O mol de succinato de sódio ingerido. Relação entre frutose-1. (c) Por que a concentração de lactato não é zero durante o 14 dique a localização do C em todos os intermediários e no pro. 58 4 D AV I D L . tenso. Por que 150 [Lactato] no sangue (mM) é importante que a gliconeogênese não seja o inverso exato da glicólise? 23. O lactato absorvido pelo fígado é convertido em Explique como essa reação inibe a transformação de lactato glicose. Corrida 21. porque ele deve ser primeiro convertido a glicose-6. Variações energéticas da reação da piruvato-ci. Nelson_6ed_14. catalisada Florizina pela álcool-desidrogenase hepática: 29. com o consumo de 6 móis de ATP por mol de glicose em piruvato. lactato e pela medida da quantidade de [14C]glicose produzida. A extensão desse processo em uma preparação de fígado de rato pode ser monitorada pela administração de [14C] 26. pode-se predizer no gráfico. 100 nase. uma condição OH conhecida como hipoglicemia. Substratos glicogênicos. é sempre maior que o predito o término da corrida? Por que o declínio ocorre mais lentamen. Antes Depois neogênese. blo- (b) Glicerol. durante e depois de uma corrida de 400 m estão mostradas de ATP é conhecida (cerca de 5 ATP por O2). COX Trace a via de cada precursor ao longo da gliconeogênese. H OH resulta em uma deficiência de glicose no sangue. a glicose. ]OOC CH2 CH2 COO] tos. Mostre por meio de reações enzimáticas conhecidas enzima hepática 1. O OH CH3 C COO] HOCH2 OH (e) Butirato. OH OH OH queia a reabsorção normal de glicose no túbulo renal. Sugira uma explica- te do que o aumento? ção possível para essa observação. 27. Níveis de lactato no sangue durante exercício in. No entanto. Explique em termos bioenergéticos como a conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato na gliconeogênese supera a grande variação negativa da energia livre padrão da reação da 50 piruvato-cinase na glicólise. fazendo com que a glicose presente no sangue seja quase completa- CH2 C CH2 mente excretada na urina.5 mol de glicose (sintetizada por gliconeogênese) para cada 1 (c) Acetil-CoA. Qual é o custo (em equivalentes de ATP) de 200 transformar glicose em piruvato pela via glicolítica e de este voltar à glicose pela gliconeogênese? 22. lactato? quando o O2 extra utilizado na síntese de glicose a partir de (b) O que causa o declínio da concentração de lactato após lactato é efetivamente medido. 28. Relação entre gliconeogênese e glicólise. 24. As concentrações de lactato no plasma sanguíneo an. quando (a) O que causa o rápido aumento na concentração de uma dada quantidade de lactato é administrada. Excesso de captação de oxigênio durante a glico- 1 1 CH3CH2OH 1 NAD ¡ CH3CHO 1 NADH 1 H neogênese. o consumo extra de O2.6-bifosfatase resulta em níveis de lactato quais substratos a seguir são glicogênicos. Como a estequiometria entre o consumo de O2 e a produção tes. Em um experimento. um glicosídeo tóxico da casca da pereira.indd 584 07/04/14 14:27 . In. CH3 CH2 CH2 COO] O H O C CH2 CH2 H 25. ratos alimen- H tados com florizina e succinato de sódio excretaram cerca de 0. acima da velocidade normal. Por que isso leva à hipoglicemia? produzida. HO H dos de atividade intensa ou depois de várias horas sem comer. especialmente após perío. anormalmente altos no plasma sanguíneo. N E L S O N & M I C H A E L M . Como o succinato é trans- CH3 C S-CoA formado em glicose? Explique a estequiometria. A primeira etapa no metabolis- mo do etanol pelo fígado é a oxidação a acetaldeído. Efeito da florizina no metabolismo dos carboidra- (a) Succinato. O substrato que levar a um aumento líquido do glicogênio hepático é chamado de gli. OH H O O consumo de álcool (etanol). (d) Piruvato. Explique. O etanol afeta os níveis de glicose no sangue. veis de lactato no sangue. estado de repouso? duto. A florizina. talB. no genoma de Z. Outra bactéria. codifica L-arabinose-isomera- se.. coli sariam catalisar. dessa forma limitando sua utilidade para a produ. Environ. mobilis. descreva a via global para a fermen- mentar a glicose a etanol. No entanto. mobilis permi- tiram a entrada da arabinose na fase não oxidativa da via das pentoses-fosfato (Figura 14-23). Como resultado. Criando um sistema de fermentação. de celulose. muitas fontes potenciais tação de seis moléculas de arabinose a etanol. coli listadas Muitos microrganismos podem degradar celulose e então fer. mobilis strain by metabolic pathway engineering. na qual ela foi convertida em Problema de análise de dados glicose-6-fosfato e fermentada a etanol. que não é tão facilmente fermentada. para capacitá-la a usar xilose assim como arabinose para pro- (a) Por que essa é uma estratégia mais simples que o inver. tktA. 31. é melhor para a produção de etanol. K. S. 4465-4470. utilizada para gerar principalmente NADPH para reações de indique uma enzima discutida neste capítulo que realize uma biossíntese. araD. mas a bactéria não é naturalmente tolerante a altos níveis de etanol. gura 14-23. transcetolase. Eddy e Picataggio D-Xilose (1996) descreveram seus esforços para combinar as principais características úteis desses dois organismos. Development of an arabinose-fermenting Zymomonas -fosfato em L-xilulose-5-fosfato. que interconverte L-ribulose-5. mobilis: araA. (1996) L-ribulose-5-fosfato-epimerase.. transaldolase. Deanda. Zymomomas mobi- CH2OH lis. Zhang. 62. gramínea perene nativa da América do culas de arabinose a etanol e CO2? Quantas moléculas de ATP Norte). Combinando as cinco enzimas de E. mas não pode fermentar arabinose. o outro produto. coli mais tolerante a etanol? mesmo devem existir). Deanda. ribose-5-fosfato. o rendimento de ATP esperado é ape- C nas 1 ATP por molécula de arabinose. & Picataggio. Microbiol. coli em linhagem de Z.. que usa ATP para fosforilar L-ribulose em C-5. HO C H Por quê? H C OH Outro açúcar comumente encontrado em material vegetal é a xilose. C. coli inseridos em Z. Se a oxidação da (b) Descreva brevemente a transformação química catali- glicose-6-fosfato pela via das pentoses-fosfato estivesse sendo sada por cada uma das três enzimas ara e. incluindo resíduos da agricultura e switchgrass (e) Qual é a estequiometria da fermentação de seis molé- (Panicum virgatum. com as enzimas dessa via. se acumularia. você esperaria que essa reação gerasse? se. A fermentação (c) As três enzimas converteram enfim a arabinose em que de matéria vegetal para a produção de etanol combustível é um açúcar? método potencial para reduzir o uso de combustíveis fósseis (d) O produto da parte (c) alimenta a via mostrada na Fi- e assim as emissões de CO2 que levam ao aquecimento global. Eddy. PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA DE LEHNINGER 585 30. descrita anteriormente. Que problemas isto poderia causar? Os cinco genes de E. Nelson_6ed_14. araB. duzir etanol? Você não precisa nomear as enzimas (elas nem so: criar E. L-ribu.indd 585 07/04/14 14:27 . Apesar disso ser menos benéfico para a bactéria. Z. e. mobilis modificada. é naturalmente tolerante a altos níveis de etanol. Appl. apenas cite as reações que elas preci- Deanda e colaboradores inseriram cinco genes de E. (f) Zymomonas mobilis utiliza uma via para a fermenta- ção etanólica levemente diferente daquela descrita neste ca- H O pítulo. introduzindo os (g) Quais enzimas adicionais você precisaria introduzir na genes das enzimas metabolizadoras de arabinose de E. M. também contêm quantidades substanciais de arabino. quando possível. Papel da via das pentoses-fosfato. Referência locinase. H C OH H O CH2OH C D-Arabinose H C OH A Escherichia coli é capaz de fermentar arabinose a eta- HO C H nol. H C OH ção de etanol comercial. Zhang. reação análoga. que interconverte L-arabinose em L-ribulose. indd 586 07/04/14 14:27 . Nelson_6ed_14. Esta página foi deixada em branco intencionalmente.