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Glicolise Descomplicada., Notas de estudo de Bioquímica

O texto trata de um resumo feito por mim (Gustavo André) acerca das 10 reações que compreendem a Via Glicolitica, com o objetivo de introduzir conceitos básicos para um estudo do assunto. Curso Ciências Biológicas com Ênfase em Ciências Ambientais na UFPE, atualmente, no 1° período. (2023.1)

Tipologia: Notas de estudo

2023

Compartilhado em 29/07/2023

gustalingrado
gustalingrado 🇧🇷

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O processo de Oxidação da molécula de Glicose
como principal fonte de energia para os seres vivos.
* Resumo da Glicólise. - edição.
1. A Glicólise é o processo no qual ocorre, dentro do citosol, a oxidação da molécula de
Glicose, em duas moléculas de Ácido Pirúvico, ou Piruvato. Nota que, a Glicose, de Fórmula
C6H12O6, configura uma hexose, enquanto que as moléculas de Ácido Pirúvico geradas
configuram trioses, ou seja, moléculas com metade do número de carbonos da Glicose,
assim, especificando que uma quebra. Quando ocorre o processo digestivo e o alimento
ingerido é reduzido a moléculas de Glicose, a Glicose proveniente da quebra é liberada na
corrente sanguínea e consequentemente indo em direção às células. Chegando na célula, a
glicose, em sua forma ‘normal’ de hexose, não possui a capacidade de fixar-se
primordialmente ao citosol das determinadas células, por conta da característica que a
molécula tem em atravessar a membrana plasmática, para isso, é necessária uma ação da
enzima Hexoquinase, catalisando uma reação de fosforilação, utilizando, para isto, de um
ATP (Adenosina tri-fosfato), removendo o fosfato presente e o convertendo em ADP
(Adenosina di-fosfato), assim, fixando o fosfato citado no carbono de número 6 da Glicose, e
com isso, ocorre a formação da Glicose 6-fosfato. Isto ocorre pois o grupo fosforil (Fosfato,
PO3) não tem capacidade de atravessar a membrana plasmática livremente, então, com a
adesão desse Fosfato na Glicose, automaticamente, ele também se torna incapaz de sair da
célula, assim, permanecendo no citoplasma para sofrer as outras 9 reações deste lindo
processo metabólico. Nota que, a Glicose possui ligado em seu sexto carbono um grupo
Hidroxila, e este grupo é substituído pelo fosfato, Notem também que, quando diz-se
Fosfato, que é representado pela letra P, não nos referimos literalmente ao Fosfato sozinho,
pois quando ele é anexado na molécula, ele está ligado com outros três Oxigênios, ou seja,
PO3: chamamos isto de “Grupo Fosforila”. Esta reação é irreversível, e a enzima que a
catalisa reação, como citado, é uma Cinase, a Hexocinase, e toda vez que uma enzima
possui cinase no nome, é porque ela tem como função transferir um grupo fosforil de um
ATP para uma outra molécula, gerando um ADP, ou, transferir um grupo fosforil de uma
molécula para um ADP, formando ATP. No processo da Glicólise, existem cinases que
realizam reações dos dois tipos citados. Vamos para a próxima.
Figura 1. Conversão de Glicose em Glicose-6-fosfato pela enzima Hexoquinase. Grupos transferidos notados em
vermelho.
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O processo de Oxidação da molécula de Glicose

como principal fonte de energia para os seres vivos.

* Resumo da Glicólise. - 2ª edição.

  1. A Glicólise é o processo no qual ocorre, dentro do citosol, a oxidação da molécula de Glicose, em duas moléculas de Ácido Pirúvico, ou Piruvato. Nota que, a Glicose, de Fórmula C6H12O6, configura uma hexose, enquanto que as moléculas de Ácido Pirúvico geradas configuram trioses, ou seja, moléculas com metade do número de carbonos da Glicose, assim, especificando que há uma quebra. Quando ocorre o processo digestivo e o alimento ingerido é reduzido a moléculas de Glicose, a Glicose proveniente da quebra é liberada na corrente sanguínea e consequentemente indo em direção às células. Chegando na célula, a glicose, em sua forma ‘normal’ de hexose, não possui a capacidade de fixar-se primordialmente ao citosol das determinadas células, por conta da característica que a molécula tem em atravessar a membrana plasmática, para isso, é necessária uma ação da enzima Hexoquinase, catalisando uma reação de fosforilação, utilizando, para isto, de um ATP (Adenosina tri-fosfato), removendo o fosfato presente e o convertendo em ADP (Adenosina di-fosfato), assim, fixando o fosfato citado no carbono de número 6 da Glicose, e com isso, ocorre a formação da Glicose 6-fosfato. Isto ocorre pois o grupo fosforil (Fosfato, PO3) não tem capacidade de atravessar a membrana plasmática livremente, então, com a adesão desse Fosfato na Glicose, automaticamente, ele também se torna incapaz de sair da célula, assim, permanecendo no citoplasma para sofrer as outras 9 reações deste lindo processo metabólico. Nota que, a Glicose possui ligado em seu sexto carbono um grupo Hidroxila, e este grupo é substituído pelo fosfato, Notem também que, quando diz-se Fosfato, que é representado pela letra P, não nos referimos literalmente ao Fosfato sozinho, pois quando ele é anexado na molécula, ele está ligado com outros três Oxigênios, ou seja, PO3: chamamos isto de “Grupo Fosforila”. Esta reação é irreversível, e a enzima que a catalisa reação, como citado, é uma Cinase, a Hexocinase, e toda vez que uma enzima possui cinase no nome, é porque ela tem como função transferir um grupo fosforil de um ATP para uma outra molécula, gerando um ADP, ou, transferir um grupo fosforil de uma molécula para um ADP, formando ATP. No processo da Glicólise, existem cinases que realizam reações dos dois tipos citados. Vamos para a próxima. Figura 1. Conversão de Glicose em Glicose-6-fosfato pela enzima Hexoquinase. Grupos transferidos notados em vermelho.
  1. Após a formação da Glicose 6-fosfato, para facilitar a futura quebra da molécula em duas trioses essenciais para a formação do Ácido Pirúvico, a enzima Fosfohexose Isomerase catalisa uma reação de isomerização, assim, convertendo a Glicose 6-fosfato em Frutose 6-fosfato, de mesma fórmula. Isto ocorre porque as ligações entre os átomos da molécula de Frutose são mais instáveis, e isso facilita a quebra. Lembrando que isômeros são moléculas que possuem a mesma fórmula química, no caso, C6H12O6, ou seja, possui as mesmas quantidades dos mesmos tipos de átomos, mas, a maneira como esses átomos se organiza é diferente, por isso, são moléculas diferentes, mas, por terem a mesma fórmula, são chamadas de isômeras, e uma pode ser convertida na outra, mudando-se os átomos de posição. A enzima responsável por esses atos de isomerização é sempre uma do tipo Isomerase, e esta reação pé reversível. Figura 2. Conversão da Glicose 6-fosfato (direita) em Frutose 6-fosfato (esquerda).
  2. Após a formação da Frutose 6-fosfato, a próxima reação se trata também de uma Fosforilação, e isto ocorre porque a adição de mais um fosfato na molécula a deixa instável o suficiente para finalmente ser quebrada nas condições certas. A enzima que catalisa esta reação chama-se Fosfofrutoquinase, ou simplesmente, PFK-1, como também é chamada. A enzima atua atraindo outra molécula de ATP, retirando o grupo fosforil e o adicionando na Molécula de Frutose 6-fosfato, desta vez, adicionando o grupo no carbono 1, e formando uma nova molécula, a Frutose-1,6-bisfosfato. Detalhe que, até agora foram gastos 2 atp, mas nas reações seguintes, esses atp serão recuperados. Basicamente, a célula gasta alguns atp no início, mas, irá recuperar ao final das reações, por isso, as reações até agora constituem uma etapa da Glicólise chamada de Investimento Energético. Figura 3. Conversão de Frutose 6-fosfato em Frutose-1,6-bisfosfato.
  1. Agora, o que ocorrerá é uma oxidação. As ligações dessas moléculas possuem muita energia, a oxidação se trata puramente de quebrar algumas dessas ligações, e coletar a energia liberada. Na glicólise, a molécula que irá coletar a energia dessa oxidação se chama NAD, o NAD recolhe a energia da quebra da ligação, feita por uma enzima específica, e leva essa energia para a mitocôndria, onde ela será usada para formar ATP na última etapa da respiração celular: a Cadeia Respiratória. o NAD leva e trás energia, energia esta que está contida na forma de elétrons, e íons H+, pois quando as ligações são quebradas, ocorre a liberação de elétrons, e de hidrogênios, que ficam na forma de H+. Quem recebe hidrogênios se reduz, e quem perde hidrogênios se oxida. Como o NAD que chega para coletar e energia, fundamentalmente, já deixou um par de elétrons e H+ na cadeia respiratória, ele se oxidou, e está na forma de H+, e quando ele pegar novamente os hidrogênios e elétrons, ele será reduzido, e ficará na forma de NADH, ou, pode também ser representado por NADH + H+. Agora que lhe foi explicado o funcionamento básico da molécula de NAD, que será muito importante nesta etapa, vamos detalhar a reação em si. A molécula de Gliceraldeído 3-fosfato sofrerá uma reação de oxidação, que será catalisada pela enzima Gliceraldeído 3-fosfato Desidrogenase, detalhe que, sempre que uma enzima se chama Desidrogenase, é porque ela irá catalisar uma oxidação, e como oxidação é literalmente retirar hidrogênios provenientes da quebra das ligações, Desidrogenase pode ser traduzido ao pé da letra como Desidrogenação - Retirar hidrogênios. Quando o Gliceraldeído for oxidado, ocorrerá uma liberação grande de energia, e para que não seja desperdiçada, e molécula de NAD+ recolherá grande parte dessa energia, será reduzida a NADH + H+ e será direcionada para a cadeia respiratória, a fim deixar essa energia lá, pois é essa energia, em forma de elétrons e hidrogênios, que torna possível a formação da maior parte do ATP da respiração celular. Bom, como a energia liberada nesta reação é muito grande, além de formar o NADH, a energia liberada irá atrair um fosfato inorgânico. Existem os fosfatos que estão nas moléculas de ATP, e existem aqueles que estão soltos na célula, sem estarem ligados a um ATP, e são estes que chamamos de Inorgânicos. Os fosfatos do ATP são notados como PO3, e os fosfatos inorgânicos e soltos são notados como Pi, ou, PO4. Então, esse fosfato se fixará no carbono 1 da molécula de Gliceraldeído, e voltaremos a ter moléculas com dois fosfatos na Glicólise. Note que, são dois gliceraldeídos, então nessa reação tivemos a formação de dois NADH, e a atração de dois fosfatos, cada um para uma molécula de Gliceraldeído. A fixação do fosfato e a oxidação do Gliceraldeído formarão a molécula conhecida como 1,3-Bisfosfoglicerato, ou glicerato-1,3-bisfosfato, ou até Ácido 1,3-Difosfoglicérico / Bisfosfoglicérico. Figura 6. Oxidação do Gliceraldeído 3-fosfato e adição do fosfato inorgânico, para formação do 1.3-Bisfosfoglicerato.
  1. Após a formação do 1,3-Bisfosfoglicerato, a próxima reação terá como objetivo a restauração de uma molécula de ATP para a célula. Lembrem-se que, como já foi citado antes, devemos considerar que estão ocorrendo duas reações ao mesmo tempo, por serem duas moléculas iguais, sofrendo as mesmas reações, novamente, ao mesmo tempo. Então, a célula irá originar duas moléculas de ATP, pois são duas moléculas de Bisfosfoglicerato, e cada uma origina uma molécula de ATP. Basicamente, a enzima Fosfoglicerato Cinase (lembrem-se da função de uma Cinase), irá realizar a transferência do grupo Fosforila existente no carbono número 1 do Fosfoglicerato, e o irá transferir para uma molécula de ADP, formando um ATP, e catalisando a conversão de 1,3-Bifosfoglicerato em 3-Fosfoglicerato. Notem que, agora, a molécula de Fosfoglicerato só possui um fosfato em sua estrutura, e, como são duas, com essa sétima reação, tivemos a liberação de duas moléculas de ATP, restaurando assim, as duas que foram gastas na fase de investimento da Glicólise, e iniciando o “pagamento”, assim, “quitando a dívida”. Figura 7. Conversão de 1,3-Bisfosfoglicerato em 3-Fosfoglicerato através da Fosfoglicerato Cinase.
  2. A próxima reação é bastante importante, pois, é por conta dela que, essencialmente, a reação 9 será possível. Todas as reações, obviamente, dependem uma da outra, mas a oitava reação possui um mecanismo estrutural que facilita a ocorrência da nona reação, e, posteriormente, a finalização do processo glicolítico. Então, nesta reação, irá ocorrer a mudança da posição do grupo fosforila dentro da molécula de fosfoglicerato. Perceba que NÃO é uma isomerização, mas, estruturalmente, a mudança de posição de um grupo funcional dentro da molécula. O 3-Fosfoglicerato será convertido em 2-Fosfoglicerato, através da enzima Fosfoglicerato Mutase, que age deslocando o fosfato do carbono 3 para o carbono 2 da Glicólise, assim, permitindo que a seguinte reação aconteça com mais facilidade e harmonia, como tudo deve ser. Figura 8. Conversão de 3-Fosfoglicerato em 2-Fosfoglicerato através da Fosfoglicerato Mutase.

Explicação dos nomes das Enzimas.

  1. Hexocinase : Enzimas referidas como “Cinases” catalisam reações envolvendo grupos Fosforila. A Glicose possui 6 carbonos, ou seja, é uma Hexose. A Cinase que trabalha com o carboidrato de 6 carbonos (Glicose) é a Hexocinase.
  2. Fosfohexose Isomerase : A Glicose ainda possui 6 carbonos, sendo uma hexose, mas agora ela possui um fosfato (grupo fosforila) na estrutura, ou seja, é uma hexose fosfato, ou, fosfohexose. Enzimas que catalisam isomerização são isomerases. Ou seja, a isomerase que trabalha com o carboidrato de 6 carbonos fosforilado, é a Fosfohexose Isomerase.
  3. Fosfofrutoquinase (PFK-1) : Agora, a glicose já foi convertida em frutose. Mas, a frutose ainda está fosforilada, assim como a glicose estava, ou seja, é uma frutose fosfato, ou, fosfofrutose. Lembrando do funcionamento das cinases, a cinase que trabalha com a frutose fosforilada é a Fosfofrutoquinase.
  4. Aldolase : O termo “aldo” provavelmente vem de aldólico , que é referente à presença de carbonila (C = O) na molécula. Dica: Enzimas que possuem terminação em “ase”, sem outro nome específico antes (exemplo de exceção: DesidrogenASE - não é hidrolase) são hidrolases, enzimas que mexem com água. A Aldolase é uma hidrolase, pois, para quebrar a glicose, ela utiliza água, ou seja, hidrólise (hidro = água, lise = quebra).
  5. Triose Fosfato Isomerase (TIM) : A Glicose, que possui 6 carbonos (hexose), é quebrada, e origina duas moléculas de 3 carbonos, ou seja, triose, mas, cada uma herda um fosfato da frutose 1,6-bifosfato, então são trioses fosforiladas, ou trioses fosfato. Como as duas trioses sofrem isomerização, o dihidroxiacetona é convertido em gliceraldeído, a enzima é a Triose Fosfato Isomerase, converte uma triose fosfato em outra.
  6. Gliceraldeído-3-fosfato Desidrogenase : Sempre que uma enzima realiza uma reação de oxidação, ela é uma desidrogenase. Esta, é a desidrogenase do gliceraldeído-3-fosfato. Oxidar é perder elétrons e hidrogênios, perder hidrogênios, levando ao pé da letra, seria desidrogenação, ou seja, desidrogenação = desidrogenase. Essa enzima é uma do tipo Oxirredutase (oxidação-redução: quem oxida, perde hidrogênios e se reduz) - assim como toda desidrogenase.
  7. Fosfoglicerato Cinase : Outra cinase, mas que dessa vez, trabalha com o 3-fosfoglicerato. Bastante intuitivo. 8. Fosfoglicerato Mutase : Para a conversão de 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato, a enzima mutase catalisa a mudança de posição de um grupo funcional na molécula, no caso, o grupo fosforila, que é movido do carbono 3 pro carbono 2. Toda mutase transloca/muda de posição um grupo funcional dentro da molécula.
  8. Enolase : “Enol” é a presença de um grupo hidroxila (-OH) em um carbono insaturado (=), o que ocorre na molécula de FosfoENOLpiruvato. Esta também é uma hidrolase, seguindo a dica da Aldolase.
  9. Piruvato Cinase : Por último, é simplesmente a cinase que transfere um grupo fosforila do Fosfoenolpiruvato para um ADP, formando ATP e Piruvato. É a cinase do Piruvato. Obs.: “Quinase” e “Cinase” são a mesma coisa, apenas grafias diferentes. Obs 2.: Nas próximas edições, será adicionada uma página a tratar da regulação do processo.

Considerações Importantes.

  1. É importante saber porque a Glicólise acontece. A molécula de Glicose atua como molécula central do metabolismo de praticamente todos os seres vivos. Nós, humanos, comemos, para extrair Glicose. As plantas realizam Fotossíntese para produzir Glicose. As bactérias realizam Glicólise também, para produzir ATP. Acontece que, a molécula de Glicose é um carboidrato cujas ligações possuem muita energia contida nas ligações, e a quebra dessas ligações libera energia. Os organismos não podem simplesmente quebrar a Glicose de uma vez, liberar toda energia e a usar imediatamente. A Glicose é oxidada, suas ligações são quebradas, aos poucos, para que toda a energia, ou, a maior parte, possa ser aproveitada e armazenada numa molécula que possa guardar essa energia e dispor à célula quando ela precisar. Esta molécula é o ATP.
  2. Em livros de Bioquímica, encontram-se informações mais detalhadas e complementadas. O objetivo deste resumo é passar uma ideia geral, para que se construa uma base sólida desse assunto, e se torne possível a obtenção de um conhecimento mais aprofundado, se possível. Para nosso seminário de Biomoléculas, o nível de detalhamento que eu apresentei neste resumo é suficiente.
  3. O texto escrito é de minha autoria e didática (Gustavo André X. - Ciências Biológicas Ambientais, 1ª período), baseado no livro Princípios de Bioquímica - Lehninger 4ª edição, Bioquímica Ilustrada. E as imagens foram retiradas do site https://laboratorytests.org/glycolysis/.
  4. Este é um texto simples, sem muita burocracia, feito apenas para ajudar. Não é um trabalho acadêmico e nem uma monografia. Não deve ser usado para o mal. Está sujeito a modificações, como adição ou mudança de informações. Para relatar algum erro, dúvida, ou etc, meus contatos: E-mail: [email protected] Número: +55 81 9 9993-2414 (whatsapp). Espero ajudar!