CICLO DE GLIOXILATO: CARACTERÍSTICAS, REAÇÕES, REGULAÇÃO, FUNÇÕES - BIOLOGIA - 2025

O ciclo do glioxilato é uma via metabólica presente nas plantas, em alguns microrganismos e em animais invertebrados (ausente em todos os vertebrados), por meio da qual esses organismos podem converter gorduras em carboidratos (açúcares).

Esta rota foi descoberta em 1957, enquanto Kornberg, Krebs e Beevers tentavam elucidar como bactérias como a Escherichia coli podiam crescer na presença de acetato como única fonte de carbono e como mudas de germinação de spurge (Ricinus communis) podiam converter gorduras em carboidratos.

Esquema do ciclo de glioxilato (Fonte: Agrotman via Wikimedia Commons)

Os estudos desses três pesquisadores levaram à descoberta de duas enzimas conhecidas como isocitrato liase e malato sintase, que, juntamente com as enzimas do ciclo de Krebs, permitem a síntese do succinato a partir de duas moléculas de acetil-coA.

O succinato assim produzido é convertido em malato por meio do ciclo do ácido tricarboxílico e, posteriormente, pode ser usado para a produção de glicose por meio da gliconeogênese.

Essa via ocorre, nas plantas, em organelas especiais chamadas glioxissomos e é essencial para a sobrevivência das mudas nos estágios iniciais de germinação.

Caracteristicas

A via do glioxilato pode ser vista como uma "modificação" do ciclo de Krebs, com a diferença de que a descarboxilação oxidativa não ocorre no primeiro, mas quatro ácidos dicarboxílicos de carbono podem ser formados a partir de unidades de acetato de dois carbonos.

Esta característica do ciclo do glioxilato foi descrita como uma forma que alguns organismos têm de evitar ("contornar") a perda de átomos de carbono na forma de dióxido de carbono que identifica o ciclo de Krebs.

Nas plantas, o ciclo do glioxilato ocorre dentro de organelas citosólicas circundadas por uma membrana simples conhecida como glioxissomos. Em outros organismos, como leveduras e algas, por outro lado, essa rota ocorre no citosol.

Os glioxissomos são estruturalmente semelhantes aos peroxissomos (alguns autores os consideram "peroxissomos especializados"), outras organelas responsáveis ​​por parte da β-oxidação de ácidos graxos e pela eliminação de espécies reativas de oxigênio em organismos eucarióticos.

No interior, os ácidos graxos são oxidados para produzir acetil-CoA, que é posteriormente condensado em compostos com quatro átomos de carbono. Esses compostos são transportados seletivamente para a mitocôndria, onde são convertidos em malato ou transportados para o citosol para entrar na via gliconeogênica (síntese de glicose).

As enzimas compartilhadas entre a via do glioxilato e o ciclo do ácido tricarboxílico existem na mitocôndria e no glioxissoma como isoenzimas, o que significa que ambas as vias funcionam mais ou menos independentemente uma da outra.

Ocorrência de glioxissomos

Os glioxissomos não estão permanentemente presentes nos tecidos vegetais. Eles são especialmente abundantes durante a germinação de sementes oleaginosas, que têm pouca capacidade fotossintética de produzir os carboidratos de que precisam para crescer.

Em plantas totalmente desenvolvidas, sua participação no metabolismo das gorduras não é tão essencial, uma vez que os açúcares são obtidos principalmente pela fotossíntese.

Reações

O acetato da degradação dos ácidos graxos funciona como um combustível rico em energia e como uma fonte de fosfoenolpiruvato para a síntese de glicose por meio da gliconeogênese. O processo é como se segue:

Etapas do ciclo de glioxilato

1- A via do glioxilato, semelhante à do ciclo de Krebs, começa com a condensação de uma molécula de acetil-CoA com outra de oxaloacetato para dar citrato, reação catalisada pela enzima citrato sintase.

2- A enzima Aconitase converte este citrato em isocitrato.

3- O isocitrato é utilizado como substrato da enzima isocitrato liase para formar os compostos succinato e glioxilato.

Estrutura molecular da enzima Isocitrate Liasa (Fonte: Vrabiochemhw via Wikimedia Commons)

4- O glioxilato é captado pela enzima malato sintase para produzir malato por meio de sua condensação com uma segunda molécula de acetil-CoA.

5- O malato é convertido em oxaloacetato pela malato desidrogenase e este composto pode servir como precursor da via gliconeogênica ou ser condensado com outro acetil-CoA para reiniciar o ciclo mais uma vez.

6- O succinato produzido também pode ser convertido em fumarato e este em malato, proporcionando maior quantidade de moléculas de oxaloacetato para a formação da glicose. Caso contrário, essa molécula também pode ser exportada para a mitocôndria para funcionar no ciclo de Krebs.

O oxaloacetato entra na via gluconeogênica para a produção de glicose graças à sua conversão em fosfoenolpiruvato, que é catalisado pela enzima fosfoenolpiruvato carboxicinase.

Regulamento

Visto que os ciclos de glioxilato e ácido tricarboxílico compartilham numerosos intermediários entre si, há uma regulação coordenada entre os dois.

Além disso, é necessário que existam mecanismos de controle, uma vez que a síntese de glicose e outras hexoses a partir da acetil-CoA (a partir da degradação de gorduras) implica a participação de pelo menos quatro rotas:

- A β-oxidação dos ácidos graxos que produzem as moléculas de acetil-CoA necessárias tanto para o ciclo do glioxilato quanto para o ciclo de Krebs e que, nas plantas, ocorre nos glioxissomos.

- O ciclo do glioxilato, que também ocorre nos glioxissomos e que, conforme mencionado, produz intermediários como o succinato, o malato e o oxaloacetato.

- O ciclo de Krebs, que ocorre nas mitocôndrias e em que também são produzidos os intermediários succinato, malato e oxaloacetato.

- Gliconeogênese, que ocorre no citosol e envolve o uso de oxaloacetato convertido em fosfoenolpiruvato para sintetizar glicose.

O principal ponto de controle está na enzima isocitrato desidrogenase, cuja regulação implica uma modificação covalente pela adição ou remoção de um grupo fosfato.

Quando a enzima é fosforilada, ela é inativada, então o isocitrato é direcionado para a via do glioxilato para a produção de glicose.

Recursos

Para as plantas, o ciclo do glioxilato é fundamental, principalmente durante o processo de germinação, uma vez que a degradação das gorduras armazenadas nas sementes é utilizada para a síntese de glicose em tecidos subdesenvolvidos fotossinteticamente.

A glicose é utilizada como fonte de obtenção de energia na forma de ATP ou para a formação de carboidratos mais complexos com funções estruturais, mas alguns dos intermediários gerados durante a via do glioxilato também podem servir para a síntese de outros componentes celulares.

Em microorganismos

A principal função do ciclo do glioxilato nos microrganismos é fornecer uma via metabólica "alternativa", de modo que os microrganismos possam aproveitar outras fontes de carbono e energia para seu crescimento.

É o caso da bactéria Escherichia coli, na qual, quando os níveis de alguns intermediários da glicólise e do ciclo do ácido cítrico diminuem (isocitrato, 3-fosfoglicerato, piruvato, fosfoenolpiruvato e oxaloacetato), a enzima isocitrato desidrogenase (que participa do ciclo de Krebs) é inibido e o isocitrato é direcionado para a via do glioxilato.

Se essa via é ativa quando a bactéria cresce em meio rico em acetato, por exemplo, esse metabólito pode ser usado para sintetizar ácidos carboxílicos com quatro átomos de carbono que, posteriormente, podem levar à formação de carboidratos energéticos..

Para outros organismos, como fungos, por exemplo, a patogenicidade mostrou ser altamente dependente da presença de um ciclo ativo de glioxilato, aparentemente por razões metabólicas.

Referências

1. Dey, P., & Harborne, J. (1977). Plant Biochemistry. San Diego, Califórnia: Academic Press.
2. Ensign, SA (2006). Revisitando o ciclo do glioxilato: vias alternativas para a assimilação do acetato microbiano. Molecular Microbiology, 61 (2), 274-276.
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4. Lorenz, MC e Fink, GR (2001). O ciclo do glioxilato é necessário para a virulência dos fungos. Nature, 412, 83-86.
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6. Rawn, JD (1998). Bioquímica. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
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