GLICÓLISE ANAERÓBICA: REAÇÕES E VIAS DE FERMENTAÇÃO - BIOLOGIA - 2025

A glicólise anaeróbia ou anaeróbia é uma via catabólica utilizada por diversos tipos de células para a degradação da glicose na ausência de oxigênio. Em outras palavras, a glicose não é completamente oxidada a dióxido de carbono e água, como é o caso da glicólise aeróbica, mas sim produtos de fermentação.

É chamada de glicólise anaeróbica por ocorrer sem a presença de oxigênio, que em outros casos funciona como o aceptor final de elétrons na cadeia de transporte mitocondrial, onde grandes quantidades de energia são produzidas a partir do processamento de produtos glicolíticos.

Glicólise (Fonte: RegisFrey via Wikimedia Commons)

Dependendo do organismo, uma condição de anaerobiose ou falta de oxigênio resultará na produção de ácido láctico (células musculares, por exemplo) ou etanol (levedura), a partir do piruvato gerado pelo catabolismo da glicose.

Como resultado, o rendimento de energia cai drasticamente, já que apenas dois moles de ATP são produzidos para cada mol de glicose que é processado, em comparação com 8 moles que podem ser obtidos durante a glicólise aeróbica (apenas na fase glicolítica).

A diferença no número de moléculas de ATP tem a ver com a reoxidação do NADH, que não gera ATP adicional, ao contrário do que acontece na glicólise aeróbia, onde se obtêm 3 moléculas de ATP para cada NADH.

Reações

A glicólise anaeróbica não difere de forma alguma da glicólise aeróbia, uma vez que o termo “anaeróbia” se refere ao que acontece após a via glicolítica, ou seja, ao destino dos produtos e intermediários da reação.

Assim, dez diferentes enzimas estão envolvidas nas reações da glicólise anaeróbica, a saber:

1-Hexokinase (HK): usa uma molécula de ATP para cada molécula de glicose. Produz glicose 6-fosfato (G6P) e ADP. A reação é irreversível e requer íons de magnésio.

2-Fosfoglucose isomerase (PGI): isomeriza G6P em frutose 6-fosfato (F6P).

3-Fosfofrutocinase (PFK): fosforila F6P em frutose 1,6-bifosfato (F1,6-BP) usando uma molécula de ATP para cada F6P, essa reação também é irreversível.

4-Aldolase: cliva a molécula F1,6-BP e produz gliceraldeído 3-fosfato (GAP) e fosfato de dihidroxiacetona (DHAP).

5-Triose fosfato isomerase (TIM): participa da interconversão de DHAP e GAP.

6-Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (GAPDH): usa duas moléculas de NAD ⁺ e 2 moléculas de fosfato inorgânico (Pi) para fosforilar GAP, produz 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG) e 2 NADH.

7-Fosfoglicerato quinase (PGK): produz duas moléculas de ATP por fosforilação no nível do substrato de duas moléculas de ADP. Ele usa como um doador de grupo fosfato cada molécula de 1,3-BPG. Produz 2 moléculas de 3-fosfoglicerato (3PG).

8-Fosfoglicerato mutase (PGM): reorganiza a molécula 3PG para produzir um intermediário com maior energia, 2PG.

9-Enolase: a partir do 2PG produz fosfoenolpiruvato (PEP) por desidratação do primeiro.

10-Piruvato quinase (PYK): o fosfoenolpiruvato é usado por esta enzima para formar o piruvato. A reação envolve a transferência do grupo fosfato na posição 2 do fosfoenolpiruvato para uma molécula de ADP. 2 piruvatos e 2 ATP são produzidos para cada glicose.

Vias de fermentação

Fermentação é o termo usado para indicar que a glicose ou outros nutrientes são degradados na ausência de oxigênio, a fim de obter energia.

Na ausência de oxigênio, a cadeia de transporte de elétrons não tem um aceptor final e, portanto, não ocorre a fosforilação oxidativa, que rende grandes quantidades de energia na forma de ATP. O NADH não é reoxidado pela via mitocondrial, mas por vias alternativas, que não produzem ATP.

Sem NAD ⁺ suficiente , a via glicolítica para, uma vez que a transferência de fosfato para GAP requer uma redução concomitante deste cofator.

Algumas células têm mecanismos alternativos para lidar com períodos de anaerobiose, e esses mecanismos geralmente envolvem algum tipo de fermentação. Outras células, por outro lado, dependem quase exclusivamente de processos fermentativos para sua subsistência.

Os produtos das vias de fermentação de muitos organismos são economicamente relevantes para o homem; Exemplos são a produção de etanol por algumas leveduras anaeróbicas e a formação de ácido láctico pelas lacto-bactérias utilizadas para a produção de iogurte.

Produção de ácido láctico

Muitos tipos de células na ausência de oxigênio produzem ácido láctico graças à reação catalisada pelo complexo lactato desidrogenase, que utiliza os carbonos do piruvato e o NADH produzidos na reação GAPDH.

Fermentação Lática (Fonte: Sjantoni via Wikimedia Commons)

Produção de etanol

O piruvato é convertido em acetaldeído e CO2 pela piruvato descarboxilase. O acetaldeído é então utilizado pela álcool desidrogenase, que o reduz, produzindo etanol e regenerando uma molécula de NAD ⁺ para cada molécula de piruvato que entra por ali.

Fermentação alcoólica (Fonte: Arobson1 via Wikimedia Commons)

Fermentação aeróbica

A glicólise anaeróbica tem como principal característica o fato dos produtos finais não corresponderem a CO ₂ e água, como no caso da glicólise aeróbia. Em vez disso, são gerados produtos típicos de reações de fermentação.

Alguns autores descreveram um processo de "fermentação aeróbia" ou glicólise aeróbia da glicose para determinados organismos, entre os quais se destacam alguns parasitas da família Trypanosomatidae e muitas células tumorais cancerosas.

Nestes organismos, foi demonstrado que mesmo na presença de oxigênio, os produtos da via glicolítica correspondem a produtos das vias de fermentação, por isso se pensa que ocorre uma oxidação “parcial” da glicose, uma vez que nem toda a energia é extraída possível de seus carbonos.

Embora a "fermentação aeróbia" da glicose não implique na ausência total de atividade respiratória, já que não é um processo de tudo ou nada. No entanto, a literatura indica a excreção de produtos como piruvato, lactato, succinato, malato e outros ácidos orgânicos.

Glicólise e câncer

Muitas células cancerosas apresentam um aumento na captação de glicose e no fluxo glicolítico.

Os tumores em pacientes com câncer crescem rapidamente, de modo que os vasos sanguíneos ficam hipóxicos. Assim, a suplementação energética dessas células depende principalmente da glicólise anaeróbica.

No entanto, esse fenômeno é auxiliado por um fator de transcrição indutível por hipóxia (HIF), que aumenta a expressão de enzimas glicolíticas e transportadores de glicose na membrana por meio de mecanismos complexos.

Referências

1. Akram, M. (2013). Mini-revisão sobre Glicólise e Câncer. J. Canc. Educ., 28, 454–457.
2. Bustamante, E. & Pedersen, P. (1977). Glicólise aeróbia elevada de células de hepatoma de rato em cultura: Papel da hexoquinase mitocondrial. Proc. Natl. Acad. Sci., 74 (9), 3735–3739.
3. Cazzulo, JJ (1992). Fermentação aeróbia de glicose por tripanossomatídeos. The FASEB Journal, 6, 3153-3161.
4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Glicólise aeróbica: além da proliferação. Frontiers in Immunology, 6, 1-5.
5. Li, X., Gu, J., & Zhou, Q. (2015). Revisão da glicólise aeróbia e suas principais enzimas - novos alvos para a terapia do câncer de pulmão. Thoracic Cancer, 6, 17-24.
6. Maris, AJA Van, Abbott, Æ. DA, Bellissimi, Æ. E., Brink, J. Van Den, Kuyper, Æ. M., Luttik, Æ. MAH, Pronk, JT (2006). Fermentação alcoólica de fontes de carbono em hidrolisados ​​de biomassa por Saccharomyces cerevisiae: estado atual. Antonie van Leeuwenhoek, 90, 391–418.
7. Nelson, DL e Cox, MM (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega Editions (5ª ed.).