GLICONEOGÊNESE: ETAPAS (REAÇÕES) E REGULAÇÃO - QUÍMICA - 2024

A gliconeogênese é um processo metabólico que ocorre em quase todos os seres vivos, incluindo plantas, animais e vários tipos de microorganismos. Consiste na síntese ou formação de glicose a partir de compostos que contêm carbono que não são carboidratos, como aminoácidos, glucógenos, glicerol e lactato.

É uma das vias do metabolismo dos carboidratos que é anabólica. Sintetiza ou forma moléculas de glicose presentes principalmente no fígado e, em menor grau, no córtex dos rins de humanos e animais.

Via metabólica da glicogênese. Os nomes em azul indicam os substratos da via, as setas em vermelho indicam as reações únicas dessa via, as setas quebradas indicam as reações da glicólise, que vão contra essa via, as setas em negrito indicam a direção da via. Por BiobulletM, do Wikimedia Commons

Este processo anabólico ocorre seguindo a direção reversa da via catabólica da glicose, possuindo diferentes enzimas específicas nos pontos irreversíveis da glicólise.

A gliconeogênese é importante para aumentar os níveis de glicose no sangue e nos tecidos na hipoglicemia. Também amortece a diminuição da concentração de carboidratos em jejuns prolongados ou em outras situações adversas.

Caracteristicas

É um processo anabólico

A gliconeogênese é um dos processos anabólicos do metabolismo dos carboidratos. Por meio de seu mecanismo, a glicose é sintetizada a partir de precursores ou substratos constituídos por pequenas moléculas.

A glicose pode ser gerada a partir de biomoléculas simples de natureza proteica, como os aminoácidos glicogênicos e o glicerol, este último proveniente da lipólise dos triglicerídeos no tecido adiposo.

O lactato também funciona como substrato e, em menor grau, como ácidos graxos de cadeia ímpar.

Fornece suprimentos de glicose

A gliconeogênese é de grande importância para os seres vivos e principalmente para o corpo humano. Isso porque serve para suprir em casos especiais a grande demanda de glicose que o cérebro necessita (cerca de 120 gramas por dia).

Que partes do corpo exigem glicose? O sistema nervoso, a medula renal, entre outros tecidos e células, como os glóbulos vermelhos, que utilizam a glicose como única ou principal fonte de energia e carbono.

As reservas de glicose, como o glicogênio, armazenadas no fígado e nos músculos, mal chegam para um dia. Isso sem considerar dietas ou exercícios intensos. Por isso, por meio da gliconeogênese, o corpo é abastecido com glicose formada a partir de outros precursores ou substratos não carboidratos.

Além disso, essa rota está envolvida na homeostase da glicose. A glicose assim formada, além de fonte de energia, é substrato para outras reações anabólicas.

Um exemplo disso é o caso da biossíntese de biomoléculas. Estes incluem glicoconjugados, glicolipídeos, glicoproteínas e amino açúcares e outros heteropolissacarídeos.

Estágios (reações) da gliconeogênese

Por AngelHerraez, do Wikimedia Commons

Rota sintética

A gliconeogênese ocorre no citosol ou citoplasma das células, principalmente do fígado e, em menor extensão, no citoplasma das células do córtex renal.

Sua via sintética constitui grande parte das reações da glicólise (via catabólica da glicose), mas na direção oposta.

Porém, é importante ressaltar que as 3 reações da glicólise, termodinamicamente irreversíveis, serão catalisadas por enzimas específicas da gliconeogênese diferentes das envolvidas na glicólise, o que possibilita que as reações ocorram no sentido oposto.

Eles são especificamente aquelas reações glicolíticas catalisadas pelas enzimas hexoquinase ou glucoquinase, fosfofrutocinase e piruvato quinase.

Revendo as etapas cruciais da gliconeogênese catalisada por enzimas específicas, a conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato requer uma série de reações.

O primeiro ocorre na matriz mitocondrial com a conversão do piruvato em oxaloacetato, catalisada pela piruvato carboxilase.

Por sua vez, para que o oxaloacetato participe, ele deve ser convertido em malato pela malato desidrogenase mitocondrial. Essa enzima é transportada através da mitocôndria até o citosol, onde é transformada de volta em oxaloacetato pela malato desidrogenase encontrada no citoplasma da célula.

Ação da enzima fosfoenolpiruvato carboxicinase

Pela ação da enzima fosfoenolpiruvato carboxicinase (PEPCK), o oxaloacetato é convertido em fosfoenolpiruvato. As respectivas reações estão resumidas abaixo:

Todos esses eventos tornam possível a transformação do piruvato em fosfoenolpiruvato sem a intervenção da piruvato quinase, que é específica para a via glicolítica.

No entanto, o fosfoenolpiruvato é transformado em frutose-1,6-bifosfato pela ação de enzimas glicolíticas que catalisam reversivelmente essas reações.

Ação da enzima frutose-1,6-bisfosfatase

A próxima reação que fornece a ação da fosfofrutocinase na via glicolítica é a que transforma a frutose-1,6-bifosfato em frutose-6-fosfato. A enzima frutose-1,6-bisfosfatase catalisa essa reação na via gliconeogênica, que é hidrolítica e está resumida a seguir:

Este é um dos pontos de regulação da gliconeogênese, uma vez que esta enzima necessita de Mg ²⁺ para sua atividade. A frutose-6-fosfato sofre uma reação de isomerização catalisada pela enzima fosfoglicoisomerase que a transforma em glicose-6-fosfato.

Ação da enzima glicose-6-fosfatase

Finalmente, a terceira dessas reações é a conversão de glicose-6-fosfato em glicose.

Isso ocorre por meio da ação da glicose-6-fosfatase, que catalisa uma reação de hidrólise e que substitui a ação irreversível da hexoquinase ou glucoquinase na via glicolítica.

Esta enzima glicose-6-fosfatase está ligada ao retículo endoplasmático das células hepáticas. Necessita também do cofator Mg ²⁺ para exercer sua função catalítica.

Sua localização garante a função do fígado como sintetizador de glicose para suprir as necessidades de outros órgãos.

Precursores gluconeogênicos

Quando não há oxigênio suficiente no corpo, como pode acontecer nos músculos e eritrócitos no caso de exercícios prolongados, ocorre a fermentação da glicose; ou seja, a glicose não é completamente oxidada em condições anaeróbicas e, portanto, o lactato é produzido.

Este mesmo produto pode passar para o sangue e daí chegar ao fígado. Lá ele atuará como substrato gliconeogênico, pois ao entrar no ciclo de Cori o lactato será convertido em piruvato. Essa transformação se deve à ação da enzima lactato desidrogenase.

Lactato

O lactato é um importante substrato gliconeogênico no corpo humano e, uma vez que os estoques de glicogênio se esgotam, a conversão de lactato em glicose ajuda a repor os estoques de glicogênio nos músculos e no fígado.

Piruvato

Por outro lado, por meio das reações que compõem o chamado ciclo glicose-alanina, ocorre a transaminação do piruvato.

É encontrada nos tecidos extra-hepáticos, transformando o piruvato em alanina, que constitui outro importante substrato gliconeogênico.

Em condições extremas de jejum prolongado ou outros distúrbios metabólicos, o catabolismo protéico será uma fonte de aminoácidos glicogênicos como último recurso. Estes formarão intermediários do ciclo de Krebs e gerarão oxaloacetato.

Glicerol e outros

O glicerol é o único substrato gliconeogênico significativo originado do metabolismo lipídico.

É liberado durante a hidrólise dos triacilglicerídeos, que são armazenados no tecido adiposo. Estes são transformados por reações consecutivas de fosforilação e desidrogenação em fosfato de diidroxiacetona, que segue a via gluconeogênica para formar glicose.

Por outro lado, poucos ácidos graxos de cadeia ímpar são gliconeogênicos.

Regulação da gliconeogênese

Um dos primeiros controles da gliconeogênese é feito pela ingestão de alimentos com baixo teor de carboidratos, que promovem níveis normais de glicose no sangue.

Em contraste, se a ingestão de carboidratos for baixa, a via da gliconeogênese será importante para atender às necessidades de glicose do corpo.

Existem outros fatores envolvidos na regulação recíproca entre a glicólise e a gliconeogênese: os níveis de ATP. Quando estão altos, a glicólise é inibida, enquanto a gliconeogênese é ativada.

O oposto acontece com os níveis de AMP: se estiverem altos, a glicólise é ativada, mas a gliconeogênese é inibida.

Existem certos pontos de verificação nas reações catalisadas por enzimas específicas na gliconeogênese. Qual? A concentração de substratos enzimáticos e cofatores como Mg ²⁺ e a existência de ativadores como a fosfofrutocinase.

A fosfofrutocinase é ativada pelo AMP e pela influência dos hormônios pancreáticos insulina, glucagon e até mesmo alguns glicocorticóides.

Referências

1. Mathews, Holde e Ahern. (2002). Biochemistry (3ª ed.). Madrid: PEARSON
2. Wikibooks. (2018). Princípios de Bioquímica / Gliconeogênese e Glicogênese. Retirado de: en.wikibooks.org
3. Shashikant Ray. (Dezembro de 2017). Gluconeogenesis Regulation, Measurements and Disorders. Retirado de: researchgate.net
4. Gliconeogênese.. Retirado de: imed.stanford.edu
5. Aula 3-Glicólise e Gliconeogênese.. Retirado de: chem.uwec.edu
6. Gliconeogênese.. Retirado de: chemical.creighton.edu