BLOCO IV Wagner Seixas da Silva Professor Adjunto do Instituto de Bioquímica Médica Bloco E- Sala...

BLOCO IV

Wagner Seixas da Silva

Professor Adjunto do Instituto de Bioquímica MédicaBloco E- Sala 038

Integração do Metabolismo

22/06 - Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 1 a 12)23/06 - Módulo 1 - Constructore – Livre

28/06 - 8:30h Mini-Teste Módulo 1 (1,0 Ponto) 10:30h Módulo 1 - Constructore - Livre29/06 - 8:30h Apresentações do Módulo 1 - (2,5 Pontos) 10:30h Regulação da Gliconeogênese - Roteiro de discussão 1 (questões 13 e 14)30/06 - Via das pentoses - Roteiro de discussão 2 Insulina - Roteiro de discussão 3

05/07 - 8:30h Insulina (continuação) 10:00h Mini-Teste Regulação da Gliconeogênese (1,0 Ponto) 10:30h Estudo dirigido - Diabetes e Inflamação – (2,0 Pontos) 06/07 - 8:30h Mini-Teste Insulina e Diabetes (1,0 Ponto) 10:30h Módulo 2 - Constructore - Livre07/07 - 8:30 h Apresentações do Módulo 2 - (2,5 Pontos) 10:30h Glicocorticóides - Roteiro de discussão 4

12/07 - Outros Hormônios (Leptina, grelina, neuropeptídeo Y, triiodotironina)13/07 - Prova

Calendário do Bloco IV

Cálculo da Média do Bloco IV

Total de pontos das apresentações/Mini-teste/Estudo Dirigido (TPAC): 10,0 Pontos

Nota da Prova (NP): Máximo de 10,0 Pontos

Média do bloco IV = (NP X 2) + (TPAC) 3

1) Com base no dados da tabela abaixo, construa um gráfico que relacione o tempo em jejum (em dias, no eixo x) com as concentrações plasmáticas de glicose (em mM, no eixo y) (tabela 1). Agora, construa um novo gráfico com os valores de concentração plasmática de glicose após administração deste nutriente (teste de tolerância à glicose) em um indivíduo normal ou com diabetes.

Tabela 1: Concentração de glicose no paciente

Dias em jejum -0,3 0 3 10 17 24 31 35 Glicose* 4,95 4,79 3,63 3,70 3,76 3,76 3,78 3,70

Tabela 2: Concentração de glicose nos pacientes

Roteiro 1

Níveis Séricos de Glicose (mg/dL)Valores após a injeção intraperitoneal de 25 g

minutos 0a 10 20 30 40 50 60Paciente 1

65.9 199.8

163.7

139 120 105.4

92.7

Paciente 2

168.8

340 330 328 320 317 310aO tempo zero representa a glicemia após 12 horas de jejum.

Perfil da Glicemia durante o Jejum

0 5 10 15 20 25 30 35 400.00

0.75

1.50

2.25

3.00

3.75

4.50

5.25

Dias de jejum

GLI

CO

SE (m

M)

Teste de Tolerância a Glicose

0 10 20 30 40 50 600

50

100

150

200

250

300

350

400

Paciente 2Paciente 1

Minutos

Nív

el S

éric

o de

Glic

ose

(mg/

dL)

2) Em torno de 1930, Carl Ferdinand Cori e Gerty Thereza Cori demonstraram que é possível sintetizar glicose (e glicogênio) a partir de lactato. Quais poderiam ser as etapas envolvidas nesta via? Alguma via já estudada por você poderia estar envolvida? Lembre-se de que algumas reações podem ser reversíveis dependendo das condições celulares. Haveria necessidade de vias alternativas? Justifique sua resposta.

Glicose (Glicogênio)Lactato

Piruvato

NAD+

NADH

ΔG = -8 Kcal/molHexokinase

PhosphohexoseIsomerase

Phosphofrutokinase

Aldolase

TriosephosphateIsomerase

Glyceraldehyde3-phosphate

dehydrogenase

PhosphoglycerateKinase

PhosphoglycerateMutase

Enolase

Pyruvate Kinase

ΔG = -0,6 Kcal/mol

ΔG = -5,3 Kcal/mol

ΔG = -0,3 Kcal/mol

ΔG = + 0,6 Kcal/mol

ΔG = -0,4 Kcal/mol



ΔG = -0,8 Kcal/mol

ΔG = - 4,0 Kcal/mol



Phosphofrutokinase

Aldolase



dehydrogenase



Enolase

Pyruvate Kinase

ΔG = -0,6 Kcal/mol

ΔG = -5,3 Kcal/mol

ΔG = -0,3 Kcal/mol


ΔG = -0,4 Kcal/mol



ΔG = -0,8 Kcal/mol


3) Fracionando-se o tecido hepático e incubando-se separadamente as frações subcelulares isoladas (mitocôndria, retículo endoplasmático, membrana plasmática, citoplasma e núcleo, etc) na presença (14C) lactato, não se verificou incorporação significativa de 14C em glicose em nenhuma das frações isoladas. Que hipótese isto lhe sugere e que experiência você propõe para comprová-la?

GliconeogêneseMitocôndria, Retículo, Citosol

4) A Gliconeogênese foi definida como síntese líquida de glicose a partir de precursores de origem não glicídica. Baseado nos conhecimentos por você adquiridos, quais precursores poderiam ser indicados? Que reações e quais intermediários vocês esperariam que estivessem envolvidos? Justifique.

Glicose

Piruvato

Lactato

Proteínas

aas

TAGGlicerol

Àc. Graxos+

Glicogênio

GLICOSE

Glicose

Piruvato

Lactato

Proteínas

aas

TAGGlicerol

Àc. Graxos+

Citrato

Succinil- CoA

Fumarato

Malato

OxaloacetatoIsocitrato

α- CetoglutaratoCO2

CO2

Acetil- CoA

Citrato

Succinil- CoA

Fumarato

Malato



CO2

Acetil- CoA

Lactato

Piruvato

Malato

LDHLDH

PEPPEPCKPEPCK

PEP

PEPCKPEPCK

PEP

PEPCKPEPCK

Piruvato

PCPC

1,3 BPG1,3 BPG

NAD+

NADH

Oxaloacetato

MDHMDH

NADH

NAD+

Oxaloacetato

MDHMDH

NADH

NAD+

NAD+

NADH

G3PNAD+

NADH

G3P

GlicoseGlicose??

Glicerol

Glicerol- 3P

DHAP

aasaas

Lactato PiruvatoLDH?

LDH (4 subunidades)H HeartM Muscle

H4M4H2M2H1M3H3M1

Citrato

Succinil- CoA

Fumarato

Malato

OxaloacetatoI socitrato


CO2

Acetil- CoA

Citrato

Succinil- CoA

Fumarato

Malato

OxaloacetatoI socitrato


CO2

Acetil- CoAPCPC

Malato

PEP

PEPCKPEPCK

PEP

1,3 BPG

Lactato

Piruvato

LDHLDH NAD+

NADH

NAD+

NADH

G3P

Glicose??

Glicerol

Glicerol-3P

DHAP

aas

Piruvato

PEPCKPEPCK

Oxaloacetato

MDHMDH

NADH

NAD+

5) O consumo de álcool, especialmente por um indivíduo mal alimentado, pode causar hipoglicemia. O álcool ingerido é convertido a acetaldeído no citoplasma do hepatócito, em reação catalisada pela enzima álcool desidrogenase:

CH3-CH2-OH + NAD+ CH3-COH + NADH.H+

Utilizando seus conhecimentos sobre a gliconeogênese, tente justificar a hipoglicemia causada pela ingestão de álcool.

6) Foi verificado na década de 20 que animais alimentados com dieta hipercalórica, exclusivamente composta por lipídeos, apresentavam uma baixa glicemia e eram incapazes de repor suas reservas de glicogênio hepático. Isso aconteceu apesar de apresentarem uma alta concentração de ácidos graxos livres e de corpos cetônicos circulantes no plasma. Tente justificar por que estes metabólitos não poderiam ser usados para síntese de glicose e para reposição de glicogênio hepático.

Citrato (6C)

Succinil- CoA(4C)

Fumarato (4C)

Malato (4C)

Oxaloacetato (4C)I socitrato (6C)

α- Cetoglutarato (5C)CO2

CO2

Acetil- CoA

Malato

PEP

PEPCKPEPCK

PEP

PEPCKPEPCK

1,3 BPG1,3 BPG

Oxaloacetato

MDHMDH

NADH

NAD+

Oxaloacetato

MDHMDH

NADH

NAD+

NAD+

NADH

G3PNAD+

NADH

G3P

GlicoseGlicose?? Acetil CoA

7) Em 1930, Weil-Marlherbe e colaboradores observaram, provocando um certo escândalo no meio científico, que a adição de acetoacetato (precursor de Acetil-CoA) provocava um aumento na formação de glicose em fatias de rim de rato quando incubadas na presença de lactato. Quais são as maneiras possíveis de uma substância estimular uma reação? Agora discuta a sua resposta com base nos resultados encontrados por Weil-Marlherbe.

Acetoacetato2C

8) Mais tarde, 1951, Merton Utter descobriu a seguinte reação:

Piruvato + CO2 + ATP Oxaloacetato + ADP + Pi

E verificou que ela é catalisada por uma enzima dependente de biotina e ativada alostericamente por Acetil-CoA. Como você explicaria agora os resultados de Weil-Malherbe?

9) Até agora o seu grupo já deve ter analisado o envolvimento do oxaloacetato e dos diversos intermediários do ciclo de Krebs na síntese de glicose pela via glicogênica. Por outro lado, a partir de (3H) PEP é possível obter (3H) glicose com os mesmos intermediários da via glicolítica que você já conhece e através da localização citosólica. Quais seriam os eventos que você procuraria descobrir para estabelecer um elo entre esse conjunto de fatos e desta forma apresentar e discutir as diferentes etapas da gliconeogênese?



Phosphofrutokinase

Aldolase



dehydrogenase



Enolase

Pyruvate Kinase

ΔG = -0,6 Kcal/mol

ΔG = -5,3 Kcal/mol

ΔG = -0,3 Kcal/mol


ΔG = -0,4 Kcal/mol



ΔG = -0,8 Kcal/mol




Phosphofrutokinase

Aldolase



dehydrogenase



Enolase

Pyruvate Kinase

ΔG = -0,6 Kcal/mol

ΔG = -5,3 Kcal/mol

ΔG = -0,3 Kcal/mol


ΔG = -0,4 Kcal/mol



ΔG = -0,8 Kcal/mol


10) Discuta o significado da regulação alostérica da piruvato carboxilase, da piruvato desidrogenase, da citrato sintase, da acetil-Coa carboxilase e da carnitina acil-transferase 1:

a) Quando a gliconeogênese estiver inibida e com a esterificação de triacilgliceróis predominando amplamente sobre a lipólise.

b) Quando a gliconeogênese estiver estimulada assim como a lipólise.

Discuta o que ocorreria com a síntese de ATP na mitocôndria nos dois casos acima.

Citrato (6C)

Malato (4C)

Oxaloacetato (4C)

Acetil- CoA

Citrato (6C)

Malato (4C)

Oxaloacetato (4C)

Acetil- CoA

NADH

Glicose

PEP

Piruvato

Piruvato+

-PDH

PC

Citrato (6C)

Malato (4C)

Oxaloacetato (4C)

Acetil- CoA

Citrato (6C)

Malato (4C)

Oxaloacetato (4C)

Acetil- CoA

-

-

-Malato

Oxaloacetato

Glicólise

CitratoAcetil CoA

Malonil CoA

Ác. GraxosTAGS

+

-

Acetil CoACarboxilase

CPT

-Oxidação

Síntese de Ác. Graxos

Citrato (6C)

Malato (4C)

Oxaloacetato (4C)

Acetil- CoA

Citrato (6C)

Malato (4C)

Oxaloacetato (4C)

Acetil- CoA

Glicose

PEP

Piruvato

Piruvato

+- PDH

PC

Malato

Oxaloacetato

Glicólise

CitratoAcetil CoA

Malonil CoA

Ác. GraxosTAGS

- Acetil CoACarboxilase

CPT

-Oxidação

+

Lactato, Glicerol, Ác. Graxos, AAs

11) Em 1980, Van Schaftingen e colaboradores descobriram uma substância capaz de modificar a atividade da fosfofrutoquinase isolada de fígado, como mostra a figura abaixo:Essa substância é formada no fígado podendo atingir 20 µM em ratos bem alimentados e destruída após tratamento com glucagon. Observou-se que esta mesma substância era capaz de inibir a frutose 1,6 bisfosfatase com um Ki = 0.5 µM, que uma concentração próxima daquela necessária para a metade da ativação máxima da fosfofrutoquinase. Analise estes dados e procure integrá-los a um esquema metabólico mais geral.

12) Estes mesmos autores descobriram em 1981 uma enzima capaz de sintetizar frutose - 2,6 BP a partir de frutose-6P as custas de ATP a semelhanca do que ocorria com a fosfofrutoquinase anteriormente conhecida. Para evitar confusão foram denominadas de fosfofrutoquinase-1 (PFK-1), a clássica, e fosfofrutoquinase-2 (PFK-2) a que sintetiza frutose 2,6-bisfosfato.

Além disso, o mesmo grupo de trabalho em 1982 purificou de fígado de rato, uma enzima capaz de transformar frutose 2,6-bisfosfato em frutose-6P. Observaram ainda que uma fosforilação desta enzima pela proteína quinase AMPc dependente (PKA) provocava um grande aumento em sua atividade. A PFK-2 também é substrato para PKA, sendo o resultado da fosforilação um acentuado decréscimo de sua atividade. Por muitos anos tentou-se isolar as duas enzimas, mas finalmente se descobriu que se tratava de uma única cadeia polipeptídica capaz de catalisar uma ou outra reação dependendo do seu estado de fosforilação. Com estes novos dados, procure analisar o quadro metabólico quando a gliconeogênese encontra-se ativada ou inibida levando em consideração todas as informações fornecidas.

PFK 1F6P + ATP F1,6BP + ADP

PFK 2F6P + ATP F2,6BP + ADP

F2,6BPaseF2,6P F6P + Pi

13) A adrenalina age no músculo e no fígado através de sua ligação a receptores -adrenérgicos o que resulta na ativação da proteína quinase A (PKA). Nos dois tecidos a PKA catalisa a fosforilação da PFK-2. Entretanto os efeitos sobre a glicólise em cada um dos tecidos são opostos: no fígado esta via é inibida enquanto no músculo esta via é ativada. Tente sugerir uma explicação para estes achados.

14) Complete agora seu esquema metabólico, sabendo que a atividade da enzima piruvato quinase (PK) é modificada pela presença de frutose 1,6 bisfosfato e pela fosforilação promovida pela PKA.

Atribua a estes modificadores uma função (ativação ou inibição) sobre esta enzima tal qual o permita construir um quadro metabólico coerente quando somado as informações anteriormente fornecidas.

Fígado

Músculo

Igual ao Fígado

FBPase-2 PFK-2

Fígado

Citrato

Succinil-CoA

Fumarato

Malato


α-CetoglutaratoCO2

CO2

Acetil-CoA

Citrato (6C)

Succinil-CoA(4C)

Fumarato (4C)

Malato (4C)

Oxaloacetato (4C)Isocitrato (6C)

α-Cetoglutarato (5C)CO2

CO2

Acetil-CoA

Citrato

Succinil- CoA

Fumarato

Malato



CO2

Acetil- CoA

Citrato

Succinil- CoA

Fumarato

Malato



CO2

Acetil- CoAOxaloacetato

Malato

PEP

Malato

Oxaloacetato

PEP

PEPCKPEPCK

MDHMDHMDHMDH

PEPCKPEPCK PiruvatoPCPC

1,3 BPG

Lactato

Piruvato

LDHLDH NAD+

NADH

NADH

NAD+

NAD+

NADH

NAD+

NADH

G3P

Glicose??

Citrato

Succinil- CoA

Fumarato

Malato



CO2

Acetil- CoA

Citrato

Succinil- CoA

Fumarato

Malato



CO2

Acetil- CoA

Lactato

Piruvato

Malato

LDHLDH

PEP

PEPCKPEPCK

PEP

PEPCKPEPCK

Piruvato

PCPC

1,3 BPG

NAD+

NADH

Oxaloacetato

MDHMDH

NADH

NAD+

NAD+

NADH

G3P

Glicose??

Glicerol

Glicerol-3P

DHAP

aas

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