O que é Glicólise? Onde ocorre a Glicólise, Definição e Passos do Caminho da Glicólise.
Objectivos de aprendizagem chave
- Saprender sobre as vias de degradação e oxidação da glicose
- Aprender como o metabolismo da glicose contribui para produção de energia celular
- Aprenda como o metabolismo da glicose está associado ao processo de envelhecimento
- Descubra como o metabolismo da glicose pode ser suportado
O que é Glicólise?
A glicólise é a via metabólica que quebra a glicose dos carboidratos para produzir energia celular sob a forma de ATP. A glicólise gera ATP diretamente, como produto das reações químicas da via, e indiretamente, utilizando a energia gerada pelos elétrons extraídos das ligações químicas da glicose. Estes elétrons são transportados pela molécula NAD para a cadeia de transporte de elétrons mitocondriais, onde são utilizados para alimentar a produção de ATP através da fosforilação oxidativa (OXPHOS).
Neste artigo, vamos analisar estes processos com mais detalhes. Mas antes de fazê-lo, é importante rever alguns conceitos que nos ajudarão a entender o que é a glicólise e o papel que ela desempenha no metabolismo celular.
A glicólise é uma via do metabolismo celular
Metabolismo é o conjunto de reações químicas que sustentam a vida. Entre elas estão aquelas que nos permitem obter energia dos alimentos e utilizar essa energia para sintetizar as moléculas necessárias para a atividade celular. O metabolismo está dividido em dois tipos de processos: 1) catabolismo, o conjunto de caminhos degradantes que decompõem moléculas grandes em moléculas menores, liberando a energia armazenada nas ligações químicas; e 2) anabolismo, o conjunto de caminhos construtivos de biossíntese que constroem moléculas grandes a partir de moléculas menores e armazenam a energia celular em suas ligações químicas. Isto significa que a decomposição dos alimentos para obter energia ocorre através de reacções catabólicas, enquanto a síntese das moléculas celulares complexas a partir de unidades mais simples ocorre através de reacções anabolizantes.
A energia contida nos alimentos não está facilmente disponível para ser utilizada pelas células e deve ser convertida através de reações metabólicas em uma forma de células de energia pode usar. Esta forma é uma molécula chamada adenosina trifosfato (ATP), “a moeda energética da célula” comum a todos os sistemas biológicos. O ATP é usado para todos os tipos de funções biológicas em todos os tipos de células e tecidos, incluindo, por exemplo, a contracção muscular ou a manutenção da actividade neuronal.
Metabolismo é a soma dos processos interligados que requerem e consomem energia e que sustentam a vida.
O conjunto de reacções metabólicas através das quais a energia é extraída dos nutrientes para gerar ATP é chamado de respiração celular. No processo de respiração, o oxigênio (O2) é consumido e dióxido de carbono (CO2), água (H2O), e calor são produzidos. A energia é extraída dos nutrientes através de um tipo de reação química chamada redox (de redução – ganho de elétrons + oxidação – perda de elétrons). Nas reações redox, os elétrons (as partículas eletricamente carregadas que orbitam os núcleos dos átomos) são transferidos de uma molécula (que é oxidada) para outra (que é reduzida). Portanto, dizemos que, na respiração celular, os nutrientes são oxidados para gerar energia celular como ATP.
Glucose, obtida a partir da decomposição dos hidratos de carbono, e ácidos gordos, obtidos a partir da decomposição dos triglicéridos (gorduras), são os principais combustíveis utilizados pelas células para gerar ATP; são também utilizados aminoácidos obtidos a partir da decomposição das proteínas, mas em menor grau.
Exploração celular ocorre em três grandes etapas. No primeiro, as moléculas de combustível são oxidadas para produzir dois fragmentos de carbono na forma do grupo acetil da acetil-coenzima A (acetil-CoA). No segundo estágio, os grupos acetil são oxidados em mitocôndrias no ciclo do ácido cítrico, com elétrons sendo transferidos para os portadores de elétrons nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD), que é dependente da vitamina B3, e flavina adenina dinucleotídeo (FAD), que é dependente da vitamina B2. Na terceira etapa da respiração, os elétrons são transferidos para o oxigênio através da cadeia de transporte de elétrons (ETC) nas mitocôndrias, sendo sua energia utilizada para alimentar a produção de ATP por um processo chamado fosforilação oxidativa (OXPHOS) .
A glicólise faz parte do primeiro estágio da respiração celular: é o caminho que oxida a glicose. A glicólise gera a molécula piruvato, que é então convertida em acetil-CoA para ser utilizada no segundo estágio da respiração celular.
A respiração celular é como uma reação de combustão muito lenta: queima combustíveis para gerar energia, consumindo oxigênio e liberando dióxido de carbono e calor no processo.
Figure 1: Extração metabólica e armazenamento de energia de alimentos. Fonte: OpenStax, Anatomia e Fisiologia; 24.1 Visão geral das reações metabólicas. Licença CC BY 4.0.
O que é Glicose? Porque é importante a Glicólise?
Glucose é um hidrato de carbono. Os hidratos de carbono são um tipo de biomoléculas compostas de carbono, hidrogênio e oxigênio que incluem açúcares, amidos e celulose. Mais especificamente, a glicose é um monossacarídeo, a forma mais simples de açúcar e o tipo mais básico de carboidrato .
Obtemos glicose dietética a partir da decomposição de carboidratos complexos, como o amido, composto de várias a muitas unidades de monossacarídeos unidas (ou seja, são polissacarídeos). Também obtemos glucose da decomposição de açúcares dietéticos mais simples, como os dissacáridos (compostos por duas unidades de monossacarídeos), que incluem a sacarose ou a lactose, por exemplo. Outros monossacarídeos, como a frutose ou galactose, também podem ser utilizados para a produção de energia, mas primeiro devem ser convertidos em outras moléculas que possam ser utilizadas nas vias metabólicas da glicose .
A glicólise é importante porque é a via metabólica através da qual a glicose gera energia celular. A glicose é a mais importante fonte de energia para todos os organismos vivos. No corpo humano, a glicose é o combustível preferido pela grande maioria das células: é o único combustível que as células vermelhas do sangue podem usar, o combustível preferido pelo cérebro em condições de não inanição, e o principal combustível usado pelos músculos durante o exercício extenuante.
Glucose é tão importante que o nosso corpo tem vários mecanismos para assegurar que os níveis de açúcar no sangue sejam mantidos relativamente constantes, de modo a que o cérebro seja sempre adequadamente abastecido com glicose. Após uma refeição, o aumento da glicose no sangue aumenta a liberação do hormônio pancreático insulina, que por sua vez estimula a absorção da glicose pelos tecidos, principalmente o fígado e o músculo esquelético, e o armazenamento da glicose sob a forma de glicogênio. Entre as refeições, uma diminuição dos níveis de glicose no sangue aumenta a liberação do hormônio pancreático glucagon, que por sua vez estimula a decomposição dos estoques de glicogênio em glicose e sua liberação no sangue. As reservas de glicogênio também são mobilizadas quando a glicose está sendo usada para apoiar a atividade física.
Glucose, que é um carboidrato, é a mais importante fonte de energia para a maioria das células. Seus níveis sanguíneos são mantidos relativamente constantes para garantir um fornecimento constante ao cérebro.
Glucose é Oxidada na Glicólise para Produzir ATP
A Glicólise ocorre na matriz fluida das células (o citosol) em uma seqüência de dez reações divididas em dois estágios. No primeiro estágio, a glicose (que tem seis carbonos) é dividida em dois fragmentos de três carbonos em um processo que realmente consome ATP para preparar a glicose para a degradação. No segundo estágio, cada fragmento de três carbonos é oxidado em uma molécula chamada piruvato, em um processo que produz ATP.
Electrões extraídos nas reacções de oxidação são transferidos para NAD+, uma molécula redox que transporta electrões para a cadeia de transporte de electrões mitocondriais (ETC) para produzir mais ATP através da fosforilação oxidativa (OXPHOS).
Figure 2: Glicólise. Fonte: OpenStax, Anatomy and Physiology; 24.2 Carbohydrate Metabolism.
License CC BY 4.0.
Glycolysis is the metabolic path that break down glucose to produce ATP.
The First Stage Of Glycolysis Uses ATP
Glucose can easily enter and exit cells through membrane transporters. Entretanto, uma simples modificação estrutural é suficiente para mantê-la dentro das células para ser metabolizada: a adição de uma estrutura química chamada grupo fosforilo (um átomo de fósforo com três átomos de oxigênio ligados) em uma reação conhecida como fosforilação. A glicólise começa precisamente por fazer isso: ela fosforila a glicose e a prende dentro das células.
Fosforilação glicosada é realizada por uma enzima chamada hexoquinase que toma um grupo fosforilo de ATP e o transfere para a glicose, produzindo glicose 6-fosfato (ver passo 1 na figura 3) . A hexoquinase pertence a uma família de enzimas chamadas kinases (que é a classificação das enzimas que fosforilam um substrato usando um grupo fosforilo de ATP ou vice versa). Todas as enzimas cinase requerem magnésio para a sua actividade. Portanto, o magnésio desempenha um papel importante nesta reacção. De facto, o magnésio tem um papel fundamental na glicólise em geral porque é um co-factor para todas as quinases que participam nesta via. Uma das principais razões pelas quais Qualia Life (anteriormente chamada Eternus) contém Magnésio é para suportar as reações de glicólise.
Nos próximos passos da glicólise, a glicose 6-fosfato é convertida em frutose 6-fosfato (passo 2, figura 3), que por sua vez é fosforilada novamente para produzir frutose 1,6-bisfosfato (passo 3, figura 3). Esta segunda fosforilação é realizada por outra quinase (fosfofrutoquinase) usando outra molécula de ATP e magnésio como co-fator. Esta molécula de seis carbonos é então clivada em duas moléculas de três carbonos (etapa 4, figura 3), que são diferentes mas interconversíveis (etapa 5, figura 3); a forma de gliceraldeído-3-fosfato é utilizada na segunda etapa da glicólise .
Figure 3: A primeira etapa da glicólise. Fonte: OpenStax, Biology; 7.2 Glycolysis.
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O primeiro estágio da glicólise usa ATP para preparar a glicose para a degradação; é um investimento de ATP que vai compensar.
A segunda etapa da glicólise produz ATP
A primeira reação da segunda etapa transforma o 3-fosfato de glicolida em 1,3-bisfosfoglicerato (etapa 6, figura 4) . Esta reação inclui dois processos acoplados: uma oxidação e uma adição de fosfato. A reação de oxidação extrai dois elétrons do 3-fosfato de gliceraldeído, que são transferidos para a molécula redox NAD+ (derivada da vitamina B3), reduzindo-a à forma de NADH. Na etapa seguinte, o 3-fosfoglicerato é produzido por outra cinase (fosfoglicerato quinase, com magnésio como co-factor) com a produção concomitante de ATP (etapa 7, figura 4). Qualia Life suporta estas reacções fornecendo Magnésio e Vitamina B3 sob a forma de Niacinamida e Ácido Nicotínico .
Nas duas etapas seguintes, o 3-fosfoglicérato é rearranjado (etapa 8, figura 4) e depois desidratado (etapa 9, figura 3) para formar o fosfo-enolpiruvato. Na etapa final da glicólise, o fosfoenolpiruvato é convertido em piruvato e uma outra molécula de ATP é produzida com quinase piruvato usando magnésio como co-fator (etapa 10, figura 4).
Na segunda etapa, duas moléculas de ATP são geradas a partir de cada unidade de três carbonos, o que significa que cada molécula de glicose produz quatro moléculas de ATP. Dado que o primeiro estágio da glicólise utiliza duas moléculas de ATP para preparar a glicose para a decomposição, o resultado líquido da glicólise é a produção de duas moléculas de ATP por molécula de glicose .
Este mecanismo de produção de ATP é chamado de fosforilação ao nível do substrato. Ele utiliza a energia química liberada pela conversão de um substrato de maior energia em um produto de menor energia para alimentar a transferência de um grupo fosforilo para produzir a molécula de alta energia ATP. A fosforilação a nível do substrato é uma fonte de ATP mais rápida, mas menos eficiente. Também vem com um custo de utilização de um NAD+, que se transforma em NADH. Como veremos na parte 4 desta série, a maioria do ATP é gerada pela fosforilação oxidativa, e o NAD+ será recuperado durante essa fase final da respiração celular.
Figure 4: A segunda metade da glicólise. Fonte: OpenStax, Biology; 7.2 Glycolysis.
License CC BY 4.0.
O segundo estágio da glicólise gera piruvato, NADH e ATP; o resultado líquido da glicólise é a produção de duas moléculas de ATP por molécula de glicose, mas ao custo de um NAD+.
Piruvato Produzido em Glicólise Produz Acetil-CoA Em Mitocôndria
Aglicólise produz apenas uma fração do ATP que pode ser produzida a partir da oxidação completa da glicose. Isto porque as moléculas piruetas produzidas na glicólise ainda podem ser mais oxidadas. É nas seguintes vias de geração de energia celular, no ciclo do ácido cítrico e do OXPHOS, que ocorre a grande maioria da produção de ATP.
Onde a glicólise ocorre no citosol, o ciclo do ácido cítrico e o OXPHOS ocorrem nas mitocôndrias . Portanto, o piruvato, o produto final da glicólise, é transportado para mitocôndrias onde é convertido em fragmentos de dois carbonos – unidades de acetil e dióxido de carbono (CO2). Nesta reação, realizada por um conjunto de enzimas chamadas complexo piruvato desidrogenase, os elétrons extraídos do piruvato são transferidos para NAD+, reduzindo-o para NADH. Unidades de acetil são transferidas para a coenzima A (CoA, derivada do ácido pantotênico, ou seja, vitamina B5) para formar acetil-CoA, a molécula que alimenta duas unidades de carbono para o ciclo do ácido cítrico, onde serão oxidadas posteriormente. Os electrões extraídos de cada unidade de acetil serão então utilizados para gerar ATP através de OXPHOS.
Figure 5: Oxidação pirovada. Fonte: OpenStax, Anatomia e Fisiologia; 24.2 Carboidrato Metabolismo.
Licença CC BY 4.0.
A conversão mitocondrial do piruvato em acetil-CoA é a ligação entre a glicólise e o ciclo do ácido cítrico. Esta é uma reação importante que requer vários co-fatores: CoA (derivado do ácido pantoténico), NAD+ (sintetizado a partir de compostos com atividade de vitamina B3 ou usando L-triptofano como substrato e vitamina B6 como co-fator), FAD+ (flavina adenina dinucleotídeo, derivado da vitamina B2, ou seja, riboflavina), a coenzima tiamina pirofosfato (derivado da vitamina B1, ou seja, tiamina), e ácido lipóico .
Qualia Life suporta estas reacções fornecendo Niacinamida e ácido nicotínico (Vitamina B3) , Riboflavina (Vitamina B2) , Ácido Pantoténico (Vitamina B5) , Tiamina HCl (Vitamina B1) , Piridoxal-5′-Fosfato (Vitamina B6) , Ácido Lipóico , L-Triptofano , e Magnésio .
Piruvato é convertido em acetil-CoA na mitocôndria; esta etapa liga a glicólise ao ciclo do ácido cítrico e à fosforilação oxidativa. Ela vem com um custo de uma unidade de NAD+ (que será posteriormente recuperada).
NADH Produzido em Glicólise Gera ATP Em Mitocôndria
NAD+ é uma molécula redox que transporta elétrons para a cadeia de transporte de elétrons mitocondriais (ETC) para produzir ATP através de OXPHOS. Na oxidação de cada molécula de glucose em acetil-CoA, são utilizadas quatro moléculas de NAD+, cada uma recebendo dois elétrons e tornando-se a forma de NADH. Como o NAD+ é um elemento central na produção de ATP, é importante que as células mantenham um pool de NAD+ disponível para receber elétrons .
Qualia Life contém um conjunto de ingredientes que suportam a upregulação do pool de NAD+ nas células. Estes incluem Proantocianidinas de Uva (em extracto de Uva, BioVin®) , Resveratrol (em extracto de Uva, BioVin®) , Coenzima Q10 , e Ácido Lipóico .
NADH transporta electrões para a cadeia de transporte de electrões mitocondriais para produzir ATP através da fosforilação oxidativa. NAD+ é regenerado no processo.
Como o Metabolismo da Glicose Impacta o Envelhecimento
Glicose e outros monossacarídeos têm a capacidade de reagir com amino grupos de proteínas, lipídios e ácidos nucléicos para produzir uma modificação estrutural chamada glicação não enzimática. Estas moléculas modificadas são chamadas de produtos finais avançados de glicação (AGEs) e perdem a sua função – são moléculas danificadas.
AGEs são normalmente degradados por mecanismos de controle de qualidade celular, mas podem se acumular nos tecidos. A produção de AGEs aumenta quando há exposição prolongada a níveis elevados de glicose no sangue, por exemplo. A degradação dos Idosos diminui com o envelhecimento, devido à perda progressiva da eficiência metabólica e mecanismos de defesa celular .
O acúmulo de Idosos é um fator importante no envelhecimento e no desenvolvimento de disfunções relacionadas ao envelhecimento. Por exemplo, a glicação proteica pode contribuir para o enrijecimento dos vasos sanguíneos e para a agregação neurodegenerativa de proteínas no cérebro. Além disso, além de serem moléculas danificadas, os AGEs podem ativar vias de sinalização que contribuem para a disfunção dos tecidos, aumentando o estresse oxidativo e a produção de outras moléculas nocivas .
Por isso, a eficiência do metabolismo dos carboidratos é importante não só para a produção de energia celular, mas também para a minimização dos danos celulares associados à glicação. Se os açúcares não forem utilizados nas vias de energia celular, eles podem reagir com proteínas, gorduras e outras moléculas e contribuir para um envelhecimento insalubre. Por estas razões, é importante apoiar as vias metabólicas da glicose para ajudar nosso corpo a se proteger contra o acúmulo de AGE.
Perda de eficiência do metabolismo da glicose e mecanismos de defesa celular relacionados ao envelhecimento podem levar ao acúmulo de produtos finais de glicação avançada (AGEs) prejudiciais.
Por que apoiar o metabolismo da glicose/glicólise é importante
O apoio do metabolismo da glicose contribui para a manutenção de um fluxo glicolítico saudável. Isto é crucial, acima de tudo, porque a glicose é a mais importante fonte de energia para as nossas células e tecidos. Um metabolismo saudável dos carboidratos é importante para uma produção eficiente de ATP para alimentar os processos biológicos.
Um metabolismo eficiente da glicose também é fundamental para a manutenção de níveis saudáveis de açúcar no sangue. Entre outros benefícios (como a sinalização saudável da insulina, por exemplo), isso ajuda a diminuir a probabilidade de reações prejudiciais da glicação de proteínas e gorduras.
O metabolismo da glicose pode ser suportado fornecendo precursores para os co-fatores que participam da glicólise e produção de acetil-CoA. Como já vimos, Qualia Life fornece esses ingredientes. Qualia Life também fornece ingredientes que suportam as enzimas reguladoras da glicose, como o Extrato de Folha de Rosmarinus officinalis (50% ácido ursólico). Além disso, Qualia LIfe também contém ingredientes que suportam as vias de controle de qualidade celular que funcionam para proteger contra AGEs. Estes incluem Sirtmax® Kaempferia parviflora Root Extract e Rosmarinus officinalis Leaf Extract (50% ácido ursólico) .
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