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C: Vias metabólicas

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    Glicólise

    Diagrama da primeira metade da glicólise. A glicose é um açúcar de 6 carbonos; é um hexágono com um oxigênio em um dos cantos e o sexto carbono fora do anel. Etapa 1: A hexoquinase pega um fosfato do ATP e o adiciona à glicose para produzir glicose-6-fosfato (uma estrutura linear com um grupo fosfato no carbono 6). O ADP é outro produto dessa reação. Etapa 2: A fosfoglicose isomerase converte a glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato movendo o oxigênio de ligação dupla do carbono 1 para o carbono 2. Etapa 3: a fosfofrutoquinase move um fosfato do ATP para a frutose-6-fosfato para produzir frutose-1,6, -difosfato. Esta é uma molécula de frutose com grupos fosfato nos carbonos 1 e 6. O ADTP é outro produto dessa reação. Etapa 4: A aldolase divide a frutose-1,6-bifosfato ao meio para produzir gliceraldeído-3-fosfato (uma molécula de 3 carbonos com oxigênio de ligação dupla no carbono 1 e um fosfato no carbono 3) e diidroxiacetona-fosfato (que tem um grupo fosfato no carbono 1 e um oxigênio de ligação dupla no carbono 2). Etapa 5: A triose fosfato isomerase converte entre dihidroxiacetona-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato.
    Figura\(\PageIndex{1}\): A primeira metade da glicólise usa duas moléculas de ATP na fosforilação da glicose, que é então dividida em duas moléculas de três carbonos.
    Diagrama da segunda metade da glicólise. Todas as etapas a seguir acontecem duas vezes. Etapa 6: A gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase converte o gliceraldeído 3-fosfato (uma molécula de 3 carbonos com um oxigênio de ligação dupla no carbono 1 e um fosfato no carbono 3) em 1,3-bisfosfoglicerato (uma molécula com fosfatos nos carbonos 1 e 3). O fosfato adicionado é um fosfato inorgânico (pi) e esse processo também requer a conversão de NAD+ em NADH e H+. Etapa 7: A fosfoglicerato quinase remove um fosfato do 1,3-bisfosfoglicerato e o adiciona ao ADP para produzir ATP e 3-fosfoglicerato (uma molécula com um grupo fosfato no carbono 3 e um grupo carboxila no carbono 1). Etapa 8: A fosfoglicerato mutase converte o 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato, que tem um carboxil no carbono 1, um grupo fosfato no carbono 2 e um OH no carbono 3. Etapa 9: A enolase converte o 2-fosfoglicerato em fosfoenolpiruvato (PEP) removendo o oxigênio do carbono 3 (e produzindo água). Etapa 10: A piruvato quinase converte PEP em piruvato removendo o grupo fosfato e adicionando-o ao ADP para produzir ATP. O piruvato é uma molécula de 3 carbonos com um carboxil no carbono 1 e um oxigênio de ligação dupla no carbono 2.
    Figura\(\PageIndex{2}\): A segunda metade da glicólise envolve fosforilação sem investimento em ATP (etapa 6) e produz duas moléculas de NADH e quatro moléculas de ATP por glicose.

    Caminho Entron-Doudoroff

    A D-glicose é uma molécula de 6 carbonos com um anel hexagonal que contém um oxigênio em um canto; o sexto carbono está fora do anel. ATP:D-glicose 6-fosfotransferase remove um grupo fosfato do ATP para produzir beta-D-glicose-6P, que tem um grupo fosfato no carbono 6. O ADP é outro produto dessa reação. Beta-D-glicose-6-fosfato: a NADP+1-oxoredutase converte a beta-D-glicose-6p em D-clucono-1,5, -lactona 6-fosfato. Essa molécula tem um oxigênio no carbono 1 em vez de um grupo OH. Essa reação também produz NADH+ + H+ do NADP. A lactonohidrolase converte D-glucono-1,5, -lactona 6-fosfato em 6-fsofo-D-gluconato (uma forma linear com o grupo fosfato no carbono 6 e um oxigênio de ligação dupla no carbono 1). A 6-fosfo-D-gluconato hidro-liase converte a 6-fsofo-D-gluconato em 2-desidro-3-desoxi-D-gluconato 6P adicionando uma ligação dupla oxigênio ao carbono 2. A p-2-ceto-3-desoxigluconato aldolase divide o 2-desidro-3-desoxi-D-gluconato-6p em piruvato (uma molécula de 3 carbonos com oxigênios de ligação dupla nos carbonos 1 e 2) e gliceraldeído-3-fosfato (uma molécula de 3 carbonos com uma ligação dupla de oxigênio no carbono 1 e um grupo fosfato no carbono 3). O gliceraldeído-3-fosfato pode ser convertido em piruvato removendo o fosfato e adicionando-o ao ATP para produzir ADP.
    Figura\(\PageIndex{3}\): A via Entner-Doudoroff é uma via metabólica que converte glicose em etanol e gera um ATP.

    A via da pentose-fosfato

    Etapa 1: A glicose-6-fosfato é uma molécula de 6 carbonos em formação de anel com um grupo fosfato no carbono 6. Etapa 2: A glicose-6-fosfato desidrogenase converte a glicose-6-fosfato em 6-P-gluconolactona, produzindo assim NADPH/H+ a partir do NADP+. Etapa 3: A gluconolactonase converte a 6-P-gluconolactona em 6-P-gluconato por hidrólise. Etapa 4: A 6-P-gluconato desidrogenase converte o 6-P-gluconato em ribulose 5-fosfato, produzindo assim NADPH/H+ a partir do NADP+.
    Figura\(\PageIndex{4}\): A via da pentose fosfato, também chamada de via do fosfogluconato e derivação da hexose monofosfato, é uma via metabólica paralela à glicólise que gera NADPH e açúcares de cinco carbonos, bem como o 5-fosfato de ribose, um precursor para a síntese de nucleotídeos a partir da glicose.

    Ciclo TCA

    Etapa 1: Um grupo carboxila é removido do piruvato, liberando dióxido de carbono. Etapa 2: O NAD+ é reduzido para NADH. Etapa 3: Um grupo acetil é transferido para a coenzima A, resultando em acetil CoA.
    Figura\(\PageIndex{5}\): Nesta reação de transição, um complexo multienzimático converte o piruvato em um grupo acetil (2C) mais um dióxido de carbono (CO 2). O grupo acetil está ligado a um transportador da coenzima A que transporta o grupo acetil para o local do ciclo de Krebs. No processo, uma molécula de NADH é formada.
    O acetil CoA é uma molécula de 2 carbonos com um “S-CoA” ligado a um dos carbonos. Isso entra no ciclo e é ligado ao oxaloacetato (uma molécula de 4 carbonos) para formar citrato (uma molécula de 6 carbonos). Esta etapa também remove o Sh=CoA e usa água. O citrato é então convertido em isocitrato quando um grupo OH é movido do carbono 3 para o carbono 4. O isocitrato é então convertido em alfa-cetoglutarato quando um dos carbonos é removido. Isso produz um CO2 e um NADH.H+ do NAD +. O alfa-cetoglutarato é então convertido em succinil-CoA pela adição de um S-CoA e pela remoção de um carbono. Esse processo produz um CO2 e usa um Sh-CoA. Esse processo também produz um NADH/H+ a partir do NAD +. O succinil CoA é então convertido em succinato pela remoção do Sh-CoA. Esse processo produz um GTP a partir do PIB e do Pi. O succinato é convertido em fumarato removendo 2 hidrogênios em dupla ligação aos 2 carbonos médios. Isso também produz FADH2 do FAD. O FADH2 pode então ser convertido novamente em FAD, que produz QH2 a partir de Q. O fumarato é convertido em malato pela adição de água; isso quebra as ligações duplas. O malato é convertido em oxaloacetato removendo um hidrogênio do oxigênio no carbono 2 e, assim, formando uma ligação dupla entre o oxigênio e o carbono. Isso também produz NADH/H+ a partir do NAD +. Isso completa o ciclo até que outro acetil-CoA entre.
    Figura\(\PageIndex{6}\): No ciclo do ácido cítrico, o grupo acetil do acetil CoA é ligado a uma molécula de oxaloacetato de quatro carbonos para formar uma molécula de citrato de seis carbonos. Por meio de uma série de etapas, o citrato é oxidado, liberando duas moléculas de dióxido de carbono para cada grupo acetil alimentado no ciclo. No processo, três NADH, um FADH2 e um ATP ou GTP (dependendo do tipo de célula) são produzidos por fosforilação em nível de substrato. Como o produto final do ciclo do ácido cítrico também é o primeiro reagente, o ciclo funciona continuamente na presença de reagentes suficientes. (crédito: modificação do trabalho de “Yikrazuul” /Wikimedia Commons)

    Oxidação beta

    Começando com um ácido graxo (uma longa cadeia de carbono). Etapa 1: A conversão de um ácido graxo em uma acil carnitina graxa permite o transporte através das membranas mitocondriais. A imagem mostra a remoção do OH do final do ácido graxo e a adição de um Co-A-S em seu lugar. Etapa 2: O acil CoA graxo é convertido em beta-cetoacil CoA, que é dividido em acil CoA e acetil CoA. O Co-a-sh é removido. Os hidrogênios são removidos dos carbonos 2 e 3 para formar uma ligação dupla entre esses carbonos. Isso também produz o formulário FADH2 FAD+. Em seguida, o trans-enoil CoA é convertido pela oxidação do carbono beta e pela adição de água. Isso produz L-3-hidroxiacil CoA (uma molécula na qual essas ligações duplas são novamente quebradas). Em seguida, é produzido o beta-cetoacil CoA (que tem uma ligação dupla de oxigênio ao carbono 3). Esse processo também produz NADH + H+ a partir do NAD +. Em seguida, o beta-cetoacil CoA é dividido em acetil CoA (uma cadeia de 2 carbonos) e acil CoA (com uma cadeia de carbono encurtada). Finalmente, o acetil-CoA entra no ciclo de Krebs.
    Figura\(\PageIndex{7}\): Durante a oxidação de ácidos graxos, os triglicérides podem ser divididos em grupos acetil 2C que podem entrar no ciclo de Krebs e ser usados como fonte de energia quando os níveis de glicose estão baixos.

    Cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa

    A membrana interna da mitocôndria é mostrada. Na membrana há uma série de proteínas em uma fileira e uma grande proteína de um lado. Na matriz mitocondrial interna está a equação geral que mostra 2 íons livres de hidrogênio + 2 elétrons saindo de ETC + ½ de uma molécula de O2 produzem água. Isso acontece duas vezes. O diagrama mostra 2 elétrons na primeira proteína da cadeia. Esses elétrons vêm da divisão de NADH em NAD +. Os elétrons são então movidos para a próxima proteína na cadeia e abaixo da linha de 5 proteínas na cadeia de transporte de elétrons. Os elétrons também podem ser adicionados à cadeia na segunda proteína a partir da divisão do FADH2 em FAD+. À medida que os elétrons passam pelas proteínas 1, 3 e 5, os prótons (H+) são bombeados pela membrana. Esses prótons podem então fluir de volta para a matriz mitocondrial por meio da ATP sintase. À medida que fluem através da ATP sintase, eles permitem a produção de ATP a partir do ADP e PO4,3-.
    Figura\(\PageIndex{8}\): A cadeia de transporte de elétrons é uma série de transportadores de elétrons e bombas de íons que são usados para bombear íons H + através de uma membrana. O H + então flui de volta pela membrana por meio da ATP sintase, que catalisa a formação de ATP. A localização da cadeia de transporte de elétrons é a matriz mitocondrial interna nas células eucarióticas e a membrana citoplasmática nas células procarióticas.

    Ciclo Calvin-Benson

    Etapa 1: Fixação de carbono. Três moléculas de CO2 entram no ciclo. Rubisco os combina com 3 moléculas de RUBP (uma molécula de 5 carbonos com um grupo fosfato em cada extremidade. Isso produz 6 moléculas de 3-PGA (uma molécula de 3 carbonos com um fosfato no carbono 3). Etapa 2: redução de 3-PGA. As moléculas 3-PGA são convertidas em 6 moléculas de GA3P removendo um dos oxigênios do carbono 1. Esse processo também usa 6 moléculas de ATP (produzindo ADP) e 6 moléculas de NADPH (produzindo NADP+ + H+). Etapa 3: Regeneração do RuBP. Cinco das 6 moléculas do GA3P são convertidas em 3 moléculas de RuBP. O sexto Ga3P é convertido em ½ molécula de glicose (C6H12O6). A produção de RuBP também usa 3 ATP (produzindo 2 ADP). Isso nos leva de volta ao topo do ciclo.
    Figura\(\PageIndex{9}\): O ciclo Calvin-Benson tem três estágios. No estágio 1, a enzima RuBisco incorpora dióxido de carbono em uma molécula orgânica, 3-PGA. No estágio 2, a molécula orgânica é reduzida usando elétrons fornecidos pelo NADPH. No estágio 3, a RuBP, a molécula que inicia o ciclo, é regenerada para que o ciclo possa continuar. Apenas uma molécula de dióxido de carbono é incorporada por vez, então o ciclo deve ser concluído três vezes para produzir uma única molécula GA3P de três carbonos e seis vezes para produzir uma molécula de glicose de seis carbonos.