Gliconeogênese: característica geral
A gliconeogênese é o processo de síntese de glicose a partir de precursores não glicídicos. É ativada durante o jejum, exercício físico prolongado e outras situações que exigem a manutenção da normoglicemia. A principal localização do processo é o fígado; a distribuição citossólica e mitocondrial das reações torna necessários mecanismos de lanzadeira para o transporte de metabólitos.
Principais substratos da gliconeogênese:
- Lactato — originado dos músculos em atividade e eritrócitos, convertido em piruvato;
- Piruvato — substrato central pelo qual passam a maioria das vias;
- Glicerol — entra ao nível da dixiroxiacetona fosfato através do glicerol-3-fosfato;
- Aminoácidos glicogênicos — alanina, glicina, serina e triptofano entram via piruvato; aspartato e asparagina via oxaloacetato; vários outros via intermediários do ciclo do ácido cítrico.
Quatro reações irreversíveis
A gliconeogênese repete a glicólise na direção oposta, mas contorna três reações irreversíveis da glicólise com a ajuda de quatro etapas enzimáticas próprias:
- Piruvato → oxaloacetato (piruvato carboxilase);
- Oxaloacetato → fosfoenolpiruvato (fosfoenolpiruvato carboquinase, PEPCK);
- Frutose-1,6-bisfosfato → frutose-6-fosfato (frutose-1,6-bisfosfatase);
- Glicose-6-fosfato → glicose (glicose-6-fosfatase).
Carboxilase do piruvato e formação de PEP
A reação catalisada pela piruvato carboxilase ocorre nas mitocôndrias. A enzima é dependente de biotina e utiliza energia de ATP para fixar CO₂ ao piruvato, formando oxaloacetato:
Piruvato + CO₂ + ATP → oxaloacetato + ADP + Pi.
Como as reações subsequentes da gliconeogênese ocorrem no citoplasma, o oxaloacetato deve ser exportado da mitocôndria. O transporte é realizado através da lançadeira malato-aspartato: o oxaloacetato é reduzido a malato ou transaminado a aspartato (com a participação de glutamato e α-cetoglutarato), após o que é reconvertido em oxaloacetato no citosol. O oxaloacetato citossólico, sob a ação da PEPCK, é descarboxilado e fosforilado às custas de GTP, formando o fosfoenolpiruvato.
As etapas seguintes repetem a glicólise inversa: PEP → 2-fosfoglicerato → 3-fosfoglicerato → 1,3-bisfosfoglicerato (com gasto de ATP) → gliceraldeído-3-fosfato (utilizando NADH) → frutose-1,6-bisfosfato → frutose-6-fosfato → glicose-6-fosfato → glicose.
Ciclo de Cori
O ciclo de Cori assegura a reutilização interorgânica do lactato produzido durante a glicólise anaeróbia nos músculos esqueléticos e eritrócitos. A reação de conversão do piruvato em lactato é catalisada pela lactato desidrogenase (LDH) e orientada pela proporção NADH/NAD⁺:
- no músculo em atividade — o alto nível de NADH desloca a reação da LDH no sentido do lactato;
- no fígado, onde há oxigênio e NAD⁺ suficientes, a reação ocorre no sentido do piruvato.
O piruvato formado no fígado entra na gliconeogênese, e a glicose sintetizada retorna via corrente sanguínea para os músculos — fechando o ciclo.
Efeito do etanol sobre a gliconeogênese
A oxidação do etanol no fígado compreende duas reações de desidrogenase: a álcool desidrogenase converte o etanol em acetaldeído, e a aldeído desidrogenase converte o acetaldeído em acetato. Ambas utilizam NAD⁺ e elevam drasticamente a concentração de NADH. Em seguida, a acetil-CoA sintetase, com consumo de ATP, converte o acetato em acetil-CoA.
O acúmulo de NADH desloca a reação da LDH para a formação de lactato, diminuindo o pool de piruvato disponível para a gliconeogênese. Portanto, o etanol inibe a gliconeogênese, o que em pacientes desnutridos e alcoolistas crônicos pode levar ao coma hipoglicêmico alcoólico.
Regulação: ciclos de substrato
A glicólise e a gliconeogênese são reguladas reciprocamente ao nível de três ciclos de substrato:
- Glicose ⇄ glicose-6-fosfato — regulada pela concentração de glicose. A glicoquinase hepática não é inibida pelo produto, portanto, na hiperglicemia predomina a glicólise, enquanto na hipoglicemia a glicose-6-fosfatase está ativa.
- Frutose-6-fosfato ⇄ frutose-1,6-bisfosfato — o ciclo chave e mais complexo de regular; as enzimas são a fosfofrutoquinase-1 (PFK-1) e a frutose-1,6-bisfosfatase.
- Piruvato ⇄ PEP via oxaloacetato — regulada pela atividade da piruvato quinase, piruvato carboxilase e PEPCK.
Regulação hormonal através da frutose-2,6-bisfosfato
O principal regulador alostérico do segundo ciclo é a frutose-2,6-bisfosfato. Ela ativa a PFK-1 e, simultaneamente, inibe a frutose-1,6-bisfosfatase, direcionando o metabolismo para a glicólise. Seu nível é controlado por uma enzima bifuncional, que possui atividades de quinase e fosfatase dependendo do seu estado de fosforilação.
- A insulina ativa a fosfoproteína fosfatase, que desfosforila a enzima bifuncional. Na forma desfosforilada, ela atua como quinase: forma-se frutose-2,6-bisfosfato → ativação da PFK-1 → glicólise.
- O glucagon, através do sistema da adenilato ciclase, ativa a proteína quinase A, que fosforila a enzima bifuncional. Na forma fosforilada, ela atua como fosfatase: o nível de frutose-2,6-bisfosfato cai, o bloqueio sobre a frutose-1,6-bisfosfatase é removido → gliconeogênese.
De maneira semelhante, via proteína quinase A, o glucagon fosforila e inativa a piruvato quinase, bloqueando adicionalmente a glicólise. O cortisol induz a síntese das principais enzimas da gliconeogênese — PEPCK, frutose-1,6-bisfosfatase e glicose-6-fosfatase. A insulina, por sua vez, induz a glicoquinase e a PFK-1.
Níveis de regulação da gliconeogênese
A regulação ocorre em três níveis conceituais:
- Modificação covalente — fosforilação/desfosforilação de enzimas-chave sob a ação da insulina e do glucagon;
- Regulação alostérica — ação da frutose-2,6-bisfosfato, acetil-CoA (ativador da piruvato carboxilase), ATP, AMP, citrato;
- Indução e repressão da síntese enzimática — regulação a longo prazo pelo cortisol, insulina e glucagon.
Pontos-chave
- A gliconeogênese é a síntese hepática de glicose a partir de lactato, piruvato, glicerol e aminoácidos glicogênicos; é ativada no jejum e no exercício.
- Quatro reações irreversíveis são catalisadas pela piruvato carboxilase, PEPCK, frutose-1,6-bisfosfatase e glicose-6-fosfatase.
- A piruvato carboxilase é uma enzima mitocondrial dependente de biotina; o transporte de oxaloacetato para o citosol ocorre via lançadeira malato-aspartato.
- O ciclo de Cori conecta a glicólise anaeróbia muscular com a gliconeogênese hepática através do lactato.
- O etanol eleva o NADH, desloca a reação da LDH em direção ao lactato e inibe a gliconeogênese, o que pode causar coma hipoglicêmico.
- O principal regulador é a frutose-2,6-bisfosfato, cuja síntese é controlada por uma enzima bifuncional.
- A insulina (via fosfoproteína fosfatase) estimula a glicólise; o glucagon (via proteína quinase A) estimula a gliconeogênese.
- A regulação se efetua por modificação covalente, alosterismo e indução/repressão enzimática.