Glicólise: características gerais
A glicólise é uma via específica do catabolismo da glicose que ocorre inteiramente no citosol celular. Dependendo das condições, o produto final é o piruvato (glicólise aeróbica) ou o lactato (glicólise anaeróbica). O processo divide-se em duas etapas: a fase preparatória (com gasto de ATP) e a fase de síntese de ATP.
Reações da etapa preparatória
A primeira parte da glicólise consome duas moléculas de ATP e termina com a clivagem de uma hexose em duas trioses.
- Fosforilação da glicose pela ação da hexocinase com a formação de glicose-6-fosfato.
- Isomerização a frutose-6-fosfato com a participação da glicose-6-fosfato isomerase.
- Fosforilação pela fosfofrutoquinase-1 a frutose-1,6-bisfosfato — a reação regulatória chave e mais lenta da glicólise.
- Clivagem pela frutose-1,6-bisfosfato aldolase em gliceraldeído-3-fosfato e diidroxiacetona fosfato.
- Isomerização da diidroxiacetona fosfato em gliceraldeído-3-fosfato (triose fosfato isomerase).
Reações de oxidação e síntese de ATP
A sexta reação é a única redox: a gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase catalisa a oxidação do substrato com a adição de fosfato inorgânico e a redução do NAD⁺ a NADH. Forma-se 1,3-bisfosfoglicerato com uma ligação de alta energia.
- 1,3-bisfosfoglicerato → 3-fosfoglicerato: fosforilação ao nível do substrato, síntese de ATP (fosfoglicerato quinase).
- 3-fosfoglicerato → 2-fosfoglicerato (fosfoglicerato mutase).
- 2-fosfoglicerato → fosfoenolpiruvato (enolase, liberação de água).
- Fosfoenolpiruvato → piruvato: segunda fosforilação ao nível do substrato mediada pela piruvato quinase.
Sistemas de lanzadeiras e o destino do NADH
Como a glicólise ocorre no citosol e o NADH não atravessa a membrana mitocondrial, seus equivalentes redutores são transportados por sistemas de lanzadeiras:
- Lanzadeira malato-aspartato: o oxaloacetato é reduzido a malato, que é transportado para a matriz; rendimento de 3 ATP por molécula de NADH.
- Lanzadeira glicero-fosfato: o hidrogênio é transferido para o FAD na membrana interna; rendimento de 2 ATP.
Em condições anaeróbicas, as lanzadeiras não funcionam e o NAD⁺ é regenerado de outra forma: a lactato desidrogenase reduz o piruvato a lactato utilizando NADH. Isso permite que a glicólise continue na carência de oxigênio.
Balanço energético
- Glicólise anaeróbica: 2×2 ATP (fosforilação ao nível do substrato) − 2 ATP (consumo) = 2 ATP.
- Glicólise aeróbica até piruvato: 2×(2 + 3) − 2 = 8 ATP (considerando a lanzadeira malato-aspartato).
- Degradação aeróbica completa da glicose a CO₂ e H₂O: 8 ATP (glicólise) + 2×15 ATP (descarboxilação oxidativa do piruvato + ciclo de Krebs) = 38 ATP.
Seis reações de desidrogenação no catabolismo completo: uma na glicólise, uma na descarboxilação oxidativa do piruvato e quatro no ciclo do ácido tricarboxílico.
Regulação da glicólise
A regulação ocorre em três etapas irreversíveis:
- Hexocinase muscular — inibida pela glicose-6-fosfato (produto).
- Fosfofrutoquinase-1 — principal regulador; inibida por ATP e NADH (excesso de energia), ativada por AMP e ADP.
- Piruvato quinase — inibida por ATP, ativada com baixa carga energética celular.
O princípio é único: com excesso de energia, a glicólise (assim como o ciclo de Krebs e o complexo da piruvato desidrogenase) é inibida; com deficiência, é ativada.
Importância anabólica dos metabólitos da glicólise
- Frutose-6-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato → síntese de ribose-5-fosfato para nucleotídeos.
- 3-fosfoglicerato → síntese de aminoácidos não essenciais (serina, glicina, cisteína).
- Diidroxiacetona fosfato → síntese de triacilgliceróis.
- Acetil-CoA (a partir do piruvato) → síntese de ácidos graxos, colesterol e corpos cetônicos.
- Nos eritrócitos, funciona a reação de desvio da bisfosfoglicerato mutase: 1,3-BPG → 2,3-bisfosfoglicerato — regulador alostérico da hemoglobina que reduz sua afinidade pelo oxigênio.
Via das pentoses-fosfato
A via das pentoses-fosfato é uma via alternativa de oxidação da glicose-6-fosfato no citosol. Não produz ATP, mas fornece à célula NADPH e ribose-5-fosfato. É ativa no fígado, tecido adiposo, suprarrenais, eritrócitos e glândula mamária lactante.
Fase oxidativa:
- Glicose-6-fosfato → 6-fosfogliconolactona sob a ação da glicose-6-fosfato desidrogenase (enzima reguladora, induzida pela insulina); o NADP⁺ é reduzido.
- Hidrólise da lactona pela gluconolactonase para formar 6-fosfogliconato.
- Descarboxilação oxidativa do 6-fosfogliconato pela 6-fosfogliconato desidrogenase; forma-se ribulose-5-fosfato e a segunda molécula de NADPH.
A fase não oxidativa inclui reações reversíveis da transcetolase (coenzima TPP, derivada da vitamina B₁) e da transaldolase, que transferem fragmentos de dois e três carbonos. Isso permite a interconversão de pentoses e metabólitos glicolíticos (frutose-6-fosfato, gliceraldeído-3-fosfato) conforme as necessidades celulares.
Glutationa e proteção antioxidante dos eritrócitos
Nos eritrócitos, o NADPH é necessário para manter a glutationa na forma reduzida. A glutationa é um tripeptídeo (gama-glutamil-cisteinilglicina) contendo o grupamento SH da cisteína.
- A glutationa peroxidase utiliza a glutationa reduzida (G-SH) para neutralizar o H₂O₂, convertendo-o em água; a glutationa é oxidada a G-S-S-G.
- A glutationa redutase regenera a G-SH utilizando NADPH.
- A glutationa reduzida protege os grupamentos SH dos resíduos de cisteína da hemoglobina contra a oxidação.
Na deficiência hereditária de glicose-6-fosfato desidrogenase, a produção de NADPH diminui e os níveis de glutationa reduzida caem. Ligações dissulfeto formam-se na hemoglobina e os protômeros desnaturados agregam-se em corpúsculos de Heinz, resultando em hemólise dos eritrócitos (anemia hemolítica).
Pontos-chave
- A glicólise ocorre no citosol; a via aeróbica produz piruvato, e a anaeróbica produz lactato para regenerar o NAD⁺.
- A principal enzima reguladora é a fosfofrutoquinase-1; controlada pela proporção ATP/AMP.
- Rendimento energético: 2 ATP (anaeróbica), 8 ATP (aeróbica até piruvato), 38 ATP (degradação completa até CO₂ e H₂O).
- O NADH citosólico entra na mitocôndria através das lanzadeiras malato-aspartato (3 ATP) ou glicero-fosfato (2 ATP).
- Os metabólitos glicolíticos servem como precursores de aminoácidos, nucleotídeos e lipídios; o 2,3-BPG regula a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio.
- A via das pentoses-fosfato fornece NADPH para biossínteses e defesa antioxidante, além de ribose-5-fosfato para nucleotídeos.
- A principal enzima reguladora da via das pentoses-fosfato é a glicose-6-fosfato desidrogenase, induzida pela insulina.
- A deficiência de G6PD prejudica a regeneração da glutationa, causando a formação de corpúsculos de Heinz e hemólise eritrocitária.