Via das pentoses-fosfato

Via das pentoses-fosfato; Rui FontesVia das pentoses-fosfato1- Pelo menos algumas das enzimas da via das pentoses-fosfato existem em todas as células do organismoe, em certos tecidos e células como o fígado, o tecido adiposo, a glândula mamária activa, o cortexsupra renal e os eritrócitos uma parte significativa da glicose é oxidada nesta via metabólica. Na via daspentoses-fosfato (via do fosfogliconato ou desvio (shunt) das hexose-monofosfato) o agente oxidantenão é o NAD + (como na glicólise) mas o NADP + pelo que, neste caso, se forma NADPH.2- A acção sequenciada de 3 enzimas que catalisam reacções fisiologicamente irreversíveis[desidrogénase da glicose-6-fosfato (ver equação 1), hidrólase da 6-fosfogliconolactona (ver equação2) e desidrogénase do 6-fosfogliconato (ver equação 3)] permite a formação da ribulose-5-fosfato(uma cetopentose-fosfato) que, numa reacção fisiologicamente reversível catalisada pela isomérase daspentoses-fosfato, pode ser convertida em ribose-5-fosfato (uma aldopentose-fosfato; ver equação 4). Aequação 5 é o somatório das reacções referidas acima e descreve a acção sequenciada da chamada “faseirreversível da via das pentoses-fosfato” (reacções 1-3) e da reacção catalisada pela isomérase daspentoses-fosfato (reacção 4):glicose-6-P + NADP + 6-fosfogliconolactona + NADPH (1)6-fosfogliconolactona + H 2 O 6-fosfogliconato (2)6-fosfogliconato + NADP + ribulose-5-P + NADPH + CO 2 (3)ribulose-5-P ribose-5-P (4)glicose-6-P + 2 NADP + + H 2 O ribose-5-P + 2 NADPH + CO 2 (5)3- Os produtos do processo descrito pela equação 5 são a ribose-5-fosfato e o CO 2 (que resultaram daoxidação da glicose-6-fosfato) e o NADPH (que resultou da redução do NADP + ). A ribose-5-fosfato éum substrato de vias metabólicas que levam à formação de nucleotídeos e de ácidos nucleicos. ONADPH é o agente redutor (i) em reacções de vias anabólicas como as de síntese de ácidos gordos,colesterol e hormonas esteróides, (ii) na manutenção do glutatião no estado reduzido (GSH), (iii) emreacções de hidroxilação quer de compostos endógenos quer de xenobióticos (medicamentos e drogas)e (iv), nas células macrofágicas, em processos reactivos que levam à morte de bactérias infectantes. Aocontrário do que acontece no caso do NAD + /NADH em que a concentração estacionária da formaoxidada é cerca de 1000 vezes superior à do NADH, no caso do NADPH/NADP + a concentraçãoestacionária da forma reduzida é cerca de 100 vezes superior à do NADP + . Uma razão[NADPH]/[NADP + ] elevada ajuda a compreender que as reacções em que o NADPH actua comoredutor sejam termodinamicamente favorecidas.4- Nas situações em que a glicemia é elevada (como acontece normalmente durante o período absortivo) asíntese e a libertação de insulina nas células dos ilhéus de Langerhans pancreáticos estão activadas aomesmo tempo que a síntese e a libertação de glicagina nas células dos mesmos ilhéus está inibida.Estas duas hormonas têm no fígado efeitos antagónicos: a insulina estimula todos os processos em quese consome glicose e alguns dos processos anabólicos em que se consome (oxida) NADPH enquanto aglicagina estimula todos os processos metabólicos que levam à formação de glicose. A insulinaestimula a oxidação da glicose aumentando a formação de acetil-CoA e, ao mesmo tempo, a actividadedas enzimas “marca-passo” da via da síntese de ácidos gordos em que o substrato é a acetil-CoA e oNADPH é o agente redutor. A oxidação da acetil-CoA a CO 2 no ciclo de Krebs é um processo cujavelocidade está dependente do consumo de ATP: quando a insulina está elevada e a formação de acetil-CoA é mais rápida que a sua oxidação uma parte da acetil-CoA formada pode ser desviada para aformação de ácidos gordos e, em última análise, para a formação de gordura. Neste processo de síntese,o ATP sofre hidrólise mas também se oxida o NADPH formado na via das pentoses-fosfato. Aconcentração de NADPH é demasiado pequena para poder sustentar os processos de síntese se, a umavelocidade semelhante, não ocorresse a redução do NADP + formado. A insulina estimula a via daspentoses-fosfato induzindo a síntese (transcrição dos genes) das desidrogénases da glicose-6-fosfato edo 6-fosfogliconato.Um outro factor que controla o fluxo na via das pentoses-fosfato é a velocidade de consumo (oxidação)do NADPH. A desidrogénase da glicose-6-fosfato é inibida pelo NADPH e, se a concentração deNADPH baixar na célula, esta desidrogénase fica activada estimulando-se a via das pentoses-fosfato.Página 1 de 4

Página 2 de 4Via das pentoses-fosfato; Rui FontesNalgumas células não sensíveis à insulina (como os eritrócitos) pode ser este o único mecanismocontrolador do fluxo na via das pentoses-fosfato.5- Quando, numa determinada situação metabólica, a síntese de ribose-5-fosfato excede o seu consumo nasíntese de nucleotídeos uma série de reacções fisiologicamente reversíveis catalisadas por duasisomérases e duas transférases permite a transformação da ribose-5-fosfato em frutose-6-fosfato egliceraldeído-3-fosfato. Para melhor compreender o processo de conversão da ribose-5-fosfato emfrutose-6-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato é útil admitir-se que partimos de 3 moléculas de ribose-5-fosfato (35C=15C) e que se formam duas moléculas de frutose-6-fosfato e uma de gliceraldeído-3-fosfato (26C + 3C = 15C). As isomérases envolvidas no processo são a isomérase das pentosesfosfato(ver equação 4) e a epimérase das pentoses-fosfato (ver equação 6). A isomérase das pentosesfosfatoé a enzima que catalisou a formação da ribose-5-fosfato (a partir de ribulose-5-fosfato) mastambém pode converter 2 das 3 moléculas de ribose-5-fosfato de que partimos em ribulose-5-fosfato.Por sua vez a epimérase pode converter as duas moléculas de ribulose-5-fosfato em xilulose-5-fosfato(uma cetopentose-fosfato). Nesta fase teríamos uma molécula de ribose-5-fosfato e duas de xilulose-5-fosfato. Por acção da transcetólase (ver equação 7) uma molécula de ribose-5-fosfato reage com umamolécula de xilulose-5-fosfato; a transferência de uma unidade de 2 carbonos em que a xilulose-5-fosfato funciona como substrato dador leva à formação de uma molécula de sedoheptulose-7-fosfato(uma cetoheptose-fosfato) e outra de gliceraldeído-3-fosfato (aldotriose-fosfato). A transaldólase (verequação 8) vai fazer reagir entre si os produtos da reacção anterior; neste caso é a sedoheptulose-7-fosfato que funciona como dador de uma unidade de 3 carbonos formando-se eritrose-4-fosfato (umaaldotetrose-fosfato) e frutose-6-fosfato. Nesta fase, tendo partido de 3 moléculas de ribose-5-fosfato,temos uma molécula de frutose-6-fosfato, uma de eritrose-4-fosfato e uma outra de xilulose-5-fosfatoque ainda não reagiu. A reacção entre a xilulose-5-fosfato e a eritrose-4-fosfato também é catalisadapela transcetólase (ver equação 9) permitindo a formação de mais uma molécula de frutose-6-fosfato eoutra de gliceraldeído-3-fosfato. Todas estas reacções são fisiologicamente reversíveis e asconcentrações estacionárias de todas estas oses-fosfato mantêm-se próximas das concentrações deequilíbrio. A equação 10 descreve o somatório das transformações referidas acima (equações 4 e 6-9partindo de 3 moléculas de ribose-5-fosfato):ribulose-5-P xilulose-5-P (6)xilulose-5-P + ribose-5-P sedoheptulose-7-P + gliceraldeído-3-P (7)sedoheptulose-7-P + gliceraldeído-3-P eritrose-4-P + frutose-6-P (8)xilulose-5-P + eritrose-4-P frutose-6-P + gliceraldeído-3-P (9)3 ribose-5-P 2 frutose-6-P + gliceraldeído-3-P (10)A frutose-6-fosfato e o gliceraldeído-3-fosfato formadas na “fase reversível da via das pentoses-fosfato”são intermediários da glicólise que, nas condições metabólicas em que a via das pentoses-fosfato estámais activa no fígado (glicemia elevada, insulina elevada e glicagina baixa), também está activadalevando à formação de acetil-CoA, o substrato na síntese de ácidos gordos.6- A acção sequenciada das enzimas das fases irreversível (equação 11) e reversível (equação 10 ou 12) davia das pentoses-fosfato e de “enzimas da gliconeogénese” [isomérase das trioses-fosfato (equação13), aldólase (equação 14), frutose-1,6-bisfosfátase (equação 15) e isomérase das fosfohexoses(equação 16)] pode permitir a oxidação completa da glicose-6-fosfato pelo NADP + (equação 17):6 glicose-6-P +12 NADP + + 6 H 2 O 6 ribulose-5-P +12 NADPH + 6 CO 2 (11)6 ribulose-5-P 4 frutose-6-P + 2 gliceraldeído-3-P (12)1 gliceraldeído-3-P 1 di-hidroxiacetona-P (13)1 gliceraldeído-3-P + 1 di-hidroxiacetona-P frutose-1,6-bisfosfato (14)frutose-1,6-bisfosfato + H 2 O frutose-6-P + Pi (15)5 frutose-6-P 5 glicose-6-P (16)somatório: glicose-6-P +12 NADP + +7 H 2 O 6 CO 2 +12 NADPH + Pi (17)É de notar, contudo, que as condições metabólicas em que a via das pentoses-fosfato está mais activa(glicemia elevada, insulina elevada e glicagina baixa) levam, no fígado, à inibição da enzimaresponsável pela reacção 15 (a fosfátase da frutose-1,6-bisfosfato hepática). O conjunto de reacções cujo

Via das pentoses-fosfato; Rui Fontessomatório é a equação 17 é um exercício teórico que serve apenas para mostrar que as enzimas da viadas pentoses-fosfato (em conjunto com outras enzimas) podem levar à oxidação completa da glicosesem o contributo do ciclo de Krebs e da fosforilação oxidativa.Quando, 3 moléculas de glicose são oxidadas na via das pentoses-fosfato podem formar 3 CO 2 + 2frutose-6-fosfato e 1 gliceraldeído-3-fosfato. Se as 2 frutose-6-fosfato (6C*2) e o gliceraldeído-3-fosfato(3C) formados forem oxidados na sequência glicólise-desidrogénase do piruvato-ciclo de Krebssignifica que 3 dos 18 CO 2 libertados a partir das 3 moléculas de glicose (6C*3) foram daresponsabilidade da desidrogénase do 6-fosfogliconato (1/6 dos carbonos).7- Em órgãos (como o músculo) em que as desidrogénases da glicose-6-fosfato e do 6-fosfogliconato sãopouco activas a síntese de ribose-5-fosfato, um precursor na síntese dos nucleotídeos, pode ocorrer poracção exclusiva das enzimas da “fase reversível” da via das pentoses-fosfato actuando na frutose-6-fosfato e no gliceraldeído-3-fosfato (ver equação 10).8- Um dos papéis metabólicos do NADPH é o de manter o glutatião (tripeptídeo contendo resíduos deglutamato, cisteína e glicina) na sua forma reduzida (GSH; contém um grupo tiol). O glutatião intervémcomo redutor em processos reactivos que serão descritos abaixo, e nessas reacções, converte-se emdissulfureto de glutatião (GSSG). O NADPH é o agente redutor (do dissulfureto do glutatião) numareacção catalisada pela redútase do glutatião onde o GSH é regenerado:NADPH + GSSG 2 GSH + NADP + (18)9- O GSH existe em altas concentrações nas células sendo o agente redutor em reacções em que o H 2 O 2 ,peróxidos lipídicos (LOOH) e o desidroascorbato (forma oxidada da vitamina C) são reduzidos a H 2 O,lipídeos hidroxilados (LOH) e ascorbato, respectivamente. A enzima que catalisa a redução dosperóxidos é a peroxídase do glutatião (equação 19); a que catalisa a redução do desidroascorbato é aredútase do desidroascorbato (equação 20).LOOH (ou H 2 O 2 ) + 2 GSH LOH (ou H 2 O) + GSSG + H 2 O (19)Desidroascorbato + 2 GSH ascorbato + GSSG (20)Nas situações de stress oxidativo, os grupos tiol (R-SH) dos resíduos de cisteína de proteínas sofremoxidação não enzímica formando-se ligações dissulfureto intra e inter-proteínas (proteína-S-S-proteína).Na redução destas ligações, o GSH é o agente redutor: a reacção descrita pela equação 21 é catalisadapor uma oxiredútase (por tradição, frequentemente designada por tioltransférase) que repõe a situaçãooriginal.proteína-S-S-proteína + 2 GSH 2 proteína-SH + GSSG (21)Para além de intervir como redutor nas reacções catalisadas pela peroxídase do glutatião, pela redútasedo desidroascorbato e pela tioltransférase, o glutatião também é redutor em reacções não enzímicaspodendo reduzir o ião superóxido (a H 2 O 2 ) e radicais orgânicos.10- Como se mostra nas equações 19, 20 e 21, sempre que o glutatião intervém como redutor forma-seGSSG que é, de imediato, reduzido por acção catalítica da redútase do glutatião (ver equação 18). Osomatório das equações 18 e 19 permite compreender que o NADPH é o redutor último nos processosde redução dos peróxidos lipídicos e do H 2 O 2 (equação 22). Uma situação semelhante ocorre tambémnos casos do desidroascorbato e dos grupos dissulfureto das proteínas (ver equações 23 e 24).NADPH + LOOH (ou H 2 O 2 ) NADP + + LOH (ou H 2 O) (22)NADPH + desidroascorbato NADP + + ascorbato (23)NADPH + proteína-S-S-proteína NADP + + 2 proteína-SH (24)O ascorbato (forma reduzida da vitamina C) reduz o radical tocoferil (forma oxidada da vitamina E) atocoferol que, por sua vez, reagindo com intermediários dos processos de formação de peróxidoslipídicos das membranas das células, limita a extensão destes processos. Os processos de oxidação decomponentes lipídicos das membranas e de outras estruturas celulares como proteínas ou ácidosnucleicos pode lesar as células.Página 3 de 4

Via das pentoses-fosfato; Rui FontesOs eritrócitos não têm núcleo e, ao contrário do que acontece nas outras células, as proteínas e os lipídeosque se alteram não podem ser re-sintetizados. Nos eritrócitos o papel principal do NADPH é o demanter o glutatião no estado reduzido (GSH) limitando os danos causados às estruturas molecularescelulares pelas chamadas espécies reactivas de oxigénio (ROS). São exemplos de espécies reactivas deoxigénio o superóxido (O 2 - ), o H 2 O 2 e o radical hidroxilo (HO ). De todas estas substâncias a que sesupõe ter um efeito directo mais agressivo é o radical hidroxilo mas na sua origem está quer o H 2 O 2quer o superóxido. Em situações de stress oxidativo – aumento da velocidade de síntese de ROS – asROS levam à peroxidação de lipídeos das membranas e oxidação de proteínas. Mutações no gene(presente no cromossoma X) codificador da desidrogénase da glicose-6-fosfato (ver equação 1) sãoresponsáveis por uma doença genética muito frequente (400 milhões de afectados no mundo)denominada favismo. O deficit de NADPH que está associado a esta doença torna o eritrócitovulnerável a situações de stress oxidativo ocorrendo hemólise aquando da ingestão de favas ou dedeterminados medicamentos. Esta doença genética é mais frequente nos descendentes de indivíduos queviveram em zonas com alta incidência de malária. A razão desta associação é a protecção que o deficitda enzima desidrogénase da glicose-6-fosfato (mesmo relativo no caso das mulheres heterozigóticas)confere relativamente ao agente da malária. Este agente (Plasmodium falciparum) vive dentro doseritrócitos dos indivíduos afectados de malária mas a sua capacidade de sobrevivência fica reduzidaquando o stress oxidativo dos eritrócitos (que ocorre no favismo) faz com que os ciclos de formaçãomedular /fagocitose nos macrófagos sejam mais curtos.11- Em células macrofágicas como os polimorfonucleares neutrófilos, o NADPH tem um papeldeterminante na destruição das estruturas moleculares das bactérias infectantes. No decorrer do processofagocítico, por acção da oxídase do NADPH o NADPH reduz o oxigénio molecular a superóxido(equação 25) que, por sua vez, está na origem de outras ROS que se supõe participarem no processo dedestruição das bactérias.NADPH + 2 O 2 NADP + + 2 O 2 - + H + (25)O superóxido pode sofrer dismutação enzímica (dismútase do superóxido) ou não enzímica e levar àformação de H 2 O 2 (equação 26) e também pode reduzir e cindir o H 2 O 2 com formação do radicalhidroxilo (reacção de Haber-Weiss catalisada por iões de ferro ou de cobre; equação 27). O radicalhidroxilo é dificilmente detectável porque é muito reactivo iniciando cadeias de reacções de oxidação (eperoxidação).O - 2 + O - 2 + 2 H + H 2 O 2 + O 2 (26)O - 2 + H 2 O 2 O 2 + HO - + HO (27)Página 4 de 4