Como a célula regula a glicólise e a gliconeogênese para evitar que ocorram simultaneamente?
Passo 1
O enunciado pergunta como a célula impede que glicólise e gliconeogênese trabalhem ao mesmo tempo, formando um ciclo inútil que consumiria ATP sem gerar nada útil. Para resolver, precisamos entender os mecanismos de regulação alostérica, hormonal e covalente dos principais pontos de controle dessas vias.
Passo 2
Na glicólise o passo comprometedor é catalisado pela fosfofrutoquinase-1
que converte frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bisfosfato. Na gliconeogênese o passo inverso é feito pela frutose-1,6-bisfosfatase
. Esses dois alvos são regulados de modo recíproco:
— é inibida por
e citrato (sinal de alta carga energética) e ativada por
.
— é inibida por
(sinal de baixa energia) e ativada por
.
Dessa forma, quando está alto, a gliconeogênese é favorecida; quando esse quociente cai, a glicólise é acionada.
—
—
Dessa forma, quando
Passo 3
Um controle ainda mais fino vem do frutose-2,6-bisfosfato, que não aparece em catálise mas é o principal regulador alostérico. Ele ativa fortemente
e inibe
. A concentração de frutose-2,6-bisfosfato é ajustada pela enzima bifuncional PFK-2/FBPase-2 segundo o estado hormonal:
Passo 4
Sob ação de insulina a forma quinase (PFK-2) é desfosforilada e ativa, elevando
, o que estimula glicólise e reprime gliconeogênese. Já sob glucagon a proteína quinase A fosforila o PFK-2, ativando sua atividade bisfosfatase e reduzindo
, o que favorece gliconeogênese e atrasa glicólise.
Passo 5
Além disso, enzimas como a piruvato quinase (último passo da glicólise) são fosforiladas em jejum (inativas) e desfosforiladas na fase alimentada (ativas), coordenando ainda mais a via. Com esses controles alostéricos, hormonais e covalentes, a célula garante que, em cada situação, apenas uma das vias esteja predominante.
Resposta
A célula evita que glicólise e gliconeogênese ocorram simultaneamente por meio de regulação recíproca dos pontos de controle (PFK-1 versus FBPase-1), do efeito alostérico do frutose-2,6-bisfosfato e de modificações covalentes (fosforilação/desfosforilação) em resposta aos hormônios insulina e glucagon, além da sinalização pelo balanço
.