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 \text{PFK-1} que converte frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bisfosfato. Na gliconeogênese o passo inverso é feito pela frutose-1,6-bisfosfatase \text{FBPase-1}. Esses dois alvos são regulados de modo recíproco:
\text{PFK-1} é inibida por \text{ATP} e citrato (sinal de alta carga energética) e ativada por \text{AMP}.
\text{FBPase-1} é inibida por \text{AMP} (sinal de baixa energia) e ativada por \text{ATP}.
Dessa forma, quando \frac{[\text{ATP}]}{[\text{AMP}]} está alto, a gliconeogênese é favorecida; quando esse quociente cai, a glicólise é acionada.

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 \text{PFK-1} e inibe \text{FBPase-1}. 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 \text{F2,6BP}, o que estimula glicólise e reprime gliconeogênese. Já sob glucagon a proteína quinase A fosforila o PFK-2, ativando sua atividade bisfosfatase e reduzindo \text{F2,6BP}, 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 \frac{[\text{ATP}]}{[\text{AMP}]}.

Exercícios relacionados