O esqueleto carbônico dos aminoácidos pode também ser utilizado para fins biossintéticos. Nesse caso, esquematize as reações para a conversão do aspartato em glicose através do oxaloacetato.

Passo 1

O enunciado pede que eu esquematize as reações que convertem o esqueleto carbônico do aminoácido aspartato em glicose, passando por oxaloacetato. Informações e condições relevantes que o enunciado dá (ou que são necessárias e serão usadas na resolução):
  • Partimos de \text{Aspartato}.
  • O intermediário chave indicado é \text{Oxaloacetato} (abreviado \text{OAA}).
  • O produto final desejado é \text{Glicose}.
  • Preciso mostrar as reações (seta por seta), indicando enzimas e cofatores quando relevantes.
  • Observação importante (útil para planejar a sequência): \text{OAA} tem 4 carbonos e glicose tem 6 carbonos, então, para formar uma molécula de glicose completa será necessário combinar unidades de 3 carbonos originadas de duas moléculas de \text{OAA} (ou seja, duas moléculas de aspartato normalmente entram para gerar uma glicose).
Não resolvo nada neste passo; só clarifiquei o que é pedido e as informações que vou usar.

Passo 2

Primeira reação: transaminação do aspartato para gerar oxaloacetato. Vou escrever a equação e explicar o que é transaminação.
Reação:
\text{Aspartato} + \alpha\text{-cetoglutarato} \xrightarrow{\text{Aspartato aminotransferase (AST), PLP}} \text{Oxaloacetato} + \text{Glutamato}.
Explicação didática: transaminação é a transferência do grupo amino (—NH2) de um aminoácido (aqui o \text{Aspartato}) para um cetoácido (aqui o \alpha-cetoglutarato). A enzima que faz isso é a aspartato aminotransferase (AST), que usa a coenzima fosfato de piridoxal (PLP). O resultado é que o esqueleto carbono do aspartato vira \text{OAA} (o que queríamos) e o \alpha-cetoglutarato vira \text{Glutamato}. Esta reação é reversível e muito comum em metabolismo de aminoácidos.

Passo 3

Destino do \text{OAA} e problema do transporte entre mitocôndria e citosol — solução malato/oxaloacetato.
Contexto e porquê: muitas etapas da gliconeogênese ocorrem no citosol, mas a formação de \text{OAA} muitas vezes acontece na mitocôndria; além disso, \text{OAA} não atravessa facilmente a membrana mitocondrial. A solução biológica é reduzir \text{OAA} a malato, que é transportável. A reação é a seguinte (no interior mitocondrial):
\text{Oxaloacetato}_{\text{mit}} + \text{NADH} + H^+ \xrightarrow{\text{Malato desidrogenase (mit)}} \text{Malato}_{\text{mit}} + \text{NAD}^+.
Explicação didática: a enzima malato desidrogenase (MDH) usa NADH para reduzir \text{OAA} a malato; o malato é exportado para o citosol por transportadores. Esse passo também “carrega” equivalentes redutores (NADH) do metabolismo mitocondrial para o citosol.

Passo 4

Reconversão do malato em oxaloacetato no citosol, gerando NADH citosólico necessário para gluconeogênese.
Reação (no citosol):
\text{Malato}_{\text{cit}} + \text{NAD}^+ \xrightarrow{\text{Malato desidrogenase (cit)}} \text{Oxaloacetato}_{\text{cit}} + \text{NADH} + H^+.
Explicação didática: ao oxidar o malato de volta para \text{OAA} no citosol, regeneramos \text{NADH} citosólico, que será usado em passos redutores da rota gluconeogênica (por exemplo na conversão de 1,3-bisfosfoglicerato para gliceraldeído-3-fosfato, via GAPDH). Esse é o chamado “malate shuttle”.

Passo 5

Descarboxilação e fosforilação: \text{OAA}_{\text{cit}} \text{PEP} (formação de fosfoenolpiruvato), passo chave da gluconeogênese.
Reação (citossólica ou mitocondrial, dependendo da espécie/tecido):
\text{Oxaloacetato} + \text{GTP} \xrightarrow{\text{PEP carboxiquinase (PEPCK)}} \text{Phosphoenolpyruvate (PEP)} + \text{GDP} + \text{CO}_2.
Explicação didática: a enzima PEPCK remove um carbono como \text{CO}_2 e usa \text{GTP} para formar \text{PEP} (3 carbonos ativados). A descarboxilação acoplada à fosforilação fornece ímpeto termodinâmico para tornar essa etapa favorável. Nota: em alguns tecidos a PEPCK está na mitocôndria e em outros no citosol; se for mitocondrial, o PEP formado pode sair para o citosol.

Passo 6

Transformação de \text{PEP} (3C) para intermediários de 3 carbonos da via glicolítica reversa até obter \text{GAP} ou \text{DHAP}. Vou esquematizar cada passo com a enzima e explicar cofatores consumidos/gerados. Para cada uma das duas moléculas de \text{PEP} (porque precisamos de duas para formar uma glicose):
a) Enolase (reversível):
\text{PEP} \xrightarrow{\text{Enolase}} \text{2-fosfoglicerato (2PG)}.
b) Mutase:
\text{2PG} \xrightarrow{\text{Fosfoglicerato mutase (PGM)}} \text{3-fosfoglicerato (3PG)}.
c) Fosforilação (reverso de PGK):
\text{3PG} + \text{ATP} \xrightarrow{\text{Fosfoglicerato quinase (PGK)}} \text{1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG)} + \text{ADP}.
Explicação: aqui usamos \text{ATP} no sentido gluconeogênico (o passo é a reação reversa da que gera ATP na glicólise).
d) Redução para triose fosfato:
\text{1,3-BPG} + \text{NADH} + H^+ \xrightarrow{\text{GAP deidrogenase (GAPDH)}} \text{GAP} + \text{Pi} + \text{NAD}^+.
Explicação: este passo consome \text{NADH} citosólico — por isso o malate shuttle (Passos 3–4) foi importante para fornecer esse \text{NADH}. Após isso, a isomerização entre trioses é feita por triose-fosfato isomerase:
\text{GAP} \rightleftharpoons \text{DHAP} \quad(\text{Triose-fosfato isomerase}).

Passo 7

Formação da molécula de seis carbonos (frutose-1,6-bisfosfato) a partir das duas trioses e o primeiro desvio irreversível da glicólise invertida.
Reações:
\text{GAP} + \text{DHAP} \xrightarrow{\text{Aldolase}} \text{Frutose-1,6-bisfosfato (F1,6BP)}.
Explicação: duas trioses (cada uma com 3 carbonos) se condensam para formar a estrutura de 6 carbonos. A seguir vem o passo de remoção de um grupo fosfato que não é a simples inversão da hexoquinase — é catalisado por uma fosfatase específica.

Passo 8

Desfosforilação de \text{F1,6BP} e últimas conversões até glicose.
a) Hidrolise:
\text{F1,6BP} + H_2O \xrightarrow{\text{Frutose-1,6-bisfosfatase (FBPase-1)}} \text{F6P} + \text{Pi}.
b) Isomerização:
\text{F6P} \xrightarrow{\text{Fosfoglucose isomerase (PGI)}} \text{G6P}.
c) Desfosforilação final (em tecidos que liberam glicose, ex.: fígado):
\text{G6P} + H_2O \xrightarrow{\text{Glicose-6-fosfatase}} \text{Glicose} + \text{Pi}.
Explicação didática: a etapa de FBPase-1 é um ponto regulatório importante (inibida por AMP e fructose-2,6-bisfosfato). A glicose-6-fosfatase existe no retículo endoplasmático do fígado (e rim), por isso apenas esses órgãos podem liberar glicose para o sangue.

Passo 9

Resumo estequiométrico simples e observações energéticas (úteis para a prova).
  • Para formar uma molécula de glicose completa a partir do esqueleto de aspartato precisamos, na prática, de duas moléculas de \text{Aspartato} (cada uma vira uma molécula de \text{PEP} de 3C após descarboxilação), que se unem posteriormente via as reações descritas para formar a glicose de 6C. Logo, a relação é tipicamente:
\text{2 Aspartato} \longrightarrow \text{1 Glicose}.
  • Consumo aproximado de equivalentes energéticos (resumo qualitativo): sair de duas moléculas de \text{OAA} para glicose consome \text{2 GTP} (uma por cada \text{OAA}\xrightarrow{\text{PEPCK}}\text{PEP}), mais \text{2 ATP} (uma por cada \text{3PG}\to 1,3\text{-BPG} via PGK), além de \text{2 NADH} (consumidos em GAPDH na conversão de 1,3-BPG para GAP). Ou seja, partindo de \text{OAA} (e portanto de \text{Aspartato}) a rota consome energia e equivalentes redutores; se partisse de piruvato haveria consumo adicional de ATP (pyruvate carboxylase), por isso partir diretamente de \text{OAA} economiza essas ATP usadas por pyruvate carboxylase.

Resposta

\text{Aspartato} + \alpha\text{-cetoglutarato} \xrightarrow{\text{AST (PLP)}} \text{Oxaloacetato} + \text{Glutamato}\n
\text{Oxaloacetato}_{\text{mit}} + \text{NADH} + H^+ \xrightarrow{\text{MDH (mit)}} \text{Malato}_{\text{mit}}\n
\text{Malato}_{\text{mit}} \rightarrow \text{Malato}_{\text{cit}} (transporte)\n
\text{Malato}_{\text{cit}} + \text{NAD}^+ \xrightarrow{\text{MDH (cit)}} \text{Oxaloacetato}_{\text{cit}} + \text{NADH} + H^+\n
\text{Oxaloacetato} + \text{GTP} \xrightarrow{\text{PEPCK}} \text{PEP} + \text{GDP} + \text{CO}_2\n
\text{PEP} \xrightarrow{\text{Enolase}} \text{2PG} \xrightarrow{\text{PGM}} \text{3PG}\n
\text{3PG} + \text{ATP} \xrightarrow{\text{PGK}} \text{1,3-BPG} + \text{ADP}\n
\text{1,3-BPG} + \text{NADH} + H^+ \xrightarrow{\text{GAPDH}} \text{GAP} + \text{Pi} + \text{NAD}^+\n
\text{GAP} \rightleftharpoons \text{DHAP} \xrightarrow{\text{Aldolase}} \text{F1,6BP}\n
\text{F1,6BP} + H_2O \xrightarrow{\text{FBPase-1}} \text{F6P} \xrightarrow{\text{PGI}} \text{G6P}\n
\text{G6P} + H_2O \xrightarrow{\text{G6Pase}} \text{Glicose} + \text{Pi}\n
Resumo estequiométrico: \text{2 Aspartato} \longrightarrow \text{1 Glicose} (consumo aproximado: \text{2 GTP} + \text{2 ATP} + \text{2 NADH} a partir de \text{OAA}).

Exercícios relacionados