o ciclo glicose-alanina, ou ciclo Cahill, proposto pela primeira vez por Mallette, Exton e Park, e Felig et al. entre 1969 e 1970, consiste de uma série de etapas através das quais os tecidos extra-hepáticos, por exemplo, o músculo esquelético, exportar piruvato e grupos amino como alanina para o fígado, e receber glicose do fígado através da corrente sanguínea.Os principais passos do ciclo glucose-alanina são resumidos a seguir.
- quando em tecidos extra-hepáticos aminoácidos são utilizados para a energia, piruvato, derivado da glicólise, é usado como aceitador de grupos aminoácidos, formando alanina, um aminoácido não-essencial.
- a alanina difunde-se na corrente sanguínea e atinge o fígado.
- no fígado, o grupo amino da alanina é transferido para α-cetoglutarato para formar piruvato e glutamato, respectivamente.
- o grupo amino do glutamato entra principalmente no ciclo da ureia, e em parte atua como um doador de nitrogênio em muitas vias biossintéticas.
piruvato entra na gluconeogénese e é utilizado para a síntese da glucose. - a glucose recém-formada difunde-se na corrente sanguínea e atinge os tecidos periféricos onde, devido à glicólise, é convertida em piruvato que pode aceitar grupos aminoácidos dos aminoácidos livres, fechando assim o ciclo.
portanto, o ciclo glucose-alanina fornece uma ligação entre o metabolismo dos hidratos de carbono e dos aminoácidos, como descrito esquematicamente abaixo.
Glicose → Piruvato → Alanina → Piruvato → Glicose
A glicose-alanina ciclo ocorre não só entre o músculo esquelético, o primeiro tecido em que foi observado e o fígado, mas envolve outras células e extra-hepática tecidos, incluindo células do sistema imunológico, tais como órgãos linfóides.
CONTEÚDO
- As etapas da glicose-alanina ciclo
- O Cahill ciclo no músculo esquelético
- O Cahill ciclo no fígado
- Transaminases
- Funções da glicose-alanina ciclo
- custo de Energia da glicose-alanina ciclo
- Semelhanças e diferenças entre Cahill ciclo e ciclo de Cori
As etapas da glicose-alanina ciclo
A análise dos passos da glicose-alanina ciclo é feita considerando o ciclo entre o músculo esquelético e fígado.As proteínas intracelulares e extracelulares são continuamente hidrolisadas aos aminoácidos constituintes e ressintetizadas, e a velocidade a que estes processos ocorrem é equilibrada com precisão, evitando assim a perda de massa sem gordura.
no entanto, em condições catabólicas, tais como exercício intenso e prolongado ou jejum, a taxa de degradação das proteínas musculares excede a síntese. Isto leva à libertação de aminoácidos, alguns dos quais são usados para a energia e outros para a gluconeogênese. E a oxidação dos esqueletos de carbono dos aminoácidos, em particular dos aminoácidos de cadeia ramificada ou BCAA (leucina, isoleucina e valina), pode ser uma fonte significativa de energia para o músculo. Por exemplo, após cerca de 90 minutos de exercício extenuante, a oxidação de aminoácidos no músculo fornece 10-15% da energia necessária para a contração.
a utilização dos esqueletos de carbono dos aminoácidos para a energia envolve a remoção do grupo amino e, em seguida, a excreção de amino nitrogênio em uma forma não-tóxica.
A remoção do α-amino grupo ocorre por transamination, que podem ser resumidas como segue:
α-Ceto ácido + Aminoácidos ⇄ Novo aminoácido + Nova α-ceto ácido
Tais reações catalisadas por enzimas chamadas aminotransferases ou transaminases (CE 2.6.1) são livremente reversível.
aminoácidos de cadeia ramificada, por exemplo, transferem o grupo amino Para α-cetoglutarato ou ácido 2-oxoglutárico, para formar glutamato e o ácido α-ceto derivado do aminoácido original, numa reacção catalisada pela cadeia ramificada aminotransferase ou BCAT (EC 2.6 .1.42).
O Cahill ciclo no músculo esquelético
No músculo esquelético, o recém-formado, o glutamato pode reagir com a amônia para formar glutamina, para muitos tecidos e órgãos, como o cérebro, o grande veículo para interorgan transporte de nitrogênio. A reação é catalisada pela enzima citosólica glutamina sintetase (EC 6.3.1.2), e consome uma ATP.
Glutamato + NH4+ + ATP → Glutamina + ADP + Pi
neste caso, o glutamato deixa o Cahill ciclo.
alternativamente, e em contraste com o que acontece na maioria dos outros tecidos, o glutamato recém-formado pode transferir o grupo amino para piruvato, derivado da glicólise, para formar alanina e α-cetoglutarato. Esta transaminação é catalisada pela alanina aminotransferase ou ALT (EC 2.6.1.2), uma enzima encontrada na maioria dos tecidos animais e vegetais.
Glutamato + Piruvato ⇄ Alanina + α-Cetoglutarato
alanina produzido e que deriva directamente da decomposição das proteínas, e as proteínas musculares são ricos em alanina, pode deixar a célula e ser transportado pela corrente sanguínea para o fígado; desta forma o grupo amino atinge o fígado. E a taxa a que a alanina formada pela transaminação do piruvato é transferida para a circulação é proporcional à produção intracelular de piruvato.
Nota: A alanina e a glutamina são as principais fontes de azoto e carbono no metabolismo interregano dos aminoácidos.
O Cahill ciclo no fígado
uma Vez no fígado, uma hepáticas alanina aminotransferase catalisa uma transamination em que alanina, os principais gliconeogênicas de aminoácidos, age como um grupo amino de doadores e α-cetoglutarato como uma α-ceto ácido acceptor. Os produtos da reacção são o piruvato, ou seja, o esqueleto de carbono da alanina, e o glutamato.
alanina + α-cetoglutarato Glut glutamato + piruvato
glutamato, na reacção catalisada pela glutamato desidrogenase (EC 1.4.1.2), uma enzima presente na matriz mitocondrial, forma íon amônio, que entra no ciclo da ureia, e α-cetoglutarato, que pode entrar no ciclo Krebs. Esta reacção é uma reacção anaplerótica que liga o metabolismo dos aminoácidos ao ciclo Krebs.
Glutamato + H2O + NAD+ ⇄ α-Cetoglutarato + NH4+ + NADH + H+
no Entanto, o glutamato também pode reagir com oxaloacetate a forma de aspartato e α-cetoglutarato, em uma reação catalisada pela aspartato aminotransferase (EC 2.6.1.1). O aspartato está envolvido na formação de ureia, bem como na síntese de purinas e pirimidinas.
Glutamato + Oxaloacetate ⇄ Aspartato + α-Cetoglutarato
Também o piruvato produzido pode ter diferentes destinos metabólicos: pode ser oxidados para a produção de ATP e, em seguida, deixar a glicose-alanina ciclo, ou digite o gliconeogênese caminho, e assim continuar o ciclo.
a glicose produzida é libertada do fígado para a corrente sanguínea e entregue em vários tecidos que a requerem, como o músculo esquelético, no qual é usado para síntese de piruvato. Por sua vez, o piruvato recém-formado pode reagir com glutamato, fechando assim o ciclo.
Transaminases
como mencionado anteriormente, a remoção do grupo amino dos aminoácidos ocorre através da transaminação (ver acima para a reacção geral). Estas reacções são catalisadas por enzimas chamadas aminotransferases ou transaminases.
são enzimas citosólicas, presentes em todas as células e particularmente abundantes no fígado, rim, intestino e músculo; necessitam de fosfato piridoxal ou PLP, a forma activa da vitamina B6 ou piridoxina, como coenzima, que está estreitamente ligada ao local activo.
em reações de transaminação, o grupo amino de aminoácidos livres, exceto de treonina e lisina, é canalizado para um pequeno número de ácidos α-ceto, notavelmente piruvato, oxaloacetato e α-cetoglutarato.
as células contêm diferentes tipos de aminotransferases: muitas são específicas para o α-cetoglutarato como aceitador de ácido α-ceto, mas diferem na especificidade para o aminoácido, a partir do qual são nomeados. Exemplos são mencionados a alanina-aminotransferase, também chamado de alanina transaminase e glutâmico pyruvic transferase ou GPT, e aspartato aminotransferase ou AST, também chamado glutâmico-oxalacética ou TEM.
deve sublinhar-se que não há desaminação líquida nestas reacções, não há perda de grupos aminados, uma vez que o aceitante do ácido α-ceto é aminado e o aminoácido desaminado.
funções do ciclo glicose-alanina
este ciclo tem várias funções.
- transporta azoto numa forma não tóxica dos tecidos periféricos para o fígado.Transporta piruvato, um substrato gluconeogénico, para o fígado .
- remove o piruvato dos tecidos periféricos. Isto leva a uma maior produção de ATP a partir de glicose nestes tecidos. Na verdade, o NADH produzido durante a glicólise pode entrar na mitocôndria e ser oxidado através da fosforilação oxidativa.
- permite manter uma concentração relativamente elevada de alanina em hepatócitos, suficiente para inibir a degradação proteica.
- pode desempenhar um papel na defesa do hospedeiro contra doenças infecciosas.
Finalmente, é importante sublinhar que não existe síntese líquida de glucose no ciclo da glucose-alanina.
custo de energia do ciclo glicose-alanina
como o ciclo Cori, também o ciclo glicose-alanina tem um custo de energia, igual a 3-5 ATP.
a parte do ciclo que ocorre nos tecidos periféricos envolve a produção de 5-7 ATP por molécula de glucose:
- 2 os ATP são produzidos pela glicólise;
- 3-5 ATP derivam de NADH/FADH2 (ver abaixo).
em Vez no fígado, a gliconeogênese e a uréia do custo do ciclo de 10 ATP:
- 6 ATP são consumidos durante gliconeogênese por molécula de glicose sintetizada;
- 4 ATP são consumidos no ciclo da uréia por molécula de uréia é sintetizada.
o ciclo glucose-alanina, tal como o ciclo Cori, desloca parte da carga metabólica dos tecidos extra-hepáticos para o fígado. No entanto, o custo da energia pago pelo fígado é justificado pelas vantagens que o ciclo traz para o corpo inteiro, como ele permite que, em determinadas condições, um eficiente decomposição de proteínas em tecidos extra-hepática (especialmente do músculo esquelético), que por sua vez permite obter gliconeogênicas substratos, bem como o uso de aminoácidos para a energia nos tecidos extra-hepática.
semelhanças e diferenças entre o ciclo de Cahill e o ciclo de Cori
existem algumas analogias entre os dois ciclos, que são listados abaixo.
- o ciclo Cahill sobrepõe-se parcialmente ao ciclo Cori quando o piruvato é convertido em glucose e o monossacárido é transportado para tecidos extra-hepáticos, nos quais é novamente convertido em piruvato através da via glicolítica.
- a entrada na Via da gluconeogénese é semelhante nos dois ciclos: tanto a alanina como o lactato são convertidos em piruvato.
- Como o ciclo de Cori, a glicose-alanina ciclo ocorre entre diferentes tipos de células, ao contrário de vias metabólicas, tais como a glicólise, ciclo de Krebs ou gliconeogênese que ocorrem dentro de células individuais
Abaixo, algumas diferenças entre os dois ciclos.
- a principal diferença diz respeito aos três carbonos intermédios que, a partir dos tecidos periféricos, atingem o fígado: lactato no ciclo Cori e alanina no ciclo glucose-alanina.
- outra diferença diz respeito ao destino da NADH produzida pela glicólise nos tecidos periféricos.
no ciclo Cori, a coenzima actua como agente redutor para reduzir o piruvato a lactato, na reacção catalisada pela lactato desidrogenase (EC 1.1.1.27).
no ciclo glicose-alanina, esta redução não ocorre e os elétrons de NADH podem ser transportados para a mitocôndria através dos vaivéns malato-aspartato e glicerol 3-fosfato, gerando NADH, o primeiro vaivém, e FADH2, o outro vaivém. E o rendimento de ATP de NADH e FADH2 é de 2,5 e 1,5, respectivamente. - finalmente, a partir do ponto anterior, é claro que, ao contrário do ciclo Cori, o ciclo Cahill requer a presença de oxigênio e mitocôndrias nos tecidos periféricos.
Berg J. M., Tymoczko J. L., and Stryer L. Biochemistry. 5th Edition. W. H. Freeman and Company, 2002
Felig P., Pozefsk T., Marlis E., Cahill, G. F. Alanina: papel-chave na gliconeogênese. Science 1970; 167 (3920):1003-4. doi: 10.1126 / science.167.3920.1003
Gropper S. S., Smith, J. L., Groff J. L. Nutrição avançada e metabolismo humano. Cengage Learning, 2009
Lecker S. H., Goldberg A. L. e Mitch, W. E. a degradação de Proteínas pelo hidrolase–proteassoma percurso normal e estados de doença. J Am Soc Nephrol 2006; 17 (7):1807-19. doi: 10.1681 / ASN.2006010083
Mallette L. E., Exton J. H., and Park C. R. Control of gluconeogenesis from amino acids in the perfused rat liver. J Biol Chem 1969; 244 (20): 5713-23.
Nelson D. L., Cox M. Lehninger. Princípios da bioquímica. 6th Edition. W. H. Freeman and Company, 2012
Raju S. M., Madala B. Ilustrada Bioquímica Médica. Jaypee Brothers Publishers, 2005
Wu G. aminoácidos: biochemistry and nutrition. CRC Press, 2013