Diferenças entre Glicólise, Gliconeogênese, Glicogenólise e Glicogênese
Estas são quatro vias metabólicas distintas e opostas que regulam os níveis de glicose: a glicólise degrada glicose para produzir energia, a gliconeogênese sintetiza glicose nova a partir de precursores não-carboidratos, a glicogenólise quebra glicogênio armazenado para liberar glicose, e a glicogênese armazena glicose na forma de glicogênio.
Glicólise
Via catabólica que degrada glicose para produção de energia:
- Converte glicose-6-fosfato em piruvato e outros intermediários, gerando ATP através da quebra de moléculas de glicose 1
- Pode fornecer ATP na ausência de oxigênio (metabolismo anaeróbico), sendo essencial para tecidos com poucas ou nenhuma mitocôndria 1
- Oferece maior eficiência oxidativa (razão ATP/oxigênio) comparada à oxidação de ácidos graxos 1
- Tecidos completamente dependentes incluem: hemácias, células imunes, tecidos transparentes dos olhos, medula renal e músculo durante contração anaeróbica 1
- Regulada por acetilação: a acetilação da piruvato quinase (PKM) na Lys305 diminui sua atividade e a direciona para degradação lisossomal 2
Gliconeogênese
Via anabólica que sintetiza glicose nova a partir de precursores não-carboidratos:
- Produz glicose a partir de lactato, glicerol e aminoácidos, principalmente no fígado e rins 1
- Durante jejum prolongado, a gliconeogênese assume após 8-12 horas quando a glicogenólise hepática se esgota 1
- Os rins contribuem com 20-25% da produção de glicose durante períodos de jejum prolongado 1
- Utiliza aminoácidos da proteólise muscular como principal fonte de substratos endógenos, junto com glicerol da hidrólise de triglicerídeos 1
- Regulada por acetilação: a acetilação da PEPCK (fosfoenolpiruvato carboxiquinase) a direciona para ubiquitinação pela ligase E3 UBR5/EDD1 e subsequente degradação proteassomal 2
- Responde à concentração absoluta de insulina independentemente de seus padrões temporais, através de motivos de rede que constituem inibição feedforward 3
- Produção hepática de glicose excessiva é um dos principais contribuintes para hiperglicemia no diabetes tipo 2 4
Glicogenólise
Via catabólica que quebra glicogênio armazenado para liberar glicose:
- Fornece ATP através da quebra de glicogênio em tecidos com metabolismo oxidativo pobre 1
- Predomina nas primeiras 8-12 horas de jejum, sendo a principal fonte de produção endógena de glicose antes da gliconeogênese assumir 1
- Permite liberação rápida de glicose para manter a glicemia durante períodos de demanda aumentada ou jejum inicial 5
- Regulada de forma aguda por controle alostérico através de intermediários metabólicos e modificações pós-traducionais 5
Glicogênese
Via anabólica que armazena glicose na forma de glicogênio:
- Sintetiza glicogênio a partir de glicose-6-fosfato, representando uma das três principais vias metabólicas deste intermediário 1
- Responde a mudanças temporais de insulina ao invés de sua concentração absoluta, através de motivos de rede que constituem um loop feedforward incoerente (iFFL) 3
- Permite armazenamento de glicose durante períodos de abundância nutricional para uso posterior durante jejum 5
- Regulada por padrões temporais de insulina: estimulação em degrau de insulina induz resposta transitória da glicogênese 3
Regulação Recíproca
Estas vias não são simplesmente o reverso umas das outras e são reciprocamente reguladas:
- Glicólise e gliconeogênese compartilham muitas enzimas mas são reguladas de forma oposta através de enzimas-chave irreversíveis 2
- Fatores de transcrição controlam a expressão gênica das enzimas envolvidas, mediando regulação de longo prazo do metabolismo da glicose 5
- Padrões temporais de insulina selecionam quais vias são ativadas: glicólise e glicogênese respondem a mudanças temporais, enquanto gliconeogênese responde à concentração absoluta 3
- A acetilação é um modificador pós-traducional importante que regula enzimas metabólicas através de diferentes mecanismos, estabelecendo comunicação cruzada com ubiquitinação 2
Relevância Clínica
O cérebro requer 100-120g de glicose por dia, representando a maioria da oxidação corporal total de glicose 1
Quedas rápidas na glicemia plasmática resultam em coma com potencial para sequelas neurológicas irreversíveis, embora cetonas e lactato possam suprir o cérebro quando a glicose está baixa 1
A regulação anormal da produção hepática de glicose através de gliconeogênese e glicogenólise excessivas contribui significativamente para hiperglicemia no diabetes tipo 2 6, 4