Metabolismo dos Carboidratos

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GLICÓLISE: 
Vias – Sequência de múltiplas reações em que o produto da primeira é substrato da seguinte, com a glicólise, por exemplo.
Metabolismo – Conjunto de vias que se integram 
Vias catabólicas:
Têm o propósito de capturar a energia química, obtida da degradação de moléculas combustíveis ricas em energia, formando ATP. Moléculas da dieta podem ser convertidos em blocos constitutivos, necessários para a síntese de outras moléculas.
A energia gerada pela degradação de moléculas complexas ocorre em 3 estágios:
1. Hidrólise de moléculas complexas: Moléculas complexas são quebradas em seus blocos constitutivos (proteínas – aminoácidos, polissacarídeos – monossacarídeos e triacilgliceróis – ácidos graxos livres e glicerol)
2. Conversão dos blocos constitutivos em intermediários mais simples: Esses blocos constitutivos diversos serão degradados em acetil-CoA e em outras moléculas simples. Parte da energia liberada pela quebra é capturada como ATP, mas tal energia é pequena quando comparado com o terceiro estágio.
3. Oxidação do acetil-CoA: O ciclo dos ácidos tricarboxílicos é a via final comum da oxidação de moléculas combustíveis, como a acetil-CoA. Grande quantidades de ATP são geradas na fosforilação oxidativas, à medida que elétrons fluem do NADH e do FADH2 para o oxigênio.
Vias anabólicas:
As reações anabólicas reúnem moléculas pequenas para formar moléculas complexas. As reações necessitam energia, a qual é fornecida pela quebra do ATP. Frequentemente, estas reações envolvem reduções químicas, nas quais o poder redutor é fornecido pelo doador de elétrons NADPH.
Regulação do metabolismo:
Sinais regulatórios que informam uma determinada célula sobre o estado metabólico do organismo como um todo incluem hormônios (sinalização endócrina), neurotransmissores (sinalização sináptica) e a disponibilidade de nutrientes (contato direto). Estes, por sua vez, influenciam os sinais gerados dentro da célula.
1. Sinais de dentro da célula (intracelular): A velocidade de uma via pode ser influenciada pela disponibilidade de substrato, pela inibição ocasionada pelos produtos ou por alterações nos níveis de ativadores ou inibidores alostéricos.
2. Comunicação entre células (intercelular): É uma resposta mais lenta e a comunicação entre as células pode ser mediada pelo contato entre suas superfícies ou por junções comunicantes.
3. Sistemas de segundos mensageiros: Segundos mensageiros são aqueles que intervém entre o mensageiro original (hormônios e neurotransmissores) e o efeito final dentro da célula. Ou seja, fazem parte de uma cascata de eventos que traduz a ligação do hormônio ou neurotransmissor em uma resposta celular. Os dois segundos mensageiros mais conhecidos são o sistema cálcio/fosfatidilinositol e o sistema adenilato-ciclase, o qual é particularmente importante para a regulação das vias do metabolismo intermediário.
4. Adenilato-ciclase: O reconhecimento de um sinal químico por alguns receptores de membrana irá dispara um aumento ou redução na atividade da adenilato-ciclase. Esta é uma enzima ligada a membrana que converte ATP em AMPc ou AMP cíclico. Esses sinais químicos são hormônios ou neurotransmissores, os quais se ligam à receptores na membrana e cada receptor está ligado a adenilato-ciclase. 
Visão geral da glicólise:
 A via glicolítica é utilizada em todos os tecidos com o intuito de gerar ATP. A glicólise é o centro do metabolismo dos carboidratos, visto que todos os carboidratos podem ser convertidos em glicose. Esta reação, quando ocorre em presença de oxigênio e a célula que a realiza possui mitocôndrias (glicólise aeróbica), tem como produto final o piruvato.
 A glicólise aeróbica tem como função preparar as condições necessárias para que ocorra a descarboxilação oxidativas do piruvato, dando origem a acetil-CoA, o principal combustível do ciclo do ácido cítrico. 
 Na glicólise anaeróbica (ocorre sem a participação do oxigênio), a glicose é convertida em piruvato, que é reduzido pelo NADH e gera o lactato. Esta reação permite a produção contínua de ATP em tecidos que não possuem mitocôndrias ou o oxigênio encontra-se em quantidade insuficiente.
Transporte de glicose para dentro das células:
A. Transporte por difusão facilitada, independente de Na+
 Este transporte é mediado por uma família de transportadores de glicose encontrados na membrana celular e são denominados de GLUT-1 a GLUT-14 (são 14 transportadores nessa família no total). A glicose extracelular liga-se aos transportadores e estes sofrem uma alteração em sua conformação transportando a glicose através da membrana. É importante salientar que este processo obedece ao gradiente de concentração, pois se trata de um transporte passivo de difusão facilitada. 
1. Especificidade tecidual da expressão gênica dos GLUTs
 Cada um desses transportadores atua em tecido específico no corpo humano (GLUT-3 atua nos neurônios, GLUT-1 nos eritrócitos, ...)
B. Sistema de co-transporte monossacarídeo-Na+
 Este processo necessita de energia e transporta a glicose contra o gradiente de concentração e funciona por meio de um carreador, no qual o movimento da glicose está associado ao gradiente de concentração do Na+, o qual é transportado junto da glicose para dentro da célula. Este processo ocorre no intestino delgado, por exemplo.
Reações da glicólise:
 A conversão da glicose em piruvato ocorre em 2 estágios. As 5 primeiras reações correspondem a uma fase de investimento de energia, pois necessita-se de ATP para realizar estas 5 reações (gasta-se 2 moléculas de ATP para cada molécula de glicose). Enquanto as reações subsequentes estão associadas a uma fase de produção de energia (produz-se 4 moléculas de ATP para cada molécula de glicose). Após o término da glicólise, temos o ganho líquido de 2 moléculas de ATP para cada molécula de glicose metabolizada, por fosforilação no nível do substrato (2 moléculas de NADH são formadas para produzir o piruvato [2NAD+ 2NADH]).
A. Fosforilação da glicose (PASSO 1) – Etapa limitante
 Moléculas fosforiladas (adição de fosfato na molécula) de glicídios não atravessam as membranas celulares com facilidade, pois não há carreadores de membrana específicos para esses compostos. A fosforilação irreversível da glicose gera o composto glicose-6-fosfato (reações catalisadas pela hexocinase e glicocinase) e retém este no citosol da célula conforme explicado no início do parágrafo.
1. Hexocinase
 Catalisam a fosforilação da glicose na maior parte dos tecidos. Ela apresenta especificidade ampla quanto ao substrato, sendo capaz de fosforilar diversas hexoses, além da glicose. A hexocinase é inibida pelo produto da reação (glicose-6-fosfato) que se acumular neutraliza a ação da enzima. A enzima apresenta um baixo Km para a glicose (alta afinidade com esse substrato), o que permite uma fosforilação eficiente e a consequente metabolização da glicose. Entretanto, apresenta baixa Vmax.
2. Glicocinase
 Atua nas células do parênquima hepático e nas células das ilhotas no pâncreas, ela também pode ser denominada hexocinase D ou do tipo IV e é a principal enzima responsável pela fosforilação da glicose. Nas células beta, atua como um sensor de glicose, determinando o limiar para a secreção de insulina. No fígado, atua fosforilando a glicose em quadros de hiperglicemia. Ela também possui um Km alto, assim como a Vmax. A glicocinase, diferentemente das hexocinases, possui como inibidor indireto (o excesso de F6F transloca a glicocinase para o núcleo, que contém uma proteína reguladora que se liga à F6F e a inativa) a frutose-6-fosfato (F6F) e não a glicose-6-fosfato (G6F) e estimulada indiretamente pela glicose (o excesso de glicose transloca a glicocinase para fora do núcleo quebrando, assim, a ligação da enzima com a proteína reguladora e ativando-a). 
 Também é importante salientar que a insulina, secretada pelas células beta do pâncreas, aumenta a atividade da glicocinase e a transcrição do gene responsável por codificar a glicocinase, o que aumenta a quantidade dessa enzima na célula.Pacientes com diabetes possuem deficiência na produção de insulina e, consequentemente, dificuldade em reduzir o nível de glicose no sangue.
B. Isomerização da glicose-6-fosfato (PASSO 2)
 A isomerização da G6F resulta na frutose-6-fosfato e possui como enzima catalizadora a fosfoglicose-isomerase. Tal reação é facilmente reversível.
C. Fosforilação da frutose-6-fosfato (PASSO 3) – Etapa limitante
 A reação irreversível de fosforilação é catalisada pela fosfofrutocinase-1 (PFK-1) e é o passo limitante da velocidade da glicólise. A PFK-1 é controlada pelo nível de seu substrato (ATP e F6F) e pelas substâncias reguladoras a seguir:
1. Regulação pelos níveis energéticos dentro da célula
 A PFK-1 é inibida alostericamente por altos níveis de ATP, uma vez que tal fato indica uma alta quantidade de energia e, dessa forma, não há necessidade de gerar mais ATP (glicólise). Enquanto baixos níveis de AMP indicam uma baixa quantidade de energia e atuam ativando alostericamente a PFK-1.
2. Regulação pela frutose-2,6-bifosfato
 A frutose-2,6-bifosfato, formada pela PFK-2, é o mais potente ativador da PFK-1 e pode ser convertida em frutose-6-fosfato pela frutose-bifosfatase-2. Além disso, ela possui ações reciprocas sobre a glicólise e a gliconeogênese, assegurado que estas vias não estejam totalmente ativas ao mesmo tempo.
 Durante um estado alimentado, onde o nível de glucagon é baixo e o da insulina é alto, os níveis de frutose-2,6-fosfato estão altos dentro da célula e, portanto, a velocidade da glicólise é aumentada. O contrário ocorre quando há altos níveis de glucagon e baixos níveis de insulina.
D. Clivagem da frutose-1,6-bifosfato (PASSO 4)
 A reação é reversível e é catalisada pela aldose A, que cliva a frutose-1,6-bifosfato em diidroxiacetona-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato
E. Isomerização da diidroxiacetona-fosfato (PASSO 5)
 Reação de isomerização que converte a diidroxiacetona-fosfato em gliceraldeído-3-fosfato, por meio da enzima triosefosfato-isomerase, para um posterior metabolismo pela via glicolítica. Essa reação resulta na produção líquida de 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato, uma da clivagem da frutose-1,6-bifosfato e a outra da isomerização do diidroxiacetona-fosfato.
F. Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato (PASSO 6)
 Primeira reação de oxidação-redução da glicólise. Esta reação converte o gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-bisfosfoglicerato (é necessário adicionar um P para que a reação ocorra) por meio da enzima gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase.
Obs: Como a quantidade de NAD+ dentro da célula é limitada o NADH produzido nessa reação deve ser reoxidado a NAD+ por conversão ligada ao NADH de piruvato em lactato ou a oxidação do NADH via cadeia respiratória.
1. Mecanismo do envenenamento por arsênio
 O arsênio pentavalente impede a produção líquida de ATP e NADH durante a glicólise, sem a inibição da via em si. Isso ocorre porque o Arsênio compete com o fosfato inorgânico como substrato da gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase formando um complexo que espontaneamente hidrolisa para formar 3-fosfoglicerato.Por passar ao largo da síntese e da desfosforilação do 1,3-BPG, a célula é privada da energia normalmente obtida via glicolítica.
G. Síntese do 3-fosfoglicerato, com produção de ATP (PASSO 7)
 Reação em que o 1,3-bisfosfoglicerato é convertido em 3-fosfoglicerato. Nesta reação, o grupo fosfato do 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG) junta-se à uma molécula de ADP formando o ATP. A reação é catalisada pela enzima fosfoglicerato-cinase. É importante salientar que para cada molécula de glicose que entra na via glicolítica duas moléculas de 1,3-BPG são formadas (devido a isomerização da diidroxiacetona-fosfato) e, após a síntese das duas moléculas de 3-fosfoglicerato e, consequentemente, a formação de 2 ATPs, as duas moléculas de ATP que foram gastas na formação da G6F e da frutose-1,6-bifosfato são repostas. 
H. Troca do grupo fosfato do carbono 3 para o carbono 2 (PASSO 8)
 A reação da troca do grupo fosfato do 3ºC para o 2ºC do fosfoglicerato é catalisada pela enzima fosfoglicerato-mutase.
I. Desidratação do 2-fosfoglicerato (PASSO 9)
 A desidratação do 2-fosfoglicerato pela enolase resulta em um composto de nome fosfoenolpiruvato (PEP), que contém um enol fosfato de alta energia.
J. Formação do piruvato, com produção de ATP (PASSO 10) – Etapa limitante
 A conversão do fosfoenolpiruvato em piruvato é catalisada pela piruvato-cinase (é estimulada pela frutose-1,6-bifosfato). Esta reação elimina o grupo fosfato que se junta com uma molécula de ADP formando o ATP. É importante lembrar que para cada glicose que entra na via da glicólise temos a formação de 2 PEPs e, consequentemente, duas moléculas de ATP formadas junto com 2 piruvatos).
1. Modulação covalente da piruvato-cinase
 A fosforilação das enzimas (ativação e inativação) por proteína-cinases depende de AMPc, como é o caso da enzima piruvato-cinase no fígado. Um aumento nos níveis de glucagon induz a elevação dos níveis intracelulares de AMPc, levando à fosforilação e a consequente inibição da piruvato-cinase. Sendo assim, o fosfoenolpiruvato não pode ser convertido em piruvato e a via glicolítica é interrompida, passando a atuar a via da gliconeogênese. Isso explica a inibição da glicólise e estimulação da gliconeogênese de acordo com os níveis de glucagon. A desfosforilação da piruvato-cinase resulta na consequente ativação da enzima.
 
2. Deficiência da piruvato-cinase
 Algumas células do corpo, como os eritrócitos, por exemplo, não possuem mitocôndrias e, consequentemente, dependem do bom funcionamento da via glicolítica para obter energia. Dessa forma, o mal funcionamento ou ausência de enzimas atuantes na via glicólitica resulta na morte precoce dessas células (anemia hemolítica). Entre os indivíduos com defeitos genéticos nas enzimas glicolíticas, 95% apresentam defeitos na piruvato-cinase (PK).
K. Redução do piruvato à lactato 
 A formação do lactato é o principal destino do piruvato nas células que não contém mitocôndrias, como os eritrócitos e as fibras musculares.
1. Formação de lactato no músculo
 No músculo esquelético em exercício, a produção de NADH (na glicólise e no ciclo de Krebs) supera a capacidade oxidativas da cadeia respiratória. Isso resulta em um aumento nos níveis de NADH, favorecendo a conversão do piruvato em lactato. Logo, durante uma atividade intensa, o lactato se acumula no músculo e grande parte deste lactato será reutilizado pelo fígado para gerar glicose.
2. O sentido da reação 
 O sentido da reação depende das concentrações intracelulares de NAD+ e NADH. Se as concentrações de NADH forem maiores que as de NAD+ o sentido da reação será voltado para a formação do lactato.
3. Acidose láctica (concentrações elevadas de lactato no plasma)
 Ocorre quando não perfusão tecidual adequada (não chega O2 nos tecidos), o que impede a fosforilação oxidativas e, consequentemente, a produção de ATP. Sendo assim, as células fazem uso da via glicolítica anaeróbica para gerar ATP e acabam produzindo ácido lático como produto final. Dessa forma, a concentração de ácido lático pode ser utilizada para identificar a instalação de choque no paciente.
L. Produção de energia com a glicólise
 Na glicólise anaeróbica, duas moléculas de ATP são geradas para cada molécula de glicose convertida em lactato. Não a produção de NADH (o NADH produzido na oxidação do gliceraldeido-3-fosfato é convertido em NAD+ na conversão do piruvato em lactato). 
 Enquanto na glicólise aeróbica, a produção e o consumo são os mesmos da glicólise anaeróbica (2ATPs gastos, 4ATPs produzidos e ganho líquido de 2ATPs por molécula de glicose). Contudo, esta via produz 2 moléculas de NADH ao final do processo que serão utilizados posteriormente para a produção de energia (como não há a produção de lactato, os 2 NADH produzidos na oxidação do gliceraldeido-3-fosfato não são convertidos em NAD+).
Regulação hormonal da glicólise:
 Consumo regular de carboidrato (aumento nos níveis da insulina que representao estado alimentado do corpo) determina um aumento nas quantidades de glicocinase, fosfofrutocinase e piruvato-cinase. Essas mudanças geram um aumento na transcrição dessas 3 enzimas, favorecendo a conversão da glicose em piruvato. Entretanto, o contrário ocorre quando os níveis de glucagon estão altos (baixos níveis de insulina representado por quadros de jejum ou diabetes).
Destinos alternativos do piruvato:
A. Descarboxilação oxidativas do piruvato
 Reação que ocorre em tecidos com alta capacidade oxidativas em que o piruvato e convertido irreversivelmente em acetil-CoA pela enzima piruvato-desidrogenase.
B. Carboxilação do piruvato
 A carboxilação do piruvato a oxalacetato (OAA) pela piruvato-carboxilase é uma reação dependente da biotina.
C. Redução do piruvato
 A redução do piruvato gera o etanol e ocorre por meio de duas reações demonstradas na figura abaixo:
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO (CICLO DE KREBS/CICLO DOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS):
É a via final para qual converge o metabolismo oxidativo dos carboidratos, proteínas e ácidos graxo e é uma via aeróbica, pois o O2 atua com aceptor final de elétrons. O ciclo ocorre na mitocôndria e não deve ser visto como um ciclo fechado, mas como um ciclo de tráfego, visto que compostos saem e entram no ciclo de acordo com as necessidades do organismo, seja para a síntese de aminoácidos ou de carboidratos, como veremos posteriormente.
Reações do ciclo
A. Descarboxilação oxidativas do piruvato
 O piruvato é transportado para dentro da mitocôndria por meio de um transportador específico e lá ele vai ser convertido em acetil-CoA por meio do complexo da piruvato-desidrogenase. Tal reação é irreversível, o que explica porque a glicose ou o piruvato não podem ser formados a partir de acetil-CoA.
1. Enzimas componentes do complexo
 O complexo da piruvato-desidrogenase é um agregado multimolecular que apresenta 3 enzimas: a piruvato-desidrogenase (E1), a diidrolipoil-transacetilase (E2) e a diidrolipoil-desidrogenase (E3). Cada uma dessas enzimas catalisa uma parte da reação.
2. Coenzimas
 O complexo piruvato-desidrogenase contém 5 coenzimas que auxiliam no bom funcionamento das enzimas do complexo. E1 requer tiamina-pirofosfato, E2 ácido lipóico e conzima A e E3 requer FAD e NAD+ (deficiência em tiamina e niacina causam problemas no sistema nervoso central, pois este terá deficiência em gerar ATP [pelo ciclo do ácido cítrico] pela inativação da piruvato-desidrogenase, que possui como coenzima parte da tiamina).
3. Deficiência na piruvato-desidrogenase
 A deficiência no complexo piruvato-desidrogenase é a causa mais comum de acidose metabólica congênita. Deficiências na enzima piruvato-desidrogenase resulta na incapacidade de converter piruvato em acetil-CoA, fazendo com que a rota metabólica seja desviada e o piruvato convertido em lactato. Isso gera problemas no encéfalo que depende da energia gerada pelo ciclo do ácido cítrico e que é sensível a acidose. 
4. Mecanismos de envenenamento pelo arsênio
 A forma trivalente do arsênio liga-se a enzimas importantes da via glicolítica e impedindo seu funcionamento adequado (como demonstrado anteriormente), mas também pode se ligar a coenzimas do complexo piruvato-desidrogenase. O arsênio forma um composto estável com o grupamento tiol do ácido lipóico (cofator do complexo piruvato-desidrogenase), impedindo, assim, que o composto seja usado como coenzima. Dessa forma o piruvato não é convertido em acetil-CoA, mas em lactato.
B. Síntese do citrato a partir de acetil-CoA e oxalacetato
 A reação de junção entre acetil-CoA e oxalacetato para formar o citrato é catalisada pela citrato-sintase. Esta enzima é ativada alostericamente por ADP e Ca+ e inibida pela presença de ATP e NADH, ainda que a principal forma de regulação seja a disponibilidade de substratos. O citrato atua como fonte de acetil-CoA para a síntese de ácidos graxos e inibe a fosfofrutocinase na via glicolítica.
 
C. Isomerização do citrato
 O citrato é isomerizado pela aconitrase, resultando em isocitrato
 
D. Oxidação e descarboxilação do isocitrato (passo limitante de velocidade)
 A isocitrato-desidrogenase catalisa a reação irreversível de descarboxilação oxidativa do isocitrato e forma o alfa-cetoglutarato e a primeira das três moléculas de NADH produzidas pelo ciclo e a primeira liberação de CO2. A isocitrato-desidrogenase é ativada alostericamente por ADP e por Ca2+ e é inibida por ATP e NADH, cujos níveis estão elevados quando a célula apresenta grande reserva de energia. 
E. Descarboxilação oxidativas do alfa-cetoglutarato
 A conversão de alfa-cetoglutarato em succinil-CoA é catalisada pelo complexo da alfa-cetoglutarato-desidrogenase, o qual consiste em 3 atividades enzimáticas. O mecanismo dessa reação é muito semelhante à da conversão de piruvato em acetil-CoA. A reação libera o segundo CO2 e o segundo NADH. As coenzimas necessárias são a tiamina-pirofosfato, o ácido lipóico, o FAD, o NAD+ e a coenzima A. Cada uma destas funciona como parte do mecanismo catalítico, de modo semelhante ao complexo da piruvato-desidrogenase. O complexo da alfa-cetoglutarato-desidrogenase é ativado por Ca2+ e inibido por ATP, GTP, NADH e succinil-CoA.
F. Clivagem da succinil-CoA
 A succinato-tiocinase cliva a ligação tioester da succinil-CoA formando o succinato. Junto da reação ocorre a fosforilação do GDP, produzindo GTP. 
G. Oxidação do succinato
 O succinato é oxidado à fumarato pela succinato-desidrogenase, produzindo a coenzima reduzida FADH2 (o FAD, e não o NAD+, é o aceptor de elétrons, pois o poder redutor do succinato não é suficiente para reduzir o NAD+). A succinato-desidrogenase é inibida pelo oxalacetato.
H. Hidratação do fumarato
 O fumarato é hidratado, resultando no malato e catalisada pela fumarase.
I. Oxidação do malato
 O malato é oxidado a oxalacetato pela malato-desidrogenase. Esta reação produz o terceiro e último NADH do ciclo.
Produção de energia pelo ciclo do ácido cítrico:
 Dois átomos de carbono entram no início de ciclo (acetil-CoA) e dois átomos de carbono saem do ciclo no final (saem duas moléculas de CO2) para que o ciclo volte ao início. O ciclo não envolve produção líquida ou consumo líquido de nenhum de seus intermediários. Quatro pares de elétron são transferidos após uma volta do ciclo: 3 pares de elétrons reduzem NAD+ para NADH (3 NADH no final) e 1 par reduz o FAD para FADH2. A oxidação de 1 NADH pela cadeia transportadora gera 3 ATPs, enquanto a oxidação de 1 FADH2 gera cerca de 2 ATPs. O total de ATPs produzidos pela oxidação de uma molécula de acetil-CoA é igual a 12 ATPs.
Gliconeogênese:
Formação da molécula de glicose a partir do piruvato, lactato e outros compostos
Substratos para gliconeogênese:
São todos os intermediários da via glicolítica, do ciclio do ácido cítrico, lactato, glicerol e alfa-cetoácidos.
A. Glicerol
 O glicerol é liberado pela hidrólise de triacilgliceróis, no tecido adiposo, e é levado ao fígado. Lá, o glicerol é fosforilado (glicerol-cinase) e converte-se em glicerol-fosfato que em seguida é oxidado (glicerol-fosfato-desidrogenase) e forma o diidroxiacetona-fosfato, um intermediário da glicólise. 
B. Lactato
 O lactato é liberado no sangue por células que não possuem mitocôndrias ou uma quantidade muito baixa destas. No ciclo de cori, o lactato é convertido em glicose e este é encaminhado para a circulação sanguínea.
 
C. Aminoácidos 
 Aminoácidos obtidos pela hidrólise de proteínas são as principais fontes de glicose no jejum. Alfa-cetoácidos, como o oxalacetato e o alfa-cetoglutarato, são produzidos pelo metabolismo dos aminoácidos glicogênicos. Essas substâncias podem entrar no ciclo do ácido cítrico e produzir oxalacetato – precurso do fosfoenolpiruvato.
Reações exclusivas da gliconeogênese:
 Sete reações glicolíticas são reversíveis e outras 3 são irreversíveis, logo, são contornadas por 4 reações exclusivas da gliconeogênese que favorecem energeticamente a formação da glicose.
A. Carboxilação do piruvato
 O primeiro bloqueioque deve ser contornado é a conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP). Na glicólise o fosfoenolpiruvato (PEP) é transformado em piruvato, mas esta reação é irreversível. Já na gliconeogênese, o piruvato é carboxilado pela piruvato-carboxilase e forma o oxalacetato (OAA), que é então convertido em fosfoenolpiruvato (PEP) pela PEP-carboxicinase.
1. Biotina
 A piruvato-carboxicilase contém biotina, que se liga covalentemente a proteína enzimática formando uma enzima ativa, chamada de biocitina. A clivagem de um P do ATP impulsiona a formação do composto enzima-biotina-CO2. Este complexo carboxila o piruvato formando o oxalacetato (OAA). Essa reação ocorre na mitocôndria de células hepáticas e renais.
2. Regulação alostérica
 A piruvato-carboxilase é ativada alostericamente pela acetil-CoA. Níveis elevados deste composto sinalizam a necessidade de sintetizar oxalacetato (o piruvato pode ser convertido em acetil-CoA, oxalacetato e lactato. Quando um destes 3 produtos tem seus níveis elevado [acetil-CoA], a célula evita a reação que gerou o produto para que não haja acumulo de metabólitos. Sendo assim, a célula aumenta a síntese dos outros produtos [lactato e axalacetato] para que não tenha acumulo do substrato, já que uma das 3 reações possíveis não é viável).
B. Transporte do oxalacetato (OAA) para o citosol
 O oxalacetato é incapaz de atravessar a membrana mitocondrial. Logo, ele é reduzido à malato e após atravessar a membrana mitocondrial é reoxidado à oxalacetato.
C. Descarboxilação do oxalacetato cistólico
 O oxalacetato é descarboxilado e fosforilado no citosol pela PEP-carboxicinase forando o fosfoenolpiruvato e a reação ocorre por meio da energia liberada na hidrólise do GTP. O fosfoenolpiruvato sofre as reações da glicólise, andando no sentido inverso, até chegar à frutose-1,6-bisfosfato.
D. Desfosforilação da frutose-1,6-bisfosfato
 A hidrólise da frutose-1,6-bisfosfato (catalisada pela frutose-1,6-bisfosfatase) forma a glicose-6-fosfato e contorna a reação irreversível da fosfofrutocinase-1 (fosforilação da frutose-6-fosfato), além de fornecer um caminho energeticamente favorável à formação da frutose-6-fosfato. Esta reação é um importante sítio regulatório da gliconeogênese.
1. Regulação pelos níveis energéticos dentro da célula
 A frutose-1,6-bisfosfatase é ativada por altos níveis de ATP e baixos níveis de ADP. Enquanto baixos níveis de ATP e altas concentrações de ADP inibem a frutose-1,6-bisfosfatase.
2. Regulação pela frutose-2,6-bisfosfato
 A frutose-1,6-bisfosfatase é inibida por frutose-2,6-bisfosfato, um efetor alostérico influenciado pelos níveis de glucagon no sangue. Lembrando que a frutose-2,6-bisfosfato atua como ativador da enzima fosfofrutocinase-1 (PFK-1), enzima que catalisa a reação de fosforilação da frutose-6-fosfato. Dessa forma, a frutose-2,6-fosfato possui efeitos opostos na gliconeogênese e na glicólise, como mencionado anteriormente.
3. Regulação hormonal
 Altos níveis de glucagon resultam na conversão do ADP em AMPc por parte das enzimas ligadas aos receptores de glucagon. Um aumento nos níveis de AMPc acarreta em um aumento na quantidade de proteína-cinase A ativa. Esta proteína é responsável por fosforilar (inativar) complexos enzimáticos, como o complexo PKF-2/FBP-2, responsável por formar frutose-2,6-bisfosfato. Níveis diminuídos de frutose-2,6-bisfosfato levam à uma menor inibição da frutose-1,6-fosfatase e, consequentemente, um aumento na velocidade da gliconeogênese.
E. Desfosforilação da glicose-6-fosfato
 A hidrólise da glicose-6-fosfato contorna a reação irreversível de fosforilação da glicose (catalisada pela hexocinase), além de formar a glicose e fornecer um caminho energeticamente favorável a produção desta. O fígado e o rim são os únicos órgãos capazes de fazer tal reação. Esse processo requer duas enzimas: a glicose-6-fosfato-translocase (transporta a glicose-6-fosfato através da membrana do retículo endoplasmático) e a glicose-6-fosfatase (que remove o fosfato e produz a glicose livre). Também é importante salientar que os músculos não possuem glicose-6-fosfatase e, portanto, não pode fornecer glicose para o sangue pela gliconeogênese.