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Princípios gerais do metabolismo 
Os seres vivos podem ser divididos em dois grandes grupos, de acordo com a 
forma química pela qual obtêm carbono do ambiente. Os organismos 
autotróficos (como bactérias fotossintéticas, algas verdes e plantas) podem usar 
dióxido de carbono (CO2) da atmosfera como única fonte de carbono, a partir do 
qual formam todas as suas moléculas que contêm carbono. Muitos organismos 
autotróficos são fotossintéticos (obtêm energia da luz solar) e produzem oxigênio 
(O2) a partir de água. Os organismos heterotróficos (animais multicelulares e a 
maioria dos microrganismos) não podem usar o CO2 da atmosfera e sobrevivem 
obtendo a energia pela degradação de moléculas orgânicas produzidas por 
organismos autotróficos, devolvendo CO2 para a atmosfera. Assim, carbono, 
oxigênio e água são reciclados constantemente entre os mundos heterotrófico e 
autotrófico, e a energia solar é a força motriz desse processo global. Todos os 
seres vivos também necessitam de nitrogênio, para a síntese de aminoácidos, 
nucleotídeos e outros compostos. Esses ciclos de matéria são possíveis graças 
a um enorme fluxo de energia que se inicia pela captura de energia solar pelos 
organismos fotossintéticos e o uso dessa energia para formar carboidratos e 
outros nutrientes orgânicos ricos em energia. Esses nutrientes são, então, 
utilizados como fonte de energia pelos organismos heterotróficos. A capacidade 
de controlar a energia e direcioná-la para o trabalho biológico é uma propriedade 
fundamental de todos os organismos vivos. 
METABOLISMO 
Metabolismo é o conjunto de reações químicas organizadas, sequenciais e 
controladas, catalisadas por enzimas, responsáveis por todas as transformações 
químicas em uma célula, tecido e/ou organismo. É um processo altamente 
coordenado e ajustado as necessidades da célula para: (1) obter energia química 
pela captura da energia solar ou pela degradação de nutrientes ricos em energia 
(como proteínas, carboidratos e lipídeos) obtidos do ambiente; ocorre a 
produção de ATP e coenzimas na forma reduzida como NADH (NADPH) e 
FADH2; (2) converter as moléculas dos nutrientes em moléculas próprias e 
características da célula, inclusive precursores de macromoléculas; (3) 
polimerizar os precursores monoméricos em macromoléculas: proteínas, ácidos 
nucleicos e polissacarídeos; e (4) sintetizar e degradar as biomoléculas 
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necessárias para funções celulares especializadas, como lipídeos de membrana, 
mensageiros intracelulares etc. 
 
Figura 1. Reações importantes do metabolismo intermediário (Ferrier, 2018). 
VIAS (ROTAS) METABÓLICAS: 
O metabolismo é uma rede extremamente coordenada de reações químicas, na 
qual as atividades que ocorrem em uma célula em um dado momento são 
adaptadas às necessidades da célula. Vias metabólicas são séries de reações 
enzimáticas consecutivas (organizadas em sequência) que produzem produtos 
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específicos. Cada passo em uma rota metabólica é uma reação enzimática 
diferente. 
As moléculas das vias metabólicas são chamadas de intermediários (ou 
metabólitos) porque os produtos de uma reação tornam-se o substrato para a 
próxima reação da via. 
Exemplo: 
Reação 1: A + B → C + D (catalisada pela enzima E1) 
Reação 2: D + E → F + G (catalisada pela enzima E2) 
- O produto de uma reação catalisada pela enzima E1 (o produto D) serve como 
substrato para a reação catalisada pela enzima E2 seguinte. 
- Diferentes vias podem formar intersecções, estabelecendo uma rede de 
reações químicas, integrada e com propósitos definidos. Certos intermediários, 
denominados intermediários-chave, participam em mais de uma via metabólica 
e atuam como ponto de ramificação para canalizar o substrato em uma direção 
ou em outra. A glicose, por exemplo, é um intermediário-chave em várias rotas 
metabólicas. 
- As reações de uma rota metabólica são acopladas para que a energia de 
reações exergônicas (que liberam energia, por exemplo a hidrólise do ATP) 
possam viabilizar reações endergônicas (consumidoras de energia). 
CLASSIFICAÇÃO DAS ROTAS (VIAS) METABÓLICAS 
As vias são classificadas em catabólicas e anabólicas. As reações anabólicas e 
catabólicas ocorrem simultaneamente nas células por todo o corpo, de modo 
que, em qualquer momento, algumas biomoléculas estão sendo sintetizadas, ao 
passo que outras estão sendo degradadas. Algumas vias metabólicas são 
lineares e outras são ramificadas, produzindo muitos produtos finais úteis a partir 
de um único precursor ou convertendo vários materiais de partida em um único 
produto. De maneira geral, as vias catabólicas são convergentes e as vias 
anabólicas divergentes. Algumas vias são cíclicas: um dos componentes que 
iniciam a via é regenerado no final da via. 
 
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VIAS CATABÓLICAS (DE DEGRADAÇÃO) 
O catabolismo é a fase degradativa do metabolismo, onde as moléculas de 
nutrientes orgânicos (carboidratos, lipídeos e proteínas) são convertidas em 
produtos finais mais simples como CO2, NH3 e água. O catabolismo é um 
processo oxidativo que libera energia (na formação de ATP e carreadores de 
elétrons reduzidos NADH, NADPH e FADH2). É um processo convergente pois 
uma variedade de moléculas é transformada em uns poucos produtos finais. 
Uma característica marcante do catabolismo é que ele converte um grande 
número das mais diversas substâncias (carboidratos, lipídeos e proteínas) em 
intermediários comuns. Esses intermediários são então posteriormente 
metabolizados em uma via oxidativa central que finda em uns poucos produtos. 
A energia liberada durante o catabolismo é armazenada em ligações fosfato de 
alta energia do ATP ou em elétrons de alta energia do NADH, FADH2 ou NADPH. 
Exemplos de rotas catabólicas: glicólise (oxidação da glicose), beta-oxidação 
(oxidação de ácidos graxos). 
Há duas formas principais de gerar ATP: 
1. Formação (ou síntese) a nível do substrato, onde numa via catabólica ocorre 
a transferência de fosfato de um intermediário rico em energia para o ADP, 
Exemplo: Fosfoenolpiruvato (PEP) + ADP → piruvato + ATP (reação catalisada 
pela piruvato-quinase, uma enzima da glicólise). 
2. Fosforilação oxidativa. A maior parte do ATP é formada na fosforilação 
oxidativa que ocorre dentro das mitocôndrias. A partir de reações de oxi-redução, 
normalmente catalisadas por desidrogenases, ocorre a oxidação (perda de 
elétrons) das biomoléculas (ou de intermediários) e redução das coenzimas 
NAD+ e FAD, que ganham os elétrons. Estas coenzimas agora na forma 
reduzida, formadas em vias catabólicas, NADH, FADH2, levam os elétrons para 
a cadeia respiratória onde são utilizados para gerar energia, na obtenção do ATP 
por fosforilação oxidativa. 
ATP como moeda energética 
A utilidade das vias metabólicas como fornecedoras de energia muitas vezes é 
medida em termos da quantidade líquida de ATP que as vias podem produzir. O 
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ATP é um nucleotídeo contendo três grupamentos fosfato. Um dos três grupos 
fosfato é ligado ao ADP por uma ligação covalente em uma reação que requer 
energia. A energia é armazenada nesta ligação fosfato rica em energia e, após, 
liberada quando a ligação é rompida durante a remoção do grupo fosfato. A 
estimativa da quantidade de energia livre liberada quando uma ligação fosfato 
de alta energia é rompida varia entre 7 e 12 kcal por mol de ATP. 
 
Figura 2. Estrutura do ATP (adaptado de Voet e Voet, 2011). 
As vias metabólicas que rendem a maior quantidade de ATP são as que 
requerem oxigênio (vias aeróbias, ou oxidativas). As vias anaeróbias (não 
precisam de oxigênio), também produzem moléculas de ATP, mas em 
quantidades muito menores. O menor rendimento de ATP das vias anaeróbias 
significa que a maioria dos animais (incluindo os seres humanos) é incapaz de 
sobreviver por longos períodos apenas com o metabolismo anaeróbio. 
O ATP é mais importante como carreador de energia do que como moléculaarmazenadora de energia, uma vez que as células podem conter apenas uma 
quantidade limitada de ATP. Um ser humano adulto em repouso precisa 40 kg 
de ATP para suprir a energia necessária para sustentar um dia de atividade 
metabólica, muito mais do que as nossas células poderiam armazenar. Em vez 
disso, o corpo obtém a maior parte da sua necessidade diária de energia a partir 
das ligações químicas de biomoléculas complexas. 
O ATP é a conexão química entre catabolismo e anabolismo. Ele é a moeda 
energética das células vivas. A conversão exergônica de ATP em ADP e Pi ou 
em AMP e 2 Pi está acoplada a muitas reações e processos endergônicos. A 
hidrólise direta de ATP é a fonte de energia em alguns processos impulsionados 
por mudanças conformacionais, porém, em geral, não é a hidrólise de ATP, e 
sim a transferência de um grupo (fosforila, pirofosforila ou adenilila) do ATP a um 
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substrato ou a uma enzima que acopla a energia da quebra do ATP às 
transformações endergônicas de substratos. Por meio dessas reações de 
transferência de grupo, o ATP fornece energia. As células contêm outros 
metabólitos com energia livre de hidrólise elevada, incluindo fosfoenolpiruvato, 
1,3-bisfosfoglicerato e fosfocreatina. Esses compostos de alta energia, como o 
ATP, possuem elevado potencial de transferência de grupos fosforila. Os 
tioésteres também possuem elevada energia livre de hidrólise. 
 
Figura 3. O fluxo de grupos fosforila, de doadores de fosfato de “alta energia”, 
via sistema ATP-ADP, para aceptores de fosfato de “baixa energia” (Voet e Voet 
2011). 
São exemplos de processos que utilizam ATP: a síntese de intermediários 
metabólicos e de macromoléculas a partir de precursores menores; o transporte 
de substâncias por meio de membranas contra gradientes de concentração 
(transporte ativo); o movimento mecânico (contração muscular). 
Vias catabólicas ocorrem em três estágios: 
1º. Hidrólise de moléculas complexas liberando os seus blocos constitutivos. 
Glicogênio é hidrolisado liberando glicose, proteínas liberam os aminoácidos, e 
os triglicerídeos liberam ácidos graxos e glicerol. 
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2º. Conversão dos blocos constitutivos em intermediários mais simples, como 
por exemplo acetil-CoA. 
A glicose ingressa na via da glicólise, uma via de oxidação da glicose, que pode 
ser aeróbica, gerando piruvato e anaeróbica que gera lactato. O piruvato formado 
na via glicolítica gera acetil-CoA. Quando a glicose é totalmente oxidada (via 
aeróbica) há formação de aproximadamente 38 ATP, enquanto que na 
anaeróbica são formados apenas 2 ATP. 
A maioria dos aminoácidos ingressa no ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs), 
como intermediário do ciclo após desaminações. 
Os ácidos graxos são oxidados gerando acetil-CoA que entra no ciclo do ácido 
cítrico. O glicerol entra na via glicolítica, gerando um dos intermediários desta 
via. 
3º. Oxidação de acetil-CoA no ciclo do ácido cítrico. Esta é a via final comum da 
oxidação das moléculas combustíveis. A cada volta, o ciclo do ácido cítrico 
produz ATP, elétrons de alta energia e dióxido de carbono. Tanto a glicólise 
quanto o ciclo do ácido cítrico produzem pequenas quantidades de ATP 
diretamente (a nível do substrato), porém a sua maior contribuição para a síntese 
de ATP é armazenar energia nos elétrons carreados pelo NADH e FADH2. Esses 
compostos transferem os elétrons para o sistema de transporte de elétrons ou 
cadeia transportadora de elétrons na mitocôndria. O sistema, então, utiliza a 
energia desses elétrons para produzir a ligação de alta energia do ATP, por 
fosforilação oxidativa. Em vários pontos, o processo produz dióxido de carbono 
e água. A água pode ser utilizada pela célula, mas o dióxido de carbono é um 
produto residual e normalmente é removido do corpo de forma controlada. 
 
Figura 4. Os três estágios do catabolismo (Ferrier, 2018). 
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Figura 5. Vias catabólicas com a produção de ATP (Voet e Voet, 2011). 
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO (ciclo de Krebs ou ciclo do ácido tricarboxílico) 
O ciclo do ácido cítrico ocorre na matriz das mitocôndrias. Apresenta função 
tanto no catabolismo quanto no anabolismo, e por isto é chamado de 
ANFIBÓLICO, pois: 
- Intermediários do ciclo do ácido cítrico podem ser utilizados em vias anabólicas 
para sintetizar por exemplo glicose (gliconeogênese) e alguns aminoácidos. 
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-O ciclo do ácido cítrico é a via que converge o metabolismo oxidativo, as vias 
catabólicas de glicose, aminoácidos e ácidos graxos. A acetil-CoA (sintetizada a 
partir da oxidação dessas biomoléculas) é oxidada no ciclo do ácido cítrico. Os 
dois carbonos do grupo acetila são convertidos em CO2 e, neste processo, 
ocorre a formação de 1GTP e coenzimas na forma reduzida (3 NADH e 1 FADH2) 
formadas em reações de oxi-redução do ciclo do ácido cítrico. 
 
Figura 6. Ciclo do ácido cítrico, mostrando a produção de coenzimas na forma 
reduzida, GTP e CO2 (Ferrier, 2018). 
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS (cadeia respiratória) E 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
As coenzimas transportadoras de elétrons têm função fundamental na obtenção 
de energia. As coenzimas NADH e FADH2 (formas reduzidas, carregadas de 
elétrons) levam os elétrons (que foram arrancados pela oxidação de 
biomoléculas, por exemplo da glicose, de ácidos graxos, de aminoácidos em 
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rotas metabólicas e pela oxidação da acetil-CoA no ciclo do ácido cítrico) para a 
cadeia respiratória. 
A cadeia respiratória e o complexo V da ATP sintase (que realiza a fosforilação 
oxidativa) estão localizados na membrana interna das mitocôndrias nas células 
eucarióticas. A cadeia respiratória é formada por complexos de I a IV e 
carreadores móveis (coenzima Q e citocromo c). Cada complexo ou carreador 
pode receber elétrons de um doador (NADH, por exemplo) e doá-los para o 
próximo carreador da cadeia. Os elétrons se combinam no final com oxigênio (no 
complexo IV), que sofre redução formando água. Todos os membros da cadeia 
são proteicos com exceção da coenzima Q (ubiquinona). 
Á medida que os elétrons fluem pela cadeia respiratória, os prótons são 
bombeados da matriz mitocondrial para o espaço intermembranas (pelos 
complexos I, III e IV), gerando um gradiente de prótons (com a concentração de 
H+ maior no espaço intermembranas do que na matriz). 
Os prótons então retornam do espaço intermembranas (espaço entre membrana 
mitocondrial interna e externa) para a matriz mitocondrial passando pela ATP 
sintase, resultando em síntese do ATP, chamada de fosforilação oxidativa, que 
ocorre a partir de ADP + Pi (fosfato inorgânico), utilizando a energia do gradiente 
de prótons. 
 
Figura 7. Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa (Ferrier, 
2018). 
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VIAS ANABÓLICAS (DE SÍNTESE) 
No anabolismo, também chamado de biossíntese, precursores simples 
pequenos são utilizados para formar moléculas maiores e mais complexas, 
incluindo lipídeos, polissacarídeos, proteínas e ácidos nucleicos. As reações 
anabólicas necessitam de um suprimento de energia na forma de potencial de 
transferência de grupos fosforila do ATP e do poder redutor de NADH, NADPH 
e FADH2. 
As vias anabólicas formam produtos finais complexos a partir de precursores 
simples. O anabolismo é um processo redutivo que requer energia (consome 
ATP). É um processo divergente pois uns poucos precursores biossintéticos 
formam uma ampla variedade de produtos poliméricos ou complexos. 
Exemplos: glicogênese (síntese de glicogênio), lipogênese (síntese de lipídeos), 
gliconeogênese (síntese de glicose), síntese de proteínas (incluindo as próprias 
enzimas), síntese de ácidos nucleicos. Aqui entram também as rotas de síntese 
de qualquer molécula que o organismo seja capaz de produzir 
(neurotransmissores, hormônios, por exemplo). 
 
Figura 8. Comparação entre vias catabólicas e anabólica (Ferrier, 2018). 
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REGULAÇÃO DAS VIAS METABÓLICAS 
As vias metabólicassão reguladas em vários níveis, tanto de dentro da célula 
como de fora dela. A regulação mais imediata é a disponibilidade de substrato; 
quando as concentrações intracelulares do substrato de uma enzima estiverem 
próximas ou menores do que a Km (como geralmente é o caso) a velocidade da 
reação dependerá fortemente da concentração do substrato. Como as vias 
metabólicas estão sujeitas ao controle cinético pela concentração do substrato, 
concentrações diferentes de intermediários anabólicos e catabólicos também 
contribuem para o controle das velocidades do metabolismo. 
Um segundo tipo de controle rápido é a regulação alostérica por um intermediário 
metabólico ou uma coenzima que sinalize o estado metabólico interno da célula. 
Ao menos uma das etapas de rotas metabólicas de síntese e degradação de 
uma biomolécula em particular é catalisada por enzimas diferentes, uma na 
direção do anabolismo e outra na direção do catabolismo, e, ainda, essas 
enzimas constituem pontos de regulações separados (as enzimas podem ser 
ativadas ou inibidas por moduladores alostéricos de forma que a reação possa 
ficar favorecida numa única direção). Além disso, para que ambas as vias sejam 
essencialmente irreversíveis, as reações que são específicas de cada direção 
devem incluir ao menos uma que seja muito favorável termodinamicamente (uma 
reação na qual a reação inversa seja desfavorável). 
Outro fator que contribui para a regulação de vias metabólicas é a separação da 
síntese (via anabólica) e da degradação (via catabólica) de uma determinada 
biomolécula em diferentes compartimentos celulares. Por exemplo, nos animais, 
o catabolismo dos ácidos graxos ocorre na mitocôndria, e a síntese, no citosol. 
As concentrações dos intermediários, enzimas e reguladores podem ser 
mantidas em níveis diferentes nesses compartimentos. A compartimentalização 
evita a competição de enzimas por substratos e o controle do trânsito de 
substratos. 
Nos organismos multicelulares, as atividades metabólicas dos diversos tecidos 
são reguladas e integradas por fatores de crescimento e hormônios que agem 
de fora da célula. Em certos casos, essa regulação ocorre quase 
instantaneamente (algumas vezes em menos do que um milissegundo) por meio 
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de alterações nos níveis de mensageiros intracelulares que modificam a 
atividade de moléculas de enzimas existentes por mecanismos alostéricos ou 
modificações covalentes, como a fosforilação. Em outros casos, sinais 
extracelulares modificam a concentração intracelular de uma enzima (através de 
hormônios que afetam a expressão gênica), alterando a velocidade de síntese 
ou de degradação de alguma molécula, e, então, os efeitos aparecem apenas 
depois de minutos ou horas. 
Tabela 1. Funções metabólicas de organelas eucarióticas (Voet e Voet, 2011) 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
FERRIER, Denise. Bioquímica Ilustrada. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2018. 
MORAN, Laurence A.; HORTON H. Robert; SCRIMGEOUR, K. Gray; PERRY, 
Marc D. Bioquímica. 5a ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013. 
(disponível na Biblioteca Virtual Pearson). 
NELSON, David. L.; COX, Michael M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 7. 
ed. Porto Alegre: Artmed, 2019. 
SILVERTHORN, Dee Unglaub. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 
7. ed. Rio de Janeiro: Manole, 2017. 
VOET, Donald; VOET, Judith G. Bioquímica. 4ed. Porto Alegre: Artmed, 2011.