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Oxidações Biológicas Apostila

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Universidade Federal do Rio de Janeiro • Instituto de Química 
 
 
 
 
 
Metabolismo 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 
Oitavo 
 
 
Highlight
Metabolismo 
 
Instituto de Química • UFRJ 
219
 
 
 
 
 
 
 
METABOLISMO 
 
 
 
 
m ser vivo se alimenta para obter energia para todas as suas funções vitais; portanto, ele 
transforma a energia química dos alimentos em energia sob a forma de ATP, que poderá 
então ser utilizada para todos os trabalhos que constituem a vida, assim como: síntese de 
macromoléculas, contração muscular, piscar de um olho, por exemplo. Portanto, 
metabolismo é conjunto de reações químicas que se passa numa célula visando a transformação 
de energia contida nos alimentos em energia acumulada sob a forma de ATP e a posterior 
utilização desta energia para as reações necessárias à sobrevivência da célula. O metabolismo 
apresenta duas fases: 
 
Catabolismo é um conjunto de reações químicas que visa a 
degradação da matéria e a obtenção de energia sob a forma de ATP. 
 
Anabolismo é um conjunto de reações químicas que, utilizando a 
energia acumulada em ATP, visa obter as macromoléculas 
estruturais e de reserva da célula viva. 
 
O metabolismo pode ser aeróbico ou anaeróbico. No caso do aeróbico, as reações ocorrem em 
presença de oxigênio e, obrigatoriamente, na presença de mitocôndrias desenvolvidas na célula 
eucariótica; neste caso, a matéria ingerida é levada a termos finais de CO2 e H2O. Este processo 
é denominado respiração. Quando a degradação não vai até os produtos finais de CO2 e H2O e o 
metabólito intermediário é excretado, temos a fermentação; este processo independe da 
mitocôndria, ou seja, a fermentação pode ser aeróbica ou anaeróbica. Por exemplo: a fermentação 
alcoólica pela célula de levedura ocorre em anaerobiose e o álcool é excretado para o meio de 
cultura. No caso da produção de ácido cítrico, a fermentação é aeróbica e ocorre, obviamente, na 
presença da mitocôndria, porque é dentro dela que se forma o ácido cítrico que depois é excretado. 
 
U 
 
 
Para cada molécula de glicose consumida, uma célula obtém um rendimento energético em ATP, 
através da respiração total, 18 vezes maior do que no processo glicolítico, anaeróbico. É óbvio, 
portanto, que no caso de respiração, a célula pode sobreviver consumindo muito menos glicose, 
para se manter viva, que no processo anaeróbico, em que o consumo de glicose precisa ser maior 
para suprir as necessidades energéticas da célula. Este fenômeno foi observado pela primeira vez, 
no século passado, por Pasteur, e chamado de efeito Pasteur, ou seja, a inibição ou a diminuição 
do consumo de glicose em presença da respiração. Hoje são perfeitamente conhecidas as bases 
moleculares do efeito Pasteur. São os produtos da respiração produzidos no ciclo de Krebs (ácido 
cítrico e ATP) que inibem as enzimas chave da glicose, como a fosfofrutoquinase e a hexoquinase, 
fazendo com que o consumo de glicólise seja diminuído. Portanto, o efeito Pasteur é, na sua 
simplicidade, a inibição do consumo de glicose pela respiração, ou seja, pelo consumo de oxigênio. 
Por outro lado, podemos também verificar, que a glicose exerce um efeito oposto, ou seja, 
concentrações elevadas de glicose inibem a formação da mitocôndria, portanto, impedem os 
fenômenos relacionados à respiração. A metabolização da glicose, através da via glicolítica, 
permite à célula obter todas as reservas, todas as moléculas estruturais e toda a energia necessária 
à sua manutenção; a glicose é, portanto, suficiente do ponto de vista econômico da célula, e exerce 
um efeito inibitório sobre a síntese das enzimas que não são necessárias ao seu próprio consumo. 
Assim, as enzimas da cadeia respiratória e de transporte de elétrons não são sintetizadas em 
presença de glicose: este efeito é chamado de repressão catabólica ou efeito glicose. 
As células de levedura da espécies Saccharomyces prestam-se sobremodo para o estudo do 
fenômeno da repressão catabólica sobre a mitocôndria ou seja, sobre a cadeia respiratória. 
Cultivando a levedura em meio de cultura contendo glicose e em presença de O2, o crescimento 
da célula apresenta duas fases: na 1a - em presença de glicose - a célula não desenvolve a 
mitocôndria e nem a cadeia respiratória, e fermenta a glicose consumida, excretando o álcool, por 
não poder oxidá-lo na falta da mitocôndria. Segue-se uma fase de transição, uma fase de adaptação 
ao metabolismo oxidativo durante a qual a mitocôndria se desenvolve, são sintetizadas as enzimas 
do ciclo de Krebs e da cadeia respiratória . Ao fim desta fase adaptativa, ocorre uma 2a fase de 
crescimento, agora para utilização do etanol, antes excretado, e respiração do mesmo até os 
produtos finais CO2 e H2O. 
Para a célula de levedura as duas fases de crescimento distinguem-se, principalmente, pelo 
rendimento energético: na 1a fase o rendimento da via glicolítica é de 2 ATP, portanto, é preciso 
consumir muita glicose; na 2a fase o rendimento energético é de 36 ATP por molécula de glicose, 
logo o consumo de glicose tende a baixar. Do ponto de vista do homem, que se utiliza do 
metabolismo de levedura, estes dois mecanismos de metabolização da glicose são aproveitados 
industrialmente: no 1o caso, ou seja, na fermentação alcoólica, temos a utilização de matérias 
primas glicídicas para a obtenção de álcool para combustão, e de álcool na forma de bebidas 
alcoólicas: vinhos, cervejas, por exemplo. No 2o caso temos a produção de biomassa, ou seja, 
fermento para panificação. 
As condições industriais para que as duas formas de metabolização ocorram da forma econômica, 
são as seguintes: 
 
No caso da fermentação alcoólica utilizam-se dornas altas e fechadas para que 
não haja aeração e o produto excretado, o etanol, não seja respirado. Neste caso, 
também devem ser usadas altas concentrações de glicose. 
No caso de obtenção de uma grande massa de células, utiliza-se um processo 
contínuo em que o teor de glicose é baixo e a tensão de oxigênio é alta para que a 
concentração de glicose não reprima a síntese de mitocôndrias e o etanol formado 
possa ser oxidado a termos finais, com o rendimento máximo de energia para a 
célula, o que permite uma multiplicação, portanto, um bom rendimento da 
biomassa. 
 
Metabolismo 
 
Instituto de Química • UFRJ 
221
No laboratório é possível estudar o comportamento distinto da levedura colhendo células da fase 
inicial de crescimento, ainda em presença de glicose, e colhendo células após a fase de transição, 
na segunda fase de crescimento, quando as mitocôndrias já estão bem desreprimidas. Se assim o 
fizermos e colocarmos estas células (colhidas das duas fases distintas do ciclo celular), em 
condições não proliferantes, em presença de glicose e tampão, incubando em ambos os casos com 
agitação à temperatura de 28oC, poderemos analisar o consumo de glicose, tomando alíquotas de 
tempos em tempos e determinando o teor de glicose residual no meio de cultura. O que se observa, 
é que as células da 1a fase "log" consumirão a glicose numa velocidade muito maior do que as 
células colhidas na 2a fase "log”. Assim, temos experimentalmente comprovado que no 1o caso 
células de 1a "log" não possuem mitocôndrias e, portanto, precisam consumir muita glicose para 
obter o ATP necessário para sua manutenção e suas biossínteses, e no 2o caso observamos o efeito 
Pasteur ou seja, a diminuição do consumo de glicose já que as células possuidoras de cadeia 
respiratória operante obtêm um rendimento muito superior. É preciso levar em consideração ainda 
que nem todas as moléculas que existem na natureza servem para a alimentação de 
microrganismos. Em certos casos, as macromoléculas não podem ser absorvidas pela célula e 
precisam ser digeridas, hidrolisadas em moléculas menores para que possam atravessar a 
membrana celular. Este processo de degradação, de digestão, está a cargo de enzimas hidrolíticas 
exocelulares, ou seja, de enzimas que são secretadas pela célula para o meio externo para que 
possam atuar sobre

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