Metabolismo Apostila

Universidade Federal do Rio de Janeiro • Instituto de Química 
 
 
 
 
 
Metabolismo 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 
Oitavo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Metabolismo 
 
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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. 
 
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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. 
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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