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Metabolismo Apostila

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à fase ESTACIONÁRIA. Uma vez esgotado o Etanol ou outro 
nutriente essencial, as células não mais se dividem. 
 
(*) - Células de Saccharomyces cerevisiae e muitas outras leveduras podem utilizar e crescer em 
uma variedade de fontes de carbono, mas glicose e frutose são as preferenciais. Quando um 
destes açúcares está presente, as enzimas necessárias para a utilização de fontes alternativas são 
sintetizadas em níveis muito baixos ou não o são. Este fenômeno é conhecido como Repressão 
Catabólica, sendo extremamente complexo. 
Uma explicação clara e definitiva do(s) mecanismo(s) da repressão catabólica não está ainda 
disponível, em que pese a enorme quantidade de informações sobre o processo. Já foi verificado 
que o efeito de repressão catabólica envolve a atuação de diversos fatores de transcrição. A 
glicose e outros açúcares repressores afetam a velocidade de transcrição através de dois 
mecanismos básicos: inibem ou diminuem a síntese de ativadores da transcrição ou facilitam a 
ação de proteínas com efeito negativo na transcrição de certos genes. 
 
O fenômeno de repressão catabólica faz-se sentir de modo particularmente intenso no 
desenvolvimento de mitocôndrias operantes, isto é, em presença de altos níveis de 
glicose os componentes da cadeia de transporte de elétrons e as enzimas do ciclo 
de Krebs encontram-se em níveis extremamente baixos. Isto ocorre mesmo em 
presença de O2. 
 
A tabela a seguir demonstra o efeito da presença de fontes de carbono fermentáveis na atividade de 
algumas enzimas. 
 
Repressão Catabólica causada por glicídeos 
 
Espécie 
Fonte de 
Carbono 
Atividade Enzimática 
(mU/mg de proteína) 
Citocromo 
Oxidase 
Malato 
Desidrogenase 
Saccharomyces 
cerevisiae 
Glicose 6 450 
Galactose 19 700 
Piruvato 38 11000 
 
É possível observar que o fenômeno de repressão catabólica é relativo, podendo haver um declínio 
parcial da atividade e não necessariamente total. Mesmo em níveis de açúcares repressores 
suficientes para abolir quase totalmente a função mitocondrial a presença de O2 causa efeitos na 
composição das membranas. 
 
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LEVEDURAS 
 
Leveduras são organismos eucarióticos, unicelulares do reino Fungi, considerados bons modelos 
para o estudo de organismos mais complexos, como os pluricelulares. 
Em princípio, todos os organismos eucarióticos são aeróbicos estritos, vale dizer, são incapazes 
de viver em ausência de oxigênio. As leveduras representam uma exceção: são microrganismos 
anaeróbicos facultativos, isto é, capazes de crescer mesmo em ausência de oxigênio. Nestas 
condições, apresentam metabolismo fermentativo e excretam etanol para o meio externo. 
Muitos dos estudos realizados com leveduras empregaram a espécie Saccharomyces cerevisiae. 
Como os demais organismos, as leveduras necessitam de nutrientes para se desenvolver, como 
fonte de carbono (fonte de energia), fonte de nitrogênio, sais minerais, dentre outros. Para que 
possam ser utilizados precisam penetrar nas células e as membranas celulares não são 
permeáveis a muitos nutrientes, dentre eles os açúcares. 
A primeira etapa para o aproveitamento de um açúcar (monossacarídeo) é o transporte para o 
interior da célula. No caso de dissacarídeos e trissacarídeos, é necessária a hidrólise prévia (fora 
da célula) para posterior transporte e metabolização. 
As proteínas de membrana responsáveis pelo transporte são, muitas vezes, chamadas permeases. 
A transcrição dos genes que codificam estas proteínas é regulada pela concentração de glicose no 
meio externo. Normalmente, o transporte de monossacarídeos comuns, como glicose, manose ou 
frutose é um processo de difusão facilitada. A entrada das hexoses nas células é acompanhada de 
uma etapa de fosforilação. Glicose, manose e frutose são fosforiladas por hexoquinases; uma 
glicoquinase fosforila glicose e manose e a galactoquinase, a galactose. Saccharomyces 
cerevisiae tem duas hexoquinases e uma glicoquinase, proteínas que diferem em sua afinidade 
pela glicose (KM). O glicídeo fosforilado segue a via glicolítica. 
Esta via ou caminho metabólico, representado na Figura 1, inicia-se com a isomerização da 
glicose-6-P em frutose-6-P catalisada pela fosfofrutoquinase; a seguir, ocorre nova fosforilação, 
resultando em glicídeo duplamente fosforilado (frutose 1,6 difosfato). Esta molécula de seis 
átomos de carbono é clivada em duas outras com três átomos de carbono, dihidroxi-acetona 
fosfato (DHAP) e gliceroaldeído-fosfato (GAP), isômeros funcionais. A enzima, triose-fosfato-
isomerase, catalisa a isomerização entre DHAP e GAP. 
A etapa seguinte, catalisada pela gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, gera 1,3-
difosfosglicerato. Esta reação é importante porque nela ocorre a oxidação do substrato e 
simultânea redução da coenzima NAD+ a NADH. O NADH formado deve ser re-oxidado para 
retornar à via glicolítica. O 1,3-difosfosglicerato apresenta alta energia de hidrólise, o que 
possibilita a produção de ATP fora da mitocôndria, isto é, ao nível de substrato. A cessão do 
grupamento fosfato ao ADP origina ATP e forma 3-fosfoglicerato que é, posteriormente, 
interconvertido em 2-fosfoglicerato. A atuação da enolase produz fosfoenolpiruvato (PEP), outro 
composto glicolítico de alta energia de hidrólise. A última reação deste caminho metabólico é 
catalisada pela piruvato quinase, tendo como produtos piruvato e ATP, também gerado ao nível 
de substrato. O saldo energético nesta via é de 2 moles de ATP por mol de glicose. 
 
Caminho do piruvato 
No caso da levedura Saccharomyces cerrevisiae, o destino do piruvato pode ser sua oxidação até 
CO2 ou sua transformação em etanol, dependendo da presença de oxigênio e de alta 
concentração de glicose no meio externo. 
A possibilidade de utilização de oxigênio pelos organismos permite um aumento do ganho 
energético (formação de 38 ATP). Entretanto, as oxidações que levam um nutriente como glicose 
até CO2 geram espécies reativas instáveis (superóxido, peróxido de hidrogênio), espécies 
químicas danosas para as células. A adaptação das células, dos tecidos ou dos organismos ao 
oxigênio requer a expressão de um grande número de genes, originando um novo e amplo 
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conjunto de proteínas. É provável que a maioria das células e tecidos disponha de um sensor de 
O2 e de caminhos de transdução de sinais para regular a expressão dos genes correspondentes. 
Quando os organismos são submetidos a mudanças na tensão de O2, eles exibem uma resposta 
imediata e outra mais remota. A resposta imediata (resposta aguda) não requer nenhuma 
expressão gênica. É durante esta fase que as células sentem a mudança e iniciam a sinalização 
que as permite sobreviver em novas condições. A resposta mais remota, na maioria dos casos, 
requer a expressão de novos genes. Neste caso, há uma mudança do metabolismo aeróbico para o 
anaeróbico e a supressão de muitas reações endergônicas (que requerem energia para ocorrer). 
No caso das leveduras, na ausência de oxigênio (anaerobiose), o metabolismo é fermentativo, o 
NADH produzido na glicólise é reoxidado a NAD+ e há a descarboxilação do piruvato e redução 
do acetaldeído formado a etanol. Na presença de oxigênio, entretanto, a levedura respira. Os 
níveis intracelulares e a atividade de muitas proteínas são influenciados pela presença de O2, 
incluindo as proteínas da cadeia respiratória, as enzimas responsáveis pela síntese do grupamento 
heme, esteróides e ácidos graxos não saturados. 
Os níveis de O2 afetam também o nível das enzimas envolvidas na resposta ao estresse oxidativo 
e o nível de um fator de iniciação de tradução. Em geral, o efeito do oxigênio sobre a 
concentração intracelular de muitas proteínas é exercido no processo de transcrição dos genes, 
embora o oxigênio possa também atuar no controle da tradução, principalmente de proteínas