Bioquímica EAD - primeiro semestre

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Primeiro semestre 
ENZIMAS 
Mesmo nos organismos mais simples, seu genoma 
contém genes que codificam proteínas. Dessa forma, 
sem enzimas, não se teria nem as formas mais simples 
de vida. As enzimas são catalisadores proteicos que 
aumentam a velocidade da reação química e não são 
consumidas durante a reação que catalisam. Elas contêm 
uma região específica chamada de sítio ativo, o qual 
contém cadeias laterais de aminoácidos que criam uma 
superfície tridimensional complementar ao substrato, 
permitindo seu reconhecimento. O sítio ativo liga ao 
substrato (S), formando o complexo enzima-substrato 
(ES), que posteriormente é convertido no complexo 
enzima-produto (EP) que subsequentemente se dissocia 
em enzima (E) e produto (P). As enzimas são altamente 
específicas, interagindo com um ou com alguns poucos 
substratos e catalisando apenas um tipo de reação 
química. 
Existem 2 modelos que explicam isso 
Chave e fechadura: é possível 
ver que o sitio ativo da enzima 
é extremamente rígido e 
específico a aquele substrato. 
Encaixe Induzido: sítio ativo não é tão rígido, vai se moldar 
a 1, 2 ou 3 substratos que são 
muito parecidos para formar o 
complexo enzima-substratos. 
Trabalho das enzimas 
Elas têm a capacidade de reconhecer e se ligar 
especificamente a substratos e acelerar uma reação de 
transformação química naquela que será chamado de 
produtos no final da reação (e são liberados). 
1º passo= Reconhecer substrato, formando complexo 
enzima-substrato; 
2º passo= O substrato é transformado em produto por 
reação de quebra; 3º passo= Por fim ocorre liberação 
de produto, enzima está pronta para participar de uma 
nova reação de aceleração. 
EX: sacarase reconhece sacarose, forma o complexo 
enzima-substrato. Ocorre a quebra da sacarose (glicose 
e frutose que estavam unidas). Depois o substrato é 
liberado e enzima pode fazer outro processo. 
Existem 6 grandes classes de enzimas: 
1. Oxireductases: promove reação de oxidação e 
redução; 
2. Transferases: transferem grupamentos 
químicos de um doador para um aceptor; 
3. Hydrolases: fazem reação de quebra que 
envolve moléculas de água; 
4. Lysases: reações de quebra sem envolvimento 
de moléculas de água; 
5. Isomerases: promovem a isomerização, produto 
formado é isômero do substrato; 
6. Ligases: fazem a ligação de dois ou mais 
substratos para formar um produto. 
Cofatores: 
Algumas enzimas precisam de cofatores para agir. 
Quando o cofator é orgânico ele recebe o nome de 
coenzima. 
Quando enzima precisa de cofator e não está 
associada a ele, ela não funciona e é chamada de 
apoenzima 
Funcionamento das enzimas 
Praticamente todas as reações têm uma barreira de 
energia separando reatantes de produtos. Essa barreira, 
a energia livre de ativação, é a diferença entre a energia 
dos reatantes e aquela de um intermediário de alta 
energia, precisa atingir para que ocorra a formação do 
produto. 
A reação catalisada por uma enzima precisa de uma 
energia de ativação muito menor para ocorrer, a reação 
é sempre muito mais rápida. 
 
 
 
 
 
 
 
Fatores que alteram a velocidade de uma 
reação enzimática 
As diferentes enzimas mostram diferentes respostas as 
alterações de: 
 
 
 
 
 
• PH (enzima tem ph ótimo de funcionamento); 
• Temperatura (aumento de temperatura 
aumenta energia cinética, quando se atinge 
temperatura ótima, temperaturas além dela 
desnaturam a enzima; 
 
 
 
• Concentração.: a velocidade de uma reação 
corresponde ao número de moléculas de 
substrato que são convertidas em produto por 
unidade de tempo. 
Concentração 
A velocidade de uma reação catalisada aumenta 
conforme o aumento da concentração de substrato até 
a velocidade máxima ser atingida. A obtenção de um 
platô de velocidade da reação em altas concentrações 
de substrato reflete a saturação da enzima (enzimas 
estão produzindo quantidades máximas de substrato 
naquelas condições). 
A maioria das enzimas mostra uma cinética de Michaelis-
Menten, onde a curva de velocidade de reação inicial X 
concentração de substrato possui uma curva hiperbólica 
(existe uma equação para calculá-la, a equação de 
Michaelis-Menten). Entretanto, as enzimas alostéricas 
(que tem comportamento diferente) apresentam uma 
curva sigmoide. 
Constantes cinéticas: 
• KM = 
constante de Michaelis, 
numericamente igual a concentração do 
substrato que gera a velocidade máxima sobre 
dois e não varia de acordo com a concentração 
da enzima. Ela reflete a afinidade de uma enzima 
pelo substrato. Um dos seus problemas é que 
fica muito difícil de estimar qual é o primeiro 
ponto que atingiu a velocidade máxima, vai ser 
sempre uma velocidade máxima aparente, KM 
vai ser aparente, não tem precisão absoluta. 
Equação de Lineaweaver-Burk 
Para resolver problema, criou-se a equação de 
Lineaweaver-Burk, o gráfico dos duplo recíprocos. 
Consiste em pegar tudo que estava no denominador e 
passar para o numerador (e vice-versa) da equação de 
Michaelis-Menten, o que vai dar gráfico muito mais 
precisão de predição de velocidade e de KM. Quando a 
reta passar pelo 1/velocidade máxima, esse momento de 
intercepção é a concentração que gera a velocidade 
máxima. 
Cinética de uma enzima alostérica 
São sempre constituídas de múltiplas subunidades, cada 
uma com seus centros ativos. A ligação de um substrato 
a um centro ativo pode afetar a ligação de outro 
substrato a outro centro ativo de forma cooperativa, 
resultando em uma curva sigmoide para descrever a 
concentração do substrato. 
Regulação da atividade metabólica 
Via metabólica tem substrato inicial que vai ser convertido 
em produto final. Enzima que vai ser regulada, a chave, 
está na forma ativa quando fosforilada, inativa 
defosforilada. Na medida 
que existir necessidade 
celular do produto final 
existir, essa enzima inativa 
vai ter que se tornar ativa 
para via metabólica 
acontecer. Além disso 
essa enzima precisa de 
coenzima, um cofator orgânico, para que ela funcione. 
Gene precisa codificar pra essa enzima para que quando 
for expressada esteja na forma ativa que recebe na 
fosforilação por ação de uma quinase e tem que estar 
na presença da coenzima. 
Para regular a atividade das enzimas, se pode controlar a 
disponibilidade de enzimas ou controlar a atividade 
enzimática. 
A atividade de uma enzima pode ser regulada, ou seja, 
ativadas ou inibidas, regulando a velocidade de formação 
do produto para responder as necessidades celulares 
naquele momento, as quais vão mudando com o passar 
do tempo. Existem 2 tipos de compostos diferentes dos 
substratos que vão atuar alterando a velocidade de uma 
reação catalisada por uma enzima: 
Ativadores: aumentam a velocidade da reação. 
Inibidores: diminuem a velocidade da reação. 
Inibição 
Ela pode ser: 
• Irreversível: não é usada na indústria 
farmacêutica pois enzima vai ser 
irreversivelmente inibida porque a velocidade de 
dissociação do complexo enzima-inibidor é muito 
alta; 
• Reversível: dissociação do complexo enzima-
inibidor bem mais rápida. Nessa, a enzima pode 
se ligar ao substrato formando o complexo 
enzima-substrato ou ao inibidor, formando 
complexo inativo. 
 
Inibição reversível 
Existem 3 tipos de inibição reversível: 
Inibição competitiva: Existe uma equação para descrever 
o comportamento desses tipos de inibidores (tabela com 
características do que acontece e o gráfico do duplo 
recíproco). Substrato e inibidor têm que ter estrutura 
parecida a ponto de enzima achar que está se ligando ao 
substrato quando estiver se ligando ao inibidor. A 
presença do inibidor que compete com o substrato faz 
com que seja necessária uma quantidade maior de 
substrato para gerar a velocidade máxima/2. Km 
aumenta, mas a velocidade máxima não é alterada. 
 
Inibição não competitiva: Também tem sua própria 
equação, características, gráfico. Enzima se liga ao 
substrato, formando o complexo ES, mas tem 2 
caminhos possíveis: formando o produto ou, dependendo 
do inibidor, a formação de umcomplexo enzima-
substrato-inibidor (não formando produto). Outra 
possibilidade é o inibidor se ligar antes do substrato 
formando o complexo enzima-inibidor, podendo ou não 
se ligar ao substrato posteriormente. As características 
dessa inibição são: Km não é alterado e a velocidade 
máxima diminui. 
 
Inibição incompetitiva/acompetitiva: Enzima reconhece 
substrato formando o complexo ES que pode gerar 
produto. Na presença desse inibidor, ele se liga ao 
complexo formando o complexo enzima-substrato-
inibidor. Ocorre uma diminuição do Km e da velocidade 
máxima. O valor de Km diminui porque o inibidor estabiliza 
o complexo ES, tornando mais difícil sua dissociação ou 
a formação de produto. 
 
 
 
Controle da disponibilidade de enzimas e 
atividade enzimática 
O controle da quantidade de determinada enzima em 
uma célula se dá tanto pela sua taxa de síntese como 
taxa de degradação da expressão gênica, da estabilidade 
do RNA mensageiro, da degradação de proteínas, etc. 
Controle da atividade enzimática: a atividade enzimática 
pode ser diretamente regulada por meio de alterações 
conformacionais ou estruturais. A velocidade de uma 
reação enzimática depende da concentração do 
complexo ES, concentração do catalisador (transcrição, 
velocidade de degradação), eficiência do catalisador 
(regulação alostérica, modificação covalente, forforilação, 
metilação, adenilação, acetilação) e da afinidade da ligação 
do substrato, de modo que a atividade enzimática pode 
ser controlada a partir da variação da afinidade da enzima 
pelo seu substrato. De duas formas diferentes: enzimas 
alostéricas ou por modificação covalente. 
Etapas de controle: 
 
Enzimas alostéricas: vai ter curva sigmoide porque ela é 
constituída por diferentes proteínas oligoméricas. 
Ativador faz com que precise menor concentração de 
substrato para atingir VM/2, enquanto o inibidor faz com 
que precise concentração maior do substrato para atingir 
VM/2 
. 
Regulação alostérica: Uma proteína alostérica é um 
oligômero de protômeros que são simetricamente 
relacionados. Cada protômero pode existir em pelo 
menos 2 estados conformacionais designados: T e R. 
Esses estados encontram-se em equilíbrio tanto para os 
oligômeros associados quanto para os não associados ao 
ligante. Somente a mudança conformacional altera a 
afinidade do protômero pelo ligante. A simetria molecular 
da proteína é conservada durante essa mudança 
conformacional (estado ativo e inativo). Os protômeros 
devem mudar suas conformações de maneira 
simultânea: não há oligômeros que possuam protômeros 
nos estados E e T simultaneamente em função da 
presença ou ausência do inibidor. 
 
 
Retroinibição por feedback: Se produto final começa a 
acumular, ele regula a velocidade de sua própria síntese 
para atender as necessidades celulares. No momento em 
que ele acumula, se liga em uma das enzimas que faz 
sua própria síntese e regula a velocidade. 
 
Ex: ATCase (alostérica) d coli é inibida 
heterotropicamente pela cidina trifosfato, um nucleotídeo 
pirimídico. Ela é ativada pela adenosina trifosfato, 
nucleotídeo purínico. A rápida biossíntese de ácidos 
nucleicos diminui o pool de CTP, esse efetor se dissocia 
da enzima ATPCase segundo o princípio de ação das 
massas, resultando na desinibição da enzima e 
aumentando a velocidade de síntese de CTP. Se a 
velocidade de síntese de CTP sobrepula a sua velocidade 
de consumo, o excesso de CTP inibe a ATCase que 
resulta na inibição da síntese de CTP. 
 
Modificação covalente: Adições de grupos químicos que 
fazem a modificação covalente, mais frequentemente 
pela adição ou remoção de grupos fosfatos de resíduos 
específicos de serinas, treoninas ou tirosinas na enzima. 
A fosforilação é reconhecida como a mais importante 
das modificações covalentes que regulam processos 
celulares. 
Dependendo da 
proteína, ela 
pode estar ativa 
quando 
fosforilada e desfosforilada em outros. 
Na fosforliação tem sempre quinase, proteína que vai ser 
fosforilada por adição de grupo fosfato (que tem que 
poder ser removido), e fosfatase: que remove o grupo. 
Introdução ao metabolismo 
É uma atividade celular altamente dirigida e coordenada, 
na qual cooperam diversos sistemas multienzimáticos. 
Funções do Metabolismo 
• Obtenção de energia química do sol 
(fotossíntese = organismos fototróficos) ou pela 
oxidação de nutrientes (organismos 
quimiotróficos) gerados pelos fototróficos; 
• Conversão das moléculas dos nutrientes e da 
própria célula em precursores das 
macromoléculas, quando come carboidrato, ele 
é quebrado para depois ser ressintetizado nas 
macromoléculas; 
• Polimerização dos precursores (ácidos 
nucleicos, gorduras...) em macromoléculas; 
• Síntese e degradação das biomoléculas de 
acordo com a necessidade celular. 
Três propósitos principais para o aporte contínuo de 
energia (vias metabólicas) pelos organismos vivos: 
• Trabalho mec nico na contração muscular e 
movimentos celulares (migração), 
• Transporte ativo (transportadores) de mol culas 
e de ons, 
• Sntese de macromol culas e de outras 
biomol culas a partir de precursores simples. 
Vias metabólicas: Cada uma das etapas consecutivas em 
uma via metabólica produz uma pequena alteração 
química específica (remoção, adição ou transferência de 
um grupo funcional). O precursor é convertido em um 
produto por meio de uma série de intermediários 
químicos: os metabólitos. O termo metabolismo (ou 
metabolismo intermediário) frequentemente é aplicado 
às atividades combinadas de todas as vias metabólicas 
que interconvertem precursores, metabólitos e produtos 
de baixo peso molecular. 
Divisões metabólicas: 
• Anabolismo É a fase biossintética (sintetiza) e 
consumidora de energia do metabolismo 
(energia armazenada em forma de ATP). É 
divergente; 
• Catabolismo É a fase degradativa e liberadora de 
energia do metabolismo (quebra energia das 
ligações químicas). É convergente. 
 
• Redução = composto ganha elétrons 
• Oxidação = perdendo elétrons 
O ciclo de Krebs é um processo anfibiótico. 
 
2 tipos de vias metabólicas 
Conversão de substrato inicial em que intermediários 
metabólicos vão levar a formação de um produto; 
 
Vias cíclicas: intermediários vão se interconvertendo e 
são continuamente ressintetizados, não são consumidos. 
 
Moléculas carregadoras: 
 
 
Estrutura do ATP: 
 
R1 e R2 podem ser qualquer cadeia de carbono, o que 
interessa é as ligações de anidrido que são 
extremamente lábeis, quando quebradas, liberam energia 
+ base nitrogenada (é base porque tem pKa elevado) + 
pentose. No carbono 5’, está ligado o fosfato (alfa, beta, 
gama dependendo da quantidade de fosfatos, mono, di 
ou trifosfatado). Base mais pentose é nucleosídeo, base 
mais pentose mais fosfato é nucleotídeo. 
 
Transformação de energia 
 
Água quebra ligação química (hidrólise) e passa a fazer 
parte da reação química, libera energia. 
Transportadores de elétrons 
 
Substituição do grupamento por NH2 (nicotinamida). 
Logo o nucleotídeo se chama nicotinoamida amina 
dinucleotídeo. Quando carbono 4 recebe hidreto, ganha 
elétrons, está se reduzindo, logo forma o NAD. 
O NAD, depois de processos oxidativos, forma a 
coenzima NADH, a qual doa, reduzida, um par de 
elétrons para um conjunto especializado de 
transportadores. 
 
O FAD, depois de passar por processos oxidativos, forma 
a coenzima reduzida FADH2, a qual doa um par de 
elétrons para um conjunto especializado de 
transportadores. 
Coenzima A (Acetil-CoA) 
A fun o da Coenzima A (CoA, A para acetil CH3-CO) 
servir como transportador de grupamentos acila nas 
reações enzimáticas envolvidas na oxidação de ácidos 
graxos, na síntese de ácidos graxos, na oxidação do 
piruvato e nas acetilações biológicas. É ele que entra no 
Ciclo De Krebs. 
 
S-Adenosilmetionina 
• Função: fornecedor de grupos metil (CH3); 
• Adenina + uma pentose = nucleosídeo, por isso 
adenosil.; 
• Grupamento metil se liga ao carbono 5, servepara fornecer CH3 
 
TERMODINÂMICA 
Termodin mica (Greek: thermo, heat + dynamis, power) 
 a ci ncia do calor e temperatura e das leis que 
governam a conversão de calor em energia mecânica, 
elétrica, química ou outras formas. A Termodin mica 
uma ci ncia macrosc pica, que considera quantidades 
(nveis) de press o, temperatura e volume, não depende 
de um modelo. Diferentemente da Mec nica Qu ntica, a 
termodin mica n o baseada em um modelo molecular 
específico e, portanto, não é afetada pelas mudanças nos 
conceitos de átomos e moléculas. A termodin mica nos 
auxilia a prever qual a dire o e extens o das rea es 
qumicas, mas n o proporciona qualquer informa o sobre 
a velocidade de um determinado processo (no próximo 
segundo ou em 1 milhão de anos). 
 
Sendo G a variação de energia livre, essa pode ser 
utilizada para predizer o sentido de uma reação em 
condições de pressão e temperatura constantes. 
1. Se G é negativo = há uma perda líquida de 
energia, a reação ocorre exatamente no sentido 
em que é descrita espontaneamente. A reação 
é definida como exergônica; 
2. Se G é positivo = há ganho líquido de energia, a 
reação não anda espontaneamente. Alguma 
energia deve ser adicionada ao sistema para que 
a reação ande. Ela é dita como endergônica; 
3. Se G é zero = os reatantes estão em equilíbrio. 
A variação de energia livre de reação depende da 
concentração do reatante e do produto. Equilíbrio diz que 
velocidade de formação é igual a de dissociação. A 
constante é calculada pela concentração de AB dividido 
pela concentração de A x a concentração de B. 
 
Legenda: 
• G = variação de energia livre; 
• R = a constante dos gases; 
• T é a temperatura absoluta (T absoluta é a 
temperatura ambiente +273 = T em Kelvin). 
Transformação Biológica de Energia 
A compara o das energias livres padr o para a hidrólise 
permite verificar quais os compostos com potenciais mais 
elevados de transfer ncia de grupos fosforila. Por 
exemplo, a fosfocreatina tem um potencial mais elevado 
de transferência de grupamento fosfato do que o ATP. 
Creatina fosfato é forma de armazenamento curto de 
energia. 
 
 
Um fato importante em termos termodin micos que a 
varia o global de energia livre para uma s rie de rea es 
acopladas igual ao somatório das variações de energia 
livre das etapas individuais. Uma reação 
termodinamicamente desfavorável pode ser 
impulsionada por uma termodinamicamente favorável 
que a ela esteja acoplada. Neste exemplo, as reações são 
acopladas pelo intermediário químico comum B. Assim, 
as vias metabólicas são formadas pelo acoplamento de 
reações catalisadas por enzimas, de modo que a energia 
livre global da via é negativa. 
 
Duas reações químicas possuem um intermediário 
comum quando ocorrem sequencialmente, ou seja, o 
produto da primeira reação é o substrato da segunda. 
Primeiro processo não é favorável pois sinal é positivo, 
então posso acrescentar um intermediário (serve como 
carreador de energia química entre reações) para 
conversão em D, aí se torna favorável. Resumidamente, 
o acoplamento energético é feito para que, a partir de 
intermediários comuns, tornamos reações não favoráveis 
em favoráveis. 
Reação espontânea 
 
Ex: reação A B 
Quando a reação chega ao equilíbrio, a variação de 
energia livre (G) é = 0. Portanto, onde as concentrações 
reais de A e B são iguais às concentrações de reatantes 
e produtos no equilíbrio, e sua razão, é igual a K. 
Transformação biológica de energia - ATP 
é o principal doador imediato de energia livre (no sentido 
do acoplamento energético) pois sua hidrólise é negativa 
nos sistemas biológicos, não sendo uma forma de 
armazenamento de energia a longo prazo (estamos 
constantemente convertendo-o em ADP). A quantidade 
total de ATP no organismo limitada (100g), mas a sua 
renovação é alta. Ser humano em repouso: consome 
cerca de 40 kg de ATP em 24 horas. Durante esfor o 
rigoroso: consumo de 0,5 kg ATP por minuto. Portanto, 
 vital ter mecanismos de regenera o de ATP. A 
forma o de ATP uma das fun es básicas do 
catabolismo. 
 
 
• A forma o de ATP uma das fun es b sicas do 
catabolismo, temos que considerar o estado de oxidação 
do carbono. O carbono de mol culas energ ticas (e.g., 
glicose e lipdeos) oxidado a CO2 (maior grau de 
oxidação). Os el trons resultantes s o capturados e 
utilizados para regenerarem ATP a partir de ADP e 
fosfato inorgânico (Pi). Quanto mais reduzido for o 
carbono no ponto de partida, mais energia livre ser 
liberada pela oxida o. 
 
Transformação Biológica de Energia 
Quanto mais reduzido for o carbono (sem O ligado) no 
ponto de partida, mais energia livre será liberada pela 
oxidação. Nos organismos aer bicos, o aceptor final de 
el trons na oxida o do carbono o O2 e o produto de 
oxida o CO2. Os lipdeos s o uma fonte de energia 
mais eficiente que os carboidratos porque os carbonos 
nos lipdeos s o mais reduzidos. 
 
Estágios do catabolismo 
A energia dos alimentos extrada em tr s est gios: 
Digestão: macromol culas s o quebradas em unidades 
menores. 
Unidades menores s o degradadas em unidades mais 
simples (a maioria transformada no grupamento acetil 
da acetil-CoA). 
Produ o de ATP pela oxida o completa do grupo acetil 
da acetilCoA e ação do NADH e NADPH. Aceptor final 
dos elétrons é o oxigênio, que vai ser convertido em 
água. Somos aeróbios por isso. 
 
 
 
Os processos metabólicos são regulados por três modos 
principais 
1) Controle da quantidade de enzimas: depende das 
velocidades de síntese (transcrição e tradução) 
e degradação de enzimas. 
 Controle da atividade enzimática: 
Controle alostérico: processo reversível que, 
geralmente, ocorre pela modulação (e.g., 
inibição) da reação química catalisada pela 
primeira enzima (marcapasso) de uma via 
metabólica cujo efetor é o produto final desta 
via (feedback inhibition). 
Modificação covalente reversível: exemplo, 
fosforilação e defosforilação. 
Hormônios: coordenam as inter-relações das vias 
metabólicas entre diferentes tecidos, muitas 
vezes por meio da regulação da modificação 
covalente reversível de enzimas-chave. 
Exemplo: epinefrina (adrenalina, hormônio) nos 
músculos deflagra uma cascata de transdução 
de sinal, resultando na fosforilação e ativação de 
enzimas da degradação do glicogênio em glicose 
que é utilizada para a produção de ATP (energia 
química) necessária para a contração muscular 
(energia mecânica). 
3) Controle da acessibilidade de substratos: em 
eucariotos pela compartimentalização (segrega 
reações opostas). Exemplo: oxidação de ácidos 
graxos ocorre nas mitocôndrias enquanto que a 
síntese de ácidos graxos ocorre no citoplasma. 
Produção aeróbica de atp 
 
Quando se tem produção aeróbica de ATP, se pode 
dividir em 3 estágios. 
3 Estágios 
 
 
 
 
 
Oxidação da acetil-coa 
 
O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs), por si só, gera 
pouco ATP e não inclui oxigênio (O2) como reagente. O 
ciclo de Krebs remove elétrons da acetil-CoA que são 
utilizados na formação de NADH e FADH2 (formas 
reduzidas: carreadores de elétrons, transferem seus 
elétrons para cadeia). Tanto o NADH como o FADH2 é 
que serão oxidados por O2 na fosforilação oxidativa. 
 
NAD produzindo NADH, FAD formando FADH2, os quais 
vão entrar na fosforilação oxidativa. 
Cadeia Respiratória ou Cadeia 
Transportadora de Elétrons 
A cadeia respiratória consiste de uma série de proteínas 
que possuem grupos prostéticos firmemente ligados às 
suas estruturas. Estes grupos prostéticos são capazes de 
receber e doar elétrons (se oxidar/se reduzir), isto é, 
funcionam como pares conjugados de oxidação-redução 
ou pares redox. 
Moléculas ricas em energia, como a glicose, são 
metabolizadas por uma série de reações de oxidação, 
levando, por fim, à produção de dióxido de carbono e 
água (H2O). Os intermediários metabólicos dessas 
reações doam elétrons a coenzimas específicas – 
nicotinamida-adenina-dinucleotídeo(NAD+ formando as 
coenzimas reduzidas ricas em energia, NADH e FADH2) 
e flavina-adenina-dinucleotídeo (FAD) –.. Cada uma dessas 
coenzimas reduzidas, por sua vez, pode doar um par de 
elétrons a um grupo especializado de carreadores de 
elétrons, coletivamente denominados de cadeia 
transportadora de elétrons (CTE).. À medida que os 
elétrons fluem por meio da cadeia transportadora de 
elétrons, eles perdem muito de sua energia livre. Essa 
energia é utilizada para mover H+ através da membrana 
mitocondrial interna, criando um gradiente de H+ que 
possibilita a síntese de ATP a partir de ADP e fosfato 
inorgânico (Pi). O acoplamento entre a liberação de 
energia na cadeia transportadora de elétrons e a síntese 
de ATP é chamado fosforilação oxidativa. Esse processo 
funciona continuamente em todos os tecidos que 
contêm mitocôndrias. (Nota: a parte da energia livre 
liberada durante o transporte de elétrons e que não é 
captada para a síntese de ATP é utilizada para 
impulsionar outras reações, como o transporte de íons 
cálcio para dentro da mitocôndria e a produção de calor). 
ATP 
Um ser humano sedentário de 70 kg precisa de 
aproximadamente 2.000 kcal para 1 dia de atividade.. 
• São necessários 83 kg de ATP para atender a 
essa imensa demanda de energia; 
• Os seres humanos possuem apenas cerca de 
250 g de ATP a qualquer momento; 
• A diferença entre o ATP que dispomos e o que 
necessitamos é compensada pela reciclagem de 
ADP em ATP; 
• Essa reciclagem ocorre primariamente por meio 
da fosforilação oxidativa (ADP em ATP e vice-
versa); 
• Cada molécula de ATP é reciclada 
aproximadamente 300 vezes/dia. 
Mitocôndria 
Local onde ocorre o metabolismo oxidativo em 
eucariotos (piruvato desidrogenase, enzimas do ciclo de 
Krebs, enzimas da oxidação de ácidos graxos, e enzimas 
e proteínas redox do transporte de elétrons e 
fosforilação oxidativa). 
• A membrana externa é altamente permeável 
(contém porinas) e a membrana interna é 
altamente impermeável (é somente altamente 
permeável à O2, CO2 e H2O); 
• As proteínas envolvidas no transporte de 
elétrons e fosforilação oxidativa estão associadas 
à membrana interna da mitocôndria (assim como 
proteínas de transporte de ATP, ADP, piruvato 
Ca2+ e fosfato); 
• A matriz (gel-like) contem altas concentrações 
das enzimas solúveis do metabolismo oxidativo 
(e.g., do ciclo de Krebs) e substratos, cofatores 
nucleotídicos e íons inorgânicos. 
É a via final comum pela qual elétrons oriundos de 
diferentes combustíveis do organismo fluem para o 
oxigênio. O transporte de elétrons e a síntese de ATP 
pela fosforilação oxidativa ocorrem continuamente em 
todos os tecidos que contém mitocôndria. 
Membranas da mitocôndria: A mitocôndria contém uma 
membrana interna e uma externa, separadas pelo 
espaço intermembranas. Embora a membrana externa 
contenha canais especiais (formados pela proteína 
porina), que a tornam livremente permeável para a 
maioria dos íons e das moléculas pequenas, a membrana 
mitocondrial interna, por sua vez, é uma estrutura 
especializada impermeável à maioria dos íons pequenos 
(incluindo H+ ) e a moléculas pequenas, como ATP, ADP, 
piruvato e outros metabólitos importantes para a função 
mitocondrial. Mover íons ou moléculas através dessa 
membrana requer carreadores ou sistemas de 
transporte especializados. A membrana mitocondrial 
interna é excepcionalmente rica em proteínas, e mais de 
metade delas estão envolvidas de modo direto no 
transporte de elétrons e na fosforilação oxidativa. Ela 
também contém convoluções, chamadas de cristas, que 
aumentam enormemente sua superfície. 
Matriz mitocondrial: A solução semelhante a um gel da 
matriz (parte interna) mitocondrial é também rica em 
proteínas. Essas incluem as enzimas responsáveis pela 
oxidação do piruvato, dos aminoácidos, dos ácidos graxos 
(por oxidação) e aquelas do ciclo do ácido cítrico. As 
sínteses da glicose, da ureia e do heme ocorrem 
parcialmente na matriz mitocondrial. Além disso, a matriz 
contém NAD+ e FAD (as formas oxidadas das duas 
coenzimas necessárias como aceptoras de elétrons) e 
ADP e P, que são utilizados para produzir ATP. (Nota: a 
matriz também contém ácido desoxirribonucleico 
mitocondrial [DNAmt], ácido ribonucleico mitocondrial 
[RNAmt] e ribossomos.) 
Fluxo de elétrons 
O fluxo de elétrons ocorre em quatro grandes 
complexos proteicos que estão “imersos” na membrana 
mitocondrial interna e juntos são denominados de cadeia 
respiratória (pois entra oxigênio) ou cadeia de transporte 
de elétrons. 
• Três destes complexos utilizam a energia 
liberada pelo fluxo de elétrons para bombear 
prótons da matriz mitocondrial para o citoplasma 
(da mitocôndria); 
• Isto gera um gradiente de pH e um potencial 
elétrico transmembrana que gera a força 
próton-motriz; 
• Mitocôndria: oval de 2 M de comprimento e 
0,5 M de diâmetro (tamanho de uma bactéria). 
DNA mitocondrial de humanos: 16.569 pb 
(codifica 13 proteínas da cadeia respiratória, RNA 
ribossomais e tRNAs para traduzir todos os 
códons. Muitas proteínas das mitocôndrias são 
codificadas pelo DNA nuclear (relação de 
simbiose). 
Organização da cadeia transportadora de 
elétrons 
A membrana mitocondrial interna contém quatro 
complexos proteicos separados, denominados 
Complexos I, II, III e IV, que constituem parte da CTE. 
Esses complexos aceitam ou doam elétrons, que são 
trocados com carreadores de elétrons relativamente 
móveis, a coenzima Q (CoQ) e o citocromo c. Cada 
carreador, na CTE, pode receber elétrons de um doador 
e, posteriormente, doá-los para o próximo aceptor na 
cadeia. Os elétrons combinam-se, no final, com O2 água. 
Essa necessidade de O2. dá ao processo de transporte 
de elétrons a denominação de cadeia respiratória, 
responsável pela maior parte da utilização de O2 no 
organismo. 
Reações da cadeia transportadora de 
elétrons 
Com a exceção da coenzima Q, que é uma quinona 
lipossolúvel, todos os membros da CTE são proteínas. 
Eles podem funcionar como enzimas, como é o caso de 
desidrogenases contendo flavina; podem conter ferro 
como parte de um centro ferro-enxofre (Fe-S), ou 
como parte do grupo prostético porfirina do heme, 
como ocorre com os citocromos; ou podem conter 
cobre (Cu), como no complexo citocromo a + a3. 
Formação de NADH: O NAD+ é reduzido a NADH por 
desidrogenases que removem dois átomos de 
hidrogênio de seus substratos. Ambos os elétrons, mas 
apenas um próton (ou seja., um íon hidreto :H–,), são 
transferidos ao NAD+, formando NADH mais um próton 
livre, H+. 
NADH-desidrogenase: A seguir, um H+ (próton) livre mais 
o íon hidreto carregado pelo NADH são transferidos para 
a NADH-desidroge-nase, um complexo proteico 
(Complexo I) embebido na membrana mitocondrial 
interna. O Complexo I possui uma molécula de flavina--
mononucleotídeo (FMN) fortemente ligada; FMN é uma 
coenzima estruturalmente relacionada ao FAD, que 
aceita os dois átomos de hidrogênio (2 elétrons + 2 H+), 
tornando-se FMNH2.. A NADH-desidrogenase também 
contém subunidades peptídicas com centros Fe-S. No 
Complexo I, os elétrons movem-se do NADH para o FMN 
e daí para o ferro nos centros Fe-S e, então, para a 
coenzima Q. Na medida em que os elétrons fluem, eles 
perdem energia. Essa energia é utilizada para bombear 
quatro H+ através da membrana mitocondrial interna, da 
matriz para o espaço intermembranas., que são utilizados 
para produzir ATP. 
Succinato-desidrogenase: No Complexo II, os elétrons da 
oxi-dação do succinato a fumarato, catalisada pela 
succinato-desidrogenase, movem-se da coenzima, 
FADH2, para uma proteína Fe-S, e então para a CoQ. 
(Nota: como não há grande variação de energia nesse 
processo, não há bombeamento de H+ no Complexo II.). 
Coenzima Q: A coenzima Q (CoQ) é um derivado de 
quinona, com uma cauda isoprenoide longa e hidrofóbica. 
Ela é produzida a partir de um intermediário da síntese 
do colesterol. (Nota: é também denominada ubiquinona, 
por sua ubiquidade nos sistemas biológicos.) A CoQ é umcarreador de elétrons móvel e pode aceitar elétrons da 
NADH-desidrogenase (Complexo I), da succinato--
desidrogenase (Complexo II) e de outras desidrogenases 
mitocondriais, como a glicerol-3-fosfato-desidrogenase e 
as acil-CoA-desidrogenases. A CoQ transfere elétrons 
para o Complexo III (citocromo bc1). Assim, uma função 
da CoQ é unir as desidrogenases contendo 
flavoproteínas aos citocromos. 
Citocromos Os demais membros da Cadeia 
Transportadora de Elétrons são proteínas chamadas 
citocromos. Cada um deles apresenta um grupo heme, 
constituído por um anel porfirina contendo um átomo de 
ferro. Ao contrário do que ocorre com os grupos heme 
da hemoglobina, o ferro dos citocromos é convertido 
reversivelmente de sua forma de íon férrico (Fe3+ para 
íon ferroso (Fe2+) como uma parte normal de sua 
função como um aceptor e doador de elétrons. Os 
elétrons são passados ao longo da cadeia, do citocromo 
bc1 para os citocromos a + a3 (Complexo III) para o 
citocromo c, e então ([Complexo IV]).. Na medida em que 
os elétrons fluem, quatro H+ são bombeados através da 
membrana mitocondrial interna no Complexo III e dois no 
Complexo IV. (Nota: o citocromo c está localizado no 
espaço intermembranas, associado fracamente com a 
face externa da membrana interna. Assim como no caso 
da CoQ, o citocromo c é um carreador móvel de 
elétrons.): 
Citocromo a + a3: Uma vez que este complexo de 
citocromos (Complexo IV) é o único carreador de 
elétrons no qual o núcleo heme tem um sítio de 
coordenação disponível que pode reagir diretamente 
com o O2, ele também é conhecido como citocromo c-
oxidase. No Complexo IV, os elétrons transportados, o 
O2 e o H+ livres, são reunidos, e o O2 é reduzido a H2O. 
A citocromo c-oxidase contém átomos de cobre ligados, 
necessários para que essa complexa reação ocorra. Os 
elétrons movem-se do Cua para o citocromo a e dele 
para o citocromo a3 (em associação com o Cub) e daí 
para o O2. 
Inibidores de sítios específicos: inibidores de sítios 
específicos na cadeia transportadora de elétrons têm 
sido identificados.. Esses inibidores respiratórios previnem 
a passagem de elétrons, ligando-se a algum componente 
da cadeia e bloqueando a reação de oxidação/redução. 
Desse modo, todos os carreadores de elétrons antes do 
bloqueio estão completamente reduzidos, enquanto 
aqueles localizados após o bloqueio estão oxidados. 
Energia livre liberada durante o 
transporte de elétrons 
A energia livre liberada quando os elétrons fluem ao 
longo da CTE, de um doador de elétrons (agente 
redutor) para um aceptor de elétrons (agente oxidante), 
é utilizada para bombear H+ nos Complexos I, III e IV. 
(Nota: os elétrons podem ser transferidos para o NAD+ 
como íons hidreto; como átomos de hidrogênio para o 
FMN, a CoQ e o FAD; ou como elétrons para os 
citocromos.). 
Pares redox: A oxidação (perda de elétrons) de um 
composto é sempre acompanhada pela redução (ganho 
de elétrons) de uma segunda substância. Por exemplo a 
oxidação do NADH a NAD+ catalisada pela NADH-
desidrogenase no Complexo I, acompanhada pela 
redução do grupo prostético dessa enzima, o FMN, a 
FMNH2. Tais reações redox podem ser escritas como a 
soma de duas hemirreações separadas, uma de oxidação 
e outra de redução NAD+ e NADH formam um par 
redox, assim como FMN e FMNH2. Os pares redox 
diferem em sua tendência de perder elétrons. Essa 
tendência é característica de cada par redox e pode ser 
expressa quantitativamente por uma constante, E0 (o 
potencial de redução padrão), com unidades em volts. 
Potencial de redução padrão: os potenciais de redução 
padrão (E0) para vários pares redox podem ser listados, 
desde o mais negativo até o mais positivo E0. Quanto 
mais negativo for o E0 de um par redox, maior será a 
tendência da forma redutora desse par em perder 
elétrons. Quanto mais positivo for o E0, maior a tendência 
da forma oxidante daquele par em aceitar elétrons. Desse 
modo, os elétrons fluirão do par com E0 mais negativo 
para aquele par com E0 mais positivo. 
Estágio 3: fosforilação oxidativa 
(formação de ATP) na cadeia de transporte 
de elétrons (cadeia respiratória) 
A oxidação das fontes energéticas e a fosforilação do 
ADP (formação de ATP) são acopladas por um gradiente 
de prótons através da membrana mitocondrial interna. 
• Coletivamente, a geração de elétrons com alto 
potencial de transferência pelo ciclo de Krebs, 
seu fluxo através da cadeia respiratória e a 
síntese associada de ATP é denominada 
respiração ou respiração celular; 
• Respiração: Um processo de geração de ATP 
no qual um composto inorgânico (como oxigênio 
molecular, O2) atua como último aceptor de 
elétrons. O doador de elétrons pode ser um 
composto orgânico como um composto 
inorgânico. A diferença entre respiração e 
fermentação é que, nessa última, o aceptor dos 
elétrons é um composto orgânico (com 
carbono). 
 
Prótons que estão na matriz vão ser bombeados para 
fora (espaço entra membrana externa e interna da 
mitocôndria). À medida que isso acontece, se consome 
oxigênio e vamos ter gradiente de prótons, potencial de 
membrana, elétrico. 
• A oxidação e a síntese de ATP são acopladas 
pelos fluxos de prótons transmembrana. Os 
elétrons fluem de NADH e FADH2 através de 
quatro complexos proteicos para reduzir 
oxigênio a água; 
• Três dos complexos bombeiam prótons 
oriundos da matriz mitocondrial para fora da 
matriz. Os prótons retornam à matriz por meio 
do fluxo através de outro complexo proteico, a 
ATP Sintase, que resulta na síntese de ATP. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Potencial de transferência de elétrons 
 
Essa equação serve para definir se reação é ou não 
favorável. Se composto estiver perdendo elétrons, ele 
está se oxidando, eles vão pelo fio. Se ele puxa elétrons 
do hidrogênio dissolvido em água, composto em solução 
estaria se reduzindo. Se valor do delta G for positivo, 
significa que potencial de redução é favorável. Agente 
oxidante é quem reduz. 
O ciclo de Krebs remove elétrons da acetil-CoA que são 
utilizados na formação de NADH e FADH2 (formas 
reduzidas: carreadores de elétrons). E0’ (potencial de 
redução em Volts) com valor positivo: maior afinidade 
por elétrons do que H2 (definido como V=0 em físico-
química e - 0,42 V em bioquímica), portanto agente 
oxidante (vai se reduzir = receptor de elétrons). 
 
Oxigênio tem potencial de redução positivo, ele capta 
elétrons de algum composto químico (o qual está se 
oxidando), logo ele é o Agente Oxidante. NADH vai 
perder 2 elétrons, os quais vão para cadeia, virando NAD. 
Como se pode quantificar a energia 
associada a um gradiente de prótons? 
 
A soma dos termos de concentração e carga elétrica é 
denominada potencial eletroquímico ou potencial de 
membrana: a mudança de um soluto sem carga elétrica 
do lado 1 (concentração c1) para o lado 2 (concentração 
c2) mais a mudança de um soluto com carga elétrica 
(cuja distribuição desigual através da membrana gera um 
potencial elétrico). O PH reflete a concentração de 
prótons. Esse valor de 21,8 kJ é o que está disponível 
para síntese de ATP (5,2 kcal por próton). 
Estágio 3: fosforilação oxidativa 
(formação de ATP) na cadeia de transporte 
de elétrons (cadeia respiratória) 
 
Onde está o potencial negativo, estão os que vão se 
oxidar, onde está positivo, os que reduzem. 
 
Na matriz, tem enzimas do ciclo de Krebs. Quando 
elétrons estão sendo transferidos, ocorre bombeamento 
de prótons da matriz para o espaço entre as membranas 
externa e interna. Se aumenta concentração de prótons, 
PH do espaço diminui (menor do que dentro da matriz), 
e esse gradiente que vai impulsionar a síntese de ATP 
pela ATPSintase. A fosforilação oxidativa pode ser dividida 
pela cadeia transportadora de elétron + síntese de ATP. 
 
A Ubiquinona (coenzima - Q) se reduz para Ubiquinol 
depois de receber o 2º elétron. Outro carreador de 
elétron é o citocromo C, uma proteína heme (anéis de 
porfirina com ferro ligado que muda seu estado de 
oxidação) solúvel. 
Complexo NADH-coenzimaQ oxidoredutase 
(Complexo I ou NADH desidrogenase) 
 
Centro da Flavina pode receber um elétron de cada vez. 
Tem parte embebida na matriz. Elétrons do NADH fluem 
para flavina, que vão para os clusters, que vão para 
coenzima Q. 
Complexo Succinato-Coenzima Q Redutase 
(Succinato-Desidrogenase ou Complexo II) 
 
FADH2 entra na cadeia de transporte de elétrons no 
complexo II. Única enzima do Ciclo de Krebs que está 
embebida na membrana interna da mitocôndria. Possui 4 
subunidades, incluindo duas proteínas com grupos 
ferro/enxofre, e uma delas ligada ao FAD. Fluxo de 
elétrons: de FADH2 → centros Fe-S → Coenzima Q 
(ubiquinona) para formar a forma reduzida. Não bombeia 
prótons para fora da matriz mitocondrial (espaço 
intermembranas): menos ATP será formado quando 
comparado com NADH. Seus sítios de oxi-redução 
também estão voltados para a matriz mitocondrial. 
Coenzima Q-citocromo c oxidorredutase 
(ou complexo Citocromo bc1 ou Complexo 
III) 
 
Elétrons vem do 1, do 2 e vão para o 3, o qual está sendo 
reduzido. 
 Citocromo 
C só consegue pegar um elétron de cada vez. Resultado 
é o bombeamento de prótons e transferência de 
elétrons. 
Citocromo c oxidase (Complexo IV) 
 
Alfas- hélices do Citocromo C oxidado estão embebidas. 
Enzima de 13 cadeias peptídicas, dois grupos prostéticos 
(heme a e heme a3 -CuB) embebidos na membrana, um 
grupo prostético CuA/CuA próximo ao espaço 
intermembrana (aceita elétrons do citocromo c). Os 
centros de cobre alternam-se entre a forma Cu+ 
reduzida (cuprosa) e a forma oxidada Cu2+ (cúprica) nos 
processos redox. 
CO(bb) representa um grupo carbonila do arcabouço 
peptídico. O heme a3 -CuB é o sítio de redução de 
oxigênio em água. Os elétrons doados pelo citocromo c 
são transportados através de átomos de cobre e ferro 
até o lado da matriz mitocondrial onde vão reduzir O2 
em H2O. A demanda de oxigênio para essa reação é o 
que torna os organismos “aeróbicos”. Redução com 4 
elétrons de uma molécula de O2 para produzir H2O. 
4 Cit cred (FeII) + 8 H+ + O2 → 4 Cit cox (FeIII) + 2 
H2O 
 tiramos 8 
prótons da matriz e jogamos 4 para fora. 
 
Esse processo é o que nos faz precisar de oxigênio. 
Asfixia é tu não ter oxigênio suficiente para ser o aceptor 
final de elétrons; 
ATP Sintase (Complexo V ou ATPase 
mitocondrial ou F1F0ATPase) 
Um 
processo desfavorável sendo acoplado para um 
favorável. 
Hipótese Quimiosmótica 
Explica como a energia gerada pelo transporte de 
elétrons através da Cadeia de Transporte de Elétrons 
(Cadeia Respiratória) é utilizada para produzir ATP a partir 
de ADP + Pi. 
• À medida que os elétrons são transferidos ao 
longo da cadeia do citocromo, a energia liberada 
é utilizada para “bombear” os hidrogênios 
(prótons; H+) liberados da NADH e da FADH2 do 
interior das mitocôndrias através da membrana 
mitocondrial interna; 
• Isso acarreta um acúmulo de H+ no espaço 
entre as membranas mitocondriais interna e 
externa: FORÇA PRÓTONMOTRIZ (gradiente 
químico refletido pelo PH + gradiente elétrico 
refletido pela diferença de voltagem). O acúmulo 
de H+ é uma fonte de energia potencial que 
pode ser capturada e utilizada para recombinar 
o Pi com ADP e formar ATP; 
• O objetivo da cadeia de transporte de elétrons 
é mover elétrons através de uma série de 
citocromos para fornecer energia que 
impulsione a produção de ATP nas mitocôndrias. 
 
A bomba de prótons. O transporte de elétrons está 
acoplado à fosforilação do ADP pelo “bombeamento” de 
prótons (H+) através da membrana mitocondrial interna. 
Esses prótons são bombeados da matriz para o espaço 
intermembranas pelos Complexos I, III e IV. Para cada par 
de elétrons transferido do NADH para o O2, 10 H+ são 
bombeados. Esse processo cria, por meio da membrana 
mitocondrial interna, um gradiente elétrico (com cargas 
mais positivas no lado externo da membrana do que no 
lado interno) e um gradiente (químico) de pH (o lado 
citosólico da membrana está em pH mais baixo do que 
o lado da matriz, como mostrado na Fig. 6.13). A energia 
(força próton-motriz) gerada por esses gradientes é 
suficiente para impulsionar a síntese de ATP. Desse 
modo, o gradiente de H+ funciona como o intermediário 
comum que acopla a oxidação à fosforilação; 
A ATP-sintase. A ATP-sintase é uma enzima composta 
por múltiplas subunidades ([Complexo V]), que sintetiza 
ATP usando a energia do gradiente de H+ de proteínas 
que contém um domínio (F0) que cruza a membrana 
mitocondrial interna, e um domínio extramembranoso 
(F1), que se projeta como uma esfera para dentro da 
matriz mitocondrial. Conforme propõe a hipótese 
quimiosmótica, após os H+ serem transferidos para o lado 
citosólico da membrana mitocondrial interna, eles 
retornam à matriz mitocondrial, passando por um canal 
de H+ no domínio F0. Isso força a rotação do anel c de 
F0, ao mesmo tempo em que os gradientes elétrico e 
de PH são dissipados. A rotação de F0 causa alterações 
conformacionais nas 3 subunidades beta de F1, permitindo 
que o ADP e Pi sejam ligados a esse domínio e que o 
ADP fosforilado produza ATP, que será liberado. Uma 
rotação completa do anel c produz três ATP. 
Acoplamento na fosforilação oxidativa. Nas mitocôndrias 
normais, a síntese de ATP está acoplada ao transporte 
de elétrons por meio do gradiente de H+. O aumento 
(ou a redução) de um desses processos tem o mesmo 
efeito sobre o outro. Por exemplo, a hidrólise de ATP a 
ADP e Pi, nas reações que requerem energia aumenta a 
disponibilidade de substratos para a ATP-sintase e, assim, 
aumenta o fluxo de H+ por meio da enzima. O transporte 
de elétrons e o bombeamento de H+ pela CTE 
aumentam, para manter o gradiente de H+ e possibilitar 
a síntese de ATP. 
Oligomicina. Esse fármaco se liga ao domínio Fo (daí a 
letra “o”) da ATP-sintase, fechando o canal de H+ e 
impedindo o retorno dos prótons à matriz mitocondrial, 
prevenindo, assim, a fosforilação de ADP em ATP. Uma 
vez que os gradientes de pH e elétrico não podem ser 
dissipados na presença desse inibidor da fosforilação, o 
transporte de elétrons cessa, devido à dificuldade de 
bombear mais prótons contra gradientes tão grandes. 
Assim, a respiração celular depende da capacidade de 
fosforilar ADP em ATP. Essa dependência, conhecida 
como controle respiratório, é consequência do forte 
acoplamento entre esses processos 
Proteínas desacopladoras. As proteínas desacopladoras 
(UCPs, do inglês uncoupling proteins) são proteínas 
encontradas na membrana mitocondrial interna de 
mamíferos, incluindo humanos. Essas proteínas formam 
canais que permitem que os prótons retornem à matriz 
mitocondrial sem que a energia seja capturada como 
ATP. A energia é liberada na forma de calor, e o 
processo é denominado termogênese sem tremor. A 
UCP1, também denominada termogenina, é responsável 
pela produção de calor nos adipócitos marrons, células 
ricas em mitocôndrias, dos mamíferos. (Nota: o frio induz 
aumento, via catecolaminas, da expressão de UCP1.) No 
tecido adiposo marrom (distinto do tecido adiposo 
branco, que é mais abundante), ocorre uma resposta ao 
frio em bebês na qual aproximadamente 90% da energia 
produzida na cadeia respiratória é utilizada para a 
termogênese. Assim, a gordura marrom está envolvida 
no gasto de energia, enquanto a gordura branca está 
envolvida no armazenamento de energia. (Nota: 
recentemente, foi demonstrado que depósitos de 
gordura marrom estão presentes em adultos.). 
Desacopladores sintéticos. O transporte de elétrons e a 
fos-forilação do ADP podem também ser desacoplados 
por meio de compostos que possibilitam a passagem de 
H+ através da membrana mitocondrial interna, dissipando 
o gradiente de prótons. O exemplo clássico é o 2,4-
dinitrofenol, transportador de prótons lipofílico (ionóforo) 
que difunde facilmente através da membrana 
mitocondrial. Devido à ação desse desacoplador, o 
transporte de elétrons funciona em alta velocidade, sem 
estabelecer um gradiente de H+, de forma semelhante 
ao que ocorre com as UCPs. Também,neste caso, a 
energia produzida pelo transporte de elétrons é liberada 
como calor, em vez de ser utilizada para sintetizar ATP. 
(Nota: em doses altas, o ácido acetilsalicílico, assim como 
outros salicilatos, desacopla a fosforilação oxidativa. Isso 
explica a febre que acompanha superdoses tóxicas 
desses fármacos.) 
Fosforilação oxidativa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Atp sintase 
 
Betas catalisam reação química. 
 
 
Ambientes vão mudar porque vai ter rotação. 
 
 
ATP foi formado dentro da matriz. 
Sistemas de transporte através da 
membrana 
A membrana mitocondrial interna é impermeável à maior 
parte das substâncias hidrofílicas ou com carga. Porém, 
essa membrana contém numerosas proteínas de 
transporte que permitem a passagem de moléculas 
específicas desde o citosol até a matriz mitocondrial. 
Transporte de ATP e ADP. A membrana mitocondrial 
interna requer transportadores especializados para 
transportar o ADP e o Pi do citosol (onde o ATP é 
hidrolisado em ADP em muitas reações que requerem 
energia) para dentro da mitocôndria, onde o ATP pode 
ser novamente sintetizado. Um carreador (do inglês 
antiporter) de nucleotídeos da adenina transporta uma 
molécula de ADP do citosol para a matriz, enquanto 
exporta um ATP da matriz para o citosol. Um 
transportador symporter cotransporta Pi e H+ do citosol 
para a matriz. 
Transporte de equivalentes redutores. A membrana 
mitocondrial interna não possui uma proteína 
transportadora de NADH, de modo que o NADH 
produzido no citosol não pode penetrar diretamente na 
matriz mitocondrial. Os dois elétrons do NADH (também 
denominados equivalentes redutores), no entanto, são 
transportados do citosol para a matriz utilizando 
mecanismos de lançadeiras. Na lançadeira do glicerol-
fosfato, dois elétrons são transferidos do NADH para a 
di-hidroxiacetona--fosfato, pela glicerol-3-fosfato-
desidrogenase citosólica. O glice-rol-3-fosfato produzido é 
oxidado pela isozima mitocondrial, a qual utiliza FAD, que 
é reduzido a FADH2. A CoQ, da CTE, oxida o FADH2 
.Portanto, a lançadeira do glicerol-3-fosfato resulta na 
síntese de dois ATPs para cada NADH citosólico oxidado. 
Isso contrasta com a lançadeira do malato-aspartato, que 
produz NADH (em vez de FADH2) na matriz mitocondrial 
e leva, desse modo, à produção de três ATPs para cada 
NADH citosólico oxidado pela malatodesidrogenase, 
enquanto o oxalacetato é reduzido a malato. Uma 
proteína transportadora carrega o malato para a matriz. 
AULA 2 
 
A glicólise (6 carbonos) é um processo anaeróbico (i.e., 
não consome O2) que metaboliza uma molécula de 
glicose em duas de piruvato com a produção 
concomitante de duas moléculas de ATP e duas 
moléculas de NADH. 
 
• Estágio 1: fase de retenção. A fosforilação da 
glicose retém o monossacaríde no citoplasma da 
célula e não é substrato para os transportadores 
de glicose. Há o consumo de 2 ATP. A 
fosfofrutoquinase é uma enzima alostérica que 
regula a velocidade da glicólise; 
• Estágio 2: são produzidas duas (2) unidades de 
3 carbonos. A di-hidroxiacetona fosfato é 
convertida em gliceraldeído 3-fosfato, este 
último é que entra no estágio 3; 
• Estágio 3: ocorre a formação de 4 moléculas de 
ATP. O 1,3-bisfosfoglicerato é um anidrido misto 
de ácido fosfórico e ácido carboxílico e tem 
elevado potencial de transferência de fosforila 
para o ADP (formando ATP). A outra molécula 
de ATP é formada na conversão de 
fosfoenolpiruvato em piruvato. 
 
 
Em condições aeróbicas, o piruvato (da glicólise) é 
transportado para o interior das mitocôndrias por uma 
proteína carreadora específica na membrana 
mitocondrial. Na matriz mitocondrial, o piruvato sofre 
descarboxilação oxidativa pelo complexo piruvato 
desidrogenase para formar acetil-CoA (junto a coenzima 
A). Essa reação irreversível é o vínculo entre a glicólise 
e o ciclo do ácido cítrico. 1 molécula de CO2 é liberada 
no processo. 
O complexo piruvato desidrogenase é composto de três 
enzimas distintas que produz CO2 e captura elétrons de 
alto potencial de transferência na forma de NADH. 
 
 
O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs), por si só, gera 
pouco ATP e não inclui oxigênio (O2) como reagente. O 
ciclo de Krebs remove elétrons da acetil-CoA que são 
utilizados na formação de NADH e FADH2 (formas 
reduzidas: carreadores de elétrons). Tanto o NADH como 
o FADH2 é que serão oxidados por O2 na fosforilação 
oxidativa. Rotação da ATPsintase vai originar ATP. 
 
3 carbonos do piruvato já foram liberados no Ciclo de 
Krebs 
 
Primeiramente, o NADH (entra no Complexo 1) ou o 
FADH2 (entra no Complexo 2) transferem seus elétrons 
para a Cadeia Transportadora. À medida que os elétrons 
se movem por ela, alguma parte da energia deles é 
utilizada para liberar H+ para o compartimento externo. 
O H+ entra por difusão de volta para os compartimentos 
internos por canais especiais, ATP sintases, que tornam 
simultâneo o movimento do H+ com a produção de 
ATP. Os elétrons H+ e O2 se combinam para formar 
H20. O ATP é transportado para fora do compartimento 
interno por uma proteína carreadora que troca ATP por 
ADP. Uma proteína carreadora diferente move o fosfato 
para o compartimento interno. 
 
 
 
Esse cálculo desconsidera os elétrons que são gastos em 
transporte 
 Faz combustão da 
glicose, transforma todos os seus carbonos em CO2. 
 
Na glicólise, formo 2 NADH, 2 ATP e 2 piruvatos. Esses 
2 piruvatos vai entrar na mitocôndria, se ligar a coenzima 
a, formando o Acetil coa, liberando co2. O acetil coa entra 
no ciclo de Krebs para produzir NADH, ATP e FADH2 + 
2 moléculas de CO2.. Na cadeia transportadora, o NADH 
entra no complexo 1 (que libera prótons) e o FADH2 
entra no complexo 2 (não libera), no complexo 4 recebe 
os elétrons e ocorre a formação de H20. 
 
 
Uma das funções da cadeia respiratória é a reoxidação 
de NADH citoplasmático em NAD+ em condições 
aeróbicas para ser reutilizado na glicólise. A membrana 
interna da mitocôndria é impermeável para NADH e 
NAD+. Os elétrons do NADH citoplasmático (em vez do 
próprio NADH) são transportados por esta lançadeira 
gerando 1,5 ATP (FADH2) ao invés de 2,5 ATP (NADH). 
O glicerol 3 fosfato é convertido em dihidroxiacetona 
fosfato, o qual é convertido em um álcool. 
 
Os elétrons do NADH citoplasmático em NAD+ são 
trazidos para as mitocôndrias por esta lançadeira do 
malato-aspartato que é mediado por dois carreadores de 
membrana e quatro enzimas. A membrana interna da 
mitocôndria é impermeável para NADH e NAD+. O NADH 
citoplasmático transportado por esta lançadeira gera 2,5 
ATP (NADH) ao invés de 1,5 ATP (FADH2). Asparato 
pega glutamato da alfa-Ketoglutarato e forma 
Oxaloacetato. O NADH transfere hidreto para 
oxaloacetato, que forma o malato. O malato doa hidreto 
para o NAD, formando NADH e formando Oxaloacetato. 
Esse oxaloacetato doa um glutamato para o alfa-
Ketoglutarato, formando o Asparato. 
ATP – ADP TRANSLOCASE 
 
ATP e ADP não se difundem livremente através da 
membrana mitocondrial interna. Os fluxos de ATP e ADP 
são acoplados: o ADP só entra na matriz mitocondrial se 
o ATP sair (e vice versa). Mecanismo da ATP-ADP 
TRANSLOCASE (30 kDa): 
1) ligação do ADP do citoplasma à ATP translocase; 
2) eversão do transportador; 
3) liberação do ADP na matriz mitocondrial; 
4) ligação do ATP na forma evertida à ATPsintase; 
5) eversão de volta à conformação original; 
6) liberação de ATP no citoplasma, o qual vai ser usado 
nos processos metabólicos da célula. O potencial de 
membrana positivo favorece o transporte de ATP para 
fora da matriz mitocondrial (em respiração ativa). 
Desacoplamento da fosforilação oxidativa 
para produção de ATP resulta na geração 
de calor 
 
1. Manutenção da temperatura corporal: animais 
que hibernam, recém-nascidos, e sobretudo em 
mamíferos adultos adaptados a climas frios; 
2. Tecido adiposo marrom (rico em mitocôndrias): 
adaptado para a termogênese, geração de calor, 
sem calafrio (estratégia para produzircalor); 
3. UCP1 = proteína desacopladora = termogenina 
(na membrana mitocondrial interna). 
4. Fluxo de prótons do citoplasma para matriz 
(curto-circuito na bomba de prótons) liberando 
calor (dissipando gradiente de prótons para 
produção de ATP). 
5. Temperatura corporal  Liberação de ácidos 
graxos a partir de triglicerídeos (carbonos são 
mais reduzidos) Ativando termogenina, 
quebrando ácidos graxos, formando acetil-coa, 
que vai para o ciclo de Krebs, faz transporte de 
elétrons dissipados pela termogenina. Nesse 
processo, a produção de ATP vai ser menor 
porque a energia está sendo dissipada em forma 
de calor. 
 
 
1. Inibição da cadeia de transporte de elétrons: 
rotenona (veneno para insetos e peixes) e 
amobarbital (sedativo barbitúrico) bloqueiam a 
transferência de elétrons da NADH-coenzima Q 
oxidorredutase impedindo a utilização de NADH 
como substrato. 
A antimicina A interfere no fluxo de elétrons 
provenientes do citocromo bH na coenzima Q-
citocromo c oxidorredutase. O cianeto e a azida 
reagem com a forma férrica (Fe3+, oxidado) do 
heme a3, enquanto que o monóxido de carbono 
inibe a forma ferrosa (Fe2+, reduzido). Causa 
morte por asfixia. 
2. Inibição da ATP sintase: a oligomicina (anti-fúngico) e a 
diciclohexilcarbodiimida (DCC) impedem o influxo de 
prótons através da ATP sintase (parando a cadeia de 
transporte de elétrons e síntese de ATP). Se impede 
fluxo de prótons, não tem rotação, não ocorre liberação 
de ATP na matriz mitocondrial. 
 
3. Desacoplamento do transporte de elétrons na síntese 
de ATP: o 2,4-dinitrofenol (DNP) faz com que o 
transporte de elétrons de NADH para O2 não seja 
alterado mas não há formação de ATP pela ATP Sintase 
porque a força próton-motriz através da membrana 
mitocondrial é dissipada (prótons fluem a favor de seu 
gradiente de concentração). A energia é dissipada na 
forma de calor. Usado para emagrecimento. 
4. Inibição da exportação do ATP: atractilosídeo 
(glicosídio vegetal) e ácido bongkréquico (antibiótico 
proveniente do mofo) inibem a atividade da ATP-ADP 
translocase. Não vou ter disponibilidade de ATP. 
 Ph intramembtrana é menor 
que o da matriz 
Carboidratos 
Características: Solúveis em água: hidrofílicos = 
interagem com H20. 
Funções: energética e estrutural 
Classificação: 
• Monossacarídeos (mono = um): uma molécula 
de açúcar 
– Glicose 
– Frutose 
– Galactose; 
• Dissacarídeos (di = dois): 
– Sacarose: Glicose + Frutose 
– Lactose: Glicose + Galactose 
– Maltose: Glicose + Glicose; 
• Polissacarídeos (poli = muitos): 
– Amido (vegetais) 
– Glicogênio (animais) 
 
As quatro principais classes de biomoléculas são: 
proteínas, ácidos nucléicos, lipídeos e carboidratos. 
Carboidratos são aldeídos ou cetonas com dois ou mais 
grupos hidroxila. 
Funções biológicas de carboidratos: 
• Reserva de energia e fonte de energia; 
• Intermediários metabólicos; 
• Componentes estruturais do DNA 
(desoxirribose) e RNA (ribose); 
• Elementos estruturais das paredes celulares de 
bactérias e plantas (celulose é um dos 
compostos orgânicos mais abundantes na 
biosfera); 
• Associados a proteínas e lipídeos: possuem 
papéis cruciais na comunicação célula-célula e 
nas interações entre células e elementos no 
meio celular. 
 
Carboidratos são formados por monossacarídeos.. 
Monossacarídeos são aldeídos ou cetonas com dois ou 
mais grupos hidroxila (OH). 
• Fórmula empírica dos carboidratos: (C-H2O)n 
(hidratos de carbono); 
• O menor monossacarídeo possui 3 átomos de 
carbono (n = 3). 
 
Monossacarídeos: 
• N = 3 (três átomos de carbono): trioses; 
• Dihidroxiacetona é uma cetose porque contém 
uma cetona (R1R2C=O); 
• Gliceraldeído é uma aldose porque contém um 
aldeído (RHC=O). Gliceraldeído contém um 
carbono assimétrico (quatro substituintes 
diferentes) e, portanto, possui dois 
estereoisômeros (D-gliceraldeído e 
Lgliceraldeído); 
• Presença de um carbono assimétrico (4 
constituintes dele são diferentes) é a causa da 
existência de estereoisômeros: mesma fórmula 
molecular, mesma conectividade entre os 
átomos, porém arranjos espaciais diferentes 
(não podem ser sobrepostas); 
• ISÔMEROS: possuem o mesmo número e tipo 
de átomos. 
– Quando pares de moléculas que diferem pelo 
arranjo dos grupamentos ligados a um ou mais 
carbonos assimétricos (centros estereogênicos) 
são imagens especulares que não podem ser 
sobrepostas estas moléculas são denominadas 
enantiômeros (ou isômeros ópticos). 
– D-gliceraldeído e L-gliceraldeído são 
enantiômeros pois um é a imagem no espelho 
do outro. 
• Uma dada molécula contém 2 elevado na n 
ESTEREOISÔMEROS. 
– Gliceraldeído contém um carbono assimétrico 
(quatro substituintes 
diferentes) e, portanto, 
possui dois (21 = 2) 
estereoisômeros 
(Dgliceraldeído e L-
gliceraldeído). Lembre 
que 
ESTEREOISÔMEROS 
têm a mesma fórmula 
molecular, mesma conectividade entre os 
átomos, porém arranjos espaciais diferentes 
(não podem ser sobrepostas). Quando os 
estereoisômeros forem imagens especulares 
que não podem ser sobrepostas, denominase 
estas moléculas de ENANTIÔMEROS (ou 
isômeros ópticos, são o espelho um do outro). – 
D-gliceraldeído e L-gliceraldeído são 
enantiômeros pois um é a imagem no espelho 
do outro. 
Isômeros possuem o mesmo número e tipo de átomos. 
As duas moléculas não 
podem ser superpostas pois 
são imagens especulares. 
Isto é característico de 
moléculas que possuem 
átomos de carbono 
tetraédrico com quatro 
substituintes diferentes. O 
átomo central é conhecido 
como centro assimétrico ou 
centro quiral (chiral) e são ditos possuir a propriedade de 
quiralidade (chirality; Greek: cheir, hand). 
Convenção de Fischer: No sistema de convenção de 
Fischer os grupos substituintes ligados a um centro 
assimétrico (quiral) são relacionados ao gliceraldeído. Por 
convenção, estereoisômeros do gliceraldeído (+) são 
designados D (OH na direita) e os 
(-) são designados L (OH na 
esquerda). Projeção de Fischer: 
• linhas horizontais: acima do plano 
do papel; 
• linhas verticais: abaixo do plano 
do papel. 
Monossacarídeos: 
• 4 carbonos (n=4): tetroses; 
• 5 carbonos (n=5): pentoses,; 
• 6 carbonos (n=6): hexoses; 
• 7 carbonos (n-7): heptoses.. 
 
 
 
 
 
 
Aldoses: Estas moléculas (n>3) possuem múltiplos 
centros assimétricos, e, para estes monossacarídeos, a 
denominação D e L refere-se à configuração absoluta 
do carbono assimétrico mais distante do grupo aldeído 
ou cetona (carbono mais oxidado no topo). D-aldoses 
contendo 3, 4, 5 e 6 carbonos: centro assimétrico mais 
distante do aldeído é mostrado em vermelho 
 
 
 
Isômeros: possuem o mesmo número e tipo de átomos. 
Estereoisômeros: mesma fórmula molecular, mesma 
conectividade entre os átomos, porém arranjos espaciais 
diferentes (não podem ser sobrepostas) devido a 
presença de um centro quiral (carbono assimétrico). 
Enantiômeros (isômeros ópticos): pares de moléculas que 
diferem pelo arranjo dos grupamentos ligados a um (ou 
mais) carbono(s) assimétricos (centros estereogênicos) 
são imagens especulares que não podem ser 
sobrepostas.. 
Diastereoisômeros: para moléculas que possuem mais do 
que um centro quiral, estereoisômeros que diferem em 
mais do que um (mas não todos) centro quiral e que não 
são imagens especulares (portanto não são 
enantiômeros). 
Epímeros: diastereoisômeros que diferem por apenas 
um centro quiral. 
. 
Atenção: não confundir a classificação D e L com as 
propriedades ópticas da molécula! Assim (+) e (-) 
reservam-se para indicar a atividade óptica e D e L 
reservam-se para identificar os pares de 
estereoisômeros, estando relacionada com a posição da 
hidroxila do carbono assimétrico (4 substituintes 
diferentes) mais distante da carbonila (grupo C=O) seja 
das aldoses ou das cetoses. Não é possível prever a 
magnitude nem o sinal da rotação específica de um 
composto químico. Por exemplo, o aminoácido L-arginina 
de proteínas apresenta uma rotação específica () de 
+12,5. 18 AMONOSSACARÍDEOS MODIFICADOS: Monossacarídeos 
modificados: carboidratos podem ser modificados pela 
adição de substituintes (em vermelho) de outros grupos 
que não o grupo hidroxila. Estes carboidratos modificados 
são geralmente expressos na superfície das células. 
 
Carboidratos: a ligação formada entre o carbono 
anomérico (C1) de um açúcar e o grupamento hidroxila 
de um álcool é chamada de ligação glicosídica. 
 
• Oligossacarídeos são 
carboidratos formados pelas 
ligações glicosídicas entre 
monossacarídeos.; 
• A sacarose, lactose e 
maltose são componentes 
comuns na dieta dos seres 
humanos.; 
• A sacarose, lactose e 
maltose são exemplos de 
dissacarídeos. 
Dissacarídeos: 
 
Os isômeros  e  da glicose encontram-se em equilíbrio 
que passa pela forma de cadeia aberta (acíclico). A 
Glucose reage com agentes oxidantes (tais como o íon 
cúprico (Cu2+) porque a forma de cadeia aberta possui 
um grupo aldeído que é oxidado. Os açúcares que 
reagem são denominados de redutores (possuem um 
grupamento aldeído ou cetona livres). 
 
 
Sacarose: a sacarose (açúcar comum extraído de cana 
de açúcar e beterrabas) é um dissacarídeo formada por 
resíduos de -D-glucose e -D-frutose ligados pelo seu 
carbono anomérico. Portanto, sacarose não é um açúcar 
redutor pois nenhum componente monossacarídico 
pode ser convertido em um aldeído ou cetona (ou não 
tem OH livre ligado ao carbono anomérico). 
 
Lactose: Açúcar do leite. Por hidrólise resulta em 
galactose e glicose. Hidroxila (OH) ligada ao carbono 
anomérico livre: portanto, é capaz de reduzir íons de 
Cu++, Ag+ e Bi++ (açúcar redutor). 
 
Maltose: açúcar do malte; 
• Grãos em germinação; 
• Principal produto da hidrólise do amido; 
• A maltose é formada por dois resíduos de D-
glucose associados por uma ligação glicosídica 
entre o C-1 de um açúcar e o C-4 do açúcar 
adjacente (ligações -1,4); 
• No corpo: hidrolisada a glicose; 
• Usada para alimentação de crianças (“fórmulas”). 
 
Polissacarídeos São polímeros de condensação que 
contém centenas de moléculas de monossacarídeos.. Por 
hidrólise dão origem a um grande número de 
monossacarídeos. Podem ser: homopolissacarídeos 
(hidrólise resulta em monossacarídeos iguais) ou 
heteropolissacarídeos (hidrólise resulta em 
monossacarídeos diferentes). 
 
 
HOMOPOLISSACARÍDEOS: 
• Glicogênio; 
 
 
No músculo, usado para contração muscular; no fígado, 
serve para controle do nível de glicose no sangue. 
Gordura é maior fonte de energia pois tem os carbonos 
mais reduzidos. 
• Amido; 
 
 
A forma ramificada da amilopectina (-1,6 ) é semelhante 
ao glicogênio, exceto por seu menor grau de ramificação. 
A amilopectina, a amilose e o glicogênio são rapidamente 
hidrolisados pela - amilase (hidrólise de ligações -1,4), 
uma enzima secretada pelas glândulas salivares e pelo 
pâncreas. 
• Celulose: 
 
A celulose é um polímero linear (ligações -1,4 
glucopiranosídicas), é resistente, insolúvel em água, 
não ramificado que não pode ser digerido porque 
mamíferos não têm a celulase (enzima beta): fibra 
insolúvel que aumenta a velocidade pela qual os 
produtos da digestão passam pelo intestino grosso 
(minimizando a exposição às toxinas presentes na 
alimentação). 
 
 
 
 
 
 
Glicólise 
Glicose: A glicose é o único composto químico 
energético que o cérebro utiliza em condições que não 
o jejum e o único que as hemácias conseguem 
metabolizar. Mistura em equilíbrio de glicose contém 
aproximadamente um terço do anômero  (lado 
oposto), dois terços do anômero  (mesmo lado) e < 1% 
da forma de cadeia aberta. Grupamentos hidroxila na 
conformação em anel da -glicose são equatoriais (maior 
estabilidade, se não raios de van der Wals não 
conseguem aproximar átomos sem formar ligação): 
carbonila da forma aberta reage quimicamente (processo 
não enzimático) com grupamentos amina de proteínas. 
 
 
 
A glicose entra nas células por proteínas transportadoras 
específicas (GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4 e GLUT5). 
Cada GLUT é constituído de uma cadeia polipeptídica de 
cerca de 500 aminoácidos (12 hélices transmembrana). 
 
A glicólise (grego: glyký = doce / lýsis = dissolução), 
também conhecida como via de Embden - Meyerhof, é 
a sequência de reações (catalisadas por enzimas) que 
metaboliza uma molécula de glicose em duas de piruvato 
com a produção concomitante de duas moléculas de 
ATP. Este processo é anaeróbico. 
Destino do piruvato: conversão em etanol (em 
leveduras), lactato (na ausência de oxigênio) ou dióxido 
de carbono (na presença de oxigênio). As duas primeiras 
reações são fermentações que ocorrem na ausência de 
oxigênio (lática e alcoólica). Fermentação é um processo 
gerador de ATP no qual compostos orgânicos atuam 
como doador e aceptor de elétrons. 
Estágio 1: fase de retenção. A 
fosforilação da glicose retém o 
monossacarídeo no citoplasma 
da célula e não é substrato 
para os transportadores de 
glicose. Há o consumo de 2 
ATP. 
Estágio 2: são produzidas duas 
unidades de 3 carbonos. A di-
hidroxiacetona fosfato 
formada é convertida em 
gliceraldeído 3-fosfato, este 
último é que entra no estágio 
3 (cuidar quantidades). 
Estágio 3: ocorre a formação de 4 moléculas de ATP. O 
1,3-bisfosfoglicerato é um anidrido misto de ácido 
fosfórico e ácido carboxílico e tem elevado potencial de 
transferência de fosforila para o ADP (formando ATP). A 
outra molécula de ATP é formada na conversão de 
fosfoenolpiruvato em piruvato. Esse processo é 
anaeróbio. 
Estágio 1 
 
 
 
 
 
Etapa importante por dois motivos: 
1) glicose-6-fosfato, produto da exoquinase, não é 
substrato para as proteínas transportadoras de glicose, 
então fica dentro da célula; 2) grupo fosfato desestabiliza 
a glicose, facilitando o prosseguimento do seu 
metabolismo. 
 
Isomerização da glicose 6-fosfato (aldose) em frutose 6-
fosfato (cetose) é catalisada pela fosfoglicose isomerase, 
ocorre em várias etapas porque a forma predominante 
do substrato é cíclica (piranosídica). 
 
 
Fosforilação do carbono-1 da frutose 6-fosfato à custa de 
ATP formando frutose 1,6-bisfosfato (cada um ligado a 
um carbono diferente). Reação catalisada pela 
fosfofrutoquinase (enzima alostérica que regula a 
velocidade da glicólise). 
 
 
Estágio 1: são produzidas duas (2) unidades de 3 carbonos. 
A enzima aldolase converte frutose 1,6- bisfosfato em di-
hidroxiacetona fosfato e no gliceraldeído 3-fosfato (última 
reação do estágio 1). A di-hidroxiacetona é convertida pela 
triose fosfato isomerase em gliceraldeído 3-fosfato, já 
que é esse que passa para próxima etapa. 
Estágio 2 
 
Estágio 2: A isomerização de dihidroxiacetona fosfato 
(cetose) em gliceraldeído 3-fosfato (aldose) é catalisada 
pela enzima triose fosfato isomerase (TIM). 
 
Estágio 3 
Ocorre a formação de 4 moléculas de ATP. Gliceraldeído 
3- fosfato desidrogenase converte gliceraldeído 3-fosfato 
em 1,3- bisfosfoglicerato (fosfato inorgânico é transferido 
para o carbono 1), e isso, ocorre concomitantemente a 
formação de NADH (consumo de ortofosfato e NAD+). 
 
 
A fosfoglicerato quinase catalisa a transferência do grupo 
fosfato do acilfosfato do 1,3- bisfosfoglicerato para ADP 
(formando ATP), e concomitante a formação de 3- 
fosfoglicerato (e ATP) 
 
 
A reação é de deslocamento intramolecular de um 
grupamento químico. A fosfoglicerato mutase catalisa a 
transferência do grupo fosfato do um resíduo de histidina 
no sítio ativo da enzima (que é fosforilada) para o 
carbono-2 do 3- fosfoglicerato formando 2,3- 
bisfosfoglicerato. O grupo fosfato ligado ao carbono-3 de 
2,3-bisfosfoglicerato é transferido para a histidina 
formando 2- fosfoglicerato. 
 
 
A enolase catalisa a desidratação do 2- fosfoglicerato 
formando fosfoenolpiruvato. Este produto da reação 
enzimática é um enolfosfato com alto potencial de (G 
negativo) transferência do grupamento fosfato 
 
 
A piruvato quinase catalisa a transferência do 
grupamento fosfato fosfoenolpiruvato para ADP, 
formandopiruvato e ATP. Esta reação é praticamente 
irreversível (pois G é negativo). Formo 4 ATPS, dois para 
cada gliceroaldeídos 
produzidos na fase 2 
No total, 2 ATP são 
produzidos contando 
os que são 
consumidos. 
3 estágios resumidos 
Estágio 1: fase de retenção. A 
fosforilação da glicose retém o 
monossacarídeo no citoplasma 
da célula e não é substrato 
para os transportadores de 
glicose. Há o consumo de 2 
ATP. 
Estágio 2: são produzidas duas 
(2) unidades de 3 carbonos. A 
di-hidroxiacetona fosfato é 
convertida em gliceraldeído 3-
fosfato, este último é que 
entra no estágio 3. 
Estágio 3: ocorre a formação 
de 4 moléculas de ATP. O 1,3-bisfosfoglicerato é um 
anidrido misto de ácido fosfórico e ácido carboxílico e 
tem elevado potencial de transferência de fosforila para 
o ADP (formando ATP). A outra molécula de ATP é 
formada na conversão de fosfoenolpiruvato em piruvato. 
Glicólise 
O NAD+ tem de ser regenerado porque há quantidade 
limitada nas células (deriva da vitamina niacina proveniente 
da alimentação). Nas mitocôndrias, a descarboxilação 
oxidativa do piruvato e formação da acetil coenzima A 
(Acetil-CoA) catalisada pelo complexo piruvato 
desidrogenase e a transferência de elétrons do NADH 
que ocorre na cadeia de transporte de elétrons 
regeneram o NAD+ (para ele retornar para glicólise) que 
foi produzido pela gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase 
da via glicolítica (no citosol). 
 
Estágio 1 Em condições aeróbicas, o piruvato (da glicólise) 
é transportado para o interior das mitocôndrias por uma 
proteína carreadora específica na membrana 
mitocondrial. Na matriz mitocondrial, o piruvato sofre 
descarboxilação oxidativa pelo complexo piruvato 
desidrogenase para formar acetil-CoA. Essa reação 
irreversível é o vínculo entre a glicólise e o ciclo do ácido 
cítrico. 18 Piruvato + CoA + NAD+ → acetil-CoA + CO2 
+ NADH + H+ O complexo piruvato desidrogenase 
produz CO2 e captura elétrons de alto potencial de 
transferência na forma de NADH. Participam da reação: 
três enzimas (E1, E2 e E3), três cofatores catalíticos 
(tiamina pirofosfato, ácido lipóico e FAD), e dois cofatores 
estequiométricos (NAD+ e CoA: atuam como substratos) 
 
 
 
 
Geração acetil coa 
O ciclo do ácido cítrico é a via comum final da oxidação 
de moléculas energéticas: carboidratos, ácidos graxos e 
aminoácidos (na mitocôndria). A glicólise ocorre no 
citoplasma. A maioria das moléculas energéticas entra 
neste ciclo na forma de acetil coenzima A 
 
Ciclo de krebs 
O Ciclo de Krebs (Ciclo do ácido cítrico ou Ciclo do ácido 
tricarboxílico) é a via final comum para a oxidação das 
moléculas provenientes de alimentos. Também serve 
como fonte de blocos de construção para biossínteses. 
Todas as fontes energéticas acabam sendo 
metabolizadas a acetil-CoA ou componentes do ciclo de 
Krebs. 
 
Estágio 2: Oxidação da Acetil-CoA no Ciclo de Krebs 
NAD+ e FAD atuam como “transportadores de elétrons” 
 
 
 
 
O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs), por si só, gera 
pouco ATP e não inclui oxigênio (O2) como reagente. O 
ciclo de Krebs remove elétrons da acetil-CoA que são 
utilizados na formação de NADH e FADH2 (formas 
reduzidas: carreadores de elétrons). Tanto o NADH como 
o FADH2 é que serão oxidados por O2 na fosforilação 
oxidativa. Sua principal função não é produzir ATP (só 
forma 1), mas sim, os compostos reduzidos. 
 
As células são as unidades 
funcionais dos organismos 
A estrutura celular inclui três 
partes principais: 
• Membrana celular: proteção/seletividade; 
• Citoplasma: contém organelas; 
• Núcleo: contém o material genético 
 
Local onde ocorre o 
metabolismo oxidativo em 
eucariotos (piruvato 
desidrogenase, enzimas do 
ciclo de Krebs, enzimas da 
oxidação de ácidos graxos, e 
enzimas e proteínas redox do transporte de elétrons 
e fosforilação oxidativa). A membrana externa é 
altamente permeável (contem porinas) e a 
membrana interna é altamente impermeável (é 
somente altamente permeável à O2 , CO2 e H2O). 
As proteínas envolvidas no transporte de elétrons e 
fosforilação oxidativa estão associadas à membrana 
interna da mitocôndria (assim como proteínas de 
transporte de ATP, ADP, piruvato Ca2+ e fosfato). A 
matriz (gel-like) contem altas concentrações das 
enzimas solúveis do metabolismo oxidativo (e.g., do 
ciclo de Krebs) e substratos, cofatores nucleotídicos 
e íons inorgânicos 
 
Nas quatro reações de óxido-redução do ciclo de 
Krebs, três pares de elétrons são transferidos ao 
NAD+ e um par ao FAD. Os carreadores reduzidos 
(NADH e FADH) são posteriormente oxidados na 
cadeia transportadora de elétrons (fosforilação 
oxidativa). A cada volta, pra 3 carbonos, tenho 3 
NADH sendo produzidos, 1FADH2 e 1 ATP (+2CO2). 
 
 
 
 
 
 
 
Primeira reação: citrato sintase 
Oxaloacetato é convertido em citrato com acetil..No 
sitio ativo da enzima, tem participação de histidina 
que doa próton 
Segunda reação: aconitase 
 
Conversão de citrato em isocitrato, isso ocorre 
através de intermediário, enzima aconitase em que 
se elimina água, formando dupla ligação e depois 
água entra no carbono 4, formando isocitrato. 
Terceira reação: isocitrato desidrogenase 
 
Isocitrato é convertido em alfa-cetoglutarato pela 
isocitrato desidrogenase. Tem transferência de 
hidreto para o NAD, formando NADH. Tem liberação 
de CO2do acetil coa. 
Quarta reação: complexo alfa-cetoglutarato 
desidrogenase 
 
Vai ter conversão de alfa cetoglutarato, coenzima A 
que está entrando, vai liberar dióxido de carbono, 
transferência de hidreto para o NAD, formando 
NADH formação succinilcoa. 
Quinta reação: succinilCoA sintetase 
 
SuccinilCoA é convertido em Succinato, liberando a 
coenzima A. Adição de um fosfato no GDP, 
formando GTP. (forma fosforilada da enzima que faz 
isso) 
Sexta reação: sucinato desidrogenase (única enzima 
do CK embebida na membrana mitocondrial interna) 
 
Succinato é convertido em Fumato., FAD vira 
FADH2 
Sétima reação: fumarase 
 
Fumarato é convertido em Malato. Água é 
transferida para ligação dupla (OH para um carbono 
H para outro) 
Oitava reação: malato desidrogenase 
 
Malato é convertido em Oxaloacetato. Ocorre a 
formação de mais um NADH (hidreto transferido 
para o NAD). Esse Oxaloacetato vai para o inicio do 
ciclo para reiniciar o processo. 
 
 
Regulação da velocidade do Ciclo de Krebs 
A formação de acetil-CoA é uma etapa 
irreversível nos animais que não 
conseguem converter acetil-CoA de 
novo em glicose. A descarboxilação 
oxidativa do piruvato a acetilCoA faz 
com que os átomos de carbono da 
glicose tenham um de dois destinos: 
• oxidação a CO2 pelo ciclo do ácido cítrico 
(ciclo de Krebs) com geração concomitante 
de energia; 
• Ou incorporação a lipídeos.. 
A atividade do complexo piruvato desidrogenase é 
meticulosamente controlada. 
 
Complexo Piruvato Desidrogenase: Acetil-CoA (di-
hidrolipoil transacetilase E2) e NADH (di-hidrolipoil 
desidrogenase E3) em excesso inibem a enzima. 
• Fosforilação pela piruvato desidrogenase quinase 
I (PDK) desativa o complexo piruvato 
desidrogenase; 
• A desfosforilação pela piruvato desidrogenase 
fosfatase (PDP) reverte o complexo piruvato 
desidrogenase para o seu estado ativo. 
“FEED BACK” de nucleotídeos: em repouso, as razões 
NADH dividido por NAD+, acetil-CoA dividido por CoA e 
ATP dividido por ADP serão elevadas. Essas razões 
elevadas promovem fosforilação e desativação do 
complexo piruvato desidrogenase (não convertendo 
piruvato em acetil - CoA. 
 
Por exemplo, quando o exercício físico começa, as 
concentrações de ADP e piruvato se elevam enquanto a 
contração muscular consome ATP e glicose é convertida 
em piruvato para atender às demandas energéticas. 
NADH e Acetil-CoA ativam a piruvato desidrogenase 
quinase I (PDK) possibilitando a inativação do complexo 
piruvato desidrogenase. NADH e Acetil-CoA são produtos 
da oxidação dos ácidos graxos e, esta inibição, serve para 
preservar as reservas de carboidratos (porquetemos 
que favorecer oxidação dos ácidos graxos por esses 
terem carbonos mais reduzidos) quando há lipídeos 
disponíveis. A elevação do nível de Ca2+, o mesmo sinal 
que inicia a contração muscular (necessidade de aumento 
de energia), ativa a fosfatase → hidrolise do grupamento 
fosfato, complexo piruvato desidrogenase ativo 
(converte piruvato em acetil – CoA). 
 
 
 
Concentração elevada de ATP inibe as enzimas, como: 
Enzimas alostéricas reguláveis = Isocitrato desidrogenase. 
ATP inibe a atividade do Complexo alfa-cetoglutarato 
desidrogenase (não tem necessidade de NADH pois já 
tem ATP suficiente 
 
 
Função anfibólica (capacidade de catabolismo e 
anabolismo) do Ciclo de Krebs (reações catapleróticas): 
fonte de precursores da biossíntese 
 
reacao anapletorica, intermediarios do ciclo de krebs ta 
recompondo intermediarios do krebs. Anabolismo = 
sintese de polímeros. 
 
Exemplo de reação anaplerótica (do grego “preencher”) 
do Ciclo de Krebs Intermediários do Ciclo de Krebs 
precisam ser recompostos se forem utilizados em 
reações de biossíntese. Os mamíferos não têm enzimas 
para converter acetil-CoA em oxaloacetato (ou qualquer 
outro intermediário do CK). Oxaloacetato é formado pela 
carboxilação de piruvato pela enzima biotinadependente 
piruvato carboxilase (da gliconeogênese). Se a carga de 
energia for elevada, o oxaloacetato é convertido em 
glicose. Se a carga de energia for baixa, o oxaloacetato 
repõe o ciclo de Krebs (exemplo de reação anaplerótica). 
Piruvato + CO2 + ATP + H2O Oxaloacetato + ADP + Pi 
+ 2H+ 
 
 
Gliconeogênese 
Gliconeogênese: piruvato é convertido em glicose. Não 
é o reverso da glicólise (tem etapas irreversíveis), elas 
apenas tem algumas enzimas em comum. 
 
A manutenção dos níveis de glicose é importante: 
1) é o principal composto energético para o cérebro 
2) único composto energético utilizado pelas hemácias. 
Cérebro de um humano adulto consome diariamente: 
120g (160g necessárias para todo o organismo). 
Quantidade de glicose presente nos fluidos corporais: 
20g. Quantidade prontamente disponível de glicose a 
partir do glicogênio: 190g. 
Portanto, a quantidade de glicose armazenada é 
suficiente para 1 dia. Por isso, a Gliconeogênese é 
importante durante períodos prolongados de jejum e 
inanição. 
 
Gliconeogênese: converte piruvato em glicose a partir 
de precursores não carboidratos. 
Principais precursores não carboidratos: lactato (ácido 
lático sem próton, formado pela lactato desidrogenase), 
aminoácidos e glicerol. 
Lactato: formado pela lactato desidrogenase do músculo 
esquelético ativo quando a velocidade da glicólise excede 
a do metabolismo oxidativo (respiração aeróbica). 
 
 
Gliconeogênese: converte piruvato em glicose a partir 
de precursores não carboidratos. Aminoácidos: 
1) proteínas alimentares pela ação proteolítica 
principalmente da pepsina no estômago, de enzimas 
secretadas pelo pâncreas no lúmen intestinal, e N-
aminopeptidase (o n significa que ela começa a degradar 
a partir da extremidade n) localizada na membrana 
plasmática de células intestinais. 
2) degradação de proteínas dos músculos esqueléticos 
devido à inanição. 
 
 
Glicerol: Hidrólise de triacilglicerídeos nos adipócitos 
produz ácidos graxos e glicerol. O glicerol é um precursor 
da glicose, mas os animais não conseguem converter 
ácidos graxos em glicose. O glicerol pode entrar na via 
de gliconeogênese ou da glicólise convertido em di-
hidroxiacetona fosfato. A gliconeogênese ocorre 
principalmente no fígado com menor percentual nos rins 
para manter o nível sanguíneo de glicose e atender às 
demandas metabólicas do cérebro e músculos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Enzimas da gliconeogênese que “contornam” estas 
reações (quase) irreversíveis da glicólise: 
1) Piruvato carboxilase; 
2) Fosfoenolpiruvato carboxiquinase; 
3) Frutose 1,6- bisfosfatase; 
4) Glucose 6- fosfatase. 
 
 
Enzimas da gliconeogênese que “contornam” reações 
(quase) irreversíveis da glicólise: 
1) Piruvato carboxilase (na mitocôndria): conversão de 
piruvato (com consumo de ATP) em oxaloacetato é a 
primeira etapa da gliconeogênese. A Piruvato carboxilase 
é alostericamente ativada (carboxilação da biotina) pelo 
acetil-CoA). 
2) Fosfoenolpiruvato carboxiquinase (igualmente 
distribuída entre o citoplasma e a mitocôndria em 
humanos): catalisa a decarboxilação e concomitante 
fosforilação para produzir fosfoenolpiruvato com 
consumo de GTP e liberação de CO2. 
 
 
 
O oxaloacetato na mitocôndria (produto da piruvato 
carboxilase) é transportado para o citoplasma na forma 
de malato. Oxaloacetato é reduzido a malato pela enzima 
malato desidrogenase ligada ao NADH na mitocôndria. 
Malato é transportado para o citoplasma e reoxidado pela 
enzima malato desidrogenase ligado ao NAD+ no 
citoplasma. 
 
 
A formação do oxaloacetato em malato também fornece 
NADH que será utilizado em etapas posteriores da 
gliconeogênese. 
Uma vez formado o fosfoenolpiruvato pela 
fosfoenolpiruvato carboxiquinase, o restante das reações 
serão catalisadas pelas enzimas da via glicolítica (reações 
reversíveis). Até a próxima etapa irreversível (catalisada 
pela Frutose 1,6-bisfosfatase). 
 
 
Enzimas da gliconeogênese que “contornam” estas 
reações (quase) irreversíveis da glicólise: 
3) Frutose 1,6-bisfosfatase: hidrólise da frutose 1,6- 
bisfosfato e formação de frutose 6-fosfato e fosfato 
inorgânico. A isomerização reversível de frutose 6-
fosfato em glicose 6-fosfato é catalisada pela fosfoglicose 
isomerase. Na maioria dos tecidos a glicose 6- fosfato é 
o produto final da gliconeogênese que pode ser utilizado 
na síntese de glicogênio. A glicose 6-fosfato não é 
transportada para fora da célula. 
Duas maneiras de controlar a concentração de glicose 
livre: 
1) regulação da atividade da Glicose 6-fosfatase, remove 
grupamento fosfato e faz glicose; 
2) esta enzima é expressa somente em tecidos que 
mantêm a homeostase da glicose sanguínea (fígado, e 
em menor grau, os rins). 
 
 
Enzimas da gliconeogênese que “contornam” estas 
reações (quase) irreversíveis da glicólise: 
4) Glucose 6-fosfatase: catalisa a hidrólise de glicose-6-
fosfato em glicose e fosfato inorgânico. Esta etapa final 
da gliconeogênese não ocorre no citoplasma. A glicose-
6-fosfato é transportada pela proteína T1 para o lúmen 
do retículo endoplasmático onde é hidrolisada em glicose 
pela Glucose 6-fosfatase ligada à membrana. O fosfato 
inorgânico e a glicose são transportados de volta para o 
citoplasma pelos transportadores T2 e T3, 
respectivamente. A glucose 6-fosfatase é estabilizada por 
uma proteína de ligação do Ca2+ (SP). Carga energética 
é que vai definir o que vai acontecer. 
 
 
 
A carga energética determina se a glicólise ou a 
gliconeogênese serão mais ativas. Primeiro ponto 
importante de regulação é a interconversão de frutose 
6-fosfato e frutose 1,6-bisfosfato. 
Energia é necessária: concentração de AMP é alta, 
ativando a fosfofrutoquinase da glicólise e inibindo a 
frutose 1,6- bisfosfatase da gliconeogênese. 
Energia não é necessária: as concentrações de ATP e 
citrato são altas inibindo a fosfofrutoquinase da glicólise 
(inibiu a quebra de glicose) e citrato ativa a frutose 1,6-
bisfosfatase da gliconeogênese. 
 
A interconversão de fosfoenolpiruvato e piruvato é outro 
ponto de regulação destas vias no fígado. A piruvato 
quinase (via glicolítica) é inibida pelos efetores alostéricos 
ATP e alanina, que sinalizam elevada carga energética. As 
duas primeiras enzimas da via de gliconeogênese 
(piruvato carboxilase e fosfoenolpiruvato carboxiquinase) 
são inibidas por ADP. Acetil-CoA (do Ciclo de Krebs) ativa 
piruvato carboxilase da via de gliconeogênese. 
Resumo: a gliconeogênese é favorecida quando a célula 
se encontra rica em precursores biossintéticos (e.g., do 
Ciclo de Krebs) e ATP. 
 
Acúmulo de Lactato (os músculos em exercício 
produzem ácido lático que é rapidamente convertido a 
lactato)Qual é a consequência do acúmulo de íons H+ no 
músculo? redução do pH e acúmulo de ácido lático que 
causa fadiga e dores musculares. Os músculos 
conseguiriam manter a sua carga de trabalho na 
presença de elevadas concentrações de lactato se o pH 
fosse mantido constante. 
 
Ciclo de cori 
Acúmulo de Lactato: os músculos em exercício 
produzem ácido lático que é rapidamente convertido a 
lactato. O músculo esquelético em contração fornece 
lactato para o fígado, que o utiliza para sintetizar e liberar 
glicose. Assim, o fígado restaura o nível necessário de 
glicose para as células musculares ativas, que derivam o 
ATP da conversão glicolítica de glicose a lactato. Estas 
reações constituem o ciclo de Cori. 
 
 
GLICONEOGÊNESE (no fígado) O lactato é formado 
(acumulado) pelo músculo esquelético ativo quando a 
velocidade da glicólise excede a do metabolismo oxidativo. 
O lactato é convertido em piruvato pela ação da lactato 
desidrogenase. 
 
 
Metabolismo do glicogênio 
A glicose é combustível importante (principal composto 
energético para o cérebro e único composto energético 
utilizado pelas hemácias) e precursor essencial na 
biossíntese de várias moléculas. 
Problema: a presença de concentrações elevadas de 
glicose perturbam o equilíbrio osmótico das células, o que 
causaria lesão ou morte celular. 
Solução: O armazenamento da glicose na forma de um 
polímero osmoticamente inativo, denominado glicogênio. 
O glicogênio é, portanto, um polímero que pode ser 
decomposto para liberar moléculas de glicose quando há 
necessidade de aporte energético. O polímero de 
glicogênio tem aproximadamente 12 camadas de 
moléculas de glicose e pode ter tamanho de até 40 nm. 
 
Reserva energética corporal: estrutura ramificada a cada 
8 a 12 unidades. Ligações glicosídicas: 1,4 e 1,6 (nas 
ramificações). 
Para ser carbono anomérico (redutor), o Carbono 1 
precisa estar livre. 
Transformação biológica de energia 
Quanto mais reduzido for o carbono no ponto de partida, 
mais energia livre será liberada pela oxidação. 
Nos organismos aeróbicos, o aceptor final de elétrons na 
oxidação do carbono é o O2 e o produto de oxidação é 
CO2. Os lipídeos são uma fonte de energia mais eficiente 
que os carboidratos porque os carbonos nos lipídeos são 
mais reduzidos. 
 Nessa estrutura, tem 15 
carbonos reduzidos e 1 oxidado. Estrutura é hidrofóbica. 
 
Metabolismo do glicogênio 
Por que todo o excesso de energia não é armazenado 
unicamente na forma de ácidos graxos? Por que 
também há armazenamento no polímero de glicogênio? 
A liberação controlada de glicose a partir do glicogênio 
mantém os níveis de glicemia (quantidade de glicose no 
sangue) entre as refeições. A circulação sanguínea 
abastece o cérebro com glicose, que praticamente 
constitui o único combustível usado pelo cérebro, exceto 
durante o jejum prolongado (aí tem possibilidade de usar 
os corpos cetônicos). O glicogênio também possibilita 
uma pronta mobilização de glicose para fornecer energia 
para o desempenho de uma atividade súbita e vigorosa. 
Diferentemente dos ácidos graxos, a glicose liberada 
pode fornecer energia na ausência de oxigênio (pois na 
glicólise, por exemplo, não tem O2, ele só entra depois) 
e, portanto, suprimento de energia para atividades 
anaeróbicas. 
Glicogênio 
 
Embora a maioria dos tecidos tenha uma certa 
quantidade de glicogênio, os dois principais locais de 
armazenamento são o fígado e o músculo esquelético. 
A concentração de glicogênio é maior no fígado (para 
controlar a concentração de glicose no sangue) do que 
no músculo (10% versus 2% por peso). Por outro lado, a 
quantidade total de glicogênio é maior nos músculos em 
virtude da massa muscular total ser muito maior do a do 
fígado (então em termos de massa total, temos mais nos 
músculos). 
 
O glicogênio é encontrado como partículas densas (em 
grânulos) no citoplasma das células. 
Fígado: serve para síntese e degradação do glicogênio 
são reguladas para manter os níveis de glicemia para 
suprir as necessidades de todo o organismo. 
Músculo: síntese e degradação do glicogênio são 
reguladas para atender às necessidades energéticas do 
próprio músculo. 
Degradação do glicogênio (três etapas): 
1) liberação da glicose 1-fosfato do glicogênio; 
2) remodelamento do glicogênio remanescente para 
possibilitar sua subsequente degradação; 
3) conversão de glicose 1-fosfato em glicose 6-fosfato 
para metabolismo posterior. 
Os destinos possíveis (três) da glicose 6-fosfato: 1) 
substrato para a glicólise, 2) convertida em glicose livre 
para liberação na corrente sanguínea, e 3) processada 
pela via das pentose-fosfato produzindo NADPH e 
derivados da ribose. 
Regulação da síntese e degradação do glicogênio: 
efetores alostéricos e hormônios que podem 
desencadear cascatas de sinalização que resultam na 
fosforilação reversível de enzimas. A regulação por 
hormônios ajusta o metabolismo do glicogênio para 
atender às necessidades do organismo como um todo 
 
Degradação do glicogênio 
A glicogênio fosforilase 
catalisa (fosforólise) a 
clivagem do glicogênio pela 
adição de ortofosfato (HPO4 2- ) produzindo glicose 1-
fosfato e o glicogênio com um monômero a menos. A 
clivagem ocorre entre o C-1 do resíduo terminal e o 
átomo de oxigênio glicosídico do C-4 da glicose 
adjacente (ligações -1,4) a partir das extremidades não 
redutoras do glicogênio. A configuração estereoquímica 
 em C-1 é mantida 
 
Glicogênio fosforilase 
A glicogênio fosforilase é um homodímero. Cada 
subunidade (97 kDa) possui um domínio N-terminal (480 
aminoácidos) contendo um sítio de ligação de glicogênio 
e um domínio Cterminal (360 aa). Cada sítio catalítico 
possui um grupo piridoxal fosfato (PLP, derivado da 
vitamina B6-piridoxina) formando uma base de Schiff com 
a lisina da proteína. Água deve ser expulsa do sítio ativo 
para evitar a hidrólise do glicogênio (e a hidrólise impede 
a formação de glicose 1-fosfato). 
 
O grupo 5’-fosfato do PLP atua em série com o 
ortofosfato como um doador de próton e, em seguida, 
como aceptor de próton (catalisador ácido-básico geral). 
O ortofosfato doa um próton para o C-4 do glicogênio 
de saída e, simultaneamente, adquire um próton do PLP. 
O intermediário carbocátion (carbônio) é atacado pelo 
ortofosfato formando -glicose 1-fosfato, com o 
concomitante retorno do hidrogênio para PLP 
 
Fosfoglicomutase 
A fosfoglicomutase catalisa o deslocamento do 
grupamento fosfato do C-1 para C-6 (formando um 
intermediário). O sítio ativo da enzima contém um 
resíduo de serina ligado a um grupamento fosfato 
(fosforilada) que é transferido para o C-6, formando o 
intermediário glicose 1,6- bisfosfato, e a transferência do 
grupamento fosfato do C-1 para a serina da enzima 
 
Degradação do glicogênio 
A glicogênio fosforilase cliva as ligações -1,4 glicosídicas 
até um resíduo terminal localizado a quatro resíduos de 
distância das ligações - 1,6 glicosídicas. São necessárias 
duas enzimas adicionais: 
1) transferase; 
2) -1,6 glicosidases. 
Isto resulta na remodelagem do glicogênio para continuar 
a degradação do glicogênio pela glicogênio fosforilase. 
 
 
1) transferase: desloca um bloco de três resíduos 
glicosil de uma ramificação externa para outra, 
resultando num único resíduo de glicose ligado 
ao glicogênio por uma ligação glicosídica -1,6. 
2) -1,6 glicosidase (também conhecida como 
enzima desramificadora): catalisa a hidrólise da 
ligação -1,6 glicosídica. A -glicose liberada é 
fosforilada pela hexoquinase (da via glicolítica) 
para formar -glicose 6-fosfato. 
 
Glicogênio fosforilase 
A glicogênio fosforilase é regulada por vários efetores 
alostéricos , que sinalizam o estado energético da célula, 
bem como por fosforilação reversível, que responde a 
hormônios como a insulina, a epinefrina (adrenalina) e o 
glucagon. Mecanismos de controle do metabolismo são 
diferentes dependendo das funções exercidas pelos 
tecidos. Músculo: utiliza glicosepara produzir a sua própria 
energia. Fígado: mantém homeostasia da glicose do 
organismo como um todo. 
Músculo 
A glicogênio fosforilase do músculo esquelético é 
dimérica e existe em duas formas interconversíveis. 
 
Equilíbrio entre o estado ativo (R) e muito menos ativo 
(T). Tanto a glicogênio fosforilase b quanto a glicogênio 
fosforilase a existem em equilíbrio. A a glicogênio 
fosforilase b é inativa porque o equilíbrio favorece a 
forma T. A glicogênio fosforilase a é ativa porque o 
equilíbrio favorece a forma R. 
 
O estado padrão da glicogênio fosforilase nos músculos 
é a forma b (inativa, T, desfosforilada) e é ativada durante 
a contração muscular na presença de elevadas 
concentrações de AMP (que se associa ao sítio de 
ligação de nucleotídeos) e estabiliza a fosforilase b no 
estado R (ativo). A contração muscular resulta na 
conversão de ATP em AMP: glicogênio fosforilase deve 
degradar glicogênio. O ATP atua como efetor alostérico 
negativo ao competir com o AMP. A glicose 6-fosfato 
também liga-se ao estado menos ativo da fosforilase b 
(T) e o estabiliza (inibição por retro alimentação). 
 
Fígado 
A degradação do glicogênio no fígado tem a finalidade 
de produzir glicose para ser exportado a outros tecidos 
(serve para todo o organismo), quando o nível de 
glicemia (sangue) está baixo. O estado padrão da 
glicogênio fosforilase no fígado é a forma a (que tem 
grupamento fosfato, ativa, R, fosforilada): glicose precisa 
ser produzida a não ser que a enzima receba sinalização 
contrária (que é a glicose, que se liga nos sítios). A ligação 
da glicose desloca a forma a do estado R para o estado 
T menos ativo pois se tem glicose, não precisa quebrar 
glicogênio para produzir mais glicose. 
 
Músculo X fígado 
MÚSCULO: estado padrão é a forma b (inativa, T, 
desfosforilada) → não há necessidade de produzir 
glicose, a não ser que seja necessária a produção de 
energia. 
FÍGADO: estado padrão é a forma a (ativa, R, fosforilada) 
→ produção de glicose a partir da degradação do 
glicogênio ocorre, a não ser que ocorra sinalização 
contrária. Note que a fosforilase hepática não é regulada 
pelo AMP visto que o fígado não sofre as variações 
acentuadas de carga energética observadas no músculo 
em contração 
 
Fosforilase quinase 
A fosforilase quinase catalisa a transferência de um 
grupamento fosfato para a glicogênio fosforilase b 
(desfosforilada, T) convertendo-a em glicogênio 
fosforilase a fosforilada (R, ativa). 
 
Fosforilase quinase do músculo esquelético: massa 
molecular de 1.200 kDa da forma oligomérica ()4. A 
subunidade  é catalítica e as outras desempenham 
funções regulatórias. A fosforilase quinase é ativada pela 
proteína quinase A (PKA) que transfere um grupamento 
fosfato para a subunidade , e por concentrações de 
cerca de 1 M de íons Ca2+ (ligado à subunidade  que 
é a calmodulina – sensor de cálcio em eucariotos). 
Contração muscular é deflagrada pela liberação de cálcio 
no retículo endoplasmático. 
 
Cascata de regulação 
A epinefrina (adrenalina), catecolamina derivada da tirosina 
e liberada pela medula suprarrenal, estimula a degradação 
do glicogênio no músculo (ativa a glicogênio fosforilase 
para liberar glicose para a contração muscular) e, em 
menor grau, no fígado. O glucagon (peptídeo) que é 
secretado pelas células  do pâncreas estimula a 
degradação do glicogênio hepático quando o nível de 
glicemia é baixo (ele é um sensor de glicose no sangue). 
Fisiologicamente, o glucagon significa um estado de fome 
(jejum). 
 
A ligação do hormônio (epinefrina) à receptores 7TM (7 
cadeias polipeptídicas Trans-Membrana/epinefrina: - 
adrenérgico no músculo/glucagon: receptor de glucagon 
no fígado) resulta na mudança conformacional da porção 
citoplasmática do receptor que ativa a proteína G (G = 
liga Guanil nucleotídeos) ativando a adenilato ciclase (ATP 
→ cAMP). O cAMP difunde na célula enquanto que o 
receptor e a proteína G permanecem na membrana. 
Forma inativa da proteína G: trímero subunidades  
(G),  e . Forma ativa: monômero G (mudança 
conformacional devido a ligação do sinal permite a troca 
de GDP por GTP e dissociação do dímero G). 7TM = 
GPCR (receptores acoplados à proteína G). 
 
Biossíntese de glicogênio 
A biossíntese do glicogênio (Luis Leloir em 1957) inicia 
com a ativação da glicose a partir da formação da uridina 
difosfato glicose (UDPglicose). A enzima UDP-glicose 
pirofosforilase utiliza glicose 1-fosfato e uridina trifosfato 
(UTP) para formar UDP-glicose e pirofosfato (PPi ). 
Embora esta reação seja reversível, a hidrólise de PPi 
catalisada pela pirofosfatase inorgânica favorece a 
formação de UDP-glicose 
 
A glicogênio sintase catalisa a transferência de glicose da 
UDP-glicose para o grupo hidroxila do C-4 de um resíduo 
terminal da cadeia de glicogênio sendo sintetizada, 
formando uma ligação glicosídica -1,4. A glicogênio 
sintase só acrescenta resíduos de glicose a uma cadeia 
que já contém mais de quatro resíduos. 
 
Como mencionado anteriormente, a glicogênio sintase só 
acrescenta resíduos de glicose a uma cadeia que já 
contém mais de quatro resíduos. A glicogenina, uma 
glicosil transferase, catalisa a reação entre UDP-glicose e 
glicose formando ligações glicosídicas -1,4 entre os 
resíduos de glicose. A amilo(1,4-1,6) transglicosilase 
(enzima ramificadora) cliva ligações glicosídicas -1,4 e 
transfere blocos de cerca de 7 resíduos para formar 
ligações glicosídicas -1,6 entre (ramificações). 
 
Glicogênio 
As ramificações do glicogênio são importantes porque 
aumentam a solubilidade do polímero. As ramificações 
originam um grande número de locais terminais para a 
ação da glicogênio fosforilase e glicogênio sintase. Por 
conseguinte, as ramificações aumentam a velocidade de 
síntese e de degradação do glicogênio. 
 
DEGRADAÇÃO E SÍNTESE DE GLICOGÊNIO SÃO 
REGULADAS DE MODO RECÍPROCO 
Por exemplo, as mesmas cascatas de cAMP 
desencadeadas pelo glucagon (fígado) e pela epinefrina 
(músculo) que iniciam a degradação do glicogênio 
também interrompem a síntese de glicogênio. 
Resultado: glicogênio fosforilase a na forma ativa 
(fosforilada) e glicogênio sintase b na forma inativa 
(fosforilada). A proteína fosfatase 1 reverte os efeitos 
reguladores das quinases sobre o metabolismo do 
glicogênio (não incluído nesta ilustração) 
 
 
Insulina 
Quando os níveis de glicemia estão elevados, a insulina 
estimula a síntese do glicogênio ao inativar a glicogênio 
sintase quinase (que foi ativada pela proteína quinase) → 
glicogênio sintase a (desfosforilada e ativa): 
1) insulina liga a um receptor da tirosina quinase na 
membrana plasmática; 
2) atividade da tirosina quinase do receptor é ativada; 
3) fosforilação de substratos do receptor de insulina (IRS 
= insulin receptor substrate); 
4) proteínas fosforiladas desencadeiam vias de 
transdução de sinais que finalmente levam à ativação de 
proteína quinases (activated insulin-sensitive protein 
kinase) que fosforilam e inativam a glicogênio sintase 
quinase; 
5) resultando na produção da glicogênio sintase a na 
forma ativa (desfosforilada) e síntese de glicogênio. 
 
Fígado e glicemia 
Uma refeição rica em carboidratos resulta na elevação 
dos níveis glicêmicos e síntese hepática do glicogênio. A 
insulina é o principal regulador da síntese de glicogênio. 
No entanto, o fígado é sensível à concentração de 
glicose no sangue (80-120 mg por 100 mL → 4,4-6,7 
mM) e capta ou libera glicose de acordo com a glicemia. 
A glicose se liga à glicogênio fosforilase a (ativa, 
fosforilada) no fígado e desloca o equilíbrio para a forma 
T (inativa), e esta forma não se liga à proteína fosfatase 
1 (PP1), resultando na ativação de PP1 e conversão 
(desfosforilação) da glicogênio fosforilase a na forma T 
em glicogênio fosforilase b na forma inativa (T, 
desfosforilada). A PP1 também desfosforila a glicogênio 
sintase b convertendo-a em glicogênio sintase a (ativa). 
 
 
CARBOIDRATOS: ClassificaçãoMonossacarídeos (mono = um): – Glicose – Frutose – 
Galactose 
Dissacarídeos (di = dois): – Sacarose: Glicose + Frutose 
– Lactose: Glicose + Galactose – Maltose: Glicose + 
Glicose 
Polissacarídeos (poli = muitos): – Amido (vegetais) – 
Glicogênio (animais) 
Mono e dissacarídeos 
A ligação formada entre o carbono anomérico (C1, vira 
quiral quando tem ciclização) de um açúcar e o 
grupamento hidroxila de um álcool é chamada de ligação 
glicosídica. As enzimas que catalisam a formação da 
ligação glicosídica entre monossacarídeos são específicas 
para o anômero  ou  de um açúcar um determinado 
grupo hidroxila em outro açúcar (estéreo e régio 
específicas, respectivamente). Note que, em princípio, 
dois açúcares podem formar ligações com vários 
grupamentos químicos porque os monossacarídeos têm 
múltiplos grupos hidroxilas que podem participar da 
formação de ligações glicosídicas. Um monossacarídeo 
pode se ligar a mais do que dois outros monossacarídeos 
formando pontos de ramificações 
 
Carboidratos 
As formas predominantes da ribose (aldose de 5 
carbonos), glicose (aldose de 6 carbonos) e frutose 
(cetose de 6 carbonos) em solução são cíclicas pois são 
energeticamente mais favoráveis; 
• Um aldeído pode reagir com um álcool para 
formar um hemiacetal; 
• Uma cetona pode reagir com um álcool para 
formar um hemicetal. C1 (aldose) e C2 (cetose) 
são chamados de carbonos anoméricos. Formas 
 e  são anômeros 
 
 
 
Dissacarídeos 
 
Mono e dissacarídeos 
A sacarase, a lactase e a maltase estão localizadas na 
superfície externa das células epiteliais que revestem o 
intestino delgado. 
 
Dissacarídeo – lactose 
A lactose (dissacarídeo do leite) consiste de uma -D-
galactose ligada a uma -D-glucose que é hidrolisada pela 
lactase em humanos e pela -galactosidase em bactéria. 
As enzimas lactase, sucrase e maltase estão presentes 
nas microvilosidades da membrana plasmática das células 
epiteliais do intestino. A deficiência em lactase é a causa 
mais comum de intolerância à lactose que causa 
distúrbios gastro-intestinais em humanos após a ingestão 
de leite. 
 
O que acontece no intestino de uma pessoa intolerante 
à lactose (também denominada hipolactasia)? A lactose é 
fermentada em ácido lático pelos microorganismos no 
colon liberando metano (CH4) e gás hidrogênio (H2 ), os 
quais são responsáveis pela flatulência e aumento de 
volume dos intestinos. O ácido lático produzido pelos 
microorganismos, assim como a lactose não digerida, 
aumenta (osmoticamente) o conteúdo de água nos 
intestinos resultando em diarréia. 
 
A lactose é um dissacarídeo típico de mamíferos (açúcar 
do leite), sintetizado na glândula mamária pela lactose 
sintase. O substrato UDP-galactose é formado pela 
epimerização da UDP-glicose. 
 
A lactose sintase (EC 2.4.1.22) é constituída de duas 
subunidades: 
1) Galactosil transferase: subunidade 
catalítica (presente em muitos tecidos) 
que catalisa a reação de UDP-galactose 
e N-acetil-glicosamina para formar N-
acetillactosamina (constituinte de muitos 
oligossacarídeos).; 
2) -Lactalbumina: uma proteína 
específica da glândula mamária que liga 
Ca2+ que não possui atividade catalítica, 
e que altera a especificidade da galactosil 
transferase para utilizar glicose como 
aceptor e não N-acetil-glicosamina, para 
formar lactose e não N-acetil-
lactosamina. Esta proteína é expressa 
em resposta à prolactina (hormônio 
luteotropico ou luteotropina) durante a 
lactação. 
Prolactina é secretada pela glândula pituitária em resposta 
a alimentação, acasalamento, tratamento com estrogênio, 
ovulação e amamentação. Várias formas: 
• Pequena prolactina (22 kDa): a forma 
predominante é formada por uma cadeia 
peptídica de 198 aminoácidos (ativa); 
• Grande prolactina (48 kDa): produto da 
interação de várias moléculas de prolactina; 
• Muito grande prolactina (150 kDa): pouca 
atividade biológica. 
 
Dissacarídeos 
A galactose e a frutose podem convergir para a via 
glicolítica. Não existem vias catabólicas para metabolizar 
frutose nem galactose. Estratégia? Convertê-las em um 
metabólito da glicose. 
 
Dissacarídeos – sacarose 
A frutose (da sacarose) é principalmente metabolizada 
no fígado, utilizando a via da frutose 1-fosfato. Etapas: 1) 
fosforilação da frutose em frutose 1-fosfato pela 
frutoquinase, 2) clivagem da frutose 1- fosfato em 
gliceraldeído e dihidroxiacetona fosfato (intermediário da 
glicólise) pela frutose 1-fosfato aldolase, conversão do 
gliceraldeído em gliceraldeído 3-fosfato (intermediário da 
glicólise) pela triose quinase. Nos músculos, a frutose pode 
ser fosforilada em frutose 6-fosfato pela hexoquinase. 
 
 
Dissacarídeos – lactose 
A galactose (da lactose) é convertida em glicose 6-
fosfato em etapas: 
1) A primeira reação na via de interconversão galactose-
glicose é a fosforilação da galactose e formação da 
galactose 1-fosfato catalisada pela enzima galactoquinase. 
 
2) Na segunda etapa a galactose 1-fosfato uridil 
transferase catalisa a transferência de uridina 
monofosfato (UMP) de UDPglicose para formar 
UDPgalactose. UDP=uridina difosfato. 
3) Na terceira etapa a enzima UDP-galactose 4-
epimerase converte UDP-galactose em UDP glicose. A 
configuração no carbono-4 é invertida. Resultado das 
reações catalisadas pela galactoquinase, transferase e 
epimerase: 
 
A reação de epimerização catalisada pela UDPgalactose 
4-epimerase é reversível. A reação no sentido oposto, 
conversão de UDP-glicose em UDPgalactose é essencial 
para a síntese de resíduos galactosila em polissacarídios 
complexos e glicoproteínas se o teor de galactose na 
alimentação for inadequado para suprir estas 
necessidades. 
 
Biossíntese de glicogênio 
A glicogênio sintase catalisa a transferência de UDP-
glicose para o grupo hidroxila do C-4 de um resíduo 
terminal da cadeia de glicogênio sendo sintetizada 
formando uma ligação glicosídica - 1,4. A glicogênio 
sintase só acrescenta resíduos de glicose a uma cadeia 
que já contém mais de quatro resíduos. 
 
Fosfoglicomutase 
Quarta etapa: A glicose 1-fosfato formada a partir da 
galactose é isomerizada em glicose 6-fosfato pela enzima 
fosfoglicomutase (deslocamento do grupamento fosfato 
do C-1 para C-6). 
 
Dissacarídeos – lactose 
Galactosemia: distúrbio do metabolismo da galactose. 
Galactosemia clássica: deficiência hereditária na atividade 
da galactose 1-fosfato uridil transferase. Em crianças: 
retardo de crescimento, vômito ou diarreia após 
consumo de leite, hepatomegalia e icterícia, podendo 
progredir para cirrose. A galactose é acumulada no 
sangue e urina na galactosemia clássica. A formação de 
catarata é uma complicação, e também são comuns 
letargia e retardo mental. Em mulheres, também ocorre 
insuficiência ovariana. Tratamento: remoção da galactose 
(e lactose). Enigma: exclusão de alimentos contendo 
galactose evita doença hepática e catarata, mas a maioria 
dos pacientes com galactosemia ainda sofre de disfunção 
do sistema nervoso central (atraso na aquisição de 
habilidades de linguagem). 
 
Catarata: devido ao distúrbio do metabolismo da 
galactose. A catarata consiste da opacificação do cristalino 
que normalmente é transparente. Se a transferase não 
for ativa no cristalino, a aldose redutase converte a 
galactose acumulada em galactitol. O galacticol é 
osmoticamente ativo resultando na entrada de água no 
cristalino e, consequentemente, catarata. A incidência da 
formação de catarata com a idade é elevada em 
populações que consomem muito leite na fase adulta. 
OBS: várias causas possíveis: envelhecimento, trauma, 
radiação (raios-X, UV, microondas), genética, cigarro, 
medicação com corticosteróides, diabetes, pressão alta. 
OLIGOSSACARÍDEOS: GLICOSIL TRANFERASES 
As ligações glicosídicas de carboidratos complexos são 
catalisadas pelas glicosil tranferases. Glicosil tranferases 
representam de 1 a 2% dos produtos gênicos dos 
organismos e catalisam diversas ligações glicosídicas. O 
açúcar a ser acrescentadochega na forma de um açúcar 
ativado. Neste exemplo UDP-glicose. O polissacarídeo 
aceptor é representado por XH. Os substratos aceptores 
para as glicosil transferases são variados: carboidratos, 
resíduos de serina, treonina e asparagina de proteínas 
(glicoproteínas), lipídios e ácidos nucléicos 
 
Oligossacarídeos (antígenos) associados à glicoproteínas 
e glicolipídeos na membrana (superfície) de eritrócitos 
humanos (ABO blood group system): cada indivíduo 
herda de cada genitor o gene para a glicosil transferase 
que adiciona o monossacarídeo extra ao antígeno O 
(oligossacaríde em comum: indivíduos não produzem as 
glicosil transferases).