Regulação e integração metabólica.

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Regulação e 
integração 
metabólica
Christiane Fonseca
Regulação e integração 
metabólica
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Apresentação
Neste estudo, vamos aprender sobre a regulação metabólica e a importância 
de se entender as reações químicas que ocorrem no organismo, serão citadas 
as integrações metabólicas das proteínas, dos carboidratos e dos lipídios. 
Vamos acompanhar e entender todas as integrações e reações que ocorrem 
em nosso organismo. 
Corpos cetônicos e condições 
patológicas associadas
Segundo Nelson e Cox (2014), uma fração importante da acetil-CoA produzida 
na oxidação de ácidos graxos no fígado é convertida a acetoacetato e 
D-β-hidroxibutirato. O acetoacetato sofre descarboxilação espontânea, 
originando acetona; ambos são conhecidos como corpos cetônicos. A 
acetona não pode ser reconvertida a acetil-CoA, sendo liberada pelo suor, 
pelo hálito e pela urina, sendo esta última via de excreção utilizada em testes 
de corpos cetônicos urinários (cetonúria) por meio de reações com reagentes 
específicos. O teste de cetonas urinárias fornece dados para o diagnóstico 
precoce da cetoácidos, que podem levar ao coma diabético. O jejum 
prolongado é outra condição na qual os corpos cetônicos podem aparecer 
na urina em grande quantidade. A cetogênese (síntese dos corpos cetônicos) 
ocorre na matriz mitocondrial, pela condensação de três moléculas de acetil-
CoA em duas etapas (MARZZOCO; TORRES, 2018; PINTO, 2017). 
A síntese de corpos cetônicos ocorre em grande parte no fígado, porém ele 
não tem a capacidade de degradar corpos cetônicos. De acordo com Pinto 
(2017), o cérebro tem a capacidade de gerar energia a partir dos corpos 
cetônicos quando ocorre ausência de glicose. Outros tecidos podem contar 
com outras fontes de energia, por exemplo, os ácidos graxos, além dos corpos 
cetônicos. Entretanto, o cérebro não tem essa opção. 
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Cetose e cetoacidose para objeto de 
aprendizagem interativo.
A produção desses compostos é chamada de 
cetogênese, que é necessária em pequenas 
quantidades. Contudo, quando corpos cetônicos 
em excesso se acumulam, instala-se uma 
condição denominada cetose, que se trata de 
um estado anormal, mas não necessariamente 
perigoso. Quando ainda mais corpos cetônicos 
se acumulam de forma que o pH plasmático 
reduza a níveis ácidos perigosos, esse estado 
é chamado de cetoacidose, condição presente 
no diabetes melito descompensado. Portanto, a 
cetoacidose ocorre pelo fato de o acetoacetato 
e o beta-hidroxibutirato serem ácidos orgânicos 
relativamente fortes e que em concentrações 
plasmáticas elevadas podem suplantar a 
capacidade tamponante do plasma (MARZZOCO; 
TORRES, 2018). 
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Corpos cetônicos e diabetes para objeto de 
aprendizagem interativo.
No diabetes descompensado, o hálito cetônico 
é decorrente da liberação da acetona que, 
ao contrário dos demais corpos cetônicos, 
é volátil e é expelida pela urina, pelo hálito 
e pelo suor. A consequente redução do pH 
plasmático observada na cetoacidose leva a um 
mecanismo de compensação renal que elimina 
H+ acompanhado da excreção de eletrólitos, 
sobretudo Na+ e K+, que, por sua vez, arrastam 
consigo água. Essa sequência de eventos 
leva o diabético à desidratação, disparando o 
mecanismo da sede, sintoma bastante observado 
em pacientes diabéticos sem tratamento. Os 
corpos cetônicos são produzidos em excesso em 
situações como diabetes e jejum. Ambos quando 
não tratados levam à superprodução hepática 
de corpos cetônicos, gerando vários problemas 
de saúde. Durante o jejum, a gliconeogênese 
consome os intermediários do ciclo do ácido 
cítrico (ciclo de Krebs), desviando acetil-CoA 
para a produção de corpos cetônicos. Quando o 
diabetes não é tratado, o nível de insulina passa 
a ser insuficiente, assim, os tecidos externos 
ao fígado são incapazes de captar a glicose do 
sangue eficientemente, seja para combustível ou 
para conservação como gordura (NELSON; COX, 
2014).
Regulação e integração metabólica
Segundo Nelson e Cox (2014), a regulação metabólica, principal tema da 
Bioquímica, é um dos aspectos mais marcantes dos organismos vivos. Entre 
as inúmeras reações catalisadas por enzimas que acontecem nas células, 
provavelmente, não existe uma que escape de alguma forma de regulação. É 
possível verificar essa necessidade de regulação analisando a complexidade 
das reações. Apesar de conveniente para o estudo, essa divisão de processos 
não acontece dentro da célula. Ao contrário, cada via apresentada nesse 
conteúdo está indissociavelmente entrelaçada. 
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Cada via metabólica funciona com uma velocidade, sendo acionada com 
diferença de intensidade. Essa variação depende tanto do estado nutricional 
quanto também das diferentes demandas energéticas. A adequação do 
metabolismo a essas diferentes condições, obtida por diferentes processos, 
é chamada de regulação metabólica (MARZZOCO; TORRES, 2018). Trata-se 
de um processo extremamente complexo, no entanto com um ajuste muito 
sensível. A regulação metabólica pode ser descrita em quatro etapas, que 
estão apresentadas a seguir:
Estratégias de que o organismo dispõe para regular o metabolismo
Regulação das vias 
metabólicas
Principais vias.
Regulação metabólica 
integrada
O que foi estudado em cada via é combinado para que possamos 
entender a regulação metabólica como um todo. Por exemplo, 
o metabolismo de alguns órgãos e a influência dos hormônios 
considerados mais relevantes.
Contração muscular São analisadas as fontes de energia utilizadas pelo organismo para o exercício e as adaptações do metabolismo a essa situação.
Regulação do metabolismo
Fonte: Elaborado pela autora (2019).
Estratégias de regulação do 
metabolismo 
A regulação metabólica, constantemente, é realizada pelas reações químicas 
que compõem o metabolismo, aumentando ou diminuindo sua velocidade. 
A maneira mais eficaz de interferir na velocidade de uma reação catalisada 
é mudar a concentração ou a eficiência do seu catalisador (MARZZOCO; 
TORRES, 2018). As estratégias de regulação do metabolismo podem acontecer 
das formas mencionadas a seguir:
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Alteração da concentração de enzimas 
A enzima (catalisador biológico) é produzida pelas próprias células e sua 
concentração pode ser alterada por variação na velocidade de síntese ou 
degradação, caracterizado por um mecanismo de regulação a longo prazo. O 
controle da síntese de enzimas é exercido na transcrição do gene, que codifica 
a enzima, podendo ser ativada ou inibida. É uma regulação complexa, realizada 
desde a concentração do substrato de atuação da enzima até hormônios 
específicos. Já para a velocidade de degradação, o tempo de permanência das 
enzimas nas células varia. Em geral, as enzimas que catalisam reações-chave 
do metabolismo têm meias-vidas curtas (MARZZOCO; TORRES, 2018). 
Alteração da atividade das enzimas 
Uma outra alteração de curto prazo também é observada. Mesmo se a 
concentração de uma enzima for mantida constante, a velocidade da reação 
que ela catalisa pode aumentar ou diminuir de acordo com mudanças 
conformacionais realizadas pela enzima. Essas mudanças são provocadas por 
ligações de compostos ou grupos à cadeia polipeptídica. Tal ligação pode ser 
do tipo não covalente (regulação alostérica) ou do tipo covalente (regulação 
por modificação covalente) (MARZZOCO; TORRES, 2018).
A regulação alostérica da atividade das enzimas 
Depende da concentração celular de compostos que são claros indicadores 
das condições metabólicas da célula. Uma proteína alostérica é aquela em 
que a interação com um ligante em um sítio afeta as propriedades de ligação 
de outro sítio na mesma proteína. A mudança conformacional induzida pelo(s) 
modulador(es) converte formas mais ativas em menos ativas da proteína e 
vice-versa (NELSON; COX, 2014). Os efetuadores, ou moduladores alostéricos, 
são chamados positivos (ativadores alostéricos) ou negativos (inibidores 
alostéricos) quando aumentam ou reduzem a velocidade da reação catalisada, 
respectivamente. Quando se trata das vias metabólicas,é comum que um 
produto final atue como efetuador alostérico negativo de uma enzima alostérica 
que catalisa uma das primeiras reações da via. Quando ocorre o aumento da 
concentração celular do produto, sua atuação, como inibidor alostérico, faz 
diminuir a velocidade da via, restringindo sua própria produção (mecanismo de 
inibição por feedback ou retroinibição). Muitas vezes, o produto final de uma 
via atua também como efetuador alostérico positivo em outra via metabólica 
que utiliza o mesmo substrato inicial. Algumas coenzimas são efetuadores 
alostéricos importantes, como o NADH (NELSON; COX, 2014).
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A regulação por modificação covalente 
A regulação por modificação covalente é influenciada diretamente pela ação 
hormonal, a qual coordena a resposta do organismo de maneira geral. O alvo 
dessas regulações são enzimas-chave presentes nas vias metabólicas, as 
enzimas reguladoras. A atividade de uma enzima pode ser completamente 
alterada pela ligação covalente de certos grupos à cadeia polipeptídica. 
Entre as mudanças, estão desde mudanças na afinidade pelo substrato ou 
na sensibilidade a efetuadores alostéricos até sua completa inativação. A 
modificação covalente constitui uma reação química catalisada por enzimas 
(MARZZOCO; TORRES, 2018). 
A proteína quinase dependente de AMP (AMPK) 
É uma enzima cuja atividade aumenta em situações de estresse como falta 
de oxigênio, jejum na atividade física, entre outros, quando o consumo de ATP 
provoca aumento na razão AMP/ATP. Sua estimulação resulta de regulação 
alostérica por AMP e de fosforilação por proteína quinases que ainda não foram 
definidas. O transporte de glicose em músculos esqueléticos de mamíferos é 
estimulado por insulina e também pelo exercício. A indução do transporte pela 
contração muscular é insulinoindependente e seria regulada por AMPK. Essa 
proteína é alvo de interesse, pois participa do controle da saciedade e pode ser 
a chave para o desenvolvimento de fármacos para o tratamento da obesidade 
e do diabetes tipo 2 (MARZZOCO; TORRES, 2018). 
Integrações metabólicas de 
carboidratos e lipídios
Segundo Marzzoco e Torres (2018), a maneira como o organismo responde 
à abundância e escassez de alimentos mostra a integração dos processos 
que fazem parte do metabolismo. Como vimos nos itens anteriores, a 
principal forma de regular o metabolismo é por ação das enzimas, pois elas 
são responsáveis pelas reações do organismo. Diversos mecanismos causam 
interferência na ação dessas enzimas. Estratégias de regulação do organismo. 
A integração metabólica acontece em dois níveis: o celular, que compreende 
os mecanismos reguladores intracelulares, e o nível do organismo como 
um todo, coordenado por ação hormonal. Esses processos funcionam para 
gerar ATP, para produzir e armazenar glicose, triglicérides e proteínas nos 
tempos de fartura para serem utilizados quando necessário, e para manter a 
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concentração sanguínea de glicose no nível adequado para ser usada por 
órgãos como o cérebro, que, em condições normais, a utiliza como única fonte 
de combustível. As principais rotas do metabolismo energético incluem, no 
citosol, a glicólise, a degradação e a síntese do glicogênio, a gliconeogênese, 
a via das pentoses-fosfato, a síntese dos triacilgliceróis e dos ácidos graxos, e, 
confinadas à mitocôndria, a oxidação dos ácidos graxos, o ciclo do ácido 
cítrico e a fosforilação oxidativa (VOET; VOET, 2013). 
Analisando as vias estudadas durante a disciplina, dois compostos estão na 
intersecção das rotas metabólicas: acetil-CoA e piruvato. A acetil-CoA é o 
produto de degradação dos polissacarídeos, lipídeos e proteínas. Seu grupo 
acetil pode ser oxidado a CO2 e H2O pelo ciclo do ácido cítrico (ciclo de 
Krebs) e da fosforilação oxidativa ou ainda é utilizado para síntese de ácidos 
graxos. O piruvato é obtido da glicólise, por desidrogenação do lactato e 
quebra de alguns aminoácidos glicogênicos. Além disso, o piruvato pode sofrer 
descarboxilação oxidativa para gerar acetil-CoA, o que pode comprometer 
seus átomos com a oxidação ou com a síntese dos ácidos graxos. Para a 
formação de oxalacetato, ele é carboxilado. O oxalacetato tanto abastece 
o ciclo do ácido cítrico como pode entrar na gliconeogênese. Dessa maneira, 
podemos dizer que o piruvato é um precursor de diversos aminoácidos e da 
glicose. Quando analisamos as rotas estudadas, percebemos que a glicólise, 
a síntese e a degradação do glicogênio, a síntese dos ácidos graxos e a 
via das pentoses-fosfato ocorrem, majoritariamente, no citosol, enquanto 
a degradação dos ácidos graxos, o ciclo do ácido cítrico e a fosforilação 
oxidativa ocorrem na mitocôndria. Diferentes fases da gliconeogênese e 
da degradação dos aminoácidos ocorrem no citosol e na mitocôndria, 
respectivamente (VOET; VOET, 2013).
Integrações metabólicas de proteínas, 
lipídios e carboidratos
Quando falamos da integração metabólica entre proteínas, lipídios e 
carboidratos, podemos analisar as unidades formadoras das proteínas: os 
aminoácidos. Estes são degradados pelo fígado em um elevado número 
de intermediários metabólicos. A degradação de um aminoácido, inicia-se, 
em grande parte, com a transaminação de um aminoácido, formando seu 
α-cetoácido correspondente, e o grupo amino é convertido via ciclo da ureia 
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em ureia, a qual é excretada. Os aminoácidos podem ser convertidos em 
piruvato ou em intermediários do ciclo do ácido cítrico, como o oxalacetato, 
que podem ser precursores gliconeogênicos, ou ainda podem ser convertidos 
em corpos cetônicos (VOET; VOET, 2013).
Quando analisamos o papel das proteínas dentro do metabolismo, podemos 
dizer que como o estoque de glicogênio armazenado no fígado não é suficiente 
para suprir as necessidades corporais de glicose (depois de mais de 6 horas de 
refeição), a degradação de aminoácidos entra em ação, ou gliconeogênese. 
Esses aminoácidos são oriundos principalmente da degradação de proteínas 
musculares. Portanto, as proteínas podem ser fontes de energia, além das suas 
funções estruturais e funcionais (VOET; VOET, 2013). 
Como já dito, a integração metabólica pode ocorrer em um nível celular ou 
ainda no organismo como um todo. Diante disso, podemos afirmar que o 
fígado é o órgão mais importante nessa integração. Assim, após uma refeição, 
os nutrientes absorvidos no intestino são conduzidos diretamente ao fígado. 
Este capta carboidratos, lipídios e a maioria dos aminoácidos. O período 
absortivo ou pós-prandial, que compreende cerca de 4 horas após a tomada 
de refeições, é caracterizado pela ocorrência de processos de biossíntese, 
incluindo a recomposição das reservas energéticas. Esse órgão retém uma 
fração considerável da glicose recebida e o seu conteúdo de glicogênio é 
elevado de 70g (5% do seu peso) para 120g, em média. O excedente de 
glicose é mantido em circulação, provocando aumento da glicemia, por isso 
o pâncreas responde aumentando a liberação de insulina e diminuindo a de 
glucagon (HARVEY, 2015). A figura a seguir mostram a integração entre as vias 
metabólicas tanto no período de absorção de nutrientes quanto no de jejum:
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Período absortivo: distribuição e destino metabólico de alguns dos nutrientes absorvidos. A alta 
razão insulina/glucagon determina a predominância dos processos de síntese 
Fonte: Marzzoco e Torres (2018, p. 310).
No fígado, não ocorre o ciclo de Krebs devido ao consumo de oxaloacetato 
pela gliconeogênese e o consequente desvio da acetil-CoA para formar 
corpos cetônicos. A inibição da piruvato desidrogenase impede que o 
piruvato seja oxidado a acetil-CoA e preservado para originar oxaloacetato. 
No músculo, essa enzima também está inativa, e o piruvato não se transforma 
em acetil-CoA; ele pode ser convertido em oxaloacetato – que mantém o 
funcionamento do ciclo de Krebs –, em alanina – por transaminação com 
aminoácidos –, ou em lactato.
Período jejum: esquema das principais adaptações metabólicas induzidas pela baixa razão insulina/glucagon
Fonte: Marzzoco e Torres (2018, p. 316).
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Fechamento
Podemos entender que a regulação metabólica, principal tema da Bioquímica, 
é um dos aspectos mais marcantes dos organismos vivos. Entre as inúmeras 
reações catalisadas por enzimas que acontecem nas células, provavelmente, 
não existe uma que escape de alguma forma de regulação. 
É possível verificar essa necessidade de regulação analisando a complexidade 
das reações. Apesar de conveniente para o estudo, essa divisão de processos 
não acontece dentro da célula. Ao contrário, cada via apresentada nesse 
conteúdo está indissociavelmente entrelaçada.
Podemos destacar que todo esse processo de regulação e integração 
metabólica é um estudo bastante complexo, pois dele faz parte a harmonia 
do funcionamento do organismo como um todo, dessa forma é indispensável 
analisar as principais vias metabólicas do nosso corpo.
Referências
BERG, J. M.; TYMOCZKO, J. L.; STRYER, L. Bioquímica. 7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara 
Koogan, 2014.
BETTELHEIM, F. A. et al. Introdução à bioquímica. São Paulo: Cengage Learning, 2016.
BROWN, T. A. Bioquímica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2018.
HARVEY, R. A. Bioquímica ilustrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015.
MARZZOCO, A.; TORRES, B. B. Bioquímica básica. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara 
Koogan, 2018.
NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: 
Artmed, 2014.
PINTO, W. J. Bioquímica clínica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017.
VOET, J.; VOET, J. G. Bioquímica. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2013