Introdução ao metabolismo

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Introdução ao metabolismo
Apresentação
O metabolismo do organismo humano, por meio de diversas enzimas das vias metabólicas, 
promove a síntese (anabolismo) e/ou a degradação (catabolismo) de moléculas energéticas. Além 
disso, os dois processos podem ocorrer simultaneamente nas vias anfibólicas. Cada via metabólica 
apresenta formas de regulação diferentes, sejam enzimáticas ou hormonais, para estarem ativas ou 
inativas nos diferentes estados metabólicos (jejum ou estado alimentado). Cada tecido, órgão e 
estrutura subcelular necessita desse processo para o metabolismo dos carbo-hidratos, lipídeos e 
aminoácidos, de acordo com as particularidades de cada um.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você aprenderá o conceito de via metabólica anabólica, 
catabólica e anfibólica. Verá também como essas vias são reguladas e como ocorre o metabolismo 
de carbo-hidratos, lipídeos e aminoácidos nos diferentes tecidos e órgãos e no espaço subcelular.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Conceituar vias metabólicas anabólicas, catabólicas e anfibólicas.•
Identificar os fatores reguladores do metabolismo.•
Descrever o metabolismo de carbo-hidratos, lipídeos e aminoácidos nos tecidos e órgãos e em 
nível subcelular e a interconversão dos combustíveis metabólicos.
•
Desafio
As vias metabólicas poderão estar ativadas ou inativadas, de acordo com o estado alimentar do 
organismo. O jejum intermitente é uma modalidade de intervenção nutricional caracterizada pela 
diminuição da frequência alimentar que começou a ser estudada em indivíduos muçulmanos 
durante o período do Ramadã. Nesse caso, é obrigatória a permanência em jejum durante o dia e a 
alimentação pode ser feita apenas do pôr do sol ao amanhecer, por 30 dias consecutivos. Ao final 
do período, observou-se modificação do perfil metabólico. Atualmente, os estudos do jejum 
intermitente consistem na avaliação do efeito de períodos alternados de privação alimentar e 
realimentação ad libitum, ou seja, à vontade, de geralmente 12 a 24 horas (SANTOS et al., 2017).
Em relação a esse caso, responda às seguintes questões:
a) No jejum intermitente aplicado por Joana, quais vias metabólicas estarão ativadas, considerando 
o metabolismo a partir da última refeição? Justifique e classifique as vias em anabólicas, catabólicas 
ou anfibólicas.
b) Joana terá sucesso em perder peso com o jejum intermitente e a alimentação desequilibrada?
c) Será que a modalidade pode ser aplicada a quaisquer indivíduos, como, por exemplo, pacientes 
diabéticos? Liste os pontos positivos e os pontos negativos do jejum intermitente.
Infográfico
As estruturas subcelulares são muito importantes para que as reações bioquímicas do metabolismo 
possam acontecer. Células que não apresentam alguma das estruturas não realizam etapas 
específicas do metabolismo. Por exemplo, eritrócitos não apresentam mitocôndrias, logo não 
podem realizar glicólise aeróbica e demais etapas associadas.
No Infográfico a seguir, você verá as principais estruturas subcelulares de uma célula e conhecerá a 
função de cada uma no metabolismo, com foco especial nas mitocôndrias.
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Conteúdo do livro
Metabolismo é o conjunto de transformações que as substâncias sofrem no interior dos organismos 
vivos. Essas transformações podem ser anabólicas, catabólicas ou anfibólicas, as quais são 
promovidas por sequências de reações enzimáticas controladas pelas próprias enzimas ou por 
hormônios. As vias metabólicas dos carbo-hidratos, lipídeos e aminoácidos podem ocorrer nos mais 
diversos órgãos, tecidos e espaços subcelulares.
No capítulo Introdução ao metabolismo, da obra Bioquímica, você verá o conceito das diversas vias 
metabólicas (anabólicas, catabólicas e anfibólicas), como ocorre a regulação do metabolismo e 
também o metabolismo dos carbo-hidratos, lipídeos e aminoácidos nos principais tecidos e órgãos 
do organismo, bem como em nível subcelular.
Boa leitura.
BIOQUÍMICA
Adriana Dalpicolli Rodrigues
Introdução ao metabolismo
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deverá apresentar os seguintes aprendizados:
 � Conceituar vias metabólicas anabólicas, catabólicas e anfibólicas
 � Identificar os fatores reguladores do metabolismo
 � Descrever o metabolismo de carboidratos, lipídeos e aminoácidos 
nos tecidos e órgãos e a nível subcelular, e a interconversão dos com-
bustíveis metabólicos.
Introdução
O metabolismo, presente em todos os seres vivos, refere-se a processos 
celulares promovidos por reações enzimáticas sequenciais nas vias me-
tabólicas, cujo objetivo, em geral, consiste na degradação (catabolismo) 
e na síntese (anabolismo) de moléculas como carboidratos, lipídeos e 
aminoácidos, para suprirem as necessidades energéticas do organismo 
como um todo. Ainda, ambos os processos podem ocorrer simulta-
neamente no que chamamos de via anfibólica. Por isso, todas as vias 
metabólicas precisam ser reguladas, pelas mais variadas formas enzimá-
ticas e/ou pela diversidade hormonal. Diferentes tecidos e órgãos têm 
funções metabólicas e habilidades diferentes, sendo os de particularidades 
importantes o cérebro, o músculo, o tecido adiposo, o fígado e o rim. 
As principais vias metabólicas que podem ocorrer nas células desses 
órgãos são as dos carboidratos, dos lipídeos e das proteínas. Dentro das 
células, diferentes espaços subcelulares podem estar envolvidos nos 
processos, especialmente o citosol e as mitocôndrias. Além disso, os 
metabólitos das vias podem ser interconvertidos uns nos outros.
Neste capítulo, você aprenderá sobre as características gerais das 
vias metabólicas (anabólicas, catabólicas e anfibólicas), além de como 
são reguladas. Compreenderá, ainda, como é o metabolismo de carboi-
dratos, lipídeos e aminoácidos nos diferentes tecidos, órgãos e espaços 
subcelulares do organismo. 
Vias metabólicas: anabólicas, catabólicas 
e anfibólicas
O metabolismo consiste na soma das transformações que acontecem nas 
células de um organismo, ou seja, um processo no qual os sistemas vivos 
adquirem e utilizam a energia de que precisam para realizar suas várias fun-
ções e gerar produtos necessários para esse funcionamento. As plantas, por 
exemplo, realizam fotossíntese, em que a luz ambiente fornece energia para 
a produção de carboidratos e oxigênio a partir de dióxido de carbono e água. 
Os seres humanos e outros mamíferos obtêm energia a partir da alimentação, 
na qual alguns compostos orgânicos são degradados e outros produzidos. 
O metabolismo ocorre por meio de uma série de reações consecutivas catali-
sadas por enzimas que formam as vias metabólicas. Muitos metabólitos são 
utilizados pelo grande número de vias existentes no organismo (NELSON; 
COX, 2019; VOET; VOET, 2013). As vias metabólicas podem ser anabólicas, 
catabólicas ou anfibólicas.
Metabólito é o nome dado a reagentes, intermediários e produtos das vias metabólicas. 
Já enzimas são proteínas (normalmente) com atividade catalítica, que promovem um 
aumento na velocidade de uma reação química ou bioquímica. Há aproximadamente 
4 mil enzimas catalisadoras no metabolismo.
Introdução ao metabolismo2
O catabolismo refere-se a reações de degradação (destruição/quebra) de 
substâncias/moléculas metabólicas. Compostos orgânicos (p. ex., carboidratos, 
lipídeos e proteínas) são convertidos em produtos finais mais simples, como 
ácido láctico, CO2 (dióxido de carbono) e NH3 (amônia). Além disso, essa via 
tem a capacidade de converter um grande número de substâncias em inter-
mediários comuns, como a acetil-coenzima A para os compostos orgânicos 
citados anteriormente, metabolizados em uma via oxidativa central que finda 
em poucos produtos (NELSON; COX, 2019; VOET; VOET, 2013). 
Em geral, vias catabólicasresultam em liberação de energia, processo no 
qual uma parte é conservada na formação de ATP (adenosina trifosfato) e 
carreadores de elétrons reduzidos (NADH, NADPH e FADH2), e o restante é 
perdido na forma de calor. Os ATP e os NADPH produzidos compreendem as 
principais fontes de energia livre (moedas de energia) para as vias anabólicas 
(NELSON; COX, 2019; VOET; VOET, 2013). 
O anabolismo (também chamado de biossíntese) refere-se a reações de 
síntese, ou seja, formação de substâncias, por isso inicia com precursores 
simples e pequenos, os quais são utilizados para formar moléculas maiores 
e mais complexas, como os polissacarídeos (carboidrato formado pela união 
de vários monossacarídeos, como o glicogênio), lipídeos, proteínas e ácidos 
nucleicos. As reações anabólicas necessitam de um suprimento de energia na 
forma de potencial de transferência de grupos fosforila do ATP e do poder 
redutor de NADH, NADPH e FADH2. Em geral, as vias catabólicas são 
convergentes e as vias anabólicas divergentes, ou seja, as convergentes têm 
como finalidade capturar energia química obtida na degradação de moléculas 
de energia, formando ATP, e as divergentes promovem reações que reúnem 
moléculas pequenas para formação de moléculas complexas. Na Figura 1, 
você pode observar um esquema demonstrando que “as vias catabólicas dis-
ponibilizam energia química na forma de ATP, NADH, NADPH e FADH”, e 
“esses transportadores de energia são usados em vias anabólicas para converter 
precursores pequenos em macromoléculas celulares” (NELSON; COX, 2019; 
VOET; VOET, 2013).
3Introdução ao metabolismo
Figura 1. Relação energética entre as vias catabólicas e anabólicas 
do metabolismo. 
Fonte: Nelson e Cox (2019, p. 493).
As vias anfibólicas são aquelas em que ocorrem processos catabólicos e 
anabólicos, como o ciclo do ácido cítrico que acontece em organismos aeró-
bicos, pois, além da etapa de degradação oxidativa de carboidratos, lipídeos e 
proteínas, são fornecidos precursores para muitas vias de síntese. Nesse ciclo, 
as concentrações dos compostos intermediários produzidos são mantidas e 
controladas por meio de um complexo sistema de reações auxiliares deno-
minadas reações anapleróticas. Em outras palavras, as reações anapleróticas 
possibilitam que, sob circunstâncias normais, em um metabolismo saudável, 
haja equilíbrio dinâmico entre reações que desviam os intermediários para 
Introdução ao metabolismo4
serem utilizados por outras vias e as reações que os repõem, de modo que as 
concentrações dos intermediários permaneçam quase constantes. Exemplos 
de reação anaplerótica são as conversões de piruvato ou fosfoenolpiruvato 
em oxalacetato ou malato no ciclo de ácido cítrico (NELSON; COX, 2019; 
VOET; VOET, 2013).
As vias metabólicas podem ser lineares, cíclicas ou ramificadas, origi-
nando produtos finais a partir de um único precursor ou convertendo várias 
substâncias de partida em um produto único. A maioria das células apresenta 
enzimas responsáveis tanto pela degradação quanto pela síntese de substâncias 
importantes para o metabolismo. Esses processos são regulados de modo que, 
quando uma está operante, a outra está inoperante, o que evita desperdício de 
energia (NELSON; COX, 2019).
Fatores reguladores do metabolismo
O funcionamento e a velocidade das vias metabólicas dependem das neces-
sidades do organismo, das situações fisiológicas, da demanda energética, etc. 
Os ajustes no metabolismo são realizados pelos fatores de regulação metabó-
lica, os quais provocam aumento ou diminuição na ocorrência das reações. 
A regulação pode se dar em vários níveis, tanto de dentro da célula quanto 
de fora dela. Desse modo, os principais fatores reguladores são associados 
às próprias enzimas e aos substratos das vias metabólicas, além de fatores 
de crescimento ou hormônios (NELSON; COX, 2019; VOET; VOET, 2013).
A regulação enzimática ocorre em todas as vias metabólicas — as vias 
catabólicas e anabólicas que apresentam enzimas em comuns são reguladas 
de modo que, enquanto ocorre degradação, não há síntese. Isso se deve ao 
fato de que as vias catabólicas e anabólicas não são constituídas exatamente 
pelo mesmo grupo de enzimas, ou seja, embora haja enzimas em comum, 
sempre há outras enzimas diferentes (ou pelo menos uma) ao longo da via que 
direcionam para uma única direção (catabólica ou anabólica), tornando a via 
irreversível até o produto final (NELSON; COX, 2019; VOET; VOET, 2013). 
Outro fator que contribui para a regulação diferir nas sequências de reações 
consiste na separação do par de vias catabólicas e anabólicas em diferentes 
compartimentos celulares, por exemplo, o catabolismo de determinado 
composto pode ocorrer na mitocôndria, e a síntese, no citosol da célula. 
As concentrações de intermediários metabólicos, enzimas e reguladores podem 
ser mantidas em níveis diferentes nesses compartimentos, estando disponíveis 
para o uso da célula (NELSON; COX, 2019; VOET; VOET, 2013). 
5Introdução ao metabolismo
Os pontos de regulações das vias metabólicas também são separados por via, 
podendo sofrer interferência na velocidade da reação enzimática em virtude da 
concentração do substrato, das variações no pH em que a enzima se encontra 
e da alteração da temperatura (NELSON; COX, 2019; VOET; VOET, 2013). 
Normalmente, quando há aumento da concentração do substrato, a velocidade da 
reação se eleva; já quando há variações do pH do meio em que as enzimas se encontram 
e da temperatura, ocorre desnaturação da enzima, diminuindo a velocidade da reação. 
Em geral, a regulação enzimática das vias metabólicas envolve mecanismos 
sofisticados e complexos, como regulação alostérica, modificações covalentes, 
ativação de zimogênios e produção de isoenzimas. A regulação alostérica (não 
covalente) ocorre em quase todas as vias geralmente no início, catalisando, 
com frequência, reações irreversíveis. Essa regulação se caracteriza pela 
ligação não covalente do efetor ou modulador ao sítio regulador das enzimas 
alostéricas, conforme a Figura 2. A ligação ocorre por interação química não 
covalente (pontes de hidrogênio, ligação iônica, dipolo–dipolo, interação 
de van der Waals e interação hidrofóbica), em que o modulador pode tanto 
ativar quanto inibir a atividade enzimática. O que acontece é que a ligação 
do substrato a um sítio ativo da enzima afeta a conformação dos demais sítios 
facilitando a ligação do substrato aos outros (efeito cooperativo entre as su-
bunidades). Quando a célula contém uma quantidade suficiente do composto 
para as suas necessidades imediatas ou quando os níveis celulares de energia 
indicam que não é mais necessário consumir energia, esses sinais alostéricos 
inibem a atividade de uma ou mais enzimas relevantes das vias metabólicas. 
Nesses casos, o produto final atua como efetuador alostérico negativo de uma 
enzima alostérica, restringindo sua própria produção (inibição por feedback ou 
retroinibição ou retroalimentação). Um mesmo composto pode ser um efetor 
alostérico negativo de uma via e positivo de outra. As enzimas alostéricas 
podem, ainda, ser homotrópicas, nas quais o modulador é o próprio substrato 
da enzima, e heterotrópicas, qualquer substância diferente do substrato capaz de 
atuar na respectiva enzima (NELSON; COX, 2019). Como vemos na Figura 2,
Introdução ao metabolismo6
[...] em muitas enzimas alostéricas, o sítio de ligação ao substrato e o(s) sí-
tios de ligação(ões) com o modulador estão em subunidades diferentes, nas 
subunidades catalítica (C) e regulatória (R), respectivamente. A ligação de 
um modulador (M) positivo (estimulatório) ao sítio específico na subunidade 
regulatória é comunicada à subunidade catalítica por meio de uma mudança 
conformacional. Essa mudança afeta o sítio ativo, que, então, é capaz de 
ligar o substrato (S) com afinidade maio. Quando o modulador se dissocia 
da subunidade regulatória, a enzima volta a sua forma inativa ou menos ativa 
(NELSON; COX, 2019, p. 226).
Figura 2. Relação alostérica.
Fonte:Nelson e Cox (2019, p. 226).
A regulação por modificações covalentes se caracteriza pelas proprieda-
des catalíticas das enzimas alternadas pela ligação química covalente (nesse 
tipo de ligação, ocorre o compartilhamento de um ou mais pares de elétrons 
entre átomos) e transitória (adição ou remoção) de um grupo químico à cadeia 
polipeptídica ou ao sítio ativo da enzima. Uma reação que ocorre frequen-
temente no organismo refere-se à transferência de grupos fosfatos do ATP 
7Introdução ao metabolismo
para sítios ativos da enzima, podendo, assim, ser chamado de mecanismo de 
fosforilação e desfosforilação, catalisado por proteínas quinases, que fosforilam, 
ou por fosfoproteínas-fosfatases, que removem o radical fosfato (NELSON; 
COX, 2019; VOET; VOET, 2013).
Zimogênios ou proenzimas são enzimas inativas, convertidas em suas 
formas ativas pela ação de enzimas proteolíticas em órgãos diferentes daqueles 
em que foram produzidos. Essas enzimas promovem uma reação de hidrólise 
nas ligações peptídicas específicas dos zimogênios, produzindo proteínas 
encurtadas de alguns aminoácidos (forma ativa) e de peptídeos pequenos. Um 
exemplo de zimogênios são as enzimas digestivas, quimotripsina (quimotrip-
sinogênio) e tripsina (tripsinogênio), sintetizadas nas células pancreáticas. Um 
dos motivos para que a síntese dessas proteínas seja na forma inativa reside 
no fato de que isso evita que elas possam hidrolisar proteínas constitutivas 
do órgão, além de, consequentemente, prevenir danos ao órgão. A pancreatite 
aguda ilustra bem esse fato, já que nessa doença se verifica a síntese das pro-
enzimas de tripsina e quimotripsina nas células pancreáticas em suas formas 
ativas (NELSON; COX, 2019; VOET; VOET, 2013). 
Outro fenômeno de regulação metabólica e que depende da estrutura 
quaternária das proteínas enzimáticas refere-se à produção na célula de iso-
enzimas (isoformas ou isozima), formas moleculares múltiplas de uma enzima 
que realizam a mesma ação catalítica e se assemelham estruturalmente, mas 
diferentes quanto à sua sequência de aminoácidos. Um exemplo é a lactato-
-desidrogenase (LDH), um tetrâmero formado por duas espécies diferentes de 
cadeias polipeptídicas, denominadas M (músculo) e H (coração) (NELSON; 
COX, 2019; VOET; VOET, 2013). 
A regulação hormonal consiste em regular e integrar as atividades metabó-
licas dos diversos tecidos por comandos de fora da célula, ou seja, pelas ações 
dos hormônios (substâncias químicas produzidas pelo sistema endócrino e que 
podem atuar nas mais diversas células do organismo). Em certos casos, essa 
regulação ocorre quase instantaneamente por meio de alterações nos níveis 
de mensageiros intracelulares que modificam a atividade de moléculas de 
enzimas existentes por mecanismos alostéricos ou modificações covalentes. 
Em outros, sinais extracelulares modificam a concentração intracelular de 
uma enzima, alterando a velocidade de síntese ou de degradação de alguma 
molécula, e, então, os efeitos aparecem apenas depois de minutos ou horas 
(NELSON; COX, 2019). Alguns hormônios principais com ações diretas no 
metabolismo são listados a seguir (NELSON; COX, 2019):
Introdução ao metabolismo8
 � Adrenalina (epinefrina): hormônio secretado pela medula das glându-
las suprarrenais em momentos de atividades físicas intensas, situações 
de perigo, hipoglicemia, temperaturas muito baixas, etc. Tem como 
função principal ativar o catabolismo, promovendo, por exemplo, a 
glicogenólise (degradação do glicogênio) e a degradação de lipídeos, 
com o intuito de disponibilizar mais energia para o organismo.
 � Cortisol: hormônio esteroide produzido pelo córtex das glândulas 
suprarrenais que atua principalmente em situações de estresse, sendo 
considerado, por isso, popularmente como “hormônio do estresse”. 
Esse hormônio também atua promovendo o catabolismo de proteínas 
(principalmente muscular) e lipídeos fornecendo substrato para produção 
de glicose (glioneogênese). Em casos de liberação de cortisol com altos 
níveis de insulina, ocorre síntese de lipídeos e, consequentemente, o 
indivíduo ganha peso corporal.
 � Glucagon: hormônio peptídico sintetizado pelas células alfa do pâncreas 
e liberado na circulação sanguínea em situações de baixo nível de glicose 
no sangue (hipoglicemia), que, normalmente, se dá em estado de jejum. 
Estimula o catabolismo, como a gliconeogênese e a glicogenólise, e 
inibe o anabolismo, como a síntese de glicogênio, e a glicólise (quebra 
da glicose).
 � Insulina: hormônio peptídico sintetizado pelas células beta do pâncreas 
e liberado na circulação em situações de alta concentração de glicose 
(hiperglicemia — estado alimentado), agindo opostamente ao glucagon. 
Estimula o anabolismo, como a síntese de glicogênio e a lipogênese, 
e inibe o catabolismo, como gliconeogênese, gliogenólise, lipólise e 
cetogênese. Ativa a glicólise (VOET; VOET, 2013).
Metabolismo de carboidratos, lipídeos e 
aminoácidos a nível tecidual, em órgãos e 
subcelular
As vias mais importantes envolvidas no metabolismo energético são as dos 
carboidratos, lipídeos e aminoácidos. Cada via pode se dar com maior ou 
menor intensidade em determinados tecidos, órgãos e subcelular (organelas 
celulares). Entre os órgãos, destaca-se, especialmente, o fígado, considerado 
o centro do metabolismo e que atua na manutenção dos níveis adequados 
de nutrientes no sangue para uso pelo cérebro, pelos músculos, pelo tecido 
adiposo e por outros tecidos, já que todos os nutrientes ingeridos na alimen-
9Introdução ao metabolismo
tação e absorvidos pelo intestino delgado, exceto os ácidos graxos, seguem 
via circulação para serem metabolizados no fígado (NELSON; COX, 2019; 
CAMPBELL; FARRELL, 2016; VOET; VOET, 2013).
A glicose é a molécula básica do metabolismo dos carboidratos, que pode 
seguir os seguintes destinos principais: glicólise (aeróbica e anaeróbica), 
metabolismo do glicogênio e via das pentoses-fosfato. Glicólise é a via que 
se refere à lise (quebra, degradação) da glicose, além de produzir metabólitos 
para atuação em outras vias. A via glicolítica aeróbica, ou seja, que ocorre 
em presença de oxigênio, divide-se em 10 etapas, uma preparatória, em que 
há investimento de energia (duas moléculas de ATP), e uma de pagamento, 
em que há geração de energia. Essas etapas acontecem nas mais diversas 
células do organismo, especialmente no fígado. Nessas condições, a glicose 
é degradada em duas moléculas de piruvato, sendo geradas duas moléculas 
de ATP e duas de NADH. Na glicólise anaeróbica, na qual há hipóxia (baixas 
concentrações de oxigênio), o produto final é o lactato (pela LDH). Esse pro-
cesso ocorre nos músculos, no cérebro e nos eritrócitos (glóbulos vermelhos 
do sangue, também chamados de hemácias). As enzimas reguladoras dessa 
via são a hexoquinase, a fosfofrutoquinase I (PFK) e a piruvato quinase, que 
participam de etapas irreversíveis da via (VOET; VOET, 2013). 
O piruvato formado na via glicolítica aeróbica é convertido em acetil-
-coenzima A (acetil-CoA) dentro da mitocôndria (matriz mitocondrial), 
interligando a glicólise com o ciclo do ácido cítrico ou também chamado de 
ciclo de Krebs (Figura 3). Esse ciclo, que é estritamente aeróbico, promove 
a oxidação do acetil-CoA, que tem como produto de degradação comum a 
glicose, os ácidos graxos, os corpos cetônicos e os aminoácidos cetogênicos 
(alguns glicogênicos), a CO2 e H2O, com a produção concomitante de NADH e 
FADH2, além de composto por oito etapas de enzimáticas de degradação, em 
que, na primeira, ocorre condensação do acetil-CoA com oxaloacetato para a 
síntese do citrato, e, na última, a oxidação do malato a oxaloacetato que inicia 
um novo ciclo. Esse ciclo é regulado por enzimas alostéricas: citrato-sintase, 
isocitrato-desidrogenase e alfacetoglutarato-desidrogenase (são controladas 
pela disponibilidade de substrato e pela retroalimentação negativa por interme-
diários do ciclo, por NADH e por ATP). O complexo piruvato-desidrogenase, 
que transforma o piruvatoem acetil-CoA, também é regulador que antecede 
a via (NELSON; COX, 2019; CAMPBELL; FARRELL, 2016; VOET; VOET, 
2013).
Introdução ao metabolismo10
Figura 3. Ciclo de Krebs. 
Fonte: Nelson e Cox (2019, p. 640).
Como vemos na Figura 3, 
O complexo da PDH é inibido alostericamente quando as razões [ATP]/
[ADP], [NADH]/[NAD1] e [acetil-CoA]/[CoA] estão elevadas, indicando um 
estado metabólico com energia suficiente. Quando essas razões decrescem, 
o resultado é a ativação alostérica da oxidação do piruvato. A velocidade do 
fluxo pelo ciclo do ácido cítrico pode ser limitada pela disponibilidade dos 
substratos da citrato-sintase, do oxalacetato e da acetil-CoA, ou de NAD1, o 
11Introdução ao metabolismo
qual é exaurido pela conversão a NADH, retardando as três etapas de oxidação 
dependentes de NAD1. A inibição por retroalimentação por succinil-CoA, 
citrato e ATP também diminui a velocidade do ciclo pela inibição de etapas 
iniciais. No tecido muscular, o Ca21 estimula a contração e, como mostrado 
aqui, estimula o metabolismo gerador de energia para repor o ATP consumido 
durante a contração (NELSON; COX, 2019, p. 640).
A cadeia de transporte de elétrons e a fosforilação oxidativa compre-
endem os processos que seguem o ciclo de Krebs, pois recebem o NADH e 
o FADH2 produzidos nesse ciclo. Essa via também é mitocondrial (crista 
mitocondrial) e promove a oxidação do NADH e FADH2 a NAD+ e FAD, 
com a síntese acoplada de ATP. A velocidade dessas vias, rigidamente co-
ordenada com os fluxos metabólicos da glicólise e do ciclo do ácido cítrico, 
é em grande parte dependente das concentrações de ATP, ADP, Pi e de O2 
(NELSON; COX, 2019). 
O metabolismo do glicogênio (polímero ramificado extenso de glicose) é 
de síntese e degradação, que ocorrem no citosol da célula. A glicogênese ou 
síntese do glicogênio constitui o processo em que a glicose é armazenada 
em uma molécula maior (glicogênio) pela glicogênio-sintase. Essa síntese 
ocorre em animais, principalmente no fígado e no músculo esquelético, 
órgãos responsáveis pelo armazenamento dessa molécula, em grânulos ou 
vacúolos no citosol da célula. O músculo não pode exportar glicose porque 
não tem a glicose-6-fosfatase, então o glicogênio significa um depósito de 
combustível facilmente disponível para utilização nas atividades que envolvem 
a musculatura. Realmente, a degradação do glicogênio ou glicogenólise é 
uma forma rápida de liberação de energia para suprir as necessidades do 
organismo (exercício intenso ou alta descarga de adrenalina). O glicogênio é 
degradado pela glicogênio-fosforilase em glicose-6-fosfato (G6P), que entrará 
na via da glicólise. Ambas as enzimas são reguladas reciprocamente por meio 
de reações de fosforilação/desfosforilação, catalisadas por cascatas de ampli-
ficação que respondem aos níveis de glucagon e adrenalina, por intermédio 
do AMPc (monofosfato cíclico de adenosina) e de insulina (NELSON; COX, 
2019; CAMPBELL; FARRELL, 2016; VOET; VOET, 2013). 
A via das pentoses-fosfato consiste em um metabolismo secundário da 
glicose. Essa rota funciona para gerar NADPH (apresenta alto poder redutor), 
para uso em biossíntese redutora, e para formar o precursor dos nucleotí-
deos, a ribose-5-fosfato, pela oxidação da G6P. Sua geração é catalisada pela 
glicose-6-fosfato-desidrogenase, a qual é controlada pelo nível de NADP+. 
Introdução ao metabolismo12
A capacidade das enzimas em distinguir entre NADH, utilizado principalmente 
no metabolismo energético, e NADPH permite que o metabolismo energético e 
a biossíntese sejam regulados de modo independente. Esse processo ocorre no 
citosol principalmente nas células das glândulas mamárias (ricas em tecido 
adiposo), do tecido adiposo (em maior quantidade), do córtex renal e do fígado. 
O tecido adiposo é o segundo em importância na manutenção da homeostasia 
metabólica, atrás apenas do fígado. Os adipócitos (células do tecido adiposo) 
obtêm os ácidos graxos da dieta ou a partir do fígado (NELSON; COX, 2019).
A gliconeogênese é responsável por sintetizar glicose a partir de um grande 
número de precursores não carboidratos (piruvato, lactato, glicerol e aminoá-
cidos), utilizando rotas existentes principalmente no citosol (ou seja, há etapas 
que ocorrem na mitocôndria) de células do fígado e do rim. Muitos desses 
precursores são convertidos em oxalacetato, o qual é transformado em fosfo-
enolpiruvato e, por fim, em glicose. Essa série de reações reverte, em grande 
parte, a rota da glicólise. As etapas irreversíveis da glicólise são contornadas 
na gliconeogênese por reações hidrolíticas catalisadas, respectivamente, pela 
frutose-1,6-bifosfatase (FBPase) e pela glicose-6-fosfatase. A FBPase e a PFK 
podem, ambas, ser pelo menos parcialmente ativas de maneira simultânea, 
criando um ciclo de substrato. Esse ciclo e a regulação recíproca dessas duas 
enzimas são importantes na regulação tanto da velocidade quanto da direção do 
fluxo pela glicólise e pela gliconeogênese. A fosfoenolpiruvato-carboxiquinase 
(PEPCK) contorna a terceira reação irreversível da glicólise, catalisada pela 
piruvato-quinase (PK), sendo controlada exclusivamente por regulação trans-
cricional a longo prazo (NELSON; COX, 2019; VOET; VOET, 2013). 
O sistema nervoso central, a medula renal, os testículos, os eritrócitos e os tecidos 
embrionários utilizam a glicose como única fonte de energia, ou seja, não conseguem 
utilizar lipídeos ou proteínas, como o fígado. O tecido cerebral tem uma taxa respiratória 
extremamente alta. O cérebro utiliza em média 120 g de glicose por dia, necessitando, 
desse modo, receber esse açúcar via alimentação, glicogenólise ou gliconeogênese. 
A concentração sanguínea de glicose de menos da metade do valor normal resulta 
em disfunção cerebral, podendo provocar coma, dano irreversível, culminando na 
morte. Por isso, uma das principais funções do fígado consiste em manter os níveis 
sanguíneos de glicose.
13Introdução ao metabolismo
O metabolismo dos lipídeos consiste na degradação e síntese dos ácidos 
graxos. Os ácidos graxos são degradados nas mitocôndrias das células, pela 
betaoxidação, em unidades de dois carbonos, formando acetil-CoA. A ativi-
dade da rota da betaoxidação varia com a concentração dos ácidos graxos, 
conforme a atividade da triacilglicerol-lipase no tecido adiposo, estimulada, 
por meio de reações de fosforilação/desfosforilação reguladas por AMPc, 
pelo glucagon e pela adrenalina, mas inibida pela insulina. Os adipócitos 
hidrolisam os triacilgliceróis a ácidos graxos e glicerol em resposta aos níveis 
desses hormônios, por meio de uma reação catalisada pela triacilglicerol-
-lipase. A síntese de ácidos graxos ocorre no citosol, mais especificamente 
no retículo endoplasmático liso, a partir do acetil-Coa. A taxa de síntese 
varia com a atividade da acetil-CoA-carboxilase, a qual é ativada por citrato 
e por desfosforilação dependente de insulina e inibida por palmitoil-CoA (um 
produto da rota) e por fosforilação dependente de AMPc e de AMP. A síntese 
dos ácidos graxos está sujeita à regulação a longo prazo, por meio de alterações 
nas velocidades de síntese das enzimas que fazem a mediação do processo, 
estimuladas pela insulina e pelas inibidas pelo glucagon (NELSON; COX, 
2019; CAMPBELL; FARRELL, 2016; VOET; VOET, 2013). 
O metabolismo dos aminoácidos refere-se à degradação e à síntese dos 
aminoácidos. O excesso de proteínas (sequência de aminoácidos unidos por 
ligações peptídicas) e de aminoácidos pode ser degradado a intermediários 
metabólicos comuns. A maioria dessas rotas inicia com uma transaminação 
do aminoácido ao seu correspondente alfacetoácido, com a transferência, no 
final, do grupo amino para a ureia pelo ciclo da ureia. A ureia é produzida no 
fígado, transportada pelo sangue e excretada pelos rins (são órgãos também 
importantes para a manutenção do pH sanguíneo) para eliminação na urina; 
dessa forma, ocorre a eliminação de nitrogênio (grupos aminos). O ciclo 
da ureia se dá em parte no citosol eem parte nas mitocôndrias das células. 
A leucina e a lisina são aminoácidos cetogênicos que só podem ser convertidos 
em acetil-CoA ou acetoacetato, motivo pelo qual não podem ser precursores 
de glicose. Os demais aminoácidos (alanina, cisteína, glicina, serina, treonina, 
asparagina, aspartato, arginina, glutamina, histidina, prolina, metionina, valina) 
são glicogênicos e podem ser, pelo menos em parte, convertidos em algum 
dos precursores da glicose, como piruvato, oxalacetato, alfacetoglutarato, 
succinil-CoA ou fumarato. Os aminoácidos fenilalanina, triptofano, isoleucina 
e tirosina são tanto cetogênicos quanto glicogênicos (NELSON; COX, 2019; 
CAMPBELL; FARRELL, 2016; VOET; VOET, 2013). 
Introdução ao metabolismo14
Os aminoácidos essenciais, aqueles que o organismo não consegue sin-
tetizar, devem ser obtidos a partir da alimentação, e os não essenciais são 
sintetizados pelo organismo por grupos amino pré-formados, utilizando rotas 
geralmente mais simples do que aquelas empregadas na síntese dos amino-
ácidos essenciais. As moléculas percursoras da síntese dos aminoácidos não 
essenciais fazem parte do ciclo de Krebs e do grupamento amino proveniente 
da degradação de aminoácidos. Como vários aminoácidos fornecem inter-
mediários do ciclo de Krebs, há uma interdependência entre os aminoácidos 
no seu processo de degradação e síntese, como o glutamato, a glutamina e a 
prolina, sintetizados a partir do alfacetoglutarato. O aspartato com suporte 
do oxalacetato recebe o grupo amino do glutamato. A asparagina com base 
no aspartato e o grupo amino provêm da glutamina. A alanina é oriunda da 
transaminação do piruvato e do glutamato. A serina é sintetizada a partir do 
gliceraldeído-3-fosfato, e a glicina e a cisteína derivam da serina. A arginina 
é utilizada durante o ciclo da ureia. E a tirosina origina-se da hidroxilação 
da fenilalanina. 
Indivíduos com defeito na enzima fenilalanina hidroxilase (que converte fenilalanina 
em tirosina) desenvolvem uma doença genética (autossômica recessiva) rara chamada 
fenilcetonúria, considerada um erro inato do metabolismo. Os níveis desse aminoá-
cido aumentam muito no organismo do indivíduo afetado, sendo tóxicos ao sistema 
nervoso central e podendo causar dano cerebral, deficiência intelectual, sintomas 
comportamentais, convulsões, etc. O diagnóstico desse defeito pode ser feito com 
o teste do pezinho. 
No jejum, as proteínas dos músculos esqueléticos são degradadas a ami-
noácidos, muitos dos quais convertidos em piruvato, que, por sua vez, é tran-
saminado, formando alanina. Esse tecido é estimulado por adrenalina, mas 
não por glucagon (não apresenta receptores para esse hormônio). A síntese 
de proteínas, por sua vez, ocorre principalmente no retículo endoplasmático 
rugoso, pelos ribossomos (CAMPBELL; FARRELL, 2016).
15Introdução ao metabolismo
Observe na Figura 4 a interação do metabolismo entre os principais órgãos 
e tecidos citados ao longo do capítulo, com a interconversão dos metabólitos. 
Figura 4. Inter-relações metabólicas entre cérebro, tecido adiposo, músculo, fígado e rim. 
As setas vermelhas indicam as vias predominantes no indivíduo alimentado. 
Fonte: Voet e Voet (2013, p. 1091).
O coração também merece atenção: trata-se de um órgão muscular (músculo 
cardíaco) que precisa manter atividade contínua para garantia dos batimen-
tos e consequente oxigenação do organismo. Então, esse músculo depende 
inteiramente do metabolismo aeróbio, exceto em curtos períodos de esforço 
extremo. Desse modo, ele é rico em mitocôndrias (ocupam 40% do citosol), 
ao contrário de alguns tipos de músculo esquelético, praticamente desprovidos 
dessas organelas. As células cardíacas podem degradar ácidos graxos, corpos 
cetônicos, glicose, piruvato e lactato. Os ácidos graxos são o combustível de 
escolha do coração em repouso, embora, em atividade intensa, ele aumente 
bastante seu consumo de glicose (VOET; VOET, 2013).
Introdução ao metabolismo16
Quando o organismo está em estado de jejum, sempre terá como prioridade 
o uso (degradação) de carboidratos, seguido pelas proteínas/aminoácidos e, 
em última instância, os ácidos graxos. Esse é um dos pontos importantes 
associados a dificuldade que muitas pessoas têm em controlar o peso corporal 
(NELSON; COX, 2019; VOET; VOET, 2013).
CAMPBELL, M. K.; FARRELL, S. O. Bioquímica. 8. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2016. 
864 p.
NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 7. ed. Porto Alegre: 
Artmed, 2019. 1272 p.
VOET, D.; VOET, J. G. Bioquímica. 4. ed. Porto Alegre: Artmed. 2013. 1512 p.
17Introdução ao metabolismo
Dica do professor
A regulação do metabolismo pode ser realizada pelas próprias enzimas participantes das vias 
metabólicas ou por hormônios. Quando há deficiência, falha ou inibição de algum desses sistemas 
de regulação, pode ocorrer alguma doença.
Veja, na Dica do Professor, o que acontece no diabetes melito.
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Exercícios
1) O metabolismo é constituído por uma série de reações enzimáticas que podem tanto 
degradar produtos ingeridos a partir da alimentação quanto sintetizar moléculas. Em relação 
a isso, marque a alternativa correta.
A) O catabolismo se refere a reações de degradação de substâncias, como ocorre na 
glicogenólise.
B) O catabolismo se refere à síntese de moléculas no metabolismo, como ocorre no ciclo do 
ácido cítrico.
C) O anabolismo se refere à síntese de moléculas no metabolismo. Um bom exemplo desse 
processo é a glicólise.
D) O anabolismo se refere à degradação de moléculas no metabolismo, como ocorre na glicólise.
E) Vias anfibólicas são aquelas em que ocorrem reações de anabolismo e anapleróticas, como, 
por exemplo, a glicogênese.
2) A regulação das vias metabólicas pode ocorrer por mecanismos complexos e sofisticados. 
Em relação a esses mecanismos, assinale a alternativa correta.
A) A regulação alostérica é caracterizada pelas propriedades catalíticas das enzimas que são 
alternadas pela ligação química onde ocorre o compartilhamento de um ou mais pares de 
elétrons entre os átomos; ou também pode ser transitória, quando há adição ou remoção de 
um grupo químico à cadeia polipeptídica. As transferências de grupos fosfato do ATP são um 
exemplo.
B) A regulação por modificação covalente é caracterizada pela ligação do substrato a um sítio 
ativo da enzima que irá afetar a conformação dos demais sítios dessa enzima, facilitando, 
assim, a ligação do substrato aos outros sítios. As ligações que mais ocorrem são por pontes 
de hidrogênio.
C) A regulação por ativação de zimogênios consiste na conversão de enzimas inativas 
(zimogênios) em suas formas ativas pela ação de enzimas proteolíticas em órgãos diferentes 
daqueles em que foram produzidas. Costuma ser mais presente em células secretoras, como 
as do pâncreas ou as salivares.
D) A produção de isoenzimas é caracterizada pela regulação e integração das atividades 
metabólicas dos diversos tecidos por comandos hormonais de fora da célula. As isoenzimas 
podem atuar tanto no estado alimentado quanto no jejum, de acordo com o tecido envolvido 
no processo.
E) A produção de hormônios é a principal forma de regulação enzimática, pois são moléculas 
com atividade catalítica que desencadeiam a produção de zimogênios ou de isoenzimas por 
modificações covalentes, tendo como objetivo final a ativação do catabolismo o mais 
imediatamente possível.
3) Os hormônios são substâncias químicas produzidas por glândulas do sistema endócrino ou 
por neurônios especializados. São de extrema importância para o controle do 
funcionamento do metabolismo, seja este anabólico, catabólico ou anfibólico. Em relação 
aos hormônios, assinale a alternativa correta.
A) Zimogênio é o hormônio responsável pela regulação alostérica da glicólise.
B) Cortisol é o hormôniodo estresse que promove anabolismo de aminoácidos nos músculos.
C) Adrenalina é um hormônio neurotransmissor que ativa o anabolismo das vias da glicogenólise 
e da beta-oxidação.
D) Glucagon é um hormônio neurotransmissor que ativa as vias anfibólicas para a ativação da 
glicólise e do ciclo do ácido cítrico.
E) Insulina é um hormônio que ativa a glicólise e o anabolismo, como a glicogênese e a 
lipogênese, e inibe a gliconeogênese, a glicogenólise e a degradação de lipídeos.
4) O fígado é considerado o centro do metabolismo, pois diversas vias metabólicas ocorrem 
nesse órgão. Ele também é responsável pela manutenção dos níveis adequados de 
nutrientes no sangue para uso pelo cérebro, pelos músculos, pelo tecido adiposo e por 
outros tecidos. Em relação ao metabolismo em órgãos, em tecidos e em nível subcelular, 
assinale a alternativa correta.
A) O músculo esquelético e o cérebro são órgãos oxigenados. Desse modo, realizam glicólise 
aeróbica no citosol das células.
B) Os eritrócitos não apresentam mitocôndrias. Desse modo, realizam glicólise anaeróbica.
C) O músculo cardíaco realiza glicólise anaeróbica no citosol das células, assim como beta-
oxidação, no mesmo espaço subcelular.
D) Os ácidos graxos são degradados no citosol e nas mitocôndrias do tecido adiposo.
E) A cadeia de transporte de elétrons e a fosforilação oxidativa ocorrem no citosol de células 
com baixas concentrações de oxigênio.
5) Os locais subcelulares são de extrema importância para as diversas etapas do metabolismo. 
Qual elemento a seguir é inexistente em células que não realizam glicólise aeróbica? Marque 
a alternativa correta.
A) Retículo endoplasmático liso.
B) Retículo endoplasmático rugoso.
C) Citosol.
D) Mitocôndrias.
E) Complexo de Golgi.
Na prática
O metabolismo pode ser classificado em vias metabólicas anabólicas, catabólicas ou anfibólicas. Há 
diversos compostos que são ingeridos a partir da alimentação e que podem influenciar na ativação 
ou inativação dessas vias.
Veja, no caso clínico a seguir, o efeito da ingestão da cafeína sobre 
o catabolismo.
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Saiba +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor:
Princípios de bioquímica de Lehninger
Neste livro, na parte de bioenergética e metabolismo, você poderá ter uma visão mais completa de 
como ocorrem as vias metabólicas anabólicas, catabólicas e anfibólicas dos carbo-hidratos, lipídeos 
e aminoácidos.
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Preditores de síndrome metabólica em idosos: uma revisão
A síndrome metabólica (SM) é definida como um conjunto de fatores de risco que inclui resistência 
à insulina, dislipidemia, obesidade abdominal e hipertensão e aumenta o risco de doenças 
cardiovasculares e diabetes. Devido a esses fatores, ocorrem importantes alterações no 
metabolismo dos carbo-hidratos e dos lipídeos.
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Triagem Neonatal (Teste do Pezinho)
A história das doenças raras está ligada à criação do teste de triagem neonatal, conhecido como 
Teste do Pezinho, incorporado ao Sistema Único de Saúde
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http://www.onlineijcs.org/sumario/30/pdf/v30n4a09.pdf
https://www.gov.br/saude/pt-br/composicao/sgtes/doencas-raras/triagem-neonatal-teste-do-pezinho