8-BQ Hidratos de carbono Metabolismo2022

Prévia do material em texto

04/12/2022
1
Filipe J. Teixeira, Ph. D.Dezembro 2022
Bioquímica geral
Hidratos de carbono
Metabolismo
Licenciatura em Ciências da Nutrição
1
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
2
Glicólise
Glicólise (do grego glykos:doce + lysis:quebra) designa a via pela qual a glucose
é convertida em piruvato, via frutose-1,6-bifosfato, com produção de 2 mol
de ATP por mol de glucose
A glucose chega ao sangue como resultado da quebra de
polissacáridos, ou de biossíntese (gluconeogénese)
Por meio de um transportador específico, entra para o
citosol da maioria das células, onde se encontram os
enzimas da glicólise
Esta sequência de 10 reações catalisadas
enzimaticamente tem um papel fundamental no
metabolismo energético, e é provavelmente a via
metabólica bioquimicamente melhor compreendida
O fluxo de metabolitos através da via é extremamente
sensível às necessidades da célula
1
2
04/12/2022
2
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
3
ATP ⇿ ADP ⇿ AMP 
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
4
PP PPPP
Adenina
Fosfatos inorgânicos
Ligação altamente energética
7.3 kcal or 30.5 kJ
Ribose
EnergiaEnergia
3
4
04/12/2022
3
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
5
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
6
Glicólise
Em condições de aerobiose (presença de
oxigénio) o piruvato resultante é posteriormente
oxidado no ciclo dos ácidos tricarboxílicos e
convertido em CO2 e H2O na fosforilação
oxidativa
Em condições de anaerobiose (ausência de
oxigénio) o piruvato é convertido em lactato
no músculo num processo designado por
fermentação homoláctica:
Glucose + 2ADP + 2Pi  2 lactato + 2 ATP + 2 H2O
Nas leveduras é convertido em etanol e CO2 na
fermentação alcoólica:
Glucose + 2ADP + 2Pi + 2 H+  2 etanol + 2 ATP + 2H2O
5
6
04/12/2022
4
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
7
x2
Fase 1:
Investimento 
energético
Fase 2: 
Produção 
energética
Fase de investimento energético: ocorre a
hidrólise de duas moléculas de ATP (passos
1 e 2)
Fase de produção energética: ocorre a
síntese de quatro moléculas de ATP
(passo 3); sendo o balanço final de ganho
de 2 moléculas de ATP
Principais passos:
1. Adição de grupos fosforilo à glucose;
2. Conversão dos intermediários 
fosforilados em compostos com 
ligações fosfato muito reactivas;
3. Hidrólise dos compostos reativos, 
associada à síntese de ATP
1
2
3
Glicólise
Glicogénio irá gerar 3 ATP
porque glicogénio fosforilase
não requer ATP
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
8
Glucose
G-6P
F-1,6BP
F-6P
DHAP G-3P
1,3-DPG 3-PG
PEP
PG Isomerase
Aldolase
TPI
2-PG
PGM
G-3PDH
NAD+
NADH
Pi
PGCK
ADP ATP
ENOLASE
H2O
PIRUVATE
CINASEADP
ATP
Piruvate
GLUT-2 (Fígado)
Glicogénio
PFKATP
ADP + Pi + H+
Lactato
LDH
NAD
NADH
Glicogenólise
G-1P
G6Pase
Glucose
GK
ATP
ADP + Pi + H+
HK
x2
Mitocôndria
- 2 ATP
4 ATP
2 ATP
2 NADH
6 carbonos
Moléculas com 
3 carbonos
Anaerobiose fermentação 
homoláctica
7
8
04/12/2022
5
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
9
Glicólise
Fase de investimento energético
Passo 1 Conversão da glucose em glucose-6-fosfato catalisada
pelo enzima hexocinase na presença de Mg2+
Passo 2
Isomerização da glucose-6-fosfato a frutose-6-fosfato
catalisado pelo enzima fosfohexose isomerase também
na presença de Mg2+
Irreversível, poderá ser 
reversível em células que 
fazem gliconeogénese 
(Fígado, rim)
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
10
Glicólise
Fase de investimento energético
Passo 4
Quebra da frutose-1,6-bifosfato em dois compostos com
três carbonos: dihidroxiacetona fosfato e D-gliceraldeído-
3-fosfato, catalisada pelo enzima frutose-1,6-bifosfato
aldolase
Passo 3
Fosforilação da frutose-6-fosfato a frutose-1,6-
bifosfato catalisada pelo enzima fosfofrutocinase
Irreversível
9
10
04/12/2022
6
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
11
Glicólise
Fase de investimento energético
Passo 6
Conversão do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-
bifosfoglicerato catalisada pelo enzima gliceraldeído-3-
fosfato desidrogenase
Passo 5
Isomerização da dihidroxiacetona fosfato catalisada pelo
enzima triose-fosfato isomerase
Fase de produção energética
2x
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
12
Passo 7
Conversão do 1,3-bifosfoglicerato em 3-fosfoglicerato
catalisada pelo enzima fosfoglicerato cinase
Glicólise
Fase de produção energética
Passo 8 Isomerização do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato
catalisada pelo enzima fosfoglicerato mutase
2x
2x
11
12
04/12/2022
7
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
13
Passo 9
Conversão do 2-fosfoglicerato em fosfoenolpiruvato
catalisada pelo enzima enolase
Glicólise
Fase de produção energética
Passo 10 Conversão do fosfoenolpiruvato em piruvato catalisada pelo
enzima piruvato cinase
Mg2+
2x
2x
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
14
X 2
Anaerobiose fermentação 
homoláctica
Ex: Músculo
13
14
04/12/2022
8
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
15
Glicólise - regulação
A glicólise está coordenada com as outras vias
de obtenção de energia metabólica: a síntese
e quebra de glicogénio, a via das pentoses de
fosfato; o ciclo dos ácidos tricarboxílicos
Como são várias as vias que convergem e
divergem da glicólise, os fatores que regulam
a glicólise tendem a regular as outras vias
Os dois enzimas que são preferencialmente
regulados são: o fosfofrutocinase e o piruvato
cinase
Os intermediários da glicólise são precursores
de um grande número de compostos,
nomeadamente lípidos e aminoácidos
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
16
Glicólise – outras fontes de carbono
Existem outras fontes de carbono, para além da 
glucose, disponíveis para entrar nesta via metabólica, 
tais como: outros monossacáridos (galactose e 
frutose), dissacáridos (lactose, maltose, manose e 
sacarose) e glicerol
15
16
04/12/2022
9
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
17
2 Piruvato
2 Acetil CoA
2CO2
2 NADHCoenzima A
PDH
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
18
Ciclo dos ácidos tricarboxílicos (TCA)
1930 a via glicolítica era conhecida, no entanto não se
conhecia a relação entre a oxidação da glucose e a
respiração celular (consumo de oxigénio)
1935 Szent-Györgyi  consumo de oxigénio e produção de
CO2 era acelerado pela adição de succinato, fumarato e
oxaloacetato; este investigador conseguiu ainda demonstrar
a sequência das reações:
Succinato  fumarato  malato  oxaloacetato
Martins e Knoop conseguiram continuar a sequência anterior
que ficou:
Citrato  isocitrato  α –cetoglutarato  Succinato 
fumarato  malato  oxaloacetato
Hans Krebs propos o ciclo como é hoje conhecido
17
18
04/12/2022
10
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
19
Ciclo dos ácidos tricarboxílicos (TCA)
O ciclo dos ácidos tricarboxílicos, ciclo
de Krebs ou ciclo do ácido cítrico é um
processo comum à degradação
oxidativa de procariotas e eucariotas
É uma via anfibólica, isto é, opera tanto
catabólica como anabolicamente
De um modo geral, consiste numa série
de reações que oxidam o grupo acetilo
(CH3CO) do acetil-CoA em duas
moléculas de CO2, conservando energia
metabólica com a formação de 3 x NADH
e 1 x FADH2
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
20
• TCA é iniciado pela adição enzimática, de um
grupo aldol, à acetil-CoA para formar citrato
• O citrato é isomerizado por desidratação-
hidratação para gerar (2R,3S)-isocitrato
• Oxidação enzimática e descarboxilação geram
2-cetoglutarato
• Novamente após descarboxilação e oxidação
gera-se succinil-CoA• A hidrólise deste metabolito a succinato
encontra-se acoplada à fosforilação da
guanosina difosfato em guanosina trifosfato
• A desaturação enzimática (dependente de FAD)
gerada pelo enzima succinato desidrogenase
gera fumarato
• Após hidratação esteroespecífica, ocorre a
conversão do fumarato em L-malato pelo
enzima fumarase
• O enzima malato desidrogenase converte o L-
malato em oxaloacetato a partir de reação
oxidativa dependente de NAD+
TCA explicação simplificada
19
20
04/12/2022
11
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
21
Mitochondria
ISOCITRATE
α-Ketoglutarate
Succinyl-CoA
Succinate
Fumarate
Malate
Oxalacetate
ACONITASE
ISOCITRATE
DEHYDROGENASE
α-ketoglutarate
DEHYDROGENASE
SUCCINYL CoA 
sinthetase
CITRATE SYNTHASE
NAD+
NADH
NAD+
CO2
CO2
GDPGTP
ADP ATP
H+
H+
CoA
FAD
FADH2
NADH
H2O
NAD+
H+NADH
Citric acid cycle
CITRATE
Succinate
Dehydrogenase
Fumarase
Malate
Dehydrogenase
TCA simplificado
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
22
FADH2
NADH
ATP
X3
X1
X1
CO2 X2
São consumidos: 
O2 x2
Por cada volta:
21
22
04/12/2022
12
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
23
Ciclo dos ácidos tricarboxílicos (TCA)
Principal fonte de substrato do TCA é a
acetil-CoA, um composto muito
energético, que provém de várias fontes:
conversão do piruvato que resulta da
glicólise, degradação de ácidos gordos
e aa
Síntese da molécula do acetil-CoA
envolve 5 reacções com a
estequiometria final:
Piruvato + CoA + NAD+  acetil-CoA + CO2 + NADH
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
24
TCA e outras vias metabólicas
Intermediários do ciclo: substratos de várias
vias metabólicas, o que confere ao TCA uma
natureza anfibólica (catabólica e anabólica)
Vias que usam intermediários do TCA
 Gluconeogénese, que consiste na
biossíntese de glucose a partir do malato
 Biossíntese de lípidos, que inclui a
biossíntese de ácidos gordos e colesterol,
através da produção de acetil-CoA, por
degradação do citrato
 Biossíntese de aa
 Biossíntese de porfirinas
23
24
04/12/2022
13
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
25
Regulação do TCA
Passos limitantes do ciclo: catalisados pelos
enzimas citrato sintase, isocitrato
desidrogenase e o α-cetoglutarato
desidrogenase
Regulação: disponibilidade de substrato
(acetil CoA), inibição pelo produto (NADH) e
inibição por outros intermediários do ciclo,
tais como o oxaloacetato
No músculo cardíaco, onde a principal
função do TCA é a produção de ATP
necessária para a contração muscular, o
fluxo do ciclo está diretamente relacionado
com a taxa de consumo de O2; Desta forma,
o consumo de O2, a reoxidação do NADH e a
produção de ATP estão diretamente
relacionados
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
26
Transporte eletrónico e fosforilação oxidativa
Lavoisier demonstrou que os seres vivos consomem oxigénio e produzem CO2
Na glicólise e TCA, a glucose é completamente oxidada em CO2, de acordo 
com a equação:
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O
Observando a transferência de eletrões, esta reação é descrita por duas
reações parciais (semi-reações de oxidação e redução respetivamente)
C6H12O6 + 6H2O  6CO2 + 24H
+ + 24e-
6O2 + 24e
- + 24H+  12H2O
25
26
04/12/2022
14
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
27
Transporte eletrónico e fosforilação oxidativa
Os 12 pares de eletrões não são transferidos diretamente para o 
oxigénio, eles são transferidos para os coenzimas NAD+ e FAD para 
formarem 10 NADH e 2 FADH2
Os eletrões passam então por uma cadeia transportadora de 
eletrões, onde ocorre a reoxidação do NADH e do FADH2
Antes da redução do O2 a H2O ocorre uma série de reações redox
Neste processo, os protões (H+) são expelidos da membrana 
mitocondrial, fazendo com que a energia armazenada sob a forma 
de um gradiente de pH sirva de força motriz para a síntese de ATP
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
28
Transporte eletrónico e fosforilação oxidativa
O transporte eletrónico ocorre via quatro complexos proteicos, de acordo
com o seu potencial redutor; os eletrões são transferidos:
• Complexo I e II para o complexo III através da ubiquinona ou coenzima Q
(CoQ);
• Complexo III para o complexo IV pelo citocromo c (proteína periférica da
membrana)
27
28
04/12/2022
15
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
29
Transporte eletrónico e fosforilação oxidativa
Complexo I - catalisa a oxidação do NADH:
NADH + CoQ (ox)  NAD+ + CoQ (red)
Complexo II - transfere os eletrões do FADH2 para
o CoQ:
FADH2 + CoQ (red)  FAD + CoQ (ox)
Complexo III - transfere os eletrões do CoQ
(reduzido) para o citocromo C (Cit. C) (oxidado):
CoQ (red) + cit. C (ox)  CoQ (ox) + Cit. C (red)
Complexo IV - transfere os eletrões do citocromo
C reduzido para o O2:
Cit. C (red) + ½ O2  Cit. C (ox) + H2O
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
30
Transporte eletrónico e fosforilação oxidativa
Transporte eletrónico: simultâneo com o transporte de protões da matriz 
mitocondrial para o espaço intramembranar
Movimento de protões ocorre contra o gradiente de concentração e contra 
o gradiente eletrónico 
O regresso dos protões à matriz mitocondrial fornece energia suficiente 
para a síntese de ATP
A reoxidação de cada molécula de NADH produz 3 x ATP, e de cada
molécula de FADH2 produz 2 x ATP
O balanço global destas três vias é de 38 ATP/mol glucose
29
30
04/12/2022
16
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
31
Membrana 
interna da 
mitocôndria
Espaço 
intramembranar
Matriz mitocondrial
Complexo I Complexo IIIComplexo III
Complexo IVComplexo IV
H+ H+H+
H+ H+H+ H+ H+
H+
TCA
FADH
NADH
e-e-
e-e-
H+
H+
NAD
FAD
Cadeia transportadora 
de eletrões
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
32
Complexo II
Complexo III
TCA
H+H+ H+H+H+H+
H+H+
H+H+
H+H+
H+H+
e-e-
e-e-
2H+ + 1/2 O2 + 2e-
H2O
ADP + HPO4- ATP
NADH
H+H+
H+H+
FADH
H+H+
H+H+
NAD
FAD
Complexo IV
e-e-
e-e-
e-e-
e-e-
H+H+
H+H+
H+H+
H+H+
Teoria quimiosmótica
Cadeia transportadora de eletrões
31
32
04/12/2022
17
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
33
Glucose
Piruvato
Acetil CoA
CATCAT
2ATP
2ATP
2NADH 6ATP
6NADH
2FADH2
6ATP
2ATP
18ATP
4ATP
2NADH
38 ATP
Resumo
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
34
33
34
04/12/2022
18
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
35
Transportadores de glucose
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
36
Insulina Glucose
Ação da insulina
35
36
04/12/2022
19
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
37
Insulina Glucose
Ação da insulina
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
38
Células do fígado e do rim sintetizam glucose a 
partir do oxaloacetato
gluconeogénese não ocorre no sentido inverso à 
glicólise
Partilham muitas vias em comum, algumas de 
facto em sentido inverso, no entanto a 
gluconeogénese tem de contornar as vias 
irreversíveis de glicólise 
Gluconeogénese
37
38
04/12/2022
20
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
39
Hexocinase → Fosforila a glucose no C6
“prendendo-a” dentro da célula
No fígado e pâncreas designa-se:
Glucocinase (isoforma)
Apenas células que possuem o enzima
glucose-6-fosfatase (capaz de remover
o grupo fosfato da G-6-P) podem efectuar
gluconeogénese:
Células do Fígado
Células do Rim (córtex)
O enzima glicogénio sintase é o elemento
chave para a síntese de glicogénio,
apenas células que possuem este enzima
podem sintetizar glicogénio:
Células do Fígado
Miócitos (glicogénio muscular só pode ser
utilizado pelo músculo)
Gluconeogénese/glicogéneseBioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
40
Glicogénio
100 g 
(400 kcal)
300-400 g 
(1600 kcal)
3 g 
(12 kcal)
1 g glicogénio 3 g água
39
40
04/12/2022
21
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
41
GlicogéneseGlucose
Glucose-6-fosfato
Glucose-1-fosfato
Uridina difosfato glucose
glicogénio
Glicogénio 
sintase
UDP glucose
pirofosfatase
Fosfoglucomutase
Hexocinase (todas as 
células exceto fígado)
ATP
ADP
UDP
UDP + ATP —> ADP + UTP
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
42
Citoplasma
Mitocôndria
A glucose é armazenada no 
interior da célula
glycogen
41
42
04/12/2022
22
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
43
Glicogenólise
Glicogénio G6-PG1-Pglicogéniofosforilase
fosfoglucomutaseExercício
I I
glicogénio fosforilase b 
(inactive) 
P P
Glicogénio fosforilase a (activa) 
Fosforilase cinaseFosforilase fosfatase
Ca2+
AMP
ADP
Pi
catecolaminas
P
P
+
glucose ATP
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
44
Metabolismo de H. Carbono - Resumo
Aminoácidos
Glicerol
Lactato
Glucose
gliconeogénese
Lactato
Piruvato
Glicogénio
Glicogénese
glicogenólise
Reservas no fígado e tecido
muscular
glicólise
Concentração sanguínea
Hormona reguladora: insulina
Hormonas contrarreguladores: glicagina, 
epinefrina, hormona do crescimento, 
cortisol
43
44
04/12/2022
23
Bioquímica Geral Licenciatura em Ciências da Nutrição Filipe Teixeira
45
Metabolismo de H. Carbono - Integração
Síntese e degradação de 
glicogénio
Gluconeogénese
Glicólise
Via das pentoses 
fosfato
Cetogénese
Síntese 
de 
ácidos 
gordos
β-oxidação de 
ácidos gordos
Ciclo dos 
ácidos 
tricarboxílicos
Degradação de aa e 
ciclo da ureia
45