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bioquÍmica
FABÍOLA REGINA STEVAN
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ISBN 978-65-5821-156-3
9 786558 211563
Código Logístico
I000692
 Bioquímica
Fabíola Regina Stevan
IESDE BRASIL
2022
© 2022 – IESDE BRASIL S/A. 
É proibida a reprodução, mesmo parcial, por qualquer processo, sem autorização por escrito da autora 
e do detentor dos direitos autorais.
Projeto de capa: IESDE BRASIL S/A. 
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Batel – Curitiba – PR 
0800 708 88 88 – www.iesde.com.br
CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO 
SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ
S866b
Stevan, Fabíola Regina
Bioquímica / Fabíola Regina Stevan. - 1. ed. - Curitiba [PR] : IESDE, 
2022.
144 p. : il.
Inclui bibliografia
ISBN 978-65-5821-156-3
1. Bioquímica. I. Título.
22-78329 CDD: 572.3
CDU: 577
Fabíola Regina Stevan Doutora e mestre em Ciências (Bioquímica) pela 
Universidade Federal do Paraná (UFPR). Graduada em 
Licenciatura em Ciências Biológicas também pela UFPR. 
Professora da graduação nas disciplinas de Bioquímica 
Geral e Clínica, Biofísica, Fisiologia Humana, Imunologia 
Geral e Clínica, Microbiologia, além de Psicofarmacologia. 
Professora da pós-graduação, tendo ministrado aulas 
nas disciplinas de Bioquímica Celular e de Fisiologia do 
Trabalho. Na pesquisa científica, tem experiência na área 
de Bioquímica, atuando principalmente nos seguintes 
temas: química de carboidratos, enzimologia e atividade 
biológica de princípios bioativos de plantas medicinais.
SUMÁRIO
1 Energia celular 9
1.1 O que estuda a Bioquímica? 10
1.2 pH e tampões 11
1.3 Equilíbrio ácido-básico 15
1.4 Distúrbios do equilíbrio ácido-básico 18
1.5 Bioenergética 21
1.6 Carboidratos 26
2 Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 35
2.1 Aminoácidos, peptídeos e proteínas 35
2.2 Estrutura de proteínas 42
2.3 Enzimas 46
2.4 Lipídeos de armazenamento 52
3 Metabolismo de carboidratos 61
3.1 Respiração celular 61
3.2 Ciclo do ácido cítrico 70
3.3 Fosforilação oxidativa 76
3.4 Rendimento energético 80
3.5 Gliconeogênese 83
3.6 Glicogênese e Glicogenólise 88
4 Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 94
4.1 Lipoproteínas 94
4.2 Lipólise 101
4.3 Lipogênese 105
4.4 Metabolismo de aminoácidos 110
4.5 Destino do grupo amino e ciclo da ureia 113
5 Integração do metabolismo 117
5.1 Mecanismo de ação hormonal 117
5.2 Bioquímica do estado alimentado e do jejum 125
5.3 Metabolismo na obesidade, na dieta, no câncer e no diabetes mellitus 130
 Resolução das atividades 139
APRESENTAÇÃO
Vídeo
Bem-vindo(a) ao mundo da Bioquímica, uma ciência que abrange os 
conhecimentos adquiridos dentro da química – em especial na química 
orgânica – e é a base para todas as outras ciências presentes nas Ciências 
Biológicas e nas Ciências da Saúde. A compreensão das macromoléculas 
e dos metabolismos envolvidos em cada organismo permitirá a integração 
com outras ciências.
Nesta obra, você estudará os principais temas relacionados com a 
integração das moléculas dentro da célula, culminando com o controle e a 
integração dos órgãos. 
No primeiro capítulo, vamos avaliar como a quantidade de íons de 
hidrogênio é controlada nos líquidos corporais, em especial no sangue, e a 
manutenção do pH para que ocorra a homeostase celular e corporal. Além 
disso, vamos avaliar como alterações do pH sanguíneo podem ocasionar 
doenças relacionadas aos distúrbios de ácido básico. Em seguida, vamos 
entender o que é e quais os tipos de metabolismo encontrados na célula, 
entendendo como a energia interfere na espontaneidade das reações 
químicas e como ocorre a atuação das moléculas transportadoras de energia. 
Depois disso, iniciaremos os estudos das macromoléculas, começando com 
os carboidratos, desde a sua estrutura básica, classificação e funções.
No segundo capítulo, entenderemos as estruturas e funções dos 
aminoácidos, seguido da formação das proteínas. Essas macromoléculas 
são encontradas em todos os compartimentos celulares e do organismo 
e têm a maioria das funções mais importantes. A função enzimática será 
detalhada, explicando a relação entre as proteínas e o metabolismo celular, 
assim como os seus mecanismos de funcionamento e controle, chamados 
de cinética enzimática. Ainda nesse capítulo, entenderemos como são os 
lipídeos e suas funções. 
No terceiro capítulo, o foco principal é a obtenção de energia a partir 
dos carboidratos, no processo chamado de respiração celular. Transitaremos 
pelas reações químicas e alterações metabólicas dentro da respiração 
aeróbia e da anaeróbia. O processo de respiração celular ocorre em três 
estágios distintos. No primeiro estágio ocorre o início da degradação dos 
substratos energéticos, carboidratos, lipídeos e proteínas, cada um com seu 
metabolismo específico. Existe em alguns casos um estágio intermediário 
com formação de acetil-CoA. O segundo estágio envolve a oxidação da 
molécula de acetil-CoA no ciclo do ácido cítrico e formação de moléculas 
transportadoras de elétrons, flavina adenina dinucleotídeo (FADH2) e 
nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH). No terceiro estágio, o NADH 
e FADH2 serão oxidados na cadeia transportadora de elétrons nas cristas 
mitocondriais. Nesse último estágio, ocorre o consumo de oxigênio e a 
formação da maior quantidade de ATP, e para que a formação de ATP seja 
mantida, é necessário controlar a glicemia. A glicogênese ocorre retirando 
8 Bioquímica
a glicose do sangue e aumentando a concentração hepática e muscular de glicogênio. Por 
outro lado, temos a glicogenólise, que é a quebra do glicogênio, e no jejum prolongado 
temos a gliconeogênese, formação de glicose a partir de outros metabólitos, que controla 
o aumento da glicemia. 
No quarto capítulo, vamos estudar como os lipídeos chegam aos tecidos por meio 
das lipoproteínas plasmáticas, depois de serem ingeridos ou sintetizados, onde cada 
lipoproteína tem funções e estruturas distintas. Em seguida, estudaremos o metabolismo 
dos lipídeos em diferentes situações nutricionais e hormonais, como a lipogênese e a lipólise. 
Dependendo desse estado nutricional, os aminoácidos também podem ser utilizados como 
fonte de energia. Uma coisa importante é que, para utilizar os aminoácidos como fonte de 
energia, é necessário a retirada do grupo amina, que na matriz mitocondrial se transforma 
em amônio. Essa transformação ocorre somente em dois tecidos: nos rins e no fígado. 
Os rins liberam o amônio diretamente na urina, sem precisar de outras transformações, 
enquanto o fígado precisa transformar o amônio em ureia, por meio do ciclo da ureia. Isso 
se justifica, pois o amônio é toxico para a maioria dos seres vivos, e eliminar o nitrogênio na 
forma de ureia é mais seguro, especialmente para os mamíferos.
No quinto capítulo, vamos estudar a integração do metabolismo dos vários órgãos, 
entendendo como os hormônios coordenam essas atividades. A análise será feita em 
vários estados nutricionais aprofundando o que foi citado anteriormente – no estado 
alimentado e de jejum. Também estudaremos o que ocorre no organismo quando em 
diferentes estados: quando há um estado de obesidade, durante uma dieta sem o uso de 
carboidratos e em doenças como o câncer e o diabetes mellitus. 
Aproveite ao máximo seu estudo das estruturas moleculares e do metabolismo da 
célula, além de avaliar a integração entre eles.
Bons estudos! 
Energia celular 9
1
Energia celular
A bioquímica é, por si só, um mundo muito vasto, pois envolve todas as reações 
químicas que ocorrem no organismo, desde o metabolismo celular até o controle feito 
nos órgãos. Além disso, ela é o alicerce para todas as outras ciências que estão dentro 
das Ciências Biológicas e das Ciências da Saúde. A compreensão desse fato facilitará 
bastante o entendimentode muitas outras disciplinas e o caminhar pela profissão.
Neste capítulo, passearemos por dentro da célula, analisaremos seu funcionamen-
to molecular e iniciaremos o entendimento sobre a bioquímica e sua importância para 
todos os organismos vivos.
Em seguida, definiremos o que é pH e explicaremos como ele é controlado na célula e 
a importância da sua manutenção para a homeostase celular e corporal. Também relacio-
naremos os resultados dos exames de avaliação do equilíbrio ácido-básico com os valores 
de referência e identificaremos as causas dos distúrbios ácidos-básicos.
Ao definirmos o que é o metabolismo e conceituarmos os seus tipos, poderemos 
explicar o conceito de energia livre de Gibbs e sua relação com as reações químicas 
do organismo, além de conceituar as moléculas transportadoras de energia e explicar 
como se dá o processo de transferência de energia na célula.
Em seguida, definiremos a função dos carboidratos e a sua estrutura básica, classi-
ficaremos e os monossacarídeos e descreveremos a reação de ciclização descrevendo 
a formação da ligação glicosídica, definindo e classificando os oligossacarídeos de inte-
resse humano. Assim, teremos condições de entender a relação entre os vários órgãos.
Com o estudo deste capítulo, você será capaz de:
• entender o conceito de bioquímica e sua importância para todos os organismos 
vivos;
• definir o que é pH, compreender seu controle na célula e sua importância para a 
homeostase celular e corporal;
• relacionar os resultados dos exames de avaliação do equilíbrio ácido-básico 
com os valores de referência;
• identificar as causas dos distúrbios ácidos-básicos;
• definir e conceituar os tipos de metabolismo; assimilar o conceito de energia 
livre de Gibbs e sua relação com as reações químicas do organismo; tratar das 
moléculas transportadoras de energia; entender como ocorre a transferência de 
energia na célula;
• definir e tratar da função e estrutura básica dos carboidratos; classificar os mo-
nossacarídeos e descrever sua reação de ciclização; descrever a formação da 
ligação glicosídica; definir e classificar os oligossacarídeos e os polissacarídeos 
de interesse humano.
Objetivos de aprendizagem
10 Bioquímica
1.1 O que estuda a Bioquímica?
Vídeo
A análise da bioquímica é muito importante para o entendimento do organismo 
como um todo, principalmente considerando a interação entre nutrição, metabo-
lismo, genética e ambiente. Você já parou para pensar no porquê de o corpo dos 
mamíferos possuir mais de 70% de água? Essa porcentagem indica o quão impor-
tante essa molécula é para a vida no planeta. Por isso, é necessário aprendermos 
um pouco mais sobre a molécula da água.
1.1.1 Análise físico-química da molécula de água
A água é formada por dois átomos de eletronegatividade muito diferentes, por 
isso ela é chamada de molécula polar. Desses dois átomos, o oxigênio é o segundo 
mais eletronegativo da tabela periódica (3,44); já o hidrogênio possui uma eletro-
negatividade mais baixa (2,44). Essa diferença faz com que o oxigênio atraia o único 
elétron do hidrogênio para mais próximo do seu núcleo.
Com isso, o ângulo entre as duas ligações covalentes passa a ser de 104,5º, ou 
seja, menor que 180º. Além disso, a aproximação do elétron de cada hidrogênio 
causa a formação de carga negativa no oxigênio e positiva nos hidrogênios, pro-
movendo a interação da água com íons presentes na solução por meio de uma 
interação dipolo-dipolo. A estrutura também permite a interação por ligação de 
hidrogênio, tanto com outras moléculas de água quanto com outras moléculas que 
tenham um átomo eletronegativo, geralmente oxigênio ou nitrogênio.
Figura 1
Estrutura da molécula de água e interação por ligação de hidrogênio
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
O
H
H
104,5º
Ligação de 
hidrogênio 
0,177 nm 
Ligação 
covalente 
0,0965 nm 
:
:
(a) (b)
Energia celular 11
As interações moleculares – tanto por dipolo-dipolo quanto por ligações de hi-
drogênio – permitem mudanças no estado físico da água. Quando a temperatura 
aumenta, as agitações moleculares se intensificam, e um exemplo disso ocorre na 
evaporação, em que essas agitações são tão intensas que rompem as ligações de 
hidrogênio, formando o vapor d’água.
Por outro lado, quando a água é resfriada, as agitações moleculares diminuem, 
aumentando a quantidade de pontes de hidrogênio. O gelo é um exemplo desse 
processo, pois as pontes de hidrogênio estão na sua maior quantidade possível, 
fazendo com que as moléculas de água fiquem praticamente imobilizadas. Já no 
estado líquido, a quantidade de ligações de hidrogênio permite um certo movimen-
to das moléculas, ao mesmo tempo que permanecem próximas umas às outras.
Por esse motivo, para que haja vida, é necessário que a solução aquosa esteja 
sempre no estado líquido. Isso é garantido pelo alto calor de vaporização, pois são 
necessárias 596 calorias para cada grama de água virar um grama de vapor e, devi-
do a isso, a tendência é que a maior parte da água permaneça em estado líquido. É 
necessário reforçar que todas as reações químicas no organismo vivo só ocorrem 
nesse estado físico da água.
Outra característica da água que permitiu que a vida se estabelecesse foi o alto 
calor específico, padronizado da seguinte forma: uma caloria para aquecer um 
grama de água em um grau Celsius. Isso significa que a temperatura da água tende 
a permanecer mais tempo estável, característica que facilita que as reações quími-
cas sejam mais efetivas, pois cada reação química necessita de uma determinada 
temperatura da solução.
1.2 pH e tampões
Vídeo
A análise da quantidade de água presente nos seres vivos mostra que todas as 
reações químicas necessitam estar em solução aquosa, e essa solução deve sempre 
estar na forma líquida. A interação entre as moléculas de água e as estruturas celu-
lares é influenciada tanto pela estrutura da H2O quanto pelo pequeno grau de ioni-
zação, originando os elementos da sua dissociação, H+ e OH–, o que gera o equilíbrio:
H2O H
+ + OH–
O grau de ionização da água no equilíbrio é de duas moléculas para cada 
109 moléculas a 25ºC, mas o fato de isso acontecer determina a propriedade de 
muitos solutos, inclusive influenciando no pH de muitas soluções. Além disso, 
as propriedades físico-químicas da água interferem no reconhecimento entre as 
biomoléculas. Algumas propriedades físicas da água – como ponto de fusão, de 
ebulição e de calor de vaporização altos – ajudam a manter o solvente no estado 
líquido e com temperatura mais estável, permitindo uma maior interação entre a 
água e os solutos. A capacidade da água de interagir por ligação de hidrogênio e 
interação eletrostática complementa as qualidades que favorecem a ocorrência 
das reações químicas.
12 Bioquímica
A quantidade de H+ – também chamado de próton – de uma solução pode 
influenciar em muitas estruturas e reações das células. É possível medir essa 
quantidade de H+ de uma solução aquosa por meio do pH, e para que ocorra um 
maior entendimento sobre a quantidade de H+, é necessário fazer uma análise da 
constante de equilíbrio da água:
Keq = [H
+][OH–]
 [H2O]
Ao considerar a água pura, observamos que a concentração da água equivale 
a 55,5 M, o que corresponde a (1000 g/L) / (18,015 g/mol). Com a pequena taxa de 
ionização da água – como mostrado anteriormente – o valor de 5,55 M pode ser 
substituído na expressão da constante de equilíbrio:
Keq = [H
+][OH–]
 [55,5 M]
Rearranjando, fica:
55 5, �M Keq H OH Kw� �� � � �� �� �� �� �
� �
Al
ho
vik
/S
hu
tte
rs
to
ck
Escala de pH
Ácido Neutro Alcalino
Portanto, Kw (constante da água) corresponde ao produto iônico da água a 25ºC, 
e essa constante é a base para a escala de pH.
O pH é uma maneira de determinar a concentração de H+ e de OH–, em qualquer 
solução aquosa, com as concentrações de 1 M de H+ e 1 M de OH–. A expressão a 
seguir define o que é pH:
pH = log 1 = – log [H+]
 [H+]
Para fins de ilustração, ao se avaliar o valor de pH emuma concentração de H+ 
de 1 × 10–7M, o pH é calculado da seguinte forma:
pH = log 1 = 7,0
 [1 x 10–7]
Seguindo cálculos semelhantes para as outras concentrações de H+, chegamos 
à seguinte escala de pH:
Energia celular 13
Tabela 1
Escala de pH
Tabela de escala de pH
[H+] (M) pH [OH–] (M) pOH
100 (1) 0 10–14 14
10–1 1 10–13 13
10–2 2 10–12 12
10–3 3 10–11 11
10–4 4 10–10 10
10–5 5 10–9 9
10–6 6 10–8 8
10–7 7 10–7 7
10–8 8 10–6 6
10–9 9 10–5 5
10–10 10 10–4 4
10–11 11 10–3 3
10–12 12 10–2 2
10–13 13 10–1 1
10–14 14 100 (1) 0
Fonte: Nelson; Cox, 2014, p. 60.
Avalie que existe uma relação direta entre as concentrações de H+ de uma solu-
ção aquosa e o valor de pH, não se tratando, portanto, de valores aleatórios. Outro 
fator que deve ser observado é o fato de a escala de pH ser expressa em logaritmo, 
por isso a variação de uma unidade equivale a uma diferença na concentração de 
H+ de cerca de dez vezes.
A diferença de concentração de H+ pode interferir na estrutura e função de di-
versas moléculas orgânicas devido à mudança na ionização dessas moléculas. Por 
esse motivo, deve ser feito o controle da quantidade de H+ – e, por consequência, 
do pH – o que mantém a estrutura molecular, bem como a atividade enzimática, 
e permite que as reações químicas aconteçam. Se as células conseguem executar 
seu papel, as atividades dos órgãos e sistemas ficam preservadas.
Há vários mecanismos para que o pH esteja controlado, sendo o químico o mais 
rápido, porém ele necessita que existam ácidos e bases na solução aquosa para 
que possam liberar e segurar prótons, respectivamente.
1.2.1 Sistemas tampões
O controle do pH nas soluções aquosas é necessário principalmente nos 
sistemas orgânicos. Para que esse controle seja feito, é preciso a presença de 
uma solução tampão, solução essa que promove resistência contra pequenas 
adições de ácido ou base, e, com isso, o pH pode ser mantido com poucas alte-
rações. Essa solução é formada por um ácido fraco e sua base conjugada, com 
cada uma delas apresentando uma constante de dissociação chamada pKa, que 
significa o valor de pH em que a solução que tem a concentração de ácido e base 
O valor de pOH é utilizado para 
determinar a alcalinidade, sendo 
que a expressão pOH log OH� � ��� �
��
�
��
� 
é semelhante à expressão do pH.
Para que haja liberação 
ou ligação com o próton, 
é necessária a presença 
de um ácido ou de uma 
base. No entanto, a acidez 
é exercida pelo íon H+ livre 
no sistema aquoso, e não 
pela própria molécula do 
ácido. Porém, é importante 
lembrar que os ácidos se 
dividem em fortes, que 
alteram totalmente o pH 
de uma solução, e fracos, 
que têm feitos brandos em 
soluções aquosas.
Saiba mais
Alguns ácidos fracos fazem 
parte no corpo humano, 
como o ácido carbônico e 
o ácido dihidrogenofosfato. 
O ácido carbônico participa 
do tampão bicarbonato, 
enquanto o ácido dihidro-
genofosfato participa do 
tampão fosfato.
Importante
14 Bioquímica
está exatamente igual. Um bom exemplo é o sistema tampão acetato, que apre-
senta um pKa de 4,76, significando que esse tampão controla o pH da solução 
aquosa desde o pH 3,76 até 5,76.
Para entendermos melhor sobre a solução tampão, devemos fazer uma análise 
da curva de titulação, como mostrado na Figura 2. Nessa curva, observamos a faixa 
de controle de pH do sistema tampão que corresponde desde um ponto abaixo 
até um ponto acima do valor de pKa. Quando o pH da solução estiver dentro dessa 
faixa de controle – mesmo que sejam feitas pequenas adições de H+ ou OH– –, isso 
exerce pouco efeito sobre o valor de pH. No entanto, se o pH da solução estiver 
fora da zona de controle, essa mesma quantidade de H+ ou OH– adicionada promo-
ve uma grande alteração do pH.
Figura 2
Curva de titulação da solução tampão acetato.
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
CH3COO
–
[CH3COOH] = [CH3COO
–]
CH3COOH
1
0
0 0,1 0,2
0 50 100%
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
2
3
4
5
6
7
8
9
OH– adicionado (equivalentes)
pH = pKa = 4.76
Percentual de titulação
Região de 
tamponamentopH
pH 5,76
pH 3,76
Quando analisamos o gráfico da curva de titulação de uma solução tampão, é 
perceptível que, com aumento de H+ e a tendência de o pH de baixar, a base segura 
prótons, fazendo com que o pH volte ao normal. Por outro lado, quando a quan-
tidade de H+ diminuir – ou seja, o pH tender a subir, – o ácido libera prótons para 
baixar o pH, voltando novamente ao normal. Entretanto, com essa análise, surge 
uma pergunta: todos os sistemas tampões apresentam o mesmo valor de pKa? A 
resposta é não: para cada ácido (HA) e sua base conjugada (A–), existe um pKa dife-
rente e, consequentemente, uma zona na qual esse tampão é efetivo.
Energia celular 15
Para ajudar a descrever a curva de titulação de qualquer ácido ou base, pode ser 
utilizada a equação de Henderson-Hasselbalch, descrita a seguir:
pH = pKa + log [A
–]
 [HA]
Nessa equação, é feita a relação entre o pKa, isto é, o pH e a concentração do 
tampão. Essa é uma forma de reescrever a equação da constante de ionização de 
um ácido, usada para avaliar as propriedades da relação ácido-base conjugada uti-
lizada para controlar o pH de uma solução. Uma coisa importante a se notar é que, 
quanto menor for o pKa do ácido, mais forte ele é. Assim, ao analisar a equação, 
devemos perceber que o pH da solução será igual ao pKa do ácido fraco quando 
possuir quantidades iguais de ácido e da sua base conjugada. Para ser um tampão, 
as variações de pH não podem ser bruscas; devido a isso, como já vimos, somente 
ácidos fracos fazem parte de um sistema tampão.
1.3 Equilíbrio ácido-básico
Vídeo
Para que ocorra um bom funcionamento tanto das células quanto de todos os 
líquidos corporais em um organismo vivo, é necessário que ocorra a manutenção 
do pH nesses locais. A manutenção do pH fisiológico – que deve girar em torno 
de 7,0 para a maioria dos líquidos nos seres vivos – é feita por vários tipos de 
substâncias.
Alguns animais, como os mamíferos, não podem apresentar grandes variações 
no pH em todos os líquidos corporais – o sangue apresenta uma faixa de variação 
de pH de apenas 0,1 ponto. Para continuarmos o estudo, precisamos avaliar os pHs 
em compartimentos corporais específicos dos seres humanos (Tabela 2). Observe 
que, quanto maior é a concentração de H+ livre, menor é o pH. Um excelente 
exemplo disso é o suco gástrico, que contém HCl (ácido clorídrico), um ácido forte, 
que libera uma grande concentração de próton, deixando a solução com o pH 
muito ácido.
Tabela 2
pH dos compartimentos corporais
Tabela do pH em compartimentos corporais
Compartimentos corporais pH
Sangue 7,35 – 7,45
Líquido intersticial 7,35 – 7,45
Suco gástrico 0,8 – 2,0
Intestino delgado 8,0 – 9,0
Urina 4,5 a 8,0
Citoplasma 6,0 a 7,4
Matriz mitocondrial 7,4
Fonte: Adaptada de Hall, 2011.
16 Bioquímica
Na maioria dos compartimentos corporais e celulares existe mais do que um 
tipo de sistema tampão ao mesmo tempo. Nesses sistemas, as concentrações de 
ácidos fracos e suas bases conjugadas devem ser suficientes para controlar o pH. 
Esse é o caso do sistema tampão fosfato, que possui o ácido dihidrogenofosfato 
(H2PO4
–) e a sua base conjugada chamada de fosfato (HPO4
–2), pKa de 6,86. A quan-
tidade desse tampão nas células é grande, e, por esse motivo, ele funciona mui-
to bem nesse local. Além do sistema tampão fosfato, as células possuem grandes 
quantidades de proteínas que apresentam grupos funcionais com capacidade de 
liberar ou captar prótons.
Como vimos anteriormente, o pH do sangue não pode sofrer grandes variações, 
e em razão disso são necessários três tampões que trabalham juntos: o tampão 
fosfato, as proteínas sanguíneas e o sistema bicarbonato-ácido carbônico.
O tampão fosfato, que também está nas células, apresenta-se em concentra-
ção insuficiente no sangue, logo ele não estabiliza o pH sozinho. Além dele, temos 
as proteínas sanguíneas, que por sua vez auxiliam na manutenção do pH, masa 
quantidade desses dois sistemas tampões não pode ser alterada.
Dessa forma, o principal tampão sanguíneo é o sistema bicarbonato-ácido 
carbônico, com pKa de 6,1. Para que esse sistema tampão se inicie, é necessário 
que o dióxido de carbono produzido nas células reaja com a água do citoplasma 
da hemácia, local onde essa reação é catalisada pela enzima anidrase carbônica, 
conforme a reação a seguir:
CO2 + H2O H2CO3 H
+ + HCO3–
Anidrase carbônica
O gás carbônico gerado nas células vai para o sangue e entra nas hemácias, 
nas quais a reação descrita no esquema anterior ocorre. O H+ liberado no final da 
reação poderia diminuir o pH da hemácia, mas, para que isso não ocorra, ele se liga 
na hemoglobina. O HCO3– gerado na reação sai para o plasma sanguíneo pela troca 
com um Cl–, e, como apenas o bicarbonato vai para o plasma sanguíneo, a concen-
tração dessa base aumenta, podendo reagir com o H+ que estiver em excesso, o 
que reverte a reação para a formação de CO2 novamente. A concentração de ácido 
carbônico é de cerca de 1,25 x 10–3 M e a de bicarbonato, de 25 x 10–3 M. Colocan-
do-se esses dados na equação de Henderson-Hasselbalch – e lembrando que o pKa 
do ácido carbônico é 6,1 –, o pH obtido fica da seguinte forma:
pH = 6,1 + log [HCO3–]/[H2CO3] = 6,1 + log 25 x 10
–3/1,25 x 10–3 = 6,1 + log 20 = 7,4
Na equação anterior, não é considerada a concentração de dióxido de carbono, 
mas ele ainda é necessário para a formação de ácido carbônico. Portanto, um au-
mento da pressão parcial de CO2 (pCO2) aumenta diretamente a concentração de 
ácido carbônico e, em seguida, libera H+ e a base bicarbonato.
Energia celular 17
Tendo em vista que a produção de gás carbônico é constante e variável, é preci-
so que haja eliminação do gás para controlar o excesso de H+ livre no sangue, sen-
do necessária a ativação do processo de ventilação pulmonar para isso. É preciso 
também controlar diretamente a quantidade de H+ livre e de bicarbonato, processo 
feito pelo sistema renal.
É importante notar que a ventilação alveolar pode modificar a concentração 
de CO2 e H
+, e o aumento da concentração de gás carbônico e de prótons ativa 
o sistema, circunstância que promove estimulação na movimentação muscular 
respiratória. Isso significa que, se ocorrer um aumento na quantidade de H+, a taxa 
de ventilação aumenta; porém, quando ocorre aumento do pH, a taxa de ventilação 
não diminui na mesma proporção. Isso se deve à interferência de vários fatores, 
como a pO2. Percebemos, então, que a resposta respiratória à diminuição do pH 
é muito mais efetiva em relação à do aumento do pH, chegando a uma eficiência 
desse sistema de controle que fica entre 50 e 75%.
Um fato importante é que alterações geradas pelo sistema respiratório são sem-
pre imediatas. Desse modo, alterações abruptas do pH sanguíneo são controladas, 
mas esse sistema apresenta limitação de amplitude, tendo em vista que, se ocorrer 
uma maior frequência respiratória, o ar não chega aos alvéolos pulmonares, e se 
a diminuição da ventilação pudesse ser grande, pararia a movimentação dos mús-
culos respiratórios, o que faria com que não houvesse troca gasosa e o indivíduo 
viesse a óbito. Por essas limitações de amplitude, apesar da rapidez, é necessário 
que haja a participação do sistema renal para corrigir a falha no sistema.
Como foi visto na tabela de pH (Tabela 2), a urina pode ter pH ácido ou básico, 
dependendo de como estava o pH sanguíneo. Os processos de filtração, reabsorção 
e secreção renal promovem um controle na quantidade de H+ e HCO3– no sangue. 
O HCO3– passa do sangue para a urina por filtração nos glomérulos renais, já o H
+ é 
reabsorvido ou secretado nas células tubulares, de acordo com a necessidade de 
controle do equilíbrio ácido-base do organismo. Assim, se a quantidade de HCO3– 
filtrado for maior que de H+ secretado, a urina se tornará básica e o sangue, mais 
ácido. Por outro lado, se a quantidade de H+ secretado for maior do que de HCO3– 
filtrado, a urina torna-se ácida e o sangue, mais básico.
Além do gás carbônico, o organismo produz moléculas ácidas, que podem alte-
rar o pH sanguíneo. Diferentemente do CO2, esses outros ácidos não conseguem 
ser eliminados no sistema respiratório, o que é feito pelos rins. A eliminação desses 
ácidos é acompanhada da reabsorção de bicarbonato; por outro lado, quando o 
bicarbonato é eliminado, ocorre reabsorção do H+. Quando acontece aumento do 
HCO3–, ocorre reação com o H
+ no meio extracelular, o que faz com que o pH do 
meio extracelular e do sangue seja controlado. Cerca de 80 a 90% desse processo 
ocorre no túbulo proximal, os outros 10% restantes são reabsorvidos no túbulo dis-
tal. Entretanto, quando algum desses mecanismos está descompensado, surgem 
alterações no pH sanguíneo, além de nos valores de referência, circunstância que 
caracteriza doenças – e estas, se não compensadas pelo organismo e/ou tratadas, 
podem levar ao óbito do indivíduo.
Quando o pH sanguíneo 
está abaixo de 7,35, o 
indivíduo entra em acidose. 
Esse quadro pode alterar a 
ionização dos aminoácidos, 
o funcionamento cardíaco e 
cerebral. Em uma situação 
em que o pH sanguíneo se 
encontra acima de 7,45, ele 
está em alcalose, podendo 
ocorrer parada cardíaca. No 
entanto, a urina apresenta 
pH alterado e somente 
indica o que estava aconte-
cendo com o pH sanguíneo, 
o que não afeta a saúde.
Saiba mais
18 Bioquímica
1.4 Distúrbios do equilíbrio ácido-básico
Vídeo
Em situações nas quais o pH sanguíneo está fora da faixa de referência – e o 
organismo não consegue retornar sozinho –, ocorre o distúrbio do equilíbrio ácido-
-base. Quando o pH está abaixo de 7,35, o indivíduo está em acidose; já quando o 
pH sanguíneo está acima de 7,45, o indivíduo está em alcalose.
A acidose ocorre quando a quantidade de H+ no sangue está elevada; para o 
rim compensar isso, é necessário que ocorra a reabsorção de todo o bicarbonato 
filtrado, além da produção de ainda mais bicarbonato, aumentando a quantidade 
de base no sangue. Para que a correção seja efetiva, a eliminação de sais e de H+ 
nos túbulos renais também aumenta.
No processo de acidose, ocorre a inibição dos transportadores de eliminação de 
potássio, ocasionando acúmulo de K+ nas células. Em razão disso, nessa situação é 
necessário eliminar o H+, mantendo, dessa forma, a eletroneutralidade sanguínea. 
Portanto, nesse processo, a eliminação de H+ aumenta a reabsorção de K+; e mes-
mo ele acontecendo, na acidose não ocorre uma hipercalemia 1 significativa.
Na alcalose, por sua vez, a concentração plasmática de potássio diminui; sendo 
assim, a reabsorção de K+ ocasiona a saída de H+. Esses transportes de potássio e 
prótons ocorrem em quase todos os túbulos renais, exceto nas porções finais 
descendentes e ascendentes da alça de Henle, como ilustrado na figura a seguir.
Figura 3
Processo de secreção de HCO3
– e reabsorção de H+ nos túbulos do néfron durante a alcalose
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Anidrase 
carbônica
Excretado 
na urina
ATP
ATP
+ H
 H
+ 
+ 
+ 
 H + 
 K + K + 
 H + 
Sangue
Células 
intercalares 
do tipo B
Lúmen do 
ducto coletor 
Espaço 
intersticial
[H ] baixa
Ocorre quando há uma 
presença de altos níveis de 
potássio no sangue.
1
Energia celular 19
Alterações do equilíbrio ácido-base podem ter várias causas, caracterizando 
diversas doenças. Se as causas modificarem a quantidade de gás carbônico, a 
doença gerada será uma acidose ou uma alcalose respiratória. Por outro lado, se 
for uma causa que altere diretamente os níveis de H+ ou bicarbonato, então pode 
se tratar de uma acidose ou alcalose metabólica.
A análise dos sintomas ajuda a iniciar o diagnóstico, mas eles podem ser 
confundidos entre si. A única maneira de fazer a diferenciação correta é por meio 
de exames laboratoriais chamados de gasometria. Esse procedimento correspon-
de à análise da pO2, da pCO2, do pH sanguíneo, da concentração de bicarbonato, 
de outros componentes – como excesso de bases (BE) – e do ânion gap.Somente 
após avaliação de todos esses parâmetros é possível fechar o diagnóstico e iniciar 
um tratamento.
Existem diferenças nos valores de gasometria dependendo do tipo de sangue 
analisado, que pode ser arterial ou venoso, e isso se deve principalmente à me-
nor quantidade de gás carbônico presente no sangue arterial – que é, portanto, 
o melhor para essa análise.
Existem alguns fatores que interferem na gasometria, como: heparinização 
excessiva na amostra arterial, mistura de sangue venoso e arterial, atraso no 
envio da amostra, bolhas de ar na seringa e má perfusão (DONN; SINHA, 2006). 
Depois de todos os valores serem obtidos e com os sintomas avaliados, pode 
ser utilizado o normograma (Figura 4) para fechamento do diagnóstico, com 
limites de confiança de 95%. 
Figura 4
Normograma ácido-base
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Acidose 
respiratória 
crônica
 Alcalose 
metabólica 
Alcalose 
respiratória 
aguda
Alcalose 
respiratória 
crônica
Acidose 
metabólica
Normal
 Acidose respiratória aguda
120 100 90 80 70 60 50
4060
56
52
48
44
40
36
32
28
24
20
16
12
7,0 7,1 7,2 7,3 7,4
pH
7,5 7,6 7,7 7,8
8
4
0
35
30
20
15
10
[HCO3
–]
Equilíbrio ácido base
PCO2
20 Bioquímica
Alterações graves no trato respiratório ocasionadas por doenças podem ge-
rar acidose respiratória. Existem várias doenças capazes de ocasionar acidose 
respiratória, por exemplo: a doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), escle-
rose múltipla, poliomielite, fraqueza dos músculos respiratórios e até mesmo 
depressão do sistema respiratório ocasionada por medicamentos ou drogas. Em 
todas as doenças citadas aqui, pode ocorrer retenção de gás carbônico, e isso pro-
move deslocamento do equilíbrio da reação do tampão bicarbonato para a direita, 
aumentando a formação de H+ e diminuindo o pH sanguíneo.
↑CO2 + H2O H2CO3 ↑H
+ + ↑HCO3–
O deslocamento da reação – causado pelo problema respiratório – faz com que 
o sistema renal elimine uma maior quantidade de H+ para a urina, assim como 
aumenta a reabsorção de bicarbonato. Com esses dois processos acontecendo 
ao mesmo tempo, o pH sanguíneo sofre um aumento moderado. Devido a isso, o 
pH não retorna para a faixa normal se a causa respiratória persistir, ocasionando 
aumento de HCO3– e H
+ na acidose respiratória descompensada.
Na acidose metabólica, a quantidade de H+ aumenta muito porque o corpo aca-
ba produzindo uma grande quantidade de ácidos e não consegue eliminá-los na 
mesma velocidade. As principais causas da acidose metabólica são: diarreia grave, 
acidose láctica – causada pelo excesso de produção de ácido láctico –, insuficiência 
renal e diabetes mellitus, quando ocorre aumento excessivo da produção de ácido 
acetoacético e ácido β-hidroxibutírico – os chamados cetoácidos.
Para avaliar a gasometria de um indivíduo, é preciso relembrar a equação do 
sistema tampão bicarbonato. Quando ocorre uma acidose metabólica, é possível 
observar que a quantidade de H+ produzido é maior do que a de bicarbonato no 
sangue, fazendo com que o pH sanguíneo baixe, como mostra a reação a seguir:
↑CO2 + H2O H2CO3 ↑H
+ + ↓HCO3–
Com a diminuição do pH e o aumento de pCO2, ocorre ativação do reflexo da 
respiração – o que causa a taquipneia no indivíduo. O aumento da eliminação do 
gás carbônico desvia a reação para a esquerda, diminuindo os níveis de H+ do siste-
ma e, assim, tentando fazer o pH voltar ao normal. Porém, isso ocorrerá apenas se 
o indivíduo não apresentar nenhuma doença pulmonar.
Quando acontece aumento da ventilação em um indivíduo – independentemente 
do motivo –, a eliminação de gás carbônico também aumenta. Isso desloca a rea-
ção do tampão bicarbonato, estimulando a maior produção de CO2, o que acaba 
diminuindo a concentração de H+ no sangue e ocasiona uma alcalose respiratória.
A hiperventilação pode ser causada por diversos motivos, seja voluntariamen-
te, por uma crise de ansiedade, por ventilação mecânica feita de modo errado, 
por anemia etc. Nesse processo, ocorre uma grande eliminação de gás carbônico 
Energia celular 21
– ocasionando o processo de deslocamento que vimos também na taquipneia –, e 
isso diminui a quantidade de H+, levando à alcalose.
↓CO2 + H2O H2CO3 ↓H
+ + ↓HCO3–
O organismo promove a compensação da alcalose respiratória por via renal. 
Com isso, aumenta a liberação de bicarbonato na urina e a reabsorção do próton, 
o que auxilia na tentativa de correção da alcalose.
Por outro lado, vômitos, ingestão excessiva de bicarbonato – em caso de antiá-
cidos, mas também pela hipocalemia – podem acarretar uma redução da quanti-
dade de H+ do plasma e um aumento na quantidade de bicarbonato, gerando uma 
alcalose metabólica.
↓CO2 + H2O H2CO3 ↓H
+ + ↑HCO3–
Essa diminuição de H+ promove o deslocamento da reação para a direita, ge-
rando a diminuição do CO2 e o aumento da concentração de HCO3–. O organismo 
rapidamente promove a compensação por meio do sistema respiratório – ocasio-
nando bradipneia. A diminuição da taxa respiratória causa aumento na retenção de 
CO2, aumentando também a quantidade de prótons, diminuindo o pH e fazendo-o 
voltar aos níveis normais. Em causas diferentes da hipocalemia, os rins promovem 
liberação de bicarbonato e retenção de H+. Na hipocalemia, a falta de potássio é 
ocasionada pela mesma proteína que faz a eliminação de próton, e isso causa a 
alcalose.
Como foi visto, a manutenção do pH dos líquidos corporais é fundamental para 
que o organismo possa funcionar perfeitamente, ou seja, estar em homeostase. 
Porém, somente isso não é suficiente para manter a vida.
1.5 Bioenergética
Vídeo
O funcionamento celular depende de transformações energéticas na célula, 
e, para tanto, é necessário que os nutrientes que entram por meio da membra-
na plasmática sejam transformados para fornecer energia à célula. Os alimentos 
fornecem essas moléculas, mas elas são muito complexas para serem utilizadas 
diretamente como fonte energética. Para que isso ocorra, é necessário que as mo-
léculas provenientes dos alimentos sejam transformadas em outras mais simples 
e que a energia liberada seja armazenada em moléculas de transporte energético. 
Estas servirão para transportar a energia para processos de síntese de molécu-
las estruturais ou de armazenamento. As transformações devem ser realizadas de 
maneira controlada e direcionada, formando o metabolismo celular. Todos esses 
processos são estudados pela bioenergética, como mostram Nelson e Cox (2014, 
p. 506): “A Bioenergética é o estudo das variações energéticas que ocorrem nas 
22 Bioquímica
reações químicas. Esse estudo possibilita compreender por que determinadas 
reações acontecem espontaneamente e outras precisam de energia externa para 
acontecer”.
1.5.1 Leis da termodinâmica
Os processos orgânicos seguem muitas leis físicas, entre elas as da termodinâ-
mica, mas, para uma melhor compreensão, precisamos definir essa lei: nos primór-
dios, essa ciência estudava as alterações que o calor ocasionava nas estruturas, 
porém, com o decorrer do tempo, os cientistas perceberam que essa análise não 
era suficiente. Por esse motivo, segundo Heneine (2010, p. 55), modificaram o con-
ceito dizendo que a “termodinâmica estuda toda e qualquer mudança que ocorra 
no Universo”. Existem duas leis para a termodinâmica:
 • 1ª Lei: para que qualquer mudança física ou química ocorra, a quantidade 
total de energia no universo permanece constante, ela pode se alterar ou ser 
transportada entre regiões, mas não pode ser criada ou destruída (NELSON; 
COX, 2014).
 • 2ª Lei: a entropia total de um sistema deve aumentar quando um proces-
so ocorre de modo espontâneo, isto é, sem interferência externa (MURRAY 
et al., 2013). Essa lei também trata da transferência de energia entre os sis-
temas, afirmando que a energia sempre se desloca de onde tem mais para 
onde tem menos. 
Podemos entender melhor as leis com base em alguns exemplos, começando 
pela primeira lei. Imagine um guepardo correndo. Para que ele possa fazer isso, 
primeiro oprimeiro passo é ter se alimentado adequadamente. O alimento passa 
pelo processo de digestão e, em especial, os aminoácidos são liberados; o fígado do 
guepardo transforma alguns aminoácidos em glicose, e depois essa glicose vai para 
as células, incluindo as do músculo estriado esquelético.
Na célula muscular, ocorre transferência de energia da glicose para o ATP (ade-
nosina trifosfato); na hora da corrida do animal, o ATP é hidrolisado, propiciando o 
movimento muscular. Perceba que em todas essas transformações energéticas 
ocorre liberação de calor, esquentando o corpo do animal; entretanto, além disso, 
a energia armazenada no ATP diminui, e o animal precisa de nova alimentação e 
repouso pouco tempo depois.
Agora trazendo a segunda lei em palavras mais simples, ela descreve um pro-
cesso natural do movimento energético; a energia sempre se desloca do meio mais 
energético para o menos energético. Exemplificando: quando um indivíduo 
sai de um ambiente frio e entra em outro com temperatura maior 
do do que seu corpo, em pouco tempo o corpo se aque-
ce. Isso ocorre porque a energia térmica está aumenta-
da no ambiente quente e é transferida para o corpo do 
indivíduo.
Br
ai
nC
ity
Ar
ts
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hu
tte
rs
to
ck
QUENTE Transferência de calor FRIO
Energia celular 23
Os processos de modificação de energia nas células demandam a ocorrência de 
várias reações químicas, muitas delas sequenciais. Essas reações são chamadas em 
conjunto de metabolismo.
1.5.2 Tipos de metabolismo
O metabolismo é dividido em dois tipos: catabolismo e anabolismo. O catabo-
lismo se inicia com a modificação de macromoléculas em produtos mais simples. 
Nesse caso, como ocorre quebra de ligações químicas, acontece liberação de ener-
gia. Já o anabolismo acontece quando moléculas pequenas sofrem várias reações 
formando moléculas mais complexas. O anabolismo promove formação de liga-
ções químicas para fazer a síntese da macromolécula e, na grande maioria dos 
casos, utiliza energia de outra fonte – como o ATP ou mesmo transportadores de 
elétrons, como o NADPH. Esses dois tipos de metabolismo apresentam reações 
químicas catalisadas por enzimas distintas, não sendo apenas processos inversos. 
Para compreender melhor esse processo, analise o princípio geral da bioenergética
O princípio geral da bioenergética verifica como ocorre integração entre cata-
bolismo e anabolismo, pois a energia liberada pela quebra de ligações químicas no 
catabolismo é utilizada para formar as ligações no anabolismo, como mostrado na 
figura a seguir.
Figura 5
Integração entre as reações de quebra e síntese na célula
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Macromoléculas celulares
Proteínas
Polissacarídeos
Lipídios
Moléculas precursores
Aminoácidos
Açúcares
Ácidos graxos
Nutrientes liberadores 
de energia
Carboidratos
Gorduras
Proteínas
Produtos finais pobres 
em energia
CO2
H2O
Anabolismo Catabolismo
Energia 
química
ATP
NADH
NADPH
FADH2
ADP + HPO
 NAD+
NADP+
FAD
 2–
 4
24 Bioquímica
Um exemplo do processo de catabolismo é a quebra de glicose que ocorre 
quando a célula necessita de ATP para seu funcionamento. Nesse processo, além 
de se formar o ATP, forma-se NADH – os dois são moléculas transportadoras de 
energia, mas possuem suas diferenças. O ATP é uma molécula rica em grupos 
fosfato e pode ser utilizado por várias proteínas, seja para fazer transporte ativo 
de membrana, para outras reações químicas, para a contração muscular etc. Já 
o NADH, que é uma molécula transportadora de elétrons e hidrogênio, pode ser 
utilizado em reações químicas apenas. As reações de síntese são endergônicas 
(armazenam energia), enquanto as de quebra são as exergônicas (liberam energia).
Todos os processos da célula seguem outras leis físicas, como: a entropia (S), a 
entalpia (H) e a relação entre elas, chamada variação de energia livre de Gibbs (∆G). 
Heneine (2010, p. 59) explica esses processos da célula:
A Entalpia compreende o conteúdo de calor de um sistema, a Entropia é 
a qualidade de energia incapaz de realizar, o que significa que existe uma 
tendência ao caos no sistema. Energia livre (∆G) relaciona a entalpia com a 
entropia e analisa quanta energia consegue realizar trabalho, sempre anali-
sando quando a temperatura e a pressão estiverem constantes.
Considere a equação a seguir:
∆G = ∆H – T ∆S
O ∆H é a variação da entalpia, ∆S é a variação da entropia e T é a temperatura 
absoluta.
Quando verificamos essa equação, devemos analisar o valor final de ∆G que 
corresponde à energia livre do sistema. Nessa análise, temos que notar se a rea-
ção química será ou não espontânea. Quando ∆G possui valor negativo, a reação 
é exergônica e, portanto, espontânea. Já se o ∆G for positivo, é necessário que 
outra fonte energética esteja na reação, portanto a reação é endergônica e não 
espontânea. Porém, se o ∆G for igual a zero, a reação está no equilíbrio químico 
perfeito.
As moléculas transportadoras de energia fazem com que não ocorra perda 
energética entre catabolismo e anabolismo, e cada uma delas apresenta especi-
ficidades com enzimas e o tipo de metabolismo. Existem dois tipos de moléculas 
que apresentam essa função: as moléculas transportadoras de elétrons e hidro-
gênios e as moléculas com fosfato rico em energia.
Para que as reações de óxido-redução – ou seja, de troca de elétrons – ocorram, 
são necessários transportadores de elétrons e hidrogênios. Algumas dessas mo-
léculas são ativadores enzimáticos e derivadas de vitaminas do complexo B; entre 
elas estão a nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) e a nicotinamida adenina 
dinucleotídeo fosfato (NADP+) – que são derivadas da niacina – e a flavina adenina 
dinucleotído (FAD), derivada da riboflavina.
O NAD+ é considerado o carreador de elétrons mais importante; seu anel de 
nicotinamida é a estrutura molecular que pode reagir com um próton e dois elé-
trons, ocasionando oxidação do substrato.
Energia celular 25
Figura 6
Nicotinamida adenina dinucleotídeo 
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A 
A
NN
CC NHNH2
NHNH2OO
OO
OO OO
PP PP
OO– OO–
OO OO
OO
OHOH OHOH
OO
OHOH OHOH
NN
NN
NN
NN
NN NN
RR RR
NAD+
B
NADH
(Oxidado) (Reduzido)
CC CC
2H2HOO OOHH HH
NHNH2NHNH2
A: Estrutura da nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) oxidada 
B: Reação de acepção de elétrons e hidrogênio pelo NAD+.
Como mostrado na Figura 6, o NAD+ auxilia nas reações de desidrogenação, 
recebendo um H+ da molécula doadora e sendo reduzida para formar NADH, 
enquanto o outro H+ fica livre na solução aquosa. A reação de redução do NAD+ é 
mostrada a seguir:
NAD+ + 2 H+ + 2 elétrons NADH + H+
O NADP+ possui a mesma origem vitamínica em relação ao NAD+, e, por esse 
motivo, a reação entre elas é muito semelhante. Existe, porém, uma diferença fun-
damental entre esses dois transportadores: enquanto o NAD+ é utilizado em rea-
ções de catabolismo, o NADP+ é utilizado em reações de anabolismo.
O FAD é outra molécula transportadora de prótons e elétrons; a parte da molé-
cula que possibilita a reação no FAD é o anel isoalaxazina. De modo semelhante ao 
NAD+, o FAD pode aceitar dois elétrons e dois prótons, mas os dois H+ são captados 
diretamente pelo anel, formando a molécula reduzida FADH2.
26 Bioquímica
FAD+ + 2 e– + 2 H+ FADH2
Outros tipos de moléculas que transportam energia são aquelas que possuem 
nucleotídeos contendo ribose e fosfato rico em energia. Esse tipo de molécula é 
essencial para o funcionamento da célula, pois funcionam como uma moeda de 
troca. Em reações não espontâneas, é necessário que exista um doador externo de 
energia, assim ocorre quebra do ATP ou de outro transportador de fosfato, acarre-
tando a liberação de energia para que possa acontecer a reação.
Existem vários doadores de fosfato, e cada um deles recebe e fornece energia 
com a catálise de enzimas específicas. O ATP é um nucleotídeo composto por 
adenina, D-ribose e três grupos fosforil; a ligação dos dois últimos grupos fosforil 
possui alta energia, e, quando a quebra dessa ligação acontece,ocorre uma libera-
ção de energia – apresentando ∆G negativo.
Depois que ocorre a hidrólise do ATP, libera-se ADP (adenosina difosfato) e Pi 
(fosfato inorgânico). Esses dois elementos são reciclados na célula e unidos nova-
mente, entretanto o processo de síntese é muito complexo, sendo chamado de 
respiração celular, com ∆G geral positivo.
Além do ATP, existem mais três moléculas importantes que funcionam de modo 
similar, são elas: a guanosina trifosfato (GTP), a uridina trifosfato (UTP) e a citosina 
trifosfato (CTP). Cada uma dessas moléculas participa de metabolismos específicos. 
Dessas, o GTP é usado em muitos processos celulares, sendo um bom exemplo a 
utilização dessa molécula pela Proteína G no processo de sinalização celular.
1.6 Carboidratos
Vídeo
Existem vários tipos de moléculas que fornecem energia para as células, 
porém os carboidratos são muito importantes para a execução dessa ação. Além 
da função energética, servindo como fonte e armazenamento (por exemplo, o 
glicogênio nos animais e o amido nos vegetais), eles apresentam também funções 
na síntese de outros componentes celulares e como elementos estruturais. São as 
macromoléculas existentes em maior quantidade na natureza, com mais da me-
tade do carbono fixado nas moléculas orgânicas. Além dessas funções, há muitas 
outras descritas como atividades biológicas e que ocorrem por causa da grande 
diversidade estrutural apresentada pelos carboidratos.
1.6.1 Monossacarídeos
Para entender melhor como são os carboidratos, é necessário saber que existem 
três classes estruturais: os monossacarídeos, os oligossacarídeos e os polissacarí-
deos. Os monossacarídeos são os carboidratos mais simples, considerados as me-
Energia celular 27
nores unidades desse tipo. Para formar os oligossacarídeos, ocorre a união entre 
dois a dez monossacarídeos – mais do que isso é considerado um polissacarídeo.
Os monossacarídeos apresentam como fórmula geral Cn(H2O)n, em que existem 
muitas hidroxilas (polihidroxilados) que estão ligadas a carbonos quirais, e esse 
fato acaba dando origem a vários isômeros. Além das hidroxilas, podem existir dois 
tipos de grupos estruturais importantes:
1. se o monossacarídeo apresentar no primeiro carbono um grupo aldeído, ele 
é chamado de aldose;
2. se no segundo carbono houver um grupo cetona, ele será chamado de cetose.
De modo geral, são moléculas cristalinas, incolores e muitas possuem sabor 
adocicado (NELSON; COX, 2011).
Figura 7
Aldose e cetose
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
OH
C
H H
C C
C C
OH
OH
O
OH
H
H
H
H
OHH
C
Gliceraldeído Diidroxiacetona
Aldose Cetose
Quanto à quantidade de carbonos, os monossacarídeos podem ter de três a nove 
carbonos, sendo chamados de trioses, tetroses, pentoses, hexoses, heptoses, octoses e 
nonoses, respectivamente. Entre todas essas, as hexoses são as mais abundantes, e 
dentro desse grupo das hexoses, a glicose é o monossacarídeo mais abundante da 
natureza.
A presença de carbonos quirais – ou anoméricos – é um ponto importante dos 
monossacarídeos. Isso produz uma grande quantidade de isômeros ópticos. O úni-
co monossacarídeo que não apresenta nenhum centro quiral é a diidroxiacetona.
A quantidade de carbonos quirais varia nos monossacarídeos, dependendo do 
número de carbonos da molécula e também se é uma aldose ou uma cetose. Um 
exemplo é a menor das aldoses, o gliceraldeído apresentado (Figura 7) e que possui 
apenas um carbono quiral. Como o gliceraldeído apresenta esse único centro qui-
ral, observe que existem dois enantiômeros: o D-gliceraldeído e o L-gliceraldeído.
Você pode questionar: como identificar se o enantiômero é dextrogiro (D-) ou 
levogiro (L-)? Para chegar a essa resposta, é necessário observar a posição da hidro-
xila (-OH) no carbono quiral. Quando a hidroxila estiver do lado direito do carbono 
quiral, a molécula é D-; no entanto, se a hidroxila estiver do lado esquerdo do car-
bono quiral, a molécula será L-. É necessário, porém, analisar também o caso da 
diidroxiacetona, que, por sua vez, não possui nenhum centro quiral. Nesse caso, ela 
não apresenta isômeros, logo ela não pode ser denominada dextrogira ou levogira.
Isômeros são compostos 
que contêm o mesmo 
número dos mesmos áto-
mos, porém eles estão em 
arranjos diferentes. Existem 
vários tipos de isomeria, 
como a de função, geomé-
trica, óptica, entre outras.
Já os estereoisômeros 
são imagens especulares 
chamadas de enantiômeros; 
os pares de estereoisôme-
ros que não são imagens 
especulares são chamados 
de diastereoisômeros.
Saiba mais
28 Bioquímica
Entretanto, se o monossacarídeo apresentar mais do que um centro quiral, para 
caracterizar se a molécula é D- ou L-, deve-se observar o último quiral da cadeia de 
carbonos e, em seguida, observar a mesma regra descrita anteriormente. Verifique 
as duas hexoses da Figura 8: a aldose possui quatro carbonos quirais, e a cetose 
possui três carbonos quirais, mas o último centro quiral da estrutura – nos dois 
casos – estão com a hidroxila para o lado direito, portanto as duas moléculas são 
dextrogiras (-D).
Figura 8
Hexose
OH
C
C
C
C
C
CH2OH
OH
H
OH
OH
H
HO
H
H
C
C
C
CH2OH
H
O
OH
OH
HO
H
H
C
CH2OH
D-Glucose D-Fructose
Aldose Cetose
Observe na Figura 8 que as duas hexoses são semelhantes, porém, como a ce-
tose possui o grupo funcional no carbono dois, ela apresenta um carbono quiral a 
menos. Quando dois monossacarídeos são diferentes apenas na posição da hidro-
xila de apenas um carbono quiral, eles são chamados de epímeros – a D-glucose e 
a D-manose são alguns exemplos. Observe as várias aldoses (Figura 9) e cetoses 
(Figura 10) de seis carbonos apresentadas e verifique se consegue identificar ou-
tros epímeros.
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Figura 9
Aldoses
OH
H
H
H
H
C
OH
OH
OH
OH
CH2OH
D-Allose
OH
HO
H
H
H
C
H
OH
OH
OH
CH2OH
D-Altrose D-Idose
OH
HO
H
HO
H
C
H
OH
CH2OH
H
 OH
D-Gulose
OH
H
H
HO
H
C
OH
OH
CH2OH
H
OH
D-Mannose
OH
HO
HO
H
H
C
H
H
CH2OH
OH
OH
D-Glucose
OH
H
HO
H
H
C
OH
H
CH2OH
OH
OH
D-Talose
OH
HO
HO
HO
H
C
H
H
CH2OH
H
OH
OH
 H
HO
HO
H
C
OH
H
CH2OH
H
OH
D-Galactose
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Energia celular 29
Figura 10
Cetoses
H
H
H
C
OH
O
CH2OH
OH
OH
CH2OH
D-Psicose
HO
H
H
C
H
O
CH2OH
OH
OH
CH2OH
D-Fructose
HO
HO
H
C
H
O
CH2OH
H
OH
CH2OH
D-Tagatose
H
HO
H
C
OH
O
CH2OH
H
OH
CH2OH
D-Sorbose
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
Para que possamos continuar o estudo, é necessário lembrar que o formato 
real descrito para os átomos de carbono não é como o mostrado nas duas figuras 
anteriores. O formato correto do carbono é tetraédrico, como mostrado na figura 
a seguir.
Figura 11
Estrutura tridimensional do carbono
A
C
Y
X
B
A
C
X
B
X
X
X
C
A
B
A
A
X
X
B
A
Y
C
X
B A
C
X B
Y
Imagem especular 
da molécula original
 Molécula original
Imagem especular 
da molécula original
 Molécula original
Molécula quiral: 
a molécula girada 
não pode ser 
sobreposta à sua 
imagem especular
Molécula não 
quiral: a molécu-
la girada pode 
ser sobreposta à 
sua imagem 
especular
(a) (b)
Por esse motivo, os monossacarídeos, quando estão em solução aquosa, não 
possuem uma cadeia de carbonos reta. A cadeia de carbonos se dobra, fazendo a 
aproximação do carbono que possui a dupla ligação – que contém o grupo funcio-
nal principal – com o último carbono quiral da cadeia de carbonos. Dessa forma, o 
oxigênio do último carbono reage com o carbono da dupla ligação por meio de um 
ataque ao núcleo desse átomo (ataque nucleofílico).
Esse ataque promove o deslocamento da dupla ligação, unindo o carbono que 
tinha a dupla com o oxigênio do último quiral, e essa reação forma uma molécula 
cíclica. Para manter a estabilidade de todos os átomos envolvidos, o hidrogênio, 
que estava ligado ao oxigêniodo último quiral, é transferido para o oxigênio que 
tinha a dupla ligação antes, formando uma nova hidroxila. Quando a hidroxila é 
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
30 Bioquímica
formada, o carbono se torna um centro quiral. A reação de ciclização é mostrada 
na figura a seguir.
Figura 12
Reação de ciclização da D-Glicose
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
OH
C
C
C
C
C
OH
OH
H
H
H
HHO
CH2OH
1
2
3
4
5
6
OH
OH
OH
HH
HO
H H
H
O
C
C
C C
C
CH2OH6
5
4 1
23
OH
OH
OH
HO
H
HO
H
H
H
C
C
CC
C
CH2OH
2
1
3
4
5
6
α-D-Glicopiranose
OH
OH H
OHO
H
HO
H
H
H
C
C
CC
C
CH2OH
2
1
3
4
5
6
β-D-Glicopiranose
D-Glicose
OH
Um fato importante a se abordar é que, dependendo do tamanho da cadeia 
de carbonos, o formato da dobra mudará, tornando-se cíclica ou não. A cicliza-
ção ocorre em aldoses com mais de quatro carbonos e em cetoses com mais de 
cinco carbonos. A reação de ciclização ocorre de dois modos: entre um aldeído 
e um álcool, ou entre um grupo cetona e um álcool. Com isso, forma-se um 
hemiacetal ou hemicetal; a formação do hemiacetal é fundamental para que 
ocorra ligação glicosídica.
Lembre-se de que carbono hemiacetal é um carbono quiral e, dependendo da 
posição da hidroxila, pode ficar ao final da reação de ciclização, modificando o 
formato (conformação) da molécula e formando anômeros, que possuem nomes 
e características diferentes. Quando a hidroxila do hemiacetal fica para cima, a 
molécula está na forma α, mas se essa hidroxila estiver para baixo, a molécula 
está na forma β. As formas α e β, em solução aquosa, sofrem mutarrotação.
Outra informação importante se refere ao formato do anel da estrutura do 
monossacarídeo na forma cíclica. Piranose é o nome do anel com seis lados, e 
furanose, de um anel de cinco lados (Figura 13). Em análises químicas, obser-
vamos que anéis piranosídicos são mais estáveis do que os furanosídicos para 
uma hexose.
Energia celular 31
Figura 13
Piranoses e furanoses
H
H
H
H
H
H
HH
HH
H
H
HH
HH
HH
HH
H
H
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
HOCH2
HOCH2
OH
OH
OHOH
OHOH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
HO
HO
HOHO
HOHO
5
54
43 32
21
1
6
6
α-D-Glicopiranose
β-D-Glicopiranose β-D-Frutofuranose
α-D-Frutofuranose
OO
OO
OO
OO
A forma cíclica pode ser representada de várias maneiras; a Figura 13 mostra 
a fórmula de perspectiva de Haworth, em que o anel de seis lados é plano. 
Porém, em solução aquosa, a forma molecular é diferente, pois os ângulos de-
vem seguir a conformação do átomo de carbono. Por isso, a molécula pode estar 
em duas conformações, as chamadas formas de cadeira ou de barco. Essas duas 
conformações podem se interconverter, mas a forma mais estável é a de cadeira, 
pois todos os átomos estão na maior distância possível. Essa diferença é ilustrada 
na figura a seguir. 
Figura 14
Diferentes conformações da molécula de glicose
H
H H
HH
HH HH
H
H
H
H
CH2OH CH2OH
OH
OH
OH
HO
HO
HO
HO
HO
55
44
33 2
2
1
1
6 6
Conformação de cadeira Conformação de barco
OO
OO
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
32 Bioquímica
Os monossacarídeos apresentam várias funções biológicas, e a mais importan-
te delas, como comentado anteriormente, é a função energética; entretanto, ou-
tros monossacarídeos – como a ribose – podem servir para formar nucleotídeos, 
seja como ribose ou perdendo o oxigênio do carbono dois e se transformando em 
desoxirribose.
Além das funções como moléculas isoladas, os monossacarídeos, tanto origi-
nais quanto modificados, podem formar polímeros de diversos tamanhos, consti-
tuindo oligossacarídeos e polissacarídeos.
1.6.2 Oligossacarídeos e polissacarídeos
A formação de polímeros simples ou complexos é fundamental para que os 
carboidratos possam exercer várias funções nos organismos. Os polímeros com-
plexos podem ser unidos também com outras macromoléculas, como proteínas 
– formando as glicoproteínas ou as proteoglicanas – e lipídeos – quando forma os 
glicolipídeos. Porém, para que ocorra a formação do polímero de monossacarídeos 
original, é necessário que eles sejam unidos por uma ligação glicosídica.
Para ser formada, a ligação glicosídica – o hemiacetal, ou hemicetal, do primei-
ro monossacarídeo – reagirá com uma das hidroxilas do outro monossacarídeo, 
retirando uma molécula de água para formar a ligação glicosídica, o que forma a 
ligação O-glicosídica. Essa ligação é do tipo covalente e a reação de condensação 
forma o acetal. O composto formado é chamado glicosídeo.
Para separar os monossacarídeos, é necessário quebrar a ligação glicosídica por 
meio de hidrólise, ou seja, entrando água e quebrando a ligação, o que resulta na 
liberação dos compostos originais. O segundo monossacarídeo da ligação glicosí-
dica possui muitas hidroxilas possíveis para a ligação, assim como o carbono he-
miacetal pode ser α ou β, sendo necessário nominar corretamente a ligação. Isso 
permite que, mesmo ligados, seja possível identificar como eram os monossacarí-
deos originais. Por exemplo, na lactose, a primeira molécula de galactose é beta, 
a segunda molécula é uma glicose, e elas estão ligadas aos carbonos um e quatro, 
portanto a ligação é β (1→ 4). Outras maneiras de representar essa mesma ligação 
são: β (1,4) ou β 1,4.
Os oligossacarídeos são classificados dessa maneira quando possuem entre 
dois e dez monossacarídeos unidos, mas existem alguns na natureza – como a 
lactose – que são mais importantes para a saúde humana. Além dela, a sacarose 
– um dissacarídeo composto por frutose e glicose em ligação α (1→2) – é muito 
utilizada na culinária de um modo geral.
A quantidade de oligossacarídeos na natureza não é muito alta, mas, diferen-
temente disso, os polissacarídeos são encontrados em abundância. Para uma 
molécula ser considerada um polissacarídeo, é necessário que tenha mais de dez 
monossacarídeos formando um polímero, por isso possuem peso molecular mé-
dio ou alto. Sua classificação depende do tipo de unidades repetitivas encontradas 
e da presença ou não de ramificações. Quando há unidades de apenas um tipo 
de monossacarídeo, ele é chamado de homopolissacarídeo, mas se o polímero for 
formado por dois ou mais monossacarídeos diferentes, é um heteropolissacarídeo.
Energia celular 33
A síntese dos polissacarídeos varia de espécie para espécie, e, por consequên-
cia, a enzima presente é que determina a presença ou não de ramificações, assim 
como o tamanho da molécula final. Essas variações estruturais determinam a 
função do polissacarídeo na célula e no próprio organismo.
Um bom exemplo são os polissacarídeos de armazenamento: amido e glicogê-
nio. Eles são homopolissacarídeos, porém variam em tamanho e principalmente 
em grau de ramificação. O glicogênio tem a função de armazenar moléculas de gli-
cose nos tecidos animais e serve para o músculo estriado esquelético obter energia 
rapidamente, principalmente no exercício. O glicogênio do fígado tem como prin-
cipal função manter a glicemia e a taxa de glicose no sangue. O amido, por outro 
lado, é o polissacarídeo principal de armazenamento de energia nos vegetais, e por 
esse motivo ele é utilizado como fonte alimentar de glicose.
Há outros polissacarídeos com muitas variações estruturais e com muitas 
funções biológicas. Podemos citar as heterofucanas (com função antitumoral), a 
heparina (muito utilizada pela medicina como anticoagulante), entre outros.
Se você quer aprender bio-
química, o livro Princípios de 
Bioquímica de Lehninger, de 
David Nelson e Michael Cox, 
é um dos mais importantes 
para essa ciência; e como 
o próprio título diz, ele é o 
princípio para os estudos. 
A obra apresenta em de-
talhes todos os processos 
bioquímicos, em especial o 
que acontece na célula.
NELSON, D.; COX, M. Princípios de 
bioquímica de Lehninger. Porto Alegre: 
Artmed, 2018.
Livro
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo percebemos que existem muitos elementos necessários para o 
bom funcionamento das células e do corpo de umindivíduo. A manutenção do pH de 
todos os compartimentos celulares é crucial para que as reações químicas possam 
acontecer. Além disso, a transferência e a produção de energia entre as moléculas 
são fundamentais para a manutenção da vida. Entre as moléculas transportadoras de 
energia, o ATP é a principal, e existem vários combustíveis para que possamos obtê-la, 
como os lipídeos e os aminoácidos, mas principalmente os carboidratos. Portanto, 
concluímos que, para manter a vida, é necessário que ocorra troca de nutrientes na 
célula e que as reações químicas aconteçam na quantidade e no momento corretos.
ATIVIDADES
Atividade 1
Um indivíduo ingeriu cerca de 500 ml de suco de limão (pH 2,0). Explique 
por que o pH do sangue não é alterado com essa ingestão.
Atividade 2
Francini sofre com um distúrbio alimentar que a induz ao vômito. Ao 
chegar no hospital, constata-se ela está muito magra e com respiração 
abaixo do normal, isto é, com bradipneia. O HCO3
– é de 72 meq/L (valor 
de referência: 24-29 meq/L), PCO2 é de 58 mmHg (ref.: 35 – 45 mmHg), 
e pH do sangue de 7,62. Ao analisar esse caso clínico, você pode indicar 
qual é o distúrbio do equilíbrio ácido-base apresentado por Francini? 
Justifique.
34 Bioquímica
HH
H
HH
HHOHOH
OH
HH
HH
H
H H
CH2OH
OHOH
OH
O
OO
CH2
Atividade 3
Promova a quebra da ligação glicosídica do dissacarídeo a seguir e diga 
o nome da ligação glicosídica indicada na flecha:
OO
OO
REFERÊNCIAS
BERG, J. M.; TUMOCZKO, J. L.; STRYER, L. Bioquímica. 7 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014.
COGAN, M. G.; RECTOR, F. C. Acid-base disorders. In: BRENNER, B. M.; RECTOR, F. C. (ed.). The kidney. 
Philadelphia: WB Saunders, 1991.
DONN, S. M.; SINHA, S. K. Neonatal respiratory care. 2. ed. Philadelphia: Mosby Elsevier, 2006.
HALL, J. E. Guyton & Hall: tratado de fisiologia médica. 12. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2011.
HENEINE, I. F. Biofísica básica. 2. ed. São Paulo: Atheneu, 2010.
KOEPPEN, B. M.; STANTON, B. A. Berne & Levy: fisiologia. 6. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2009.
MURRAY, R. K. et al. Bioquímica ilustratada de Harper. 29 ed. Porto Alegre: Artmed, 2013.
NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.
SILVERTHORN, D. U. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 35
2
Moléculas responsáveis pela 
estrutura e metabolismo da célula
@As células são formadas por macromoléculas com funções distintas e importan-
tes. Entre essas moléculas estão os carboidratos, as proteínas, os lipídeos e os ácidos 
nucleicos. Proteínas são as moléculas mais importantes e abundantes nos organismos 
vivos, importância essa que vem do fato de elas serem responsáveis pela maioria das 
funções celulares e do próprio organismo. Suas menores unidades são os aminoáci-
dos, os quais são unidos para formar essas macromoléculas. As enzimas são proteínas 
com função de aceleração das reações químicas e são fundamentais para que os orga-
nismos vivos possam fazer o metabolismo. 
Outra molécula fundamental para a estrutura, o funcionamento celular e o próprio 
organismo são os lipídeos, que apresentam funções muito variadas e fundamentais 
para que o organismo seja formado e seu funcionamento ocorra. 
Com o estudo deste capítulo, você será capaz de:
• analisar a estrutura, a característica química e a classificação dos aminoácidos;
• descrever a formação da ligação peptídica; classificar as proteínas; descrever os 
níveis crescentes de complexidade das estruturas proteicas e a desnaturação 
proteica;
• definir a função e as características das enzimas na célula e no organismo hu-
mano; descrever os mecanismos de catálise enzimática; definir enzimas alosté-
ricas e descrever o seu funcionamento; definir o papel das enzimas na clínica; 
explicar como a velocidade das reações enzimáticas pode ser alterada por dife-
rentes fatores;
• classificar os lipídeos de acordo com a sua função biológica; definir as estrutu-
ras dos triacilglicerois e dos ácidos graxos; classificar os ácidos graxos; definir a 
estrutura básica dos fosfolipídeos e glicolipídeos; definir a estrutura básica dos 
esteroides e a estrutura do colesterol.
Objetivos de aprendizagem
2.1 Aminoácidos, peptídeos e proteínas
Vídeo
As moléculas mais funcionais do organismo são as proteínas, que nada mais são 
do que polímeros de aminoácidos, ou seja, são constituídas de aminoácidos liga-
dos entre si. Para receber o “título” de proteína, é necessário que o polímero tenha 
mais de 70 resíduos de aminoácidos; se tiver entre 2 e 69 aminoácidos unidos são 
chamados de peptídeos. Porém, para iniciarmos o estudo das proteínas, é necessá-
36 Bioquímica
rio entendermos primeiro as principais características dos aminoácidos, tendo em 
vista que eles são as unidades formadoras dos peptídeos.
Os peptídeos e as proteínas apresentam como estrutura primária os aminoáci-
dos, sendo derivada da combinação de apenas 20 tipos de aminoácidos diferentes. 
Além de formarem os polímeros, alguns aminoácidos apresentam outras funções 
importantes, como precursores de neurotransmissores e hormônios (triptofano e 
tirosina), neurotransmissores (aspartato e glutamato) e transportadores de nitro-
gênio no sangue (glutamato, glutamina e alanina). Quando são modificados, eles 
podem se tornar hormônios, como a tri-iodotironina (T3), a tetraiodotironina ou a 
tiroxina (T4), que são derivados da tirosina.
2.1.1 Aminoácidos
Uma molécula para ser considerada aminoácido deve ter uma estrutura básica 
comum com algumas propriedades químicas importantes: a estrutura em si é 
composta de um carbono central – chamado de carbono alfa (α) – ligado a quatro 
substituintes, sendo três deles fixos e um variável. Os grupos fixos são: grupamen-
to amina, de caráter básico (ganha H+); grupamento carboxila, de caráter ácido 
(perde H+); e hidrogênio. Por fim, temos a cadeia lateral, ou grupamento R, que 
é o elemento variável; a partir desse grupo químico diferenciamos um aminoácido 
de outro.
Figura 1
Estrutura básica de um aminoácido
As propriedades químicas dos aminoácidos, denominadas estereoisomeria, iden-
tificam essas moléculas pela natureza do radical e a verificação se o carbono α 
é quiral ou não. Podemos observar no caso dos aminoácidos o grupo amina na 
posição para análise. Esse é o único grupo com característica química distinta, por 
apresentar caráter básico e átomo de nitrogênio, comparado aos grupos fixos 
do aminoácido; por isso, quando o grupo amina está à direita, o aminoácido é 
dextrogiro (-D) – desvia a luz para a direita. No entanto, quando ele está à esquer-
da, a molécula é levogira (-L) – desvia a luz para a esquerda – como mostramos na 
Figura 2.
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Na isomeria óptica, o carbo-
no deve estar com quatro 
diferentes substituintes 
para ser considerado um 
carbono assimétrico ou 
quiral. Uma molécula com 
somente um carbono 
quiral pode ter dois 
estereoisômeros; quando 
dois ou mais (n) carbonos 
quirais estão presentes, 
então podem existir 2n 
estereoisômeros. Já quando 
dois estereoisômeros são 
imagens especulares um 
do outro são chamados de 
enantiômeros; e pares de 
estereoisômeros que não 
são imagens especulares 
um do outro são denomina-
dos diastereoisômeros. 
Saiba mais
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 37
Figura 2
Estereoisômeros no aminoácido alanina
(a)
(b)
Ainda, é importante notarmos a existência de mais de vinte tipos de aminoáci-
dos, e as proteínas podem chegar a ter mais de cinco mil resíduos de aminoácidos. 
Um polímero desse tamanho, quando é identificado e seus aminoácidos colocados 
em sequência, gera uma quantidade imensa de informação, mas somente se o 
nome de cada um dos aminoácidos for inserido por completo para representá-los 
e classificá-los. Por esse motivo foram criados símbolos de três letras e, posterior-
mente, símbolos de uma letra para conseguirmos identificar essesaminoácidos, 
como demonstramos no Quadro 1. 
Quadro 1
Nome vulgar e simbologia de alguns aminoácidos
Nome vulgar Símbolo (três letras) Símbolo (uma letra)
Glicina Gly G
Alanina Ala A
Leucina Leu L
Valina Val V
Isoleucina Ile I
Prolina Pro P
Fenilalanina Phe F
Serina Ser S
Treonina Thr T
Cisteína Cys C
Tirosina Tyr Y
Asparagina Asn N
Glutamina Gln Q
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
(Continua)
38 Bioquímica
Nome vulgar Símbolo (três letras) Símbolo (uma letra)
Aspartato ou ácido aspártico Asp D
Glutamato ou ácido glutâmico Glu E 
Arginina Arg R
Lisina Lys K
Histidina His H
Triptofano Trp W
Metionina Met M
Fonte: Elaborado pela autora.
Apesar de os aminoácidos apresentarem estrutura básica comum, suas proprie-
dades químicas podem ser diferentes, se o grupo radical for alterado. As proprie-
dades de polaridade e de comportamento em relação à água também afetam sua 
solubilidade, por isso o grupo radical indicará se o aminoácido é hidrofílico e polar 
(solúvel em água) ou hidrofóbico e apolar (insolúvel em água). 
2.1.2 Classificação dos aminoácidos
Quando analisamos as propriedades químicas dos diferentes aminoácidos, conse-
guimos entender de que forma essa classificação, em que os aminoácidos são orga-
nizados de acordo com sua polaridade e presença ou não de cargas no grupamento 
radical, interfere na estrutura e na função de um peptídeo ou proteína. Logo, é possível 
dividirmos esses aminoácidos em alguns grupos. O primeiro grupo de aminoácidos 
apresenta grupamentos apolares e alifáticos; nele, os radicais têm apenas átomos de 
carbono e hidrogênio, com exceção da metionina, por isso são insolúveis em água. 
A metionina é uma exceção, pois tem um átomo muito eletronegativo, o 
enxofre, que até poderia fornecer a característica polar, se não estivesse entre 
dois carbonos. Nessa situação, a eletronegatividade de dois átomos iguais em 
posições opostas acaba anulando a eletronegatividade do enxofre, fazendo com 
que a metionina se torne apolar e alifática. 
Os aminoácidos desse grupo normalmente são encontrados na porção interna 
das proteínas, sem contato direto com a água. Entre os aminoácidos desse gru-
po vale também destacarmos a prolina – a única que apresenta cadeia fechada e, 
quando está em uma proteína, confere rigidez ao local onde está. 
 COO– COO– COO– COO– COO–COO– COO–
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH2
CH2
S
CH CH2
CH2 CH
CH2 CH
CH2 CH3CH3H2C
H
H H H H H
H
HC C C C CC CH3N H3N H3N H3N H3NH2N
H3N
+ + + + +
+
+
Glicina Alanina Prolina Valina
Metionina
IsoleucinaLeucina
Figura 3
Grupos de apolares alifáticos
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
O segundo grupo dos aminoácidos apresenta um anel aromático (fenílico) no 
seu grupamento radical. A presença desse anel confere apolaridade à estrutura 
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 39
e, portanto, baixa solubilidade em água. A seguir, listamos os três aminoácidos 
encontrados nesse grupo, que diferem pela presença ou não de átomos eletrone-
gativos ligados ao grupo fenil.
 • Fenilalanina: não tem nenhum átomo eletronegativo, por isso é o aminoáci-
do mais apolar desse grupo. 
 • Tirosina: tem um grupo hidroxila ligado ao anel fenílico.
 • Triptofano: apresenta um anel indol. 
Essa substituição faz com que a tirosina e o triptofano sejam significativamente 
mais polares do que a fenilalanina.
 
Fenilalanina
Tirosina
Triptofano
COO– COO– COO–
H H HC C CH3N H3N H3N
+ + +
CH3 CH2
OH
CH2
C CH
NH
Figura 4
Grupos aromáticos 
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
O terceiro grupo de aminoácidos são os caracterizados como polares e não car-
regados. Eles têm átomos eletronegativos, como oxigênio, nitrogênio e enxofre, os 
quais aumentam a solubilidade na água; além disso, a estrutura do radical não apre-
senta carga elétrica. Desse grupo, vale destacarmos o aminoácido cisteína, que tem 
um grupo sulfidrila – o enxofre da sulfidrila está na ponta da cadeia lateral, possibili-
tando a ocorrência de uma ligação covalente com outra cisteína, mas somente quan-
do os hidrogênios desse grupo são retirados. Em caso de retirada, ocorre a formação 
de uma ligação dissulfeto (ponte dissulfeto) e, normalmente, esse tipo de ligação 
promove a estabilização da estrutura tridimensional de um peptídeo ou proteína.
 COO– COO– COO–COO– COO–
CH2 CH2 CH2
H2N
H2N
CH2
OH
O
O
CH3 SH
OHH
H H HH HC C C
C CH2
C
C C
C
H3N H3N H3NH3N H3N
+ + ++ +
Serina Treonina Cisteína
Asparagina
Glutamina
Figura 5
Grupos polares não carregados
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Os próximos grupos de aminoácidos são aqueles que apresentam carga no ra-
dical, a presença dessas cargas confere polaridade e solubilidade em água: o quar-
to grupo apresenta carga positiva em suas cadeias laterais, pois tem um grupo 
amina com característica de base. Dentro desse grupo estão três aminoácidos, a 
lisina, a arginina e a histidina.
40 Bioquímica
 
Figura 6
Grupos R carregados positivamente
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Arginina
Lisina
Histidina 
COO– COO– COO–
CH2 NH
NH
N
NH2
+*NH3
NH2
CH2 CH2 CH2
CH2 CH2
CH
C
C
H
CH2 CH2
C
H H HC C CH3N H3N H3N
+ + +
No quinto grupo estão o glutamato e aspartato, esses dois aminoácidos têm carga 
negativa, visto que contêm um grupo carboxila no radical que tem caráter ácido.
 
Aspartato
Glutamato
COO– COO–
COO–
COO–
CH2 CH2
CH2
H HC CH3N H3N
+ +
Figura 7
Grupos R carregados negativamente
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
+
Os aminoácidos também podem ser classificados quanto à necessidade de 
obtenção na dieta; nesse caso, eles são divididos em essenciais, não essenciais 
e condicionalmente essenciais. Os aminoácidos essenciais são aqueles obtidos 
exclusivamente via alimentação, devido ao fato de o nosso organismo não ter as 
suas vias de síntese. Por outro lado, a síntese dos aminoácidos não essenciais é 
possível porque nossas células têm vias metabólicas para realizar esse processo. 
Já os aminoácidos condicionalmente essenciais são produzidos pelo organismo, 
porém a quantidade não é suficiente em determinados períodos da vida, como no 
crescimento, na gestação e na amamentação, por isso devem ser suplementados 
na dieta.
2.1.3 Análise físico-química dos aminoácidos
Após essas classificações, você deve estar se perguntando como os aminoáci-
dos que comemos ou saem das células podem ser transportados no sangue? O pH 
sanguíneo (com média de 7,4) permite que ocorra a ionização dos grupos amina 
e carboxila do aminoácido. O grupamento amina (-NH2) recebe o H
+ (próton) do 
meio aquoso, recebendo uma carga positiva e passa a ser NH3
+. Por outro lado, a 
carboxila (-COOH), de caráter ácido, doa seu H+ (próton), com isso fica com uma 
carga negativa (-COO-), gerando uma molécula carregada, e quanto maior a pre-
sença de cargas na molécula, mais solúvel em água ela é. No pH do sangue, esses 
dois grupos estão ionizados e geram uma forma híbrida, ou zwitteriônica 1
Zwitterion é uma palavra 
de origem alemã que 
significa “íon dipolar”, ou 
seja, na mesma molécula 
está um grupo com carga 
positiva e outro com carga 
negativa.
1
 , o que 
permite o transporte livre de qualquer aminoácido na corrente sanguínea. 
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 41
Com base nessa observação, levantamos outra pergunta importante: como ana-
lisar cada um dos aminoácidos para saber em qual pH ele será solúvel em água? 
Além disso, existe uma consideração relevante: com a presença de grupos ácidos 
e básicos em cada um dos aminoácidos, eles podem exercer a função de sistema 
tampão e, com isso, controlar o pH da solução aquosa. Contudo, para avaliar em 
qual faixa de pH que ocorre o controle, é necessário avaliar a curva de titulação de 
cada aminoácido. Na Figura 8, vamos avaliar um exemplo de curva de titulação, e 
para isso o aminoácido escolhido foi a glicina.
Glicina
13
pH
0 0,5 1 15 2
7
pK1 = 2,34
pK2 = 9,60
pl = 5,97
A
B
COOH COO– COO–
CH2 CH2 CH2
NH3 NH3 NH2pK1 pK2
OH– (equivalentes)
Figura 8
Curva de titulação da glicina
IE
SD
EBr
as
il 
S/
A+ +
Na Figura 8, o ponto A corresponde ao valor de pKa do grupo carboxila da glicina, 
enquanto o ponto B corresponde ao valor de pKa do grupo amina desse aminoá-
cido. Em cada um desses valores de pKa, há uma faixa de controle do pH, situada 
desde hum (1) ponto acima até hum (1) ponto abaixo de cada valor de pKa. Outra 
característica importante é o chamado ponto isoelétrico (PI) do aminoácido. O PI é o 
valor de pH em que a carga total da molécula de aminoácido é zero, e para a glicina 
é de 5,97; observe que a glicina não tem um radical ionizável. Em aminoácidos que 
apresentam radical com essa característica de ser ionizável é sempre importante 
também avaliar o pKa do radical.
Quando os aminoácidos são unidos para formar peptídeos ou proteínas, os gru-
pos amina e carboxila, que estão ligados ao carbono α, não terão mais a capacidade 
de tamponamento. Portanto, em polímeros, apenas os aminoácidos que apresen-
tam radicais ionizáveis podem ter a função de controle de pH da solução aquosa.
42 Bioquímica
2.2 Estrutura de proteínas
Vídeo
A formação de um peptídeo ou de uma proteína requer a união entre os ami-
noácidos, união essa que é feita pela ligação peptídica – que é covalente, do tipo 
amida, extremamente estável e com caráter de dupla ligação. Apesar de existirem 
diferentes tipos de aminoácidos, a reação de formação da ligação covalente será 
sempre feita da mesma forma: a hidroxila da carboxila do primeiro aminoácido 
reage com o hidrogênio do grupamento amina do segundo aminoácido. O resulta-
do dessa reação sempre será uma molécula de água. 
Figura 9
Formação da ligação peptídica
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A R1 R2H
CH CHNOH
H2O H2O
H
O
C COO–+H3N
+
R1 R2H
CH CHN
O
C COO–H3N
+
Lembre-se de que essa reação de formação da ligação peptídica ocorre no ri-
bossomo, por esse motivo a ligação de outros aminoácidos para formar um peptí-
deo depende do código de RNA mensageiro presente no ribossomo. Além disso, a 
entrada de um novo aminoácido ocorre sempre pelo mesmo lugar no ribossomo, 
ou seja, a nova ligação peptídica será entre a carboxila do dipeptídeo com o grupo 
amina do aminoácido que está chegando. Após a formação da ligação peptídica, os 
aminoácidos são chamados de resíduos.
A quantidade de aminoácidos ligados para formar um peptídeo ou uma pro-
teína depende de vários fatores, mas o principal é a codificação trazida pelo RNA 
mensageiro; além disso, o número de aminoácidos no polímero é o critério utiliza-
do para classificar e nomear as estruturas das proteínas. Um peptídeo contendo 
entre 2 e 10 aminoácidos ligados é chamado de oligopeptídeo (oligo = poucos), por 
outro lado, com mais de 10 aminoácidos ligados é denominado polipeptídeo (poli 
= muitos). Vale destacarmos que para chamar o polipeptídeo de proteína é neces-
sário que o polímero tenha mais de 70 resíduos de aminoácido, com massa molar 
maior do que 10 kDa. Outra coisa é que a atividade biológica pode ser encontrada 
tanto em oligopeptídeos quanto em polipeptídeos e proteínas.
2.2.1 Classificação das proteínas
A classificação das proteínas pode ser feita de acordo com sua composição 
química e de acordo com o número de cadeias polipeptídicas presentes. A classi-
ficação feita quanto à composição apresenta como critério a presença de somente 
aminoácidos na estrutura – são as chamadas proteínas simples – ou aquela que, 
além de aminoácidos, contém grupos de outra origem química, sendo que essas 
são denominadas proteínas conjugadas. 
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 43
Os grupamentos presentes nas proteínas conjugadas são nomeados de grupos 
prostéticos e podem ser bem variados em termos de estruturas químicas, temos os 
lipídeos, os carboidratos, os metais, entre outros. Esses grupos são essenciais para 
a atividade biológica da proteína, e a classe da proteína conjugada depende direta-
mente desse grupo, como exemplificamos no Quadro 2. 
Quadro 2
Classes das proteínas segundo seu grupo prostético
CLASSE GRUPO PROSTÉTICO EXEMPLO
Lipoproteínas Lipídeos β1-Lipoproteína sanguínea
Glicoproteínas Carboidratos Imunoglobulina G
Fosfoproteínas Grupos fosfato Caseína do leite
Hemoproteínas Heme (porfirina férrica) Hemoglobina
Flavoproteínas Nucleotídeos de flavina Succinato desidrogenase
Metaloproteínas
Ferro
Zinco
Cálcio
Molibdênio
Cobre
Ferritina
Álcool desidrogenase
Calmodulina
Dinitrogenase
Plastocianina
Fonte: Adaptado de Nelson; Cox, 2014, p. 89.
Algo importante de notarmos em alguns polipeptídeos e em algumas proteínas 
é o fato de que, para elas exercerem suas funções, é necessário mais de uma cadeia 
polipeptídica, logo a quantidade de cadeias polipeptídicas presentes na proteína 
para exercer sua função é outro critério para a classificação dessas macromoléculas. 
Com apenas uma cadeia polipeptídica, a proteína é chamada de monomérica, 
com mais de uma cadeia polipeptídica ela é denominada oligomérica e, normal-
mente, são proteínas com estrutura complexa.
Figura 10
Estrutura da mioglobina (a) e da hemoglobina (b)
(a) (b) 
Na Figura 10, mostramos exemplos de proteínas monoméricas; é importante 
notarmos que a mioglobina tem apenas uma cadeia polipeptídica e um grupo pros-
tético – representado em rosa – nomeado de grupo heme. Já a hemoglobina tem 
quatro cadeias proteicas diferentes (duas α e duas β), estruturas essas que são 
IE
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E 
Br
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A
44 Bioquímica
mantidas unidas por meio de ligações intermoleculares do tipo dissulfeto. Cada 
uma das quatro cadeias polipeptídicas da hemoglobina apresenta um grupo heme. 
As duas proteínas apresentam função de ligação com o oxigênio, porém a mio-
globina está presente no músculo e ajuda esse tecido a permanecer mais tempo 
oxigenado. Já a hemoglobina está no sangue, com a função de transportar oxigênio 
dos pulmões para o tecido e gás carbônico dos tecidos para os pulmões.
Portanto, ao analisar essas duas proteínas, observamos que, além de terem a 
classificação que acabamos de ver, elas podem ser classificadas como proteínas 
conjugadas; classificação essa que se deve à presença de grupo prostético. Vale a 
pena destacarmos que é o grupo prostético que tem a função de ligar oxigênio às 
duas proteínas, portanto se ocorresse separação desse grupo da proteína, ela não 
exerceria sua função.
Outro fator importante é que o formato (conformação) de uma proteína é fun-
damental para que ela exerça sua função específica, sendo que conformação é o 
formato espacial gerado pelos grupos químicos presentes nessa estrutura.
2.2.2 Estruturas das proteínas
No momento que uma proteína é sintetizada pelos ribossomos, ocorre um ar-
ranjo da cadeia polipeptídica que assume estruturas conformacionais mais com-
plexas, que por sua vez surgem com o dobramento e enovelamento da cadeia 
primária de aminoácidos. Para que a conformação permaneça estável, nessas es-
truturas mais complexas ocorrem interações moleculares fracas, do tipo ligação de 
hidrogênio e Van der Waals. A Figura 11 mostra os níveis estruturais crescentes de 
complexidade adquiridos por uma proteína.
Figura 11
Estrutura de uma proteína
IE
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A
(Continua)
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 45
Como mostramos na Figura 11, existem quatro níveis estruturais possíveis em 
uma proteína, e a seguir falaremos sobre esses tipos de estruturas mais detalha-
damente. A estrutura primária é a sequência de aminoácidos de uma proteína, 
sendo codificada pelo RNA mensageiro no processo de tradução. A ordem dos ami-
noácidos em uma cadeia polipeptídica determina as interações entre os aminoá-
cidos próximos e, consequentemente, a estrutura tridimensional da proteína. Por 
isso, se ocorrer uma alteração na estrutura primária, todos os outros níveis estru-
turais são alterados e, assim, a função da proteína também.
A estrutura secundária é a sequência de aminoácidos que pode adquirir dois 
formatos possíveis, são eles: α hélice e conformação β. Esses formatos são manti-
dos pelo impedimentoestérico (impedimento espacial) e pelas interações eletros-
táticas (interações entre cargas). Na α hélice, a sequência de aminoácidos promove 
interações que fazem com que o polipeptídeo assuma o formato helicoidal, que é 
estabilizado principalmente pela ligação de hidrogênio; cada volta da α hélice con-
tém aproximadamente 3,6 aminoácidos e 0,54 ηm.
A cadeia polipeptídica com conformação β apresenta uma estrutura em 
zigue-zague, que pode estar disposta lado a lado (folha β) ou conectar pedaços (do-
bras β). Nessa conformação, os resíduos de aminoácidos estão com os radicais em 
direções opostas, o que promove uma organização em zigue-zague; a estabilização 
da estrutura também ocorre por meio de ligações de hidrogênio.
Em uma mesma proteína podem coexistir, em regiões distintas da cadeia po-
lipeptídica, diferentes tipos de estrutura secundária e, quando a interação entre 
esses dobramentos e estruturas ocorre, produz a estrutura terciária. Os aminoá-
cidos que estão mais distantes na cadeia polipeptídica podem interagir de diversas 
formas, modificando sua conformação espacial e estabilizando a estrutura. Sua 
estabilização é obtida por meio de interações eletrostáticas, hidrofóbicas, pontes 
dissulfeto e intermoleculares.
A estrutura terciária pode ocorrer de duas maneiras: o dobramento pode ser 
fibroso, com baixa solubilidade em água, ou com dobramento globular, com gran-
de solubilidade em água. As proteínas fibrosas têm cadeias proteicas que estão 
organizadas na forma de filamentos, ao passo que, nas globulares, as cadeias do-
bram-se adquirindo forma esférica. As proteínas fibrosas geralmente têm funções 
46 Bioquímica
de suporte, força e proteção celular. As outras funções celulares são realizadas 
pelas proteínas globulares.
Quando uma proteína apresenta mais do que uma cadeia polipeptídica, ou seja, 
tem a união de duas ou mais estruturas terciárias, forma a estrutura quaternária. 
A união de várias cadeias polipeptídicas ocorre por meio de interações moleculares, 
como ligações de hidrogênio, interação dipolo-dipolo e força de Van der Waals. Em 
proteínas que apresentam estrutura quaternária, sua função só é exercida quando 
as subunidades estão juntas.
É importante destacarmos novamente que a estrutura adquirida pelas proteí-
nas é fundamental para sua atividade biológica. Quando a estrutura quaternária e 
ou terciária é perdida, a função não será mais exercida: esse processo é chamado 
de desnaturação proteica. Existem algumas condições que promovem desnatura-
ção, entre elas estão o aumento excessivo na temperatura, extremos de pH, solven-
tes orgânicos e metais pesados. 
Na desnaturação, a estrutura globular se torna fibrosa e, portanto, insolúvel 
em água. Um bom exemplo disso ocorre ao fritarmos um ovo: a clara do ovo tem 
ovoalbumina, uma proteína globular que faz com que a clara seja transparente. 
Quando você aquece na frigideira, a ovoalbumina perde a estrutura terciária glo-
bular e se torna fibrosa, por isso ela fica branca e você consegue pegar o ovo frito 
com o garfo, diferente de quando ele está in natura.
Um dado importante é que na desnaturação não ocorre perda da estrutura pri-
mária na sequência de aminoácidos, mas somente a perda da conformação es-
pacial. Caso haja perda da estrutura primária, ocorre uma hidrólise, ocasionando 
degradação proteica.
2.3 Enzimas
Vídeo
Entre as funções das proteínas a função enzimática é uma das mais importan-
tes. O termo enzima significa uma proteína com ação catalítica, porém vale ressal-
tarmos que as enzimas não são as únicas moléculas com esse tipo de função na 
célula. Alguns RNAs – chamados de ribozimas – têm essa função catalítica, entre 
eles estão pequenos RNAs e os ribossomos, que são constituídos principalmente 
por RNA ribossômico. As enzimas, por serem proteicas, apresentam o tipo de es-
trutura e processo de desnaturação, como estudamos anteriormente. Outra coisa 
importante a destacarmos é que em uma reação que é catalisada por enzima, os 
reagentes passam a ser nomeados de substrato.
No início do estudo das enzimas, os pesquisadores deram nomes que dificulta-
vam a identificação de qual era a reação catalisada por ela; devido a isso, hoje em dia 
a identificação de uma enzima é feita colocando o sufixo -ase no nome dela. Além 
disso, o nome da enzima deve indicar qual reação é catalisada, por isso o nome deve 
incluir o substrato da reação que ela catalisa ou da reação de que participa. Um bom 
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 47
exemplo disso é a enzima lipase, que catalisa a hidrólise dos lipídeos; e a descarboxi-
lase, que catalisa a retirada do grupo químico carboxila de uma molécula.
Por causa dessas regras de nomenclatura, elas foram classificadas de acordo 
com o tipo de reações que catalisam, a seguir veremos mais detalhadamente essa 
classificação.
2.3.1 Classificação das enzimas
A classificação das enzimas é dividida em seis grupos, que se referem ao tipo 
reação química catalisada por elas: o grupo um são as oxidorredutases, grupo de 
enzimas que catalisam reações de oxidorredução, ou seja, troca de elétrons entre 
moléculas. O grupo dois são as transferases, que catalisam a transferência de gru-
pos químicos entre moléculas. Existem vários subgrupos das transferases, porém 
o subgrupo quinase, ou cinase, são os mais importantes a serem destacados. As 
cinases se destacam devido à sua função, pois elas catalisam a transferência de 
grupos fosfato entre moléculas. 
O grupo três são as hidrolases, que são as responsáveis pela catálise de rea-
ções de hidrólise, ou seja, a quebra de uma ligação química por inserção da água. O 
grupo quatro são as liases, que participam de reações de clivagem de ligação C-C, 
C-N, C-O ou outras ligações por eliminação, por rompimento de ligações duplas ou 
anéis, ou adição de grupos por ligação tripla.
O grupo cinco são as isomerases, que catalisam a transferência de grupos den-
tro da mesma molécula, produzindo isômeros. Por fim, o grupo seis são as ligases, 
essas enzimas catalisam as ligações C-C, C-N, C-S, C-O, C-S por reações de conden-
sação acopladas à hidrólise de ATP ou cofatores similares.
A catálise feita pelas enzimas é altamente eficaz, porém necessita de condições 
ótimas de temperatura, pH adequado e cada enzima pode catalisar várias vezes a 
mesma reação. Outro fator é que as enzimas são específicas para cada substrato e 
cada reação química e, para que essa especificidade seja possível, existe um lugar 
próprio para que o substrato se ligue. Esse lugar é chamado de sítio ativo, centro 
ativo ou sítio catalítico, e quando o substrato está ligado nesse lugar, forma-se o 
complexo enzima-substrato.
Para que a enzima possa reconhecer seu substrato, há duas maneiras para fa-
zer isso: a primeira é por afinidade química; e a segunda, por complementariedade. 
A ligação de uma molécula na enzima só ocorrerá se ela tiver afinidade química 
com os grupamentos radicais dos aminoácidos do sítio ativo; além disso, a confor-
mação dessa molécula deve ser complementar ao sítio ativo, de forma estéreo es-
pecífica. A ligação por complementariedade ocorre quando o formato do sítio ativo 
é complementar ao formato do substrato. Portanto, quando o substrato se ligar à 
enzima, tanto por afinidade química quanto por complementariedade, a afinidade 
da enzima pelo substrato será alta. Na Figura 12, exemplificamos a forma de liga-
ção do substrato à sua enzima.
48 Bioquímica
Figura 12
Enzima e seu substrato
A análise do mecanismo de catálise das enzimas em uma reação química deve 
ser feita do ponto de vista energético. Para entendermos um pouco melhor esse 
processo, devemos lembrar que uma reação química precisa de energia para que 
os reagentes se encontrem, formem um complexo de ativação e, depois, formem 
produto, inclusive todas as reações químicas precisam dessas características. O 
que muda de uma reação para outra é a quantidade de energia necessária para 
formar o complexo de ativação. Quanto maior a energianecessária para formar 
esse complexo, maior o tempo que a formação de produto demora para acontecer. 
As enzimas, como catalisadores, promovem a formação do complexo de ativa-
ção com maior facilidade, diminuindo a entropia, e organizando o sistema da rea-
ção química. Com isso, o tempo para formação do complexo de ativação é menor 
e a formação de produto é mais rápida. Esse processo é mostrado no gráfico cha-
mado diagrama de coordenada de reação (Figura 13); lembrando que ΔGǂ equivale à 
energia de ativação.
Estado de transição (≠)
ΔG≠ não catalisada
Coordenada da reação
S
ES EP
P
En
er
gi
a 
liv
re
, G
ΔG≠ catalisada
Figura 13
Diagrama de coordenada de reação
IE
SD
E 
Br
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A
Um dado importante diz respeito à complementariedade entre enzima e subs-
trato. A hipótese proposta por Linus Pauling e Jenks afirma que isso ocorre somen-
te no estado de transição da reação. Nesse caso, a ligação inicial entre o substrato 
e a enzima induz a mudança de conformação do sítio ativo permite a complemen-
tariedade com o substrato (NELSON; COX, 2014). Outra maneira de fazer a catáli-
IE
SD
E 
Br
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S/
A
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 49
se em algumas enzimas é chamada de catálise ácido-básica, covalente e por íons 
metálicos. Nesse tipo de catálise ocorre interações do tipo covalente, onde grupos 
químicos específicos na enzima facilitam a troca de grupos ou elétrons.
As enzimas descritas até aqui foram descobertas por Leonor Michaelis e Maud 
Menten e, para que ocorra a formação de produto, precisam de pH e temperatura 
ótimos e de uma quantidade adequada de substrato, sendo nomeadas de enzimas 
de Michaelis-Menten ou enzimas não alostéricas. Outro tipo de enzima importante é 
a denominada enzima alostérica, que tem um grupamento não peptídico ligado à 
sua cadeia polipeptídica, essencial para ativar sua atividade enzimática, chamado 
de cofator. O cofator pode ser de dois tipos: íons inorgânicos, chamados sais mine-
rais (Mg2+, Cu2+, Fe2+, Zn+) e os orgânicos, também denominados coenzimas, que são 
derivadas de vitaminas hidrossolúveis.
2.3.2 Cinética enzimática
Cinética enzimática é o termo que se usa para determinar a velocidade da reação 
das enzimas com variação nos parâmetros experimentais (NELSON; COX, 2014).
Ao analisarmos a alteração de temperatura em relação à atividade enzimática, 
verificamos que quando a temperatura está baixa, a atividade também está pe-
quena. Porém, quando a temperatura aumenta, a atividade enzimática também 
aumenta até um ponto máximo, chamado de temperatura ótima da enzima. Nesse 
ponto, você deve estar se perguntando: então isso significa que se continuar au-
mentando a temperatura a atividade acompanha? A resposta é não. Nesse caso, 
após atingir a temperatura ótima – que é uma característica da enzima –, a ativida-
de diminuirá até que ocorra a desnaturação. Com a desnaturação, a enzima perde 
sua atividade biológica e, portanto, não terá nenhuma velocidade de reação.
Outro fator importante é a alteração do pH de onde a enzima está localizada. 
Lembre-se de que o pH controla a ionização dos aminoácidos que estão na enzima, 
em especial a ionização do grupamento radical; com isso, alterações de pH interfe-
rem diretamente na atividade enzimática. Cada enzima funciona corretamente em 
determinado valor de pH, chamado de pH ótimo. Quando o pH fica mais ácido, ou 
mesmo mais alcalino do que o pH ótimo, a atividade enzimática diminui até que a 
enzima desnature. Isso também mostra o quão importante é a manutenção do pH 
em cada compartimento celular e corporal.
Os fatores que explicamos no parágrafo anterior são fundamentais para a ati-
vidade tanto das enzimas não alostéricas quanto para as alostéricas. Outro fator 
que interfere nesses dois tipos enzimáticos é a variação da concentração de subs-
trato; nesse parâmetro, observamos que, com o aumento na concentração, ocorre 
também aumento da velocidade da reação; aumento esse que continuará até não 
ocorrer mais alteração, mesmo com o crescimento da concentração de substrato. 
Podemos notar esse tipo de comportamento em todas as enzimas, e isso ocorre 
devido ao fato de que todas as enzimas disponíveis estão ligadas ao substrato (ES); 
com isso, elas atingem a velocidade máxima da reação e seu ponto de saturação 
pelo substrato. 
50 Bioquímica
Ao analisarmos o gráfico referente à alteração na concentração de substrato 
sobre a velocidade de reação, podemos obter um novo parâmetro de análise, o KM. 
Observe que a constante KM é a concentração de substrato capaz de fazer a enzima 
atingir metade de sua velocidade máxima (NELSON; COX, 2014).
Vmáx. 
Vmáx./2
Concentração de substrato [S] Concentração de substrato [S]
Ve
lo
ci
da
de
 d
a 
re
aç
ão
 (V
0)
Ve
lo
ci
da
de
 d
a 
re
aç
ão
 (V
0)
KM
Vmáx. 
Figura 14
Efeito da concentração de substrato sobre a velocidade de uma reação enzimática – a) enzima não 
alostérica e b) enzima alostérica
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
a) b)
A relação entre essas variáveis é observada em uma equação matemática obti-
da por Michaelis-Menten para enzimas com um único substrato:
V V
S
S Kmáx M
0 �
� �
� ��
�
� �.
Sendo que: Vmax = velocidade máxima; 
[S] = concentração de substrato; 
V0 = velocidade inicial.
Observe que as enzimas que apresentam uma relação hiperbólica de sua 
velocidade, em relação à concentração de substrato, seguem a cinética de 
Michaelis-Menten. Enquanto isso, enzimas alostéricas apresentam uma relação 
sigmoide para o mesmo parâmetro. De maneira geral, para enzimas com um único 
substrato, o KM é uma medida de afinidade da enzima pelo seu substrato: quanto 
menor for, maior será a afinidade pelo substrato.
Outro parâmetro cinético importante é o KCAT, também chamado de número de 
renovação. O KCAT é uma medida da quantidade de moléculas de substrato conver-
tidas em produto por unidade de tempo por uma molécula de enzima (NELSON; 
COX, 2014). Outra análise que pode ser feita é KCAT/ KM, que indica uma medida da 
eficiência catalítica, a qual permite comparar a preferência de uma enzima para 
diferentes substratos, ou seja, é a constante de especificidade. 
Observe que, quanto maior o valor de KCAT/KM, maior será a especificidade da en-
zima por aquele substrato. Nesse caso, perceba que a quimotripsina tem maior afi-
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 51
nidade por uma clivagem perto de cadeias laterais hidrofóbicas volumosas (BERG; 
TYMOCZKO; STRYER, 2014).
Quadro 3
Preferência da quimotripsina por vários tipos de substrato
Aminoácido em éster Cadeia lateral de aminoácido KCAT/KM (s-1 m-1)
Glicina H 1,3 X 10-1
Valina CH2CHCH2 2,0
Norvalina CH2CH2CH3 3,6 X 10
2
Norleucina CH2CH2CH2CH3 3,0 X 10
3
Fenilalanina H2C 1,0 X 10
5
 Fonte: Berg; Tymoczko; Stryer, 2014, p. 411.
Além dessas análises, existem muitas outras extrapolações matemáticas que 
podem ser feitas com os dados encontrados principalmente no gráfico de KM, au-
mentando a compreensão de como a enzima funciona.
2.3.3 Inibição enzimática
Existem moléculas que promovem diminuição e até parada na atividade enzimá-
tica, são os chamados inibidores enzimáticos. Além de os inibidores serem utilizados 
para melhor entendimento das propriedades e características enzimáticas, muitas 
moléculas são da classe de fármacos e são utilizadas no tratamento de várias doen-
ças, como os medicamentos da classe das estatinas. Esses fármacos são inibidores 
parciais da enzima HMG-CoA redutase, que é a enzima-chave da biossíntese de 
colesterol. Em pacientes que usam esses fármacos ocorre maior controle do nível 
de LDL no sangue. Há também dois tipos de inibição: a reversível e a irreversível, 
vamos explicar a seguir sua formação e suas subdivisões.
A começar pela inibição reversível, há três subtipos: a inibição competitiva, a 
não competitiva e a mista. Na inibição competitiva, o inibidor liga-se ao sítio ativo 
da enzima, o que impede a formação do produto. Podemos notar que esse inibi-
dortem a conformação semelhante ao substrato, por isso consegue ligar-se ao 
sítio ativo, ocupando o espaço. Essa inibição competitiva ocorre tanto em enzimas 
alostéricas quanto não alostéricas e, para fazer com que a enzima funcione nova-
mente, deve ser aumentada a concentração de substrato. Com esse aumento da 
concentração de substrato, o inibidor é deslocado e a enzima volta a funcionar. Um 
exemplo disso é o metanol, inibidor competitivo da enzima etanol desidrogenase. 
Para que a enzima funcione novamente e o paciente seja curado, é necessário au-
mentar a concentração do substrato etanol.
Na inibição não competitiva, o inibidor liga-se a outro local na enzima, normal-
mente no sítio do ativador. O substrato pode até se ligar ao sítio ativo da enzima, 
porém o formato do sítio ativo não tem encaixe perfeito com o substrato, fazendo 
com que a enzima não possa se converter em produto. Já na inibição mista, o 
inibidor pode ligar-se diretamente à enzima (EI) ou ao complexo enzima-substrato 
(ESI) e, como nos tipos de inibição anteriores, a formação de produto é diminuída.
52 Bioquímica
Figura 15
Distinção entre inibidores reversíveis
Enzima Enzima Enzima
Os inibidores irreversíveis são aqueles que o inibidor liga-se de forma estável 
na enzima, normalmente por ligações covalentes. O local de ligação é diferente de 
enzima para enzima, porém ocorre uma inibição por modificar definitivamente a 
conformação do sítio ativo.
As enzimas alostéricas participam diretamente da coordenação dos processos 
metabólicos na célula. A grande maioria dos metabolismos precisa de pelo menos 
uma enzima regulatória, para que a formação dos produtos ocorra de acordo com 
as necessidades celulares. Esse processo regulatório pode ocorrer de duas ma-
neiras: pelo controle da atividade das enzimas e pela quantidade de enzimas dis-
poníveis. A quantidade de enzimas é regulada por meio da expressão genética da 
célula. Por outro lado, o controle da atividade de uma enzima pode acontecer por 
meio dos inibidores e dos moduladores enzimáticos que existem na própria célula 
e, muitas vezes, fazem parte do mesmo metabolismo.
Uma maneira muito comum de controle do metabolismo ocorre quando alte-
rações são induzidas por ligações covalentes. Nesse caso, grupamentos químicos 
são adicionados ou removidos em aminoácidos específicos da enzima. Os grupos 
mais comuns a serem introduzidos são sulfato, fosforil, acetil etc., e como a ligação 
desses grupos modifica a conformação enzimática, é necessário que a remoção 
seja catalisada por outra enzima.
Nas vias metabólicas, as enzimas regulatórias são fundamentais para a regu-
lação da formação de produto nas quantidades necessárias pela célula, regulação 
essa que é essencial para a manutenção da homeostase celular.
2.4 Lipídeos de armazenamento 
Vídeo
Os lipídeos são biomoléculas que apresentam funções muito diferentes umas das 
outras e são fundamentais para os organismos vivos, algumas dessas funções são 
reserva de energia, isolamento térmico e composição de membranas biológicas. Ou-
tras funções são a produção de hormônios esteroides, vitaminas lipossolúveis, agen-
tes emulsificantes; por fim, também são utilizados como mensageiros intracelulares.
Com relação às estruturas químicas, os lipídeos apresentam grandes diferenças, 
porém todos são moléculas anfipáticas, têm uma parte polar e outra apolar, mas 
predomina sempre a parte apolar, que confere baixa solubilidade em água. Essa 
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Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 53
baixa solubilidade em meio aquoso é muito importante para a formação das células, 
tanto procariontes quanto eucariontes. Isso ocorre porque o fato de terem grande 
estrutura apolar causa separação entre o meio externo e interno das células ou sepa-
ração de compartimentos celulares, formando as membranas celulares.
De acordo com a estrutura, ocorrem classificações diferentes entre os lipídeos, 
classificações que veremos mais detalhadamente a seguir.
2.4.1 Triglicerídeos
Os triglicerídeos, ou também conhecidos como triacilgliceróis, são formados por 
uma molécula de glicerol substituída por três ácidos graxos. Nos mamíferos, o ar-
mazenamento ocorre no tecido adiposo.
Para que possamos entender a função dos triglicerídeos e de outros lipídeos 
é necessário estudarmos primeiro suas menores unidades: os ácidos graxos. Eles 
são ácidos carboxílicos que apresentam uma cadeia de carbonos ligados a hidro-
gênio com no mínimo 4 e no máximo 36 carbonos. A carboxila presente nessas 
estruturas tem característica hidrossolúvel e a cadeia carbônica é hidrofóbica.
Os ácidos graxos, além de variarem no tamanho da cadeia de carbonos, podem 
ter mais uma variação estrutural. Na cadeia carbônica, as ligações entre os carbo-
nos podem ser somente de ligações simples, nesse caso chamadas de ácido graxo 
saturado. Outra possibilidade é existir uma ou mais duplas ligações na cadeia de 
carbonos, sendo chamadas de insaturado. Se houver somente uma dupla ligação 
será denominada monoinsaturado, porém se houver mais do que uma será cha-
mada de poli-insaturado. Por causa dessas diferenças estruturais, foi necessária a 
criação de duas regras para nomear os ácidos graxos.
 • 1ª regra: sempre inserir primeiro o número de átomos de carbono presentes 
na cadeia carbônica.
 • 2ª regra: somente após a inserção do número de átomos de carbono é que 
colocamos o número de duplas ligações presentes. 
Um exemplo da aplicação dessa regra: um ácido graxo com 16 carbonos e sem 
dupla ligação seria representado como 16:0; já um ácido graxo representado por 
18:1 significa que apresenta 18 carbonos e uma dupla ligação.
Figura 16
Ácidos graxos saturados (a) – ácido esteárico 18:0; Insaturado (b) – ácido oleico (18:1 ∆9)
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54 Bioquímica
Uma observação importante é a que a convenção das regras que explicamos 
anteriormente não mostra em qual posição está a dupla ligação. Por esse motivo, 
existe outra maneira de representar: além de colocar a quantidade de carbonos e 
a quantidade de duplas, acrescentamos o símbolo delta (Δ) com a posição dessa 
dupla na cadeia carbônica. Por exemplo, 18:1 (Δ9) significa que esse ácido graxo 
apresenta 18 carbonos e uma dupla ligação que está entre os carbonos 9 e 10 da 
cadeia carbônica. Aqui vale lembrarmos que a contagem do número de carbonos 
sempre inicia na ponta mais próxima à dupla ligação, nesse caso a carboxila que 
será o carbono 1. 
Além avaliar a presença ou não da dupla, verificamos se a configuração na iso-
meria é de um desses tipos: cis ou trans. Essa característica isomérica diz respeito 
à posição espacial dos átomos de hidrogênio na dupla ligação, se estão do mesmo 
lado na estrutura espacial, a dupla será do tipo cis; caso estejam em lados opostos, 
a dupla tem configuração trans. Ao avaliarmos a estrutura geral dos ácidos graxos, 
notamos que a maior parte dos ácidos graxos naturais é do tipo cis. Por outro lado, 
os ácidos graxos trans são geralmente produzidos pela indústria, portanto não são 
naturais. Um dado importante é que o consumo dessa gordura trans provoca au-
mento dos níveis da lipoproteína LDL, que é um importante fator de risco para 
doenças cardiovasculares.
O tamanho da cadeia de carbonos dos ácidos graxos tem grande importância 
no metabolismo e estrutura celulares, por isso eles são classificados pelo tamanho 
de suas cadeias. Com 4 a 6 carbonos, são considerados de cadeia curta; entre 7 e 
12 carbonos são os de cadeia média; entre 13 e 18 carbonos está o de cadeia longa; 
e os de cadeia muito longa são aqueles que têm mais de 18 carbonos.
Para que ocorra o armazenamento dos ácidos graxos com finalidade de re-
serva energética, é necessário que eles estejam na forma de triacilgliceróis. Os 
triglicerídeos são formados quando ocorre substituição das hidroxilas de um gli-
cerol por três ácidos graxos. A reação de esterificação forma ligações éster entre 
os ácidos graxos e o glicerol. Como a quantidade de ácidos graxosna molécula do 
triglicerídeo é grande, ele é muito apolar e hidrofóbico, por isso tem baixa solu-
bilidade em água. Os tipos de ácidos graxos presentes no triglicerídeo podem ser 
bem variáveis, por isso a nomenclatura dessas moléculas deve ser feita indicando 
qual é o ácido graxo presente e a posição que está ligado à molécula de glicerol, 
por exemplo:
1 – estearoil 2 – linoleil 3 – palmitoil-glicerol
Nesse triacilglicerol, o resíduo do ácido esteárico está na posição 1, o ácido li-
noleico na posição 2 e o ácido palmitoleico na posição 3. Podemos perceber que a 
terminação -eico ou -ico são substituídas por -oil quando o ácido graxo é incorpo-
rado ao glicerol.
Os termos cis e trans são 
usados para denominar 
composto da isomeria geo-
métrica, o qual ocorre em 
compostos de cadeia aber-
ta que apresentam dupla 
ligação entre dois átomos 
de carbono. Além disso, em 
cada átomo de carbono da 
dupla estão ligados grupos 
diferentes. Cis denomina o 
composto que tem grupos 
ligantes iguais que estão 
situados do mesmo lado 
do plano espacial; trans 
denomina a substância 
cujos grupos ligantes iguais 
estão em lados opostos do 
plano espacial.
Importante
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 55
 
OH
O
C
OH2CH
2CH
1CH2
1CH23CH2
3CH2
HO
C C
O O
O
O O
Glicerol
(a)
(b)
1-estearoil, 2-linoleoil, 3-palmitoil-glicerol, 
um triacilglicerol misto
Figura 17
Glicerol (a) e triglicerídeo (b)
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Fonte: Adaptada de Nelson; Cox, 2014, p. 360.
Lembre-se de que os triglicerídeos são armazenados em grandes quantidades 
das células do tecido adiposo, chamadas adipócitos. Esse tecido está em várias re-
giões do corpo e, dependendo da sua localização e quantidade de triglicerídeos 
armazenados, pode também ter função de isolante térmico e proteção contra im-
pactos, principalmente nos órgãos internos.
2.4.2 Lipídeos estruturais e funcionais
Além das funções de reserva de energia, proteção mecânica e isolamento tér-
mico, os lipídeos têm outras funções importantes. Eles podem ser constituintes de 
estruturas celulares e, ainda, ser utilizados como precursores para a biossíntese de 
outras moléculas.
A capacidade dos lipídeos de interagirem pouco com as moléculas de água faz 
com que eles possam ser utilizados para formar membranas biológicas. Para isso, 
sua estrutura deve conter uma grande cabeça polar e duas caudas apolares, uma 
estrutura que tem um formato cilíndrico e que permite a formação de uma dupla 
camada de lipídeos. Com isso, as caudas apolares permanecem em contato, den-
tro da bicamada, sem estarem em contato com o meio aquoso interno e externo, 
o que permite a separação desses dois meios. Por outro lado, as grandes cabeças 
polares dos fosfolipídeos permitem às moléculas polares – como as de água e de 
íons – poderem interagir com os lipídeos de membrana. Essa característica anfi-
pática dos lipídeos de membrana foi essencial para o desenvolvimento dos seres 
vivos. Eles são chamados de fosfolipídeos por terem um grupamento fosfato em sua 
estrutura, tornando a cabeça ainda mais polar.
56 Bioquímica
Os fosfolipídeos apresentam duas classes: os glicerolipídeos e os esfingolipídios. 
Os glicerolipídeos têm como base o glicerol (ligado a dois ácidos graxos), e na terceira 
hidroxila o grupamento fosfato, que está ligado a uma molécula de álcool, conferindo 
para a molécula um grupo (cabeça) de alta polaridade. Os esfingolipídeos têm uma 
molécula de esfingosina ligada a uma molécula de ácido graxo e a um grupamento 
polar. Entre os esfingolipídeos, as esfingomielina são os fosfolipídeos que formam as 
membranas das células que constituem as bainhas de mielina dos axônios. Na Figura 
18, temos a estrutura dos fosfolipídeos mais comuns.
 
H
H
H
N+
N+
HN
O
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
P
P
O–
O–
Fosfocolina
Esfingomielina
Fosfatidilcolina
(a)
(b)
Fosfocolina
Figura 18
Estrutura dos fosfolipídeos: (a) glicerolipídio e (b) esfingolipídio
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Portanto, os fosfolipídeos apresentam uma parte da molécula com característi-
ca apolar e outra porção, representada pelo grupamento fosfato, com característica 
polar. Essa dupla característica dos fosfolipídeos, denominada anfipática, é funda-
mental em uma molécula que participa da formação das membranas celulares. A 
parte polar fica para os lados externo e interno da célula, diretamente em contato 
com os meios extra e intracelular, essencialmente aquosos. A porção apolar, por 
sua vez, fica no lado interno da bicamada lipídica, sem contato com o meio aquoso.
Os fosfolipídeos podem sofrer outras substituições na estrutura polar que 
trazem funções específicas para eles. Nesse tipo de lipídeo estrutural, a parte 
polar está ligada a outros grupos polares, como os carboidratos e o grupo 
sulfato. Por isso, os glicerolipídeos são divididos em galactolipídeos e/ou sulfo-
lipídeos. Já e os esfingolipídeos recebem diferentes estruturas de carboidratos, 
formando os glicoesfingolipídeos.
Os galactolipídeos – que recebem esse nome por conterem resíduos de galacto-
se – são ligados à molécula de glicerol que está no glicerolipídeo. No entanto, nos 
sulfolipídeos, a substituição é feita por uma glicose sulfonada ligada ao glicerol. 
Esses dois tipos de glicolipídios são abundantes nas células vegetais.
Os glicoesfingolipídeos são os esfingolipídeos que têm a esfingosina ligada a 
monossacarídeos ou oligossacarídeos e a um ácido graxo. Entre os glicoesfingolipí-
deos os mais importantes são os cerebrosídeos e globosídeos, por terem monossa-
carídeos na estrutura. Cerebrosídeos são esfingolipídeos complexos e fazem a 
união da esfingosina com glicose ou galactose, eles são os principais glicoesfingo-
lipídeos no tecido cerebral e são fonte de complexas ceramidas. Os gangliosídeos 
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 57
são os esfingolipídeos que têm oligossacarídeos em sua estrutura, suas funções 
conhecidas são principalmente de reconhecimento celular e, como o próprio nome 
indica, estão distribuídas nos tecidos neurais, assim como os cerebrosídeos.
Podemos observar que os lipídeos estruturais e de reserva apresentam ácidos 
graxos em sua estrutura, mas existe outra classe de lipídeos que não tem ácidos 
graxos e apresenta funções importantes aos organismos: os esteroides, que são 
lipídeos presentes na maioria dos eucariotos. 
Na estrutura dos esteroides, existe um núcleo comum, chamado núcleo esteroi-
de ou ciclopentanoperhidrofenantreno; núcleo esse que é formado por quatro anéis 
conjugados, nomeados A, B, C e D, com uma estrutura química que apresenta nu-
meração específica dos átomos de carbono. 
 
HO
H H
H
H
1
2
3
4
5
A
B
C D
6
7
810
19 9
11
12 18
13
14
17 16
15
27
252320
21
22 24 26H
Núcleo esteroide
Cadeia lateral alquila
Grupo cabeça polar
Figura 19
Núcleo esteroide
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Esse núcleo é um precursor comum de muitas moléculas, como vitaminas liposso-
lúveis, pigmentos, hormônios esteroides e sais biliares. Existem diversos tipos de este-
roides que apresentam variação na quantidade e localização de carbonos ligados ao 
núcleo esteroide: nos vegetais, o principal é o estigmasterol; nos fungos, o ergosterol; 
e nas células animais, o colesterol. Ainda, o colesterol é o principal precursor de todas 
essas moléculas nos animais, além de ter papel na estrutura e controle de fluidez das 
membranas celulares. O colesterol pode tanto ser produzido na maioria dos tecidos 
por uma via metabólica específica quanto obtido na dieta.
O colesterol apresenta o núcleo esteroide substituído no carbono 17 por uma 
cadeia carbônica alquila, além de uma hidroxila no carbono 3. A hidroxila é o grupo 
com caráter polar, enquanto o restante da estrutura é essencialmente hidrofóbica, 
sendo, portanto, anfipática; por isso, apesar de ser uma estrutura tão distinta, ele 
está classificado como um lipídeo.
A molécula do colesterol pode ser encontrada no organismo de duas formas:como colesterol, com sua hidroxila livre; e como éster de colesterila, mais liposso-
lúvel. Para que o colesterol esteja na forma de éster, a hidroxila do carbono 3 é 
esterificada com um ácido graxo. Essa reação é catalisada por duas enzimas, a leci-
tina colesterol acil transferase (LCAT), que está no plasma sanguíneo, ou a acil-CoA 
colesterol acil transferase (ACAT), que está no citoplasma das células.
Uma confusão muito comum entre as pessoas que estão começando a estudar 
bioquímica é acharem que o colesterol é sempre ruim, mas para desfazer esse 
engano, é necessário lembrarmos que a molécula de colesterol tem várias funções 
58 Bioquímica
benéficas. O que acontece é que os lipídeos, para poderem chegar às células, pre-
cisam ser transportados na corrente sanguínea e – como eles são anfipáticos, com 
predomínio da porção apolar (hidrofóbica) – é necessário que um transportador 
facilite o transporte. As moléculas que apresentam essa função são proteínas espe-
cíficas, que quando ligadas aos lipídeos, formam as lipoproteínas.
2.4.3 Lipoproteínas
Existem quatro tipos principais de lipoproteínas: quilomícrons, VLDL, LDL e HDL. 
As diferenças principais são os tipos de lipídeos transportados, tipos de proteínas 
existentes em cada um deles e órgão/tecidos de destino dos lipídeos transportados.
De modo geral, as lipoproteínas são compostas de uma porção externa conten-
do fosfolípideos, colesterol livre e apoproteínas (estrutura proteica); ainda, compos-
tas de um núcleo hidrofóbico, que contém quantidades variáveis de triacilglicerol e 
ésteres de colesterila, dependendo do tipo de lipoproteína estudada.
Como estudamos anteriormente, dependendo da lipoproteína, ocorre variação 
na quantidade de lipídeos em relação ao seu teor de apoproteínas, característica 
fundamental para determinar a densidade final da lipoproteína. É importante no-
tarmos que, quanto maior o teor de lipídeos, menor será a densidade da lipoproteí-
na; esse foi o fator utilizado para a nomenclatura das lipoproteínas. 
O quilomícron é o de mais baixa densidade, ele é produzido no intestino del-
gado, depois da absorção dos lipídeos da dieta. No próprio enterócito (célula do 
intestino delgado) ocorre a remontagem dos triglicerídeos absorvidos, e a união 
destes e do colesterol às apoproteínas específicas. O quilomícron, depois de sair do 
intestino delgado, desloca-se pelo sistema linfático e, então, segue seu caminho no 
sistema circulatório por meio da veia subclávia. 
No sistema circulatório, a principal função do quilomícron é entregar triglicerí-
deos, principalmente ao tecido adiposo. O quilomícron que sobra depois disso é 
chamado de remanescente e vai para o fígado. O VLDL (do inglês Very Low Density 
Lipoprotein) é uma lipoproteina de densidade muito baixa, pois contém uma gran-
de quantidade de triglicerídeos que são transportados do fígado, onde ocorre a 
biossíntese a partir de outras moléculas para outros tecidos, em especial o teci-
do adiposo. Já o LDL (Low Density Lipoprotein) é a lipoproteína de baixa densidade, 
caracterizada por conter poucos triacilgliceróis, e grande quantidade de éster de 
colesterila e colesterol livre. Sua principal função é transportar o colesterol, nas 
suas duas formas, para os tecidos periféricos. Vale a pena ressaltarmos que es-
ses tecidos precisam ter um receptor de membrana (proteína específica) que se 
ligue à apoproteína do LDL (Apo-B100) para que o colesterol seja entregue. A reti-
rada de colesterol em excesso do sistema circulatório é feita pelo HDL (High Density 
Lipoprotein), a lipoproteína de alta densidade. 
Essa lipoproteína tem menor quantidade de lipídeos em relação à quantidade 
de proteínas existentes, e sua principal função é levar o colesterol em excesso dos 
tecidos periféricos para o fígado. O fígado, ao receber esse colesterol, pode fazer a 
biossíntese de sais biliares, que por sua vez servirão para a emulsificação dos lipí-
Bioquímica ilustrada de 
Harper , uma das obras 
mais clássicas e impor-
tantes da área, escrita 
por Victor Rodwell, David 
Bender, Kathleen Botham, 
Peter Kenelly e Anthony 
Well, traz a explicação 
sobre os aspectos mais 
relevantes da área de modo 
conciso e bem aplicado, 
mantendo-se o mais fiel 
possível à obra original, 
publicada em 1939. 
RODWELL, V. W. et al. Porto 
Alegre: AMGH, 2021.
Livro
Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula 59
deos no intestino delgado. Na Tabela 1, é possível conferirmos o conteúdo de cada 
lipídeo presente nas lipoproteínas.
Tabela 1
 Principais classes de lipoproteínas humanas
Lipoproteína Densidade (g/ml)
Composição (% do peso)
Proteínas Fosfolipídeos Colesterol livre
Ésteres de 
colesterila Triacilgliceróis
Quilomícrons < 1,006 2 9 1 3 85
VLDL 0,95-1,006 10 18 7 12 50
LDL 1,006-1,063 23 20 8 37 10
HDL 1,063-1,210 55 24 2 15 4
Fonte: Adaptada de Nelson; Cox, 2014, p. 865.
A entrega de triglicerídeos feita pelos quilomícrons e pelo VLDL ocorre por meio 
da quebra dos triacilgliceróis pela lipoproteína lipase presente nos capilares pró-
ximo ao tecido de entrega, geralmente o tecido adiposo. Porém, se o músculo es-
triado esquelético estiver precisando de energia, a quebra dos triglicerídeos pela 
lipoproteína lipase libera ácidos graxos livres, que serão utilizados para gerar ATP.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo, falamos sobre moléculas que têm muitas de funções nos organismos 
vivos: as proteínas, as enzimas e os lipídeos. As proteínas e as enzimas são formadas por 
aminoácidos e suas estruturas influenciam diretamente em suas funções. As enzimas 
– que são tipos especiais de proteínas – são responsáveis pela catálise das reações bio-
químicas. Outras moléculas fundamentais são os lipídeos, que, dependendo da estrutu-
ra, apresentam funções diferentes. Os triglicerídeos têm funções de reserva energética, 
proteção mecânica e térmica. Já os fosfolipídeos apresentam função de formar as mem-
branas biológicas, enquanto os esteroides têm várias funções, como formar hormônios 
esteroides, sais biliares, vitaminas lipossolúveis e alguns pigmentos.
ATIVIDADES
Atividade 1
Os aminoácidos apresentam dois ou mais pKs, dependendo do grupo químico 
que está presente no radical. Os grupos que apresentam essa característica 
podem ser ionizados ou não, dependendo do pH da solução. As letras indicam 
em cada ponto da tabela a seguir como deve estar cada grupo químico no pH 
solicitado. Analise como deve estar a carga do aminoácido naquele pH e, depois, 
relacione a letra com o estado que deve estar cada grupo químico. 
Aminoácido pH -COOH
(pK 1,96)
-NH2
(pK 10,28)
Radical
(pK 8,18)
Carga do 
aminoá-
cido
H3N
+ C COO- H 
CH2 SH
Cisteína 
pH 1,0 A B C D
pH 7,4 E F G H
pH 12,5 I J K L
60 Bioquímica
Atividade 2
Os inibidores enzimáticos são compostos que podem diminuir a atividade de 
uma enzima. O medicamento sinvastatina diminui os níveis de LDL-colesterol e 
de triglicerídos. As estatinas são inibidores competitivos da hidroximetilglutaril-
-co-enzima A (HMG-CoA) redutase. Explique o que acontece com uma enzima 
quando ela está sofrendo inibição competitiva.
Atividade 3
O LDL em excesso causa formação de placas de aterosclerose. O colesterol que 
está dentro do LDL tem funções fisiológicas importantes. Avalie e explique sobre 
as funções fisiológicas (normais) do colesterol.
REFERÊNCIAS
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Bookman, 2018.
BERG, J. M.; TYMOCZKO, J. L.; STRYER, L. Bioquímica. 7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014.
CAMPBELL, M. K.; FARRELL, S. O. Bioquímica combo. 5. ed. São Paulo: Thomson Cengage Learning, 2007.
COGAN, M. G. de.; RECTOR, F. C. Acid-base disorders. In: BRENNER, B. M.; RECTOR, F. C. (ed.). The kidney. 
Filadelfia: WB Saunders, 1991.
DEVLIN, T. M. Manual de bioquímica com correlações clínicas. 7. ed. Blucher: São Paulo, 2011.
DONN, S. M.; SINHA, S. K. Neonatal respiratory care. 2. ed. Filadelfia: Mosby Elsevier, 2006.
HALL, J. E.Guyton & Hall: tratado de fisiologia médica. 12. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2011.
HENEINE, I. F. Biofísica básica. 2. ed. São Paulo: Atheneu, 2010.
KOEPPEN, B. M.; STANTON, B. A. Berne & Levy: fisiologia. 6. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2009.
NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger: princípios de bioquímica. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.
SILVERTHORN, D. U. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.
VIEGAS, C. A. A. Gasometria arterial. J Pneumol, v. 28, supl. 3, p. S333-S338, out. 2002.
VOET, D.; VOET, J. G.; PRATT, C. W. Fundamentos de bioquímica: a vida em nível molecular. 2. ed. Porto 
Alegre: Artmed, 2008.
Metabolismo de carboidratos 61
3
Metabolismo de carboidratos
As células obtêm energia de diversas fontes, a partir dos carboidratos, dos lipídeos 
e dos aminoácidos. Porém, os carboidratos – em especial a glicose – são os principais 
combustíveis utilizados para a produção de ATP. Esse processo de produção do ATP é 
chamado de respiração celular, que é justamente o que iremos estudar nesse capítulo. 
A respiração celular possui dois tipos: a respiração aeróbica e a anaeróbica, e os seres 
que produzem energia utilizando essas duas formas são denominados quimiotróficos. 
A respiração exclusivamente anaeróbica ocorre em poucos seres vivos, sendo que a 
grande maioria pode fazer esse tipo de respiração apenas por pouco tempo.
Todos os processos de formação de ATP são necessários para a manutenção da 
estrutura e metabolismo celular, além da própria manutenção da energia corporal. 
Porém, além da própria produção de energia, é necessário manter os níveis glicêmicos, 
para fornecimento de glicose para as células. Nos momentos de jejum, alguns 
metabolismos são essenciais para manter os níveis energéticos nesse momento, 
como a glicogenólise (quebra do glicogênio) e a gliconeogênese (formação de glicose 
a partir de outros metabólitos). 
Com o estudo deste capítulo, você será capaz de:
• Explicar a importância, as reações e a utilização de outros monossacarídeos 
na via glicolítica; descrever os processos de fermentação alcoólica, acética e 
láctica; descrever o processo de formação do acetil-CoA e sua regulação; des-
crever as reações do ciclo do ácido cítrico, sua regulação e seu papel anabólico; 
definir a estrutura da cadeia respiratória mitocondrial e descrever o processo de 
transferência de elétrons. Descrever o processo de formação do ATP pela teoria 
quimiosmótica.
• Realizar o cálculo do rendimento energético do processo de respiração celular.
• Descrever o processo de formação da glicose a partir de compostos que não 
são carboidratos e sua regulação. 
• Explicar o processo de formação e degradação do glicogênio e sua regulação.
Objetivos de aprendizagem
3.1 Respiração celular 
Vídeo
Os carboidratos são as fontes mais importantes de energia para a maioria 
das células, com os monossacarídeos sendo um dos mais importantes. Entre os 
carboidratos existentes na natureza, o principal deles é a glicose. Poucos são os 
tecidos humanos que não a utilizam para produção de ATP, por exemplo, para as 
62 Bioquímica
hemácias, a glicose é o único combustível possível, já para os neurônios cerebrais 
é o combustível preferencial. Nesse último caso, a diminuição excessiva do nível de 
glicose no sangue ocasiona sintomas diversos, como tremedeira, sudorese, tontura, 
desmaio; e em níveis glicêmicos muito baixos pode ocorrer a indução ao coma.
A respiração celular se divide em duas: a respiração aeróbica e a respiração 
anaeróbica, a seguir falaremos mais detalhadamente sobre processos metabólicos 
envolvidos nesses tipos de respiração.
3.1.1 Glicólise
A glicose será transformada em piruvato em um processo chamado via glicolítica 
ou glicólise, em que a energia é extraída desse monossacarídeo e ela é transferida 
para o ATP. Essa via metabólica ocorre por meio de uma sequência de dez reações 
que convertem a glicose em duas moléculas de piruvato, e a energia desse 
monossacarídeo é transferida para o ATP e para o NADH. Esse processo metabólico 
ocorre de modo igual em todos os tipos celulares, mas em algumas células ele é 
preferencial, como para as hemácias e neurônios. Em outros casos, como o tecido 
cardíaco, ele é uma forma alternativa de produção de ATP.
O início da glicólise ocorre com a entrada da glicose na célula por meio do 
transportador de glucose (GLUT), por diferença de concentração. Depois disso, 
ocorre o início da fase preparatória, em que a primeira reação ocorrerá quando a 
glicose é catalisada pela enzima hexocinase. Essa catalise promove a transferência 
do grupo fosfato, que advém do ATP, para o carbono 6 do monossacarídeo, como 
mostra a Figura 1.
Figura 1
Reação da hexocinase
HH
OHOH
HH
HH
HH
HO HO CH CH22
HH
OHOH
OHOH
HOHO
5
4
3 2
1
6
HH
OHOH
HH
HH
HH
OO
 O O CH CH22
HH
OHOH
OHOH
HOHO
5
4
3 2
1
6
P
ADP
Glicose-6-fosfato
Hexocinase
Glicose
ATP
1
OO
A colocação do fosfato no carbono 6 da glicose é necessária para que o GLUT 
não possa reconhecer a molécula e a glucose, fazendo com que ela fique no citosol 
e possa continuar sendo transformada. A hexocinase IV (glicoquinase) é uma en-
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Metabolismo de carboidratos 63
zima alostérica, isso é, ela pode regular a glicólise, processo que pode ser feito de 
duas formas. 
1. Na primeira forma, ocorre a menor entrada de glicose no fígado, devido à 
diminuição da glicemia. A proteína reguladora sequestra a glicoquinase 
para o núcleo, com isso, a via glicolítica não consegue ter continuidade. Sem 
glicose disponível, a célula hepática passa a utilizar outros combustíveis, como 
os lipídeos, para manter os níveis de ATP no momento em que a glicemia 
aumentar novamente, o que leva à maior entrada de glicose na célula. Isso faz 
com que a proteína reguladora libere a glicoquinase, que retorna ao citosol, 
permitindo que a glicólise continue.
2. A segunda forma de fazer a regulação específica é essa enzima apresentar 
várias isoenzimas em tecidos diferentes. As isoformas mais estudadas são: 
a hexocinase I, encontrada em vários tecidos, como cérebro e hemácias; e a 
glicocinase (hexocinase IV), presente no fígado. Essas isoenzimas apresentam 
KM, inibição e ativação específicas, o que confere especificidade e velocidade 
de reação.
A segunda reação é catalisada pela fosfo-hexose isomerase e transforma a 
glucose 6-fosfato em frutose 6-fosfato. Nessa reação, ocorre rompimento da ligação 
entre o oxigênio do ciclo e o carbono 1 da glucose 6-fosfato. Logo depois disso, o 
oxigênio do ciclo se liga ao carbono 2, deixando o carbono 1 para fora do ciclo. O 
hidrogênio que está no carbono 2 é transferido para o carbono 1.
Figura 2
Reação da fosfo-hexose isomerase
H
OH
H
H
H
O
 O CH2
H
OH
OH
HO
5
4
3 2
1
6
P
OH
H
H
H
O O CH2 CH2 OH
HO
OH
5
4 3
2
6 1
P
Frutose-6-fosfato
Glicose-6-fosfato
Fosfo-hexose- 
-isomerase
2
A terceira reação é catalisada pela fosfofrutocinase-1. A reação ocorre quando 
o fosfato do ATP é transferido para o carbono que está para fora do ciclo, ou seja, 
no carbono 1 da frutose 6-fosfato, formando a frutose 1,6-bifosfato. Essa enzima é 
regulatória, é inibida pelo ATP e pelo citrato, e é ativada pelo AMP e pela frutose 2,6 
bifosfato. A frutose 2,6 bifosfato é produzida pela enzima fosfofrutoquinase-2 quando 
existe uma glicemia alta. A concentração de fosfofrutoquinase-2 é controlada pelo 
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64 Bioquímica
próprio substrato, o que é chamado de controle alostérico, e acaba sofrendo controle 
hormonal via modificação covalente. Como a inibição da fosfofrutoquinase-1 promove 
um acúmulo de frutose 6-fosfato e, por consequência, de glucose 6-fosfato, se a 
fosfofrutoquinase-1 estiver inibida, a hexoquinase também estará.
Figura 3
Reação da fosfofrutocinase-1
Fosfofrutocinase-1
3 OHOH
HH
HH
HH
OO O O CH CH22 CHCH2 2 OH OH
HOHO
OHOH
5
4 3
2
6 1
P
Frutose-6-fosfato
Frutose-1,6-Bifosfato
ADP
ATP
OHOH
HH
HHHH
OO O O CH CH22 CHCH2 2 O O 
HOHO
OHOH
5
4 3
2
6 1
P P
A quarta reação é catalisada pela aldolase, fazendo com que a frutose 1,6 bifosfatose 
quebre e libere diidroxicetona-fosfato e gliceraldeído 3-fosfato. É importante notarmos 
que ao final da glicólise devem ser produzidas duas moléculas de piruvato. Por isso, a 
diidroxicetona-fosfato deve ser transformada em gliceraldeído 3-fosfato. Portanto, na 
quinta reação, que é catalisada pela triosefosfato isomerase, a segunda molécula de 
gliceraldeído 3-fosfato é formada a partir de diidroxicetona fosfato.
Figura 4
Reações da aldolase e da triosefosfato isomerase
Frutose-1,6-Bifosfato
Gliceraldeído-3-fosfato
+
Di-hidroxiacetona-fosfato
(2) Gliceraldeído-3- 
-fosfato
Aldolase
Tiosefosfato- 
-isomerase
4
5
OH
OH
H
H
H
O O CH2
 O CH2
 CH C
 O CH2
 C CH2OH
CH2 O 
HO
OH
5
4 3
2
6 1
P
P
P
P
O
H
OH
 O CH2
 CH CP
O
H
O
(2)
A segunda fase da via glicolítica, também chamada de compensação ou de 
pagamento, tem todos os substratos das enzimas duplicados e é iniciada em conjunto 
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Metabolismo de carboidratos 65
com a sexta reação, que é quando a enzima gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase 
catalisa a transferência do hidrogênio do carbono 1 do gliceraldeído 3-fosfato para 
o NAD+, formando NADH e H+. Além disso, ocorre a entrada de uma molécula de 
fosfato inorgânico no local em que estava o hidrogênio, formando, com isso, o 
1,3-bifosfoglicerato.
Figura 5
Reação da gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase
OH
 O CH2 CH 
 CP
O
H
(2)
OH
 O CH2 CH 
 CP
O
O 
(2)
P
(2) Gliceraldeído-3- 
-fosfato
(2) 1,3-bifosfoglicerato
6
Gliceraldeído-3- 
-fosfato- 
-desidrogenase
NADH + 2H+
2NAD+
2P
i
2
Na sétima reação, catalisada pela fosfoglicerato cinase, ocorre a transferência 
do grupo fosfato que está no carbono 1 da molécula de 1,3-bifosfoglicerato para o 
ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato. Como todos os substratos estão duplicados, 
ocorre a formação de duas moléculas de ATP nessa reação, pagando o que foi 
gasto na primeira etapa dessa via.
Figura 6
Reação da fosfoglicerato quinase
(2) 1,3-bifosfoglicerato
(2) 3-fosfoglicerato
7
Fosfoglicerato- 
-cinase
ATP
2ADP
2
OH
 O CH2
 CH CP
O
(2)
O P
OH
 O CH2
 CH CP
O
O 
(2)
A Figura 7 ilustra a oitava reação, que é catalisada pela fosfoglicerato mutase. 
Como uma enzima da classe das isomerases, essa enzima catalisa a mudança de 
posição do fosfato que passa do carbono 3 para o carbono 2, e o hidrogênio do 
carbono 2 para o carbono 3, produzindo o 2-fosfoglicerato.
Figura 7
Reação da fosfoglicerato mutase
(2) 3-fosfoglicerato
(2) 2-fosfoglicerato
8
Fosfoglicerato- 
-mutase
OH
 O CH2
 CH CP
O
O
(2)
 OOH
CH2
 CH C
P
O
O 
(2)
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66 Bioquímica
A seguir, vemos a nona reação, catalisada pela enolase, em que o 2-fosfoglicerato 
sofre a retirada de uma molécula de água, formando o fosfoenolpiruvato.
Figura 8
Reação da enolase
(2) 2-fosfoglicerato
(2) Fosfoenolpiruvato
2H
2
O
9
Enolase
O
CH2
 CH C
P
O
OH O 
(2)
O
P
O
O 
(2) CH2 C C
A figura 9 mostra a décima reação – e última – da glicólise, catalisada pela piruvato 
cinase. Nessa reação, o grupo fosfato do fosfoenolpiruvato é transferido para o ADP, 
formando ATP e piruvato. Essa enzima possui várias isoformas que apresentam 
regulação diferente: a forma L (fígado, em inglês, liver) e a M (músculo, em inglês, muscle) 
são inibidas pelo ATP e pelo aminoácido alanina; e a forma R (hemácias, em inglês, red 
blood cells) que é inibida pela fosforilação reversível, controlada pelo glucagon.
Figura 9
Reação da piruvato cinase
O
CH2 C 
 C
P
O
O 
(2)
O
CH3 C 
 C
O
O 
(2)
(2) Fosfoenolpiruvato
(2) Piruvato
10
Piruvato- 
-cinase
ATP
2ADP
2
Além da glicose, alguns outros monossacarídeos também podem ser 
metabolizados na glicólise, entre eles estão a frutose, galactose e a manose. A 
frutose é catalisada diretamente pela hexocinase, formando a frutose 6-fosfato, 
que continua as reações da via glicolítica. De maneira semelhante, a manose 
recebe o fosfato pela catálise da hexocinase formando manose 6-fosfato, que 
posteriormente é transformada em frutose 6-fosfato, essa última reação é 
catalisada pela fosfomanose isomerase.
A galactose possui uma reação anterior à glicólise e ela precisa ser unida ao 
nucleotídeo UTP, formando UDP-glucose. Em seguida, o uridina difosfato (UDP) é 
retirado, e entra um grupo fosfato no carbono 1. Depois, a enzima fosfoglicomutase 
catalisa a transferência do grupo fosfato do carbono 1 para o carbono 6, formando 
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Metabolismo de carboidratos 67
glicose 6-fosfato, que entra na via glicolítica. A possibilidade de utilização de outros 
monossacarídeos permite com que a célula mantenha a produção de ATP por meio 
dos carboidratos por mais tempo.
Após a formação do piruvato, o ATP pode ser transformado de diferentes 
maneiras. Um dos eventos que pode acontecer é o piruvato ser transformado em 
oxaloacetato pela catálise da piruvato carboxilase. Essa reação é necessária para 
manter a quantidade de oxaloacetato na mitocôndria, permitindo que o ciclo do 
ácido cítrico continue funcionando. Outra possibilidade ocorre no fígado e nos rins. 
O estímulo hormonal do glucagon e do cortisol nesses dois tecidos incita a entrada 
do piruvato na gliconeogênese, formando glicose novamente.
3.1.2 Fermentação
Quando a célula está em processo de respiração aeróbica, o piruvato, que 
está no citosol, vai para a mitocôndria e continua a respiração celular. Na falta de 
oxigênio na célula, ou mesmo quando não existe mitocôndria, ocorre a respiração 
anaeróbica, o que promove um acúmulo de piruvato no citosol. Com isso, o 
processo de fermentação é ativado. 
Existem duas transformações possíveis para o piruvato quando ele é desviado 
para a fermentação: a fermentação alcoólica e a fermentação láctica. É importante 
notarmos que essa fermentação depende da espécie que será estudada, isso é, o 
tipo de fermentação pode não ser o mesmo para diferentes espécies de organismos.
A fermentação alcoólica ocorre em espécies como o Saccharomices cereviseae 1 ; 
 o piruvato que acumula no citosol é catalisado pela piruvato descarboxilase, 
formando o acetaldeído com liberação de gás carbônico. Depois disso, uma segunda 
reação ocorre e o acetaldeído é catalisado pela enzima álcool desidrogenase e 
transformado em etanol, usando NADH e liberando NAD+. Caso o etanol fique 
em um ambiente aberto, esporos da bactéria do gênero Acetobacter ou do fungo 
Micoderma acetii podem realizar uma alteração da fermentação láctica, processo 
esse chamado de fermentação acética (uma variação da fermentação alcoólica). 
Nesse tipo de fermentação, o etanol é transformado em ácido acético, o que 
justifica a formação de vinagre a partir do álcool de cereais ou até mesmo do vinho. 
Figura 10
Fermentação alcoólica
Etanol
C O
C
O O 
CH3
C
O H
CH3
TPP,
Piruvato Acetaldeído
Mg2+
Piruvato-
descarboxilase
Álcool-
desidrogenase
NADH + H+
NAD+
CH3
CH2
OH
CO2
Este é um fungo micros-
cópico que, ao fazer 
respiração anaeróbica e 
fermentação, produz gás 
carnônico e etanol. Esse 
organismo é utilizado 
como fermento natural 
desde os primórdios da 
humanidade e não causa 
nenhuma patologia no 
organismo humano.
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68 Bioquímica
A fermentação láctica, que acontece em todos os vertebrados, ocorre 
quando o piruvato é catalisado pela enzima etanol desidrogenase, usando 
NADH, liberando NAD+ e ácido láctico.
Figura 11
Fermentação láctica
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lactato- 
-desidrogenase
NADH + H+ NAD+
C O
C
O O 
CH3
Piruvato L-Lactato
HO C H
C
O O 
CH3
No processo de respiração anaeróbica, o piruvato não consegue ir para 
a mitocôndria e acumula no citosol,fazendo com que ocorra o processo 
de fermentação. Porém, se existir oxigênio na célula, o piruvato vai para a 
mitocôndria, continuando o processo de respiração celular, e é transformado 
em acetil-CoA para depois possibilitar o início do ciclo do ácido cítrico.
3.1.3 Formação de acetil-CoA
Quando a célula possui mitocôndria e o oxigênio está presente, o piruvato 
entra na mitocôndria por um transportador específico, que é uma translocase 
específica de piruvato e OH–. Depois disso, o complexo enzimático da piruvato 
desidrogenase catalisa a transformação de piruvato em acetil-CoA.
Figura 12
Reação geral catalisada pelo complexo da piruvato desidrogenase
Complexo da
piruvato-desidrogenase (E1 + E2 + E3)
NADHNAD+
TPP, 
lipoate, 
FAD
CoA-SH
C O
C
O O 
CH3
Acetil-CoA
ΔG’° = –33,4 kJ/mol
CH3
C
O S-CoA 
Piruvato
CO2
+
O complexo da piruvato desidrogenase é composto de três enzimas dife-
rentes: a piruvato desidrogenase (etapa 1, E1); a di-hidrolipoil transacetilase 
(etapa 2, E2); e a di-hidrolipoil desidrogenase (etapa 3, E3). Todos os partici-
pantes do processo, incluindo as distintas enzimas e as coenzimas, são funda-
mentais para formação de acetil-CoA a partir de piruvato.
Essa conversão ocorre em três etapas principais, dentro do complexo da 
piruvato desidrogenase: 
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Metabolismo de carboidratos 69
1. Na primeira etapa da reação, ocorre transferência de uma molécula de piruvato 
para a tiamina pirofosfato (TPP), que está na estrutura da E1. Ao mesmo tempo 
em que ocorre a ligação do grupo acetil do piruvato ao TPP, também acontece 
a retirada da carboxila do piruvato, formando o CO2 e hidroxietil-TPP.
2. A segunda etapa ocorre quando o grupamento acetil formado previamente 
e dois elétrons são transferidos para a forma oxidada do lipoato na enzima 2 
(E2) formando acetil-di-hidrolipoamida. 
3. Na terceira etapa, o grupo acetil é conjugado com a coenzima A, formando 
acetil-CoA. Em seguida, dois elétrons e dois prótons do lipoato fazem a 
redução da flavina adenina dinucleotídeo (FAD) até FADH2, sendo uma reação 
catalisada pela enzima di-hidrolipoil-desidrogenase (E3). Para terminar, 
ocorre a transferência de dois elétrons e dois prótos do FADH2 para o NAD
+, 
ocasionando a redução para NADH. 
Todo esse processo está indicado na Figura 13, mas é importante notarmos que 
os substratos do complexo foram marcados com vermelho e os produtos com azul.
Figura 13
Reação geral catalisada pelo complexo da piruvato desidrogenase
Piruvato-desidrogenase, 
E1
Di-hidrolipoil-transacetilase, 
 E2
Di-hidrolipoil-desidrogenase, 
 E3
O complexo da piruvato desidrogenase sofre regulação para controlar a produção 
de acetil-CoA, de acordo com as necessidades da célula. Os produtos NADH e acetil-CoA 
controlam o complexo de forma alostérica e por ligação covalente.
O aumento da quantidade de acetil-CoA, NADH e ATP promovem uma inibição 
alostérica da piruvato desidrogenase. Entretanto, existe a regulação por modificação 
covalente, processo esse em que ocorre a colocação e retirada de um grupo fosfato 
(fosforilação/desfosforilação). A adição do grupo fosfato na piruvato desidrogenase 
(PD) é catalisada pela cinase que promove a inibição da atividade da PD. A ativação 
da enzima ocorre pela retirada do grupo fosfato que é catalisada pela piruvato 
fosfatase e ativada pela estimulação da insulina. A formação do acetil-CoA encerra 
a primeira fase da respiração celular. A segunda fase inicia-se com a oxidação dessa 
molécula em uma via metabólica cíclica, denominada ciclo do ácido cítrico.
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70 Bioquímica
3.2 Ciclo do ácido cítrico 
Vídeo
O acetil-CoA, formado a partir de diversas fontes, será oxidado no ciclo do ácido cítrico, 
também chamado de ciclo de Krebs ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos. Anteriormente, 
falamos sobre a formação de acetil-CoA a partir de piruvato, mais à frente abordaremos 
a formação de acetil-CoA a partir de ácidos graxos (lipídeos), processo chamado de 
β-oxidação dos ácidos graxos, além da oxidação de alguns aminoácidos. 
Depois que o acetil-CoA entra no ciclo do ácido cítrico, e é modificado, ocorre a forma-
ção de transportadores de elétrons reduzidos, como o NADH e FADH2. Esses transporta-
dores apresentam diversas funções na célula, porém a mais importante ocorre por meio 
da oxidação no processo de fosforilação oxidativa que ocorre nas cristas mitocondriais. 
O ciclo do ácido cítrico é uma via metabólica cíclica, pois o oxaloacetato, que é 
o composto inicial da via, é regenerado após oito reações (NELSON; COX, 2014). 
No início do ciclo, o primeiro substrato será, após uma série ordenada de reações 
enzimáticas, convertido no último produto, que é igual ao primeiro. Podem ocorrer 
oito reações pelo ciclo do ácido cítrico que veremos a seguir.
3.2.1 Reações do ciclo do ácido cítrico
Na primeira reação do ciclo ocorre a união (condensação) de três moléculas: 
do grupamento acetil do Acetil-CoA, da água e do oxaloacetato; sendo que o resul-
tado dessa reação é a liberação da coenzima A e a formação do citrato. A enzima 
citrato sintase catalisa essa reação – que é irreversível e possui um ∆G de 32,2 kJ/
mol – e a energia liberada por ela não permite que se forme novamente o acetil-
-CoA e o oxaloacetato com a mesma enzima.
Figura 14
Reação da citrato sintase
Acetil-CoA
Oxaloacetato
Citrato
CoA-SHH2O
O
S-CoA
CH2 COO
HO C COOO C COO
CH2 COO
CH2 COO
Citrato-sintase
1(1) Condesação de Claisen: grupo 
metil de acetil-CoA convertido a 
metileno no citrato.
CH3 C 
A segunda reação ocorre pela catálise da enzima aconitase e ela é dividida em 
duas etapas: na primeira etapa, o cis-aconitato sofre desidratação, ou seja, perde 
uma molécula de água. Na segunda etapa, uma molécula de água entra na reação 
e o cis-aconitato é reidratado, fazendo com que ocorra a formação do isocitrato. 
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Metabolismo de carboidratos 71
Figura 15
Reação da aconitase
Citrato
Isocitrato
cis-Acotinato
H
2 O
CH2 COO
HO C COO
CH2 COO
CH2 COO
CH2 COO
COO
Aconitase Aconitase
2b2a
(2a) Desidratação/reidratação: 
grupo —OH do citrato 
reposicionado no isocitrato 
preparando para a descarboxilação 
da próxima etapa.
(2b) Reidratação
H 2
O
C COO
H C COO
HO C H
C COO
H
Depois que o isocitrato é formado, ocorre a terceira reação, em que a enzima isocitrato 
desidrogenase catalisa a formação de α-cetoglutarato. Para isso, é necessária a descarboxi-
lação do isocitrato, liberando CO2 e α-cetoglutarato, conforme mostra a Figura 16. 
Figura 16
Reação da isocitrato desidrogenase
(3) Descarboxilação oxidativa: 
grupo —OH oxidado a carbonil, 
o que, por sua vez, facilita a 
descarboxilação do carbânion 
formado no carbono adjacente.
Isocitrato-
desidrogenase
Isocitrato
CH2 COO
COO
H C COO–
HO C H
α-Cetoglutarato
CH2 COO
COO
CH2
C O
3
NADH CO2
Na reação da isocitrato desidrogenase ocorre a formação de um intermediário 
chamado oxalosuccinato. Para a formação dele, é necessária a presença de Mn2+, 
presente no sítio ativo e que interage com o grupo carbonil desse intermediário. 
Além disso, o Mn2+ é também necessário para estabilizar o enol que é formado 
transitoriamente após a descarboxilação. Depois, o grupo carbonil é liberado na 
forma de CO2 e, em seguida, forma o α-cetoglutarato. 
Essas reações são muito conservadas na maioria das células de quase todos 
os seres vivos, porém, existem duas formas diferentes de isocitrato-desidroge-
nase: uma necessita de NAD+ e a outra de NADP+. Nas células eucarióticas, é ne-
cessária a presença de NAD+, que está situada na matriz mitocondrial. A enzima 
dependente de NADP+ é encontrada tanto na matriz mitocondrial quanto no cito-
sol, e é essencial para as reações redutoras anabólicas, mas ela não participa do 
ciclo do ácido cítrico. 
A quarta reação do ciclo do ácido cítrico é catalisada pela α-cetoglutarato 
desidrogenase que catalisa a descarboxilação do α-cetoglutarato com a entrada 
de umacoenzima A, formando succinil-CoA. Nessa reação, ocorre a retirada de 
dois elétrons e dois hidrogênios pelo NAD+, formando NADH. Além disso, é liberada 
mais uma molécula de CO2 na reação.
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72 Bioquímica
Figura 17
Reação da α-cetoglutarato desidrogenase
(4) Descarboxilação oxidativa: 
mecanismo similar a piruvirato-
desidrogenase; depende do 
carbonil no carbono adjacente.
α-Cetoglutarato Succinil-CoA
CH2 COO
COO
CH2
C O
4
CH2 COO
O
CH2
C S-CoA
Complexo 
α-cetoglutarato-
-desidrogenase
NADH
CO2CoA-SH
Na quinta reação do ciclo, ocorre a catalise da enzima succinil-CoA sintetase. 
Nessa reação, ela é transformada em succinato, o que libera coenzima A reduzida. 
Para que a reação aconteça, é necessário que a energia liberada pela quebra da liga-
ção da coenzima A com o succinil seja transferida para a guanosina difosfato (GDP) e, 
então, unida ao fosfato inorgânico (Pi), formando guanosina trifosfato (GTP).
Figura 18
Reação da succinil-CoA sintetase
Succinil-CoA Succinato
CH2 COO
O
CH2
C S-CoA
(5) Fosforilação ao nível 
do substrato: energia do 
tioéster conservada na ligação 
fosfoanidrido do GTP ou ATP.
Succinil-CoA-
sintatetase
5
CH2 COO
CH2
COO
CoA-SH
GDP
(ADP)
+Pi
GTP
(ATP)
A sexta reação é catalisada pela succinato desidrogenase, que está no complexo 
II da cadeia respiratória na membrana da crista mitocondrial. Essa enzima catalisa a 
oxidação do succinato formando fumarato, e possui flavina adenina dinucleotídeo 
(FAD) como grupo prostético. O FAD recebe dois elétrons e dois prótons do 
succinato, formando FADH2.
Figura 19
Reação da succinato desidrogenase
(6) Desidrogenação: introdução 
da ligação dupla inicia a sequência 
de oxidação do metileno.
Succinato Fumarato
Succinato-desidrogenase
6
CH2 COO
CH2
COO
FADH2 COO
CH
COO
HC
A sétima reação é catalisada pela enzima fumarase. Nessa reação, ocorre uma 
hidratação da molécula de fumarato, formando o malato.
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Metabolismo de carboidratos 73
Figura 20
Reação da fumarase
Fumarato Malato
(7) Hidratação: a adição de 
água à ligação dupla introduz 
o grupo —OH para a próxima 
etapa de oxidação.
Fumarase
7
COO
CH
COO
HC
COO
HO CH
COO
CH2
H2O
Por fim, a oitava reação é catalisada pela malato desidrogenase. Nessa reação, 
ocorre retirada de dois elétrons e dois prótons do malato, que são doados para o 
NAD+, formando NADH, e regenerando o oxaloacetato.
 
Figura 21
Reação da malato desidrogenase
Malato
Oxaloacetato
COO–
HO CH
COO–
CH2
Malato-desidrogenase
(8) Desidrogenação: oxidação 
do —OH completa a sequência 
de oxidação; carbonil gerado 
posicionado para facilitar a 
condensação de Claisen na 
próxima etapa.8
NADH
CH2 COO
–
O C COO–
Além da função energética que acabamos de descrever, o ciclo do ácido cítrico 
possui papel central no metabolismo celular, e justamente por ter esse papel, a 
falta de intermediários pode ocasionar um colapso celular. Por isso, existem outras 
reações que não permitem que os intermediários sejam depletados e esse tipo de 
metabolismo celular é chamado de anaplerótico. 
3.2.2 Reações anapleróticas
A função das reações anapleróticas é de repor os intermediários do ciclo que 
são desviados para outras vias metabólicas. A enzima piruvato carboxilase catalisa 
uma das reações anapleróticas mais importantes: a produção oxaloacetato a partir 
do piruvato. Se o oxaloaceteto estiver em falta na mitocôndria, ocorre um acúmulo 
de acetil-CoA, o que ativa a enzima piruvato carboxilase. Essa enzima está em 
grande quantidade em tecidos como o fígado e o córtex renal, que são os tecidos 
que fazem a gliconeogênese.
Outros intermediários do ciclo do ácido cítrico podem ser produzidos por outras 
vias metabólicas. Um exemplo disso é a transformação de diferentes aminoácidos 
que podem gerar vários intermediários, assim como os ácidos graxos ímpares 
podem gerar succinil-CoA. Essas reações estão ilustradas na Figura 22.
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74 Bioquímica
Figura 22
Papel do ciclo do ácido cítrico no anabolismo: reações anapleróticas
)
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Como foi falado anteriormente, o ciclo do ácido cítrico possui um papel muito 
importante no catabolismo de açúcares, lipídeos e proteínas. Além da função 
catabólica, o ciclo apresenta uma função anabólica, em que são retirados os 
intermediários do ciclo para formação de outros compostos, como aminoácidos, 
glicose e ácidos graxos. Quando um ciclo possui tanto a função catabólica quanto a 
anabólica, ele é chamado de anfibólico.
Devido a isso, o ciclo do ácido cítrico apresenta funções cruciais para quase 
todos os metabolismos da célula, o que faz com que ele seja estritamente regulado, 
principalmente pelos níveis de NADH e ATP celular. A ativação do ciclo ocorre pelo 
aumento do acetil-CoA na matriz mitocondrial. Além disso, as enzimas citrato 
sintase, isocitrato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase são enzimas 
regulatórias desse ciclo.
A enzima citrato sintase é inibida por altos níveis de ATP, NADH, acetil-CoA e 
ácidos graxos, sendo ativada pelo aumento da quantidade de acetil-CoA, AMP, 
coenzima A e o cofator Ca2+. A enzima isocitrato desidrogenase é inibida pelo 
excesso de ATP e ativada pelo ADP. Já a α-cetoglutarato desidrogenase é inibida 
pelos seus produtos – NADH e succinil-CoA – e ativada pelo cofator cálcio.
Metabolismo de carboidratos 75
Figura 23
Regulação do ciclo do ácido cítrico
Em vermelho estão marcados os 
agentes que causam inibição da 
enzima. Em verde estão marcados 
os agentes que causam ativação 
da enzima.
Analisando todas as reações do ciclo do ácido cítrico, elas iniciam pela entrada 
de uma molécula de acetil-CoA e uma de água, fazendo com que surja a formação 
de três moléculas de NADH, uma de FADH2 e uma de GTP, também liberando 
dois CO2. A seguir, falaremos sobre a maneira como a célula transfere energia 
dos transportadores de elétrons e prótons para o ATP, sendo essas as moléculas 
transportadoras de elétrons em energia química (ATP).
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76 Bioquímica
3.3 Fosforilação oxidativa 
Vídeo
A maior formação de ATP na célula quando estiver em presença de oxigênio 
ocorre no processo de fosforilação oxidativa, que acontece na membrana interna 
(cristas) da mitocôndria. As moléculas NADH e FADH2 formadas anteriormente são 
oxidadas e suas energias são transferidas para o ADP se unir ao fosfato inorgânico 
e formar ATP.
Como a localização das estruturas onde ocorre a fosforilação oxidativa é bem 
específica, é necessário lembrarmo-nos como são as estruturas morfológicas da 
mitocôndria. Ela é formada por duas membranas, uma externa e outra interna, 
chamado de espaço intermembranoso. A estrutura química e funções de cada uma 
das membranas são diferentes. A membrana externa possui alta permeabilidade 
a eletrólitos e moléculas pequenas (Mw < 5000) e não contém invaginações. Já a 
membrana interna é altamente invaginada e não deixa a maioria dos íons atravessar 
sem um transportador específico, e é nela que estão os complexos enzimáticos da 
cadeia respiratória, além da ATP sintase.
Membrana interna
Membrana externa
Espaço intermembrana
Espaço intermembrana
Cristais
mitocondriais
Figura 24
Estrutura mitocondrial
CF
CF
/W
ik
im
ed
ia
Co
m
m
on
s
A cadeia respiratória que está nas cristas mitocondriais possui complexos 
enzimáticos e proteínas transportadoras de elétrons, sendo também o local final 
de produção de ATP da respiração celular aeróbica. A cadeia respiratória é formada 
por quatro complexos enzimáticos que são chamados de citocromos. 
Os citocromos são proteínas que possuem grupo Heme e Ferro-enxofre na 
sua estrutura e funcionam como transportadores de elétrons. Essas proteínas 
transportadoras de elétrons são organizadas em complexos multienzimáticos, 
chamados de complexos I, II, III e IV. É importante destacarmosque esses complexos 
são transmembranas, o que permite, além do transporte de elétrons, o transporte 
ativo de prótons da matriz mitocondrial para o espaço entre as membranas. O 
complexo II é uma proteína integral, ou seja, não atravessa a membrana interna, 
Metabolismo de carboidratos 77
por isso ele não apresenta a função de transporte ativo de prótons, somente o 
transporte de elétrons. 
Além dos carreadores de elétrons, a cadeia respiratória também possui outro 
transportador lipofílico o qual é chamado de ubiquinona. Esse transportador, ou 
coenzima Q (QH2), é uma benzoquinona lipofílica que se desloca no interior da 
membrana interna da mitocôndria e possui a capacidade de transportar um elétron 
(semiquinona) ou dois elétrons (ubiquinol) do complexo I para o II, e do II para o III. 
Cada complexo enzimático recebe elétrons de uma molécula e transmite para 
outra. Por esse motivo, o nome de cada complexo deve indicar esse processo: o 
complexo I recebe elétrons do NADH e transmite para a coenzima Q, fazendo com 
que seu nome seja NADH-CoQ oxidorredutase. 
O complexo II recebe elétrons do succinato, passa para o FAD e, em seguida, para 
a coenzima Q, por isso o seu nome é succinato-CoQ oxidorredutase. O complexo III 
recebe elétrons da coenzima Q e transmite para o citocromo c, recebendo o nome 
de CoQH2-citocromo c oxidorredutase. Por fim, o complexo IV recebe elétrons do 
citocromo c e transmite-os para o O2, sendo chamado de citocromo oxidase.
Figura 25
Estrutura da cadeia respiratória e ATP sintase
Para que ocorra a produção de ATP, os complexos enzimáticos criam um 
gradiente de prótons no espaço entre as membranas. Os prótons devem voltar à 
matriz e isso acontece na maior parte dos tecidos por meio de um outro complexo 
enzimático chamado de ATP sintase (ou complexo V). A enzima ATP sintase é um 
complexo transmembrana, com a função de síntese de ATP e que apresenta duas 
porções: uma inserida na membrana mitocondrial interna, denominada Fo (sendo 
o de oligomicina, um inibidor dessa fração); e a porção F1, que está voltada para 
a matriz. 
A porção F1 possui sete subunidades: internamente, existe a subunidade γ, que 
funciona como um eixo de rotação, e ela está envolta para outras três subunidades 
α alternadas e outras três subunidades β. Sobre a subunidade γ, está a subunidade 
δ, que fixa a subunidade b2 e permite que o eixo rode sobre si, mesmo enquanto a 
energia do gradiente de prótons é transferido para unir ADP e Pi para formar ATP.
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78 Bioquímica
Figura 26
Estrutura da ATP sintase
Lado P
Lado N
O entendimento do funcionamento da cadeia respiratória é crucial para 
a avaliação do processo de respiração aeróbica. A estrutura do complexo I é 
formada por várias coenzimas e grupos prostéticos que possibilitam a função de 
transportadores de elétrons. Entre esses grupos prostéticos estão o ferro-enxofre e 
a coenzima flavina mononucleotídeo (FMN). O NADH doa elétrons para o complexo I, 
algo que ocorre em várias etapas de ordem crescente de potencial de redução, 
depois disso, eles são encaminhados para a coenzima Q. Cada passagem de dois 
elétrons do NADH até a ubiquinona por meio do complexo I promove a passagem 
de quatro prótons (H+) da matriz mitocondrial para o espaço intermembranas. 
Quando o complexo I recebe elétrons do NADH, quatro H+ são transferidos para 
o espaço entre as membranas. Em seguida, os elétrons são encaminhados para 
a coenzima Q, que quando recebe os elétrons, ela se transforma em ubiquinol e 
promove a transferência para o complexo III. Ele transfere os elétrons por meio de 
um processo de diferença de potencial de redução, processo o qual está acoplado ao 
bombardeamento simultâneo de quatro H+ da matriz para o espaço intermembranas. 
Após os prótons passarem para o espaço entre as membranas, eles são 
encaminhados para o citocromo C e depois para o complexo IV, que ao receber 
os elétrons, ele transfere dois H+ para o espaço entre as membranas. Depois, os 
elétrons vão para a molécula de oxigênio, que sofre redução e acaba formando 
água. Ao somarem todos os prótons transportados para cada dois elétrons que 
passam pela cadeia respiratória a partir do NADH, verificamos um total de dez H+.
A cadeia respiratória possui duas entradas independentes de elétrons: a 
primeira pelo complexo I, que vimos anteriormente; e a segunda entrada de 
elétrons ocorre quando o succinato entrega os elétrons ao complexo II, que é uma 
flavoproteína, ou seja, possui um FAD como grupo prostético. O FAD recebe os 
elétrons do succinato formando FADH2, que transfere os elétrons para a coenzima 
Q e os leva para o complexo III. Após isso, os passos ocorrem da mesma maneira 
que vimos na explicação sobre o processo no complexo I.
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Metabolismo de carboidratos 79
Figura 27
Transferência de elétrons na cadeia respiratória mitocondrial
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Perceba que as transferências dos elétrons do NADH e FADH2 geram um grande 
aumento na quantidade de prótons no espaço entre as membranas, o que gera um 
gradiente de prótons, contudo nesse processo ainda não ocorreu a síntese do ATP, 
que é o objetivo principal da respiração celular. Ao analisar esses protestos, Peter 
Mitchel propôs a chamada teoria quimiosmótica, que explica a relação entre esse 
gradiente de prótons com a síntese de ATP. 
A teoria quimiosmótica explica a transferência de energia que ocorre na cadeia 
respiratória para formar o gradiente de prótons no espaço entre as membranas. 
Esse gradiente gera uma força próton-motriz com dois componentes: um elétrico 
e outro químico. A diferença de potencial elétrico (ΔΨ) é gerada pela diferença 
de cargas entre o espaço, entre as membranas e entre a matriz mitocondrial. O 
componente químico é composto pela energia potencial química, que é gerada 
pela diminuição do pH no espaço intermembranas. O acúmulo de H+ nesse espaço 
deixa a região ácida, diferente da matriz mitocondrial, que possui pH 7,4. Essa 
diferença de pH forma uma diferença de potencial químico (ΔpH) e somando esses 
dois potenciais ocorre a força próton-motriz.
Figura 28
Teoria quimiosmótica
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Existem muitos venenos 
que bloqueiam os 
complexos da cadeia 
respiratória. Um deles 
é o cianeto, que é um 
veneno tóxico encontrado 
na natureza. Esse veneno 
inibe a citocromo c-oxidase, 
impedindo a entrega do 
elétron para o oxigênio e, 
por isso, a produção de ATP 
é impedida, ocasionando a 
morte celular.
Saiba mais
80 Bioquímica
A força próton-motriz impulsiona os prótons a voltarem para a matriz 
mitocondrial. Nesse processo, ocorre a transferência de energia que promove 
uma mudança na conformação da porção F1 da ATP sintase. Essa mudança 
conformacional ocorre promovendo movimento de girar para a porção F1. Com 
isso, a energia é transferida para uma molécula de ADP, permitindo a ela se unir 
com um fosfato inorgânico (Pi), formando ATP.
3.4 Rendimento energético 
Vídeo
Como vimos, a respiração ocorre em várias etapas, e em cada uma delas é 
produzida uma quantidade diferente de ATP. Além disso, dependendo de qual seja 
o substrato energético utilizado, a quantidade de ATP formado varia. 
No processo de respiração anaeróbica, que culmina na fermentação, são geradas 
apenas duas moléculas de ATP. Já na respiração aeróbica, devemos considerar qual 
dos transportadores entrega os elétrons e, por consequência, qual complexo inicia 
a cadeia respiratória. A oxidação do NADH gera mais ATP comparada à oxidação 
do FADH2, e a transferência dos elétrons do NADH para o complexo I libera dez 
prótons para o espaço entre as membranas. 
A transferência de seis H+ ocorre com a transferência dos elétrons do succinato 
para o FADH2 no complexo II. O acoplamento do gradiente de prótons, gerando a 
força próton-motriz com a atividade ATP sintase, promove a síntese de ATP. Devido 
a isso, quanto mais prótons passarem para o espaço entre as membranas, maior 
será a força próton-motriz e a produçãode ATP.
Figura 29
Cálculo da geração de ATP a partir da glicose
Glicose
2 NADH
2 NADH
6 NADH
2 GTP 2 ATP
3 ATP
15 ATP
5 ATP
2 ATP
5 ATP
2 FADH2
2 Piruvato
2 Acetil-CoA
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Metabolismo de carboidratos 81
Além de ATP, nas etapas da respiração também é formado NADH, mas é 
importante lembrarmo-nos que a glicólise produz dois ATP, e dois NADH no 
citosol, além do piruvato. Depois dessa formação, a transformação de cada 
piruvato para acetil-CoA na matriz mitocondrial gera mais uma molécula de 
NADH, e como cada molécula de glicose produz dois piruvatos, nessa reação 
são formados dois NADH. Cada acetil-CoA entra no ciclo do ácido cítrico, e 
cada ciclo forma três NADH, um GTP (ATP) e um FADH2. Como a partir de cada 
molécula de glicose obtemos seis NADH, dois GTP e dois FADH2, então, ao final 
do ciclo do ácido cítrico é obtido dez NADH, dois FADH2 e quatro ATP.
A contabilização da quantidade de ATP gerado é feita diferentemente se for 
a partir do NADH ou do FADH2. Cada NADH gera 2,5 ATP durante seu processo 
de oxidação na cadeia respiratória, e cada FADH2 gera 1,5 ATP. Portanto, faze-
mos a seguinte conta.
Percebamos que, ao fazermos o cálculo do número de ATP gerados 
pela degradação da glicose, utilizamos dois NADH formados durante a via 
glicolítica, porém, assim como ocorre no citosol, esses dois NADH não entram 
diretamente na mitocôndria, pois, a membrana interna é impermeável 
ao NADH. Isso faz com que seja necessária a presença de lançadeiras, que 
são elas: a malato-aspartato e a glicerol-fosfato. Essas lançadeiras acabam 
contornando o problema de entrada na membrana, principalmente quando 
a célula necessita de ATP. A seguir, falaremos sobre o que são e a função 
específica dessas lançadeiras.
3.4.1 Lançadeiras
Como vimos, existem dois tipos de lançadeiras. Na malato-aspartato, 
o NADH citosólico transferirá seus elétrons e prótons para o oxaloacetato, 
ainda no citosol. Após isso, o oxaloacetato é reduzido a malato pela catálise 
da malato desidrogenase. A mitocôndria é permeável ao malato, por meio 
do transportador malato-α-cetoglutarato, por isso, ele consegue entrar na 
mitocôndria, ao estar no interior, o malato entra no ciclo do ácido cítrico por 
meio da malato desidrogenase. Essa lançadeira é encontrada em mitocôndrias 
do fígado, dos rins, e do coração.
10 NADH + 2 FADH2 + 4 ATP 10 (2,5 ATP) + 2 (1,5 ATP) + 4 ATP 25 ATP + 3 ATP 
+ 4 ATP = 32 ATP
82 Bioquímica
Figura 30
Lançadeira malato-aspartato
Espaço intermembrana
(lado P)
Matriz 
(lado N)
2
Aspartato- 
-aminotransferase
Aspartato- 
-aminotransferase
malato-desidrogenase malato-desidrogenase
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Já na lançadeira glicerol-fosfato, encontrada no tecido cerebral e muscular, 
o NADH, que está no citosol, transfere os elétrons para a di-hidroxiacetona fosfato 
formando glicerol-3-fosfato, que depois de formado, ele atravessa a membrana externa 
e transfere diretamente os elétrons para o FAD que está no complexo II. É importante 
notarmos que nessa lançadeira não ocorre entrada por meio do ciclo do ácido cítrico.
Figura 31
Lançadeira glicerol-fosfato
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Metabolismo de carboidratos 83
Analisando todas as possibilidades de entrada de elétrons para a geração da 
força próton-motriz, o rendimento energético, após degradação da molécula de 
glicose, pode variar entre 30 a 32 ATP.
3.5 Gliconeogênese 
Vídeo A manutenção da glicemia é um processo fundamental para a obtenção de ATP 
na maioria dos tecidos, porém, existem algumas células que são mais dependentes 
da molécula de glicose para manterem os níveis de ATP. Esse metabolismo não é 
exclusivo dos mamíferos, também podendo ocorrer em outros animais, vegetais, 
fungos e micro-organismos, entretanto, ela é fundamental no jejum prolongado 
dos mamíferos, ocorrendo principalmente no fígado (90%) e nos rins (10%). Existem 
vários hormônios que controlam a atividade das enzimas da gliconeogênese, entre 
as quais estão o glucagon e o cortisol.
As moléculas que entram na gliconeogênese podem variar dependendo da 
espécie. Os micro-organismos utilizam propionato, acetato e lactato, que estão 
presentes no meio de crescimento. Os vegetais podem utilizar os lipídeos e 
aminoácidos por vias metabólicas distintas, incluindo a gliconeogênese. Os animais 
utilizam vários aminoácidos, sejam aqueles que vêm da dieta ou do músculo 
esquelético, no caso de um processo de jejum prolongado.
 
Quadro 1
Aminoácidos glicogênicos agrupados segundo o local de entrada
Ao analisarmos os 20 aminoácidos 
que produzem proteínas, apenas a 
leucina e a lisina não são capazes 
de fornecer carbonos para a 
síntese da glicose.
* Esses aminoácidos também são 
cetogênicos.
Piruvato 𝛼𝛼-Cetoglutarato
Alanina Arginina
Cisteína Glutamato
Glicina Glutamina
Serina Histidina
Treonina Prolina
Triptofano* Fumarato
Succinil-CoA Fenilalanina*
Isoleucina* Tirosina*
Metionina Oxaloacetato
Treonina Asparagina
Valina Aspartato
Fonte: Adaptado de Nelson; Cox, 2014, p. 574.
A necessidade de formação de glicose para manter a glicemia em mamíferos 
permite a entrada de outros compostos além dos aminoácidos, como o lactato, o 
piruvato ou o glicerol. O processo da gliconeogênese envolve muitas enzimas uti-
lizadas na glicólise, apesar de existir três etapas em que enzimas exclusivas da gli-
coneogênese estão presentes, o que justifica o fato de apenas dois órgãos fazerem 
esse metabolismo em mamíferos. A Figura 32 faz um comparativo entre a glicólise 
e a gliconeogênese.
84 Bioquímica
Figura 32
Vias opostas da gliconeogênese e da glicólise em fígado de rato
Glicólise Gliconeogênese
Glicose
Glicose-
-6-fosfato
Frutose- 
-6-fosfato
Frutose-1,6-
-bifosfato
(2) Gliceraldeído-3-
-fosfato
ATP
ATP
Di-hidroxiacetona-
-fosfato
Di-hidroxiacetona-
-fosfato
ADP H2O
H2OADP
2Pi 2Pi
Pi
Pi
2NAD+ 2NAD+
2ADP 2ADP
2ADP
2ADP
2GDP
2GTP
2ATP
2ATP
2ATP 2ATP
(2) 3-Fosfoglicerato
(2) 2-Fosfoglicerato
(2) Fosfoenolpiruvato
(2) Piruvato
2NADH + 2H+ 2NADH + 2H+
(2) 1,3-Bifosfoglicerato
Hexocinase
Glicose-6-Glicose-6-
-fosfatase-fosfatase
Frutose-1,6-Frutose-1,6-
-bifosfatase-1-bifosfatase-1
PEP-
-carboxicinase
Piruvato-
-carboxilase
Fosfofrutocinase-1
Piruvato-
-cinase
(2) Oxaloacetato
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Metabolismo de carboidratos 85
Observe na Figura 32 que apesar da gliconeogênese ser quase o oposto da 
glicólise, existem três reações irreversíveis que necessitam de enzimas específicas, 
em que algumas delas são regulatórias.
Para iniciar a gliconeogênese, a maioria dos precursores da glicose é convertida 
em piruvato ou em intermediários do ciclo do ácido cítrico, como o oxaloacetato. 
Uma exceção é o glicerol, advindo da quebra de triglicerídeos do tecido adiposo, 
sendo ele primeiramente transformado em diidroxicetona fosfato, que está na 
metade da via. Com relação aos triglicerídeos, somente o glicerol pode ser utilizado 
na gliconeogênese, os ácidos graxos não são substratos para a gliconeogênese. Isso 
é justificável, pois os animais não possuem enzimas para transformar ácidos graxos 
em glicose.
A formação da glicose, a partir do piruvato, precisa passar pela fase de transformação 
de piruvato para fosfoenolpiruvato. No entanto, a reação não ocorre de maneira direta, 
pois o piruvato precisa inicialmente ser transformado em oxaloacetato, para depois 
formar o fosfoenolpiruvato, porém, a transformação de piruvato em oxaloacetato só 
pode acontecer na matriz mitocondrial. Por conta disso, o piruvato, que está no citosol, 
entra primeiro na matriz mitocondrial ou, ainda, ele pode ser formado pelo processo 
de transaminação a partir do aminoácido alanina, dentro da mitocôndria. Nesse último 
caso, o grupo amina do aminoácido é transferido para um α-cetoácido carboxílico para 
depois ocorrer a formação do piruvato.
3.5.1 Etapas da gliconeogênese
Na primeira etapa da gliconeogênese, que ocorre na matriz mitocondrial, a 
enzima piruvato carboxilase é dependente da biotina ecatalisa a transformação 
de piruvato a oxaloacetato. A biotina presente na enzima é fosfotilada pelo ATP e 
tem a função de transportador de bicarbonato. O fosfato que entrou é retirado, 
formando o oxaloacetato, que por sua vez é formado na mitocôndria e não 
consegue ser transferido ao citosol, fazendo com que ele seja catalisado pela malato 
desidrogenase para formar malato. O malato é levado ao citosol para continuar o 
processo. Quando ele chega ao citosol, a malato desidrogenase citosólica catalisa 
novamente a formação de oxaloacetato. Depois, a fosfoenolpiruvato carboxiquinase 
catalisa a transformação de oxaloacetato em fosfoenolpiruvato (PEP) e essa enzima 
necessita de Mg2+ como cofator. Nessa reação, ocorre a retirada de CO2 e, para isso, 
existe a necessidade de gasto de GTP. 
Nesse mecanismo, a relação [NADH]/[NAD+] é cerca de dez vezes menor no 
citosol que na mitocôndria. Com isso, o malato deve sair da mitocôndria para virar 
oxaloacetato, portanto, esse é um ponto crucial nesse metabolismo e a formação 
de glicose não pode ocorrer, a não ser que exista NADH disponível. Outro aspecto 
importante é que nessa fase da gliconeogênese foram utilizados dois compostos 
ricos em energia: GTP e ATP, havendo, portanto, consumo de moléculas energéticas.
Para ser ultrapassada essa falta de NADH e ter uma outra maneira possível de 
transformar piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP), o precursor para a glicose deve ser 
o lactato. Com isso, a transformação de lactato em piruvato forma NADH no citosol, 
não sendo necessária a formação do malato. Nesse caso, o piruvato, que está na 
86 Bioquímica
mitocôndria, é transformado em oxaloacetato e, em seguida, ele vira PEP. A enzima que 
catalisa essa reação é a fosfoenolpiruvato carboxiquinase mitocondrial. O PEP formado 
na mitocôndria é transferido para o citosol, dando sequência à gliconeogênese.
Figura 33
Vias alternativas da transformação do piruvato em fosfoenolpiruvato
Quando o fosfoenolpiruvato é formado, as mesmas enzimas da via glicolítica 
fazem a reversão das reações até a formação de frutose 1,6-bifosfato. Essas 
transformações não são consideradas etapas da gliconeogênese, pois elas utilizam 
enzimas compartilhadas.
Na segunda etapa da gliconeogênese ocorre a retirada do fosfato do carbono 1 
da frutose 1,6-difosfato resultando na frutose 6-fosfato, que ao ser formada leva 
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Metabolismo de carboidratos 87
a catálise da fosfohexose isomerase. Essa é uma enzima da via glicolítica que 
catalisa a modificação de frutose 6-fosfato para glicose 6-fosfato, como a enzima é 
compartilhada com a glicólise, essa reação é considerada uma etapa intermediária.
A glicose 6-fosfato entra no retículo endoplasmático liso por meio de 
um transportador específico. Nessa organela, ocorre a terceira etapa da 
gliconeogênese em que a glicose 6-fosfatase catalisa a reação de retirada 
do fosfato da glicose 6-fosfato, liberando glicose. Isso ocorre gradualmente 
e quando a concentração de glicose aumenta no interior do retículo 
endoplasmático liso, o transportador de glicose desloca rapidamente para 
o citosol e, em seguida, a GLUT2 permite a saída de glicose para o plasma 
sanguíneo por diferença de concentração, aumentando a glicemia.
Figura 34
Reação da glicose 6-fosfatase no retículo endoplasmático liso
Citosol Membrana plasmática
Concentração
sanguínea de
glicose aumentada
Capilar 
Transportador
de G6P (T1)
G6P Glicose-6-fosfatase
Transportador
de glicose (T2)
Glicose Glicose 
Lúmen do RE Pi Pi
G6P
Transportador
de Pi (T3) 
GLUT2
A gliconeogênese é muito regulada, especialmente pelo fato de ela e a glicólise 
serem processos inversos e, portanto, regulados reciprocamente. No entanto, a 
gliconeogênese possui várias enzimas exclusivas da gliconeogênese, com algumas 
delas sendo regulatórias. A enzima piruvato carboxilase é inibida pelo ADP e 
ativada pelo acetil-CoA. Outra enzima inibida pelo ADP é a fosfoenolpiruvato 
carboxiquinase. Por outro lado, na glicólise, a piruvato quinase é ativada pelo 
excesso de frutose 1,6-bifosfato e ela é inibida pelo ATP e pela alanina. 
Além dessas enzimas, observamos que a frutose 1,6-bifosfatase é a enzima mais 
regulada da gliconeogênese. Ela é inibida pela adenosina monofosfato (AMP) e 
ativada pelo citrato. Além disso, a frutose 2,6-bifosfato, que é produzida pela catálise 
da fosfofrutocinase-2 por meio da transformação de frutose 6-fosfato, controla a 
atividade da frutose 1,6 bifosfatase. Essa molécula aumenta quando o indivíduo está 
com a glicemia alta e ocorre estimulação da insulina, com isso, a fosfofrutoquinase-1 
está ativada, privilegiando a via glicolítica. No jejum prolongado, ocorre diminuição da 
glicemia e o glucagon é liberado, mas não ocorre a formação de frutose 2,6-difosfato, 
mantendo a frutose 1,6-bifosfatase ativada, e estimulando a gliconeogênese. 
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88 Bioquímica
3.6 Glicogênese e Glicogenólise 
Vídeo
O controle da glicemia e da quantidade de ATP celular também é feito por meio 
da reserva do polissacarídeo glicogênio, essa reserva existe tanto nos animais 
quanto em muitos micro-organismos. O armazenamento do glicogênio ocorre de 
maneira a ficar condensado em grandes grânulos citosólicos que estão ancorados na 
proteína glicogenina. Os animais possuem uma pequena quantidade de glicogênio 
na maioria das células, porém, os principais locais de armazenamento são o fígado 
e o músculo estriado esquelético. No fígado, o polissacarídeo representa cerca de 
10% do peso total do órgão, enquanto no músculo é de aproximadamente 1 a 2%. 
Dito isso, é perceptível que, em termos de porcentagem, o fígado possui a 
maior quantidade de glicogênio. Além disso, ele possui a importante função de 
manter a glicemia em períodos de jejum inicial, podendo ser depletado entre 12 e 
14 horas; ou em exercício, em torno de 40 min. Além disso, o glicogênio muscular 
é utilizado somente para manutenção energética desse órgão, não contribuindo 
para a manutenção da glicemia.
Quando a glicemia está alta e ocorre estímulo da insulina na célula, a glicose 
que estiver em excesso no citosol será encaminhada para armazenamento, 
preferencialmente na forma de glicogênio. Para que a glicose, que entrar na célula, 
seja armazenada na forma de glicogênio, deve ser formado o nucleotídeo de 
açúcar: UDP-glicose.
Para iniciar a síntese de UDP-glicose, primeiro é formado a glicose 6-fosfato, 
com a mesma enzima da primeira reação da glicólise que será catalisada no 
fígado pela hexoquinase IV, e no músculo pela hexoquinase II. Em seguida, a 
enzima fosfoglicomutase transferirá o fosfato do carbono 6 da glicose 6-fosfato 
para o carbono 1, formando a glicose 1-fosfato. Depois disso, a enzima 
UDP-glicose-pirofosforilase catalisará a entrada de um UTP na glicose 1-fosfato, 
liberando pirofosfato (PPi) e UDP-glicose.
Depois que ocorre a formação do UDP-glicose, as condições para formação do 
glicogênio exigem o ancoramento da molécula de glicose na glicogenina. Além de 
fazer a ancoragem, essa proteína possui uma enzima na sua estrutura chamada 
glicosil-transferase, ela inicia uma nova cadeia de glicogênio quando é transferida 
de um resíduo de glicose do UDP-glicose (nucleotídeo açúcar) para o grupo hidroxil 
da tirosina (Tyr194) da glicogenina. Depois disso, ocorre o alongamento da cadeia 
em até sete resíduos de glicose, ainda catalisadas pela glicogenina. Mesmo após 
esse aumento, a enzima citosólica glicogênio sintase continua aumentando a 
cadeia do glicogênio.
A glicogênio sintase catalisa a retirada do UDP do carbono 1 da molécula de 
glicose e transfere a ligação para o carbono 4 da última glicose do polímero, com 
liberação da molécula de UDP.
O glicogênio é um 
polissacarídeo de arma-
zenamento de moléculas 
de glicose que está unido 
por ligações α(1,4) e α(1,6), 
formando ramificações 
dependendo do estado 
nutricional e a quantidade 
de moléculas de glicose ar-
mazenadas, mas isso pode 
variar. No estado alimen-
tado, cada grânulopode 
apresentar até cerca de 55 
mil resíduos de glicose e, 
aproximadamente, duas mil 
unidades não redutoras.
Saiba mais
Metabolismo de carboidratos 89
Figura 35
Reação da glicogênio sintase
––O O P P O O P P O O ––
O O CH CH2
O O 
HH
HH
HH
OHOH OHOH
HH
HH
O O 
O O 
UDP-glicose
UDP
Glicogênio alongado 
com n + 1 resíduos
Extremidade 
não redutora
Extremidade não 
redutora da cadeia 
do glicogênio com 
n resíduos (n > 4)
Glicogênio-sintase
HH
OO
HH
HH
HH
OO
66CHCH22OHOH
HH
OHOH
HOHO
HOHO
5
4
3 2
1
HH
HH
HH
HH
OO
CHCH22OHOH
HH
OHOH
OHOH
HOHO OO OO OO
4 1
HH HH
HH HH
HH HH
HH HH
OO OO
CHCH22OHOH CHCH22OHOH
HH HH
OHOH OHOH
OHOH OHOH
4 41 1
HOHO OO OO
HH HH
HH HH
HH HH
HH HH
OO OO
CHCH22OHOH CHCH22OHOH
HH HH
OHOH OHOH
OHOH OHOH
4 41 1
Uracila
Com a atividade sequencial da enzima glicogênio sintase, ocorre a produção 
um polissacarídeo linear com apenas ligações α (1,4). Para que não seja formado 
um polímero linear e uma menor quantidade de espaço na célula seja ocupada, 
é necessário que ocorra a formação de ramificação com ligações α (1,6). Para 
isso, ocorre a catálise da enzima glicosil (4,6) transferase, também chamada de 
amilo (1,4–1,6) transglicosilase. Quando a ponta não redutora ter aproximadamente 
11 resíduos de glicose, essa enzima catalisa a transferência de seis para sete desses 
resíduos de glicose para o grupo hidroxil do carbono 6 da glicose, que está em uma 
posição mais interna, ou para outra cadeia do glicogênio. Essa transferência forma 
a ligação α (1,6) e a consequente ramificação, como mostra a Figura 36.
Figura 36
Ação da enzima glicosil (4,6) transferase
IE
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HO
Extremidade 
não redutora
Núcleo do 
glicogênio
Núcleo do 
glicogênio
Extremidade 
não redutora
(𝛼1⟶6)
(𝛼1⟶4)
Extremidade 
não redutora
Ponto de 
ramificação
OO
OO
OO
OO OO OO OO OO OO OO
OO OO OO OO OO OO
OO OO OO OO OO OO OO
OO OO OO OO OO OO
OO
Enzima de ramificação 
do glicogênio
OO OOOO
OO
OO
OO
OO
OO
OO
OO OO OO
HO
HO
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90 Bioquímica
Depois da formação da ramificação, a glicogênio sintase continua catalisando 
o aumento da cadeia polissacarídica. Esse processo ocorre enquanto a insulina 
estimular a célula, e as moléculas de glicose continuarem entrando.
Quando a glicemia começa a diminuir, a insulina diminui e o glucagon aumenta, 
fazendo com que o processo quebra do glicogênio seja iniciado, chamado de 
glicogenólise. Esse processo é muito importante para o organismo dos animais, 
pois contribui para manutenção da glicemia no jejum inicial, preservando o 
funcionamento de algumas células, como as hemácias, que são dependentes 
exclusivamente de glicose, além do sistema nervoso, que tem a glicose como 
combustível preferencial. Porém, vale lembrarmo-nos que apenas o fígado pode 
contribuir com o aumento da glicemia.
Para iniciar a quebra do glicogênio, a enzima glicogênio fosforilase catalisa a entrada 
de um fosfato inorgânico (Pi) na ligação α (1,4) da ponta não redutora do glicogênio, 
fazendo com que ocorra a retirada de uma glicose 1-fosfato. A reação prossegue até 
que fiquem quatro resíduos de glicose próximos a um ponto de ramificação ou da 
glicogenina. Após essa reação, a fosforilase para de funcionar. Com isso, ao reiniciar a 
síntese de glicogênio, na glicogênese, já existe um ponto de partida para a quebra do 
glicogênio. 
Figura 37
Atividade da glicogênio fosforilase
Extremidades não 
redutoras
Ligação (α1→4)
Ligação (α1→6)
Glicogênio
Glicogênio-fosforilase
Moléculas de 
glicose-1-fosfato
As moléculas de glicose 1-fosfato que são liberadas sofrem a catálise da 
fosfoglicomutase, acarretando a transferência do fosfato do carbono 1 para o 
carbono 6, formando glicose 6-fosfato. Caso essa molécula tenha sido formada no 
músculo, a glicose 6-fosfato entra na via glicolítica, mas se o processo ocorrer no fígado, 
existem duas alternativas: a primeira, se o hepatócito estiver com baixa quantidade 
de ATP, a glicose 6-fosfato entrará na via glicolítica; a segunda, se a glicemia estiver 
baixa, a enzima glicose 6-fosfatase do retículo endoplasmático liso catalisa a retirada 
do fosfato, liberando glicose.
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Metabolismo de carboidratos 91
A continuação da glicogenólise ocorre depois que a glicogênio fosforilase diminuiu o 
tamanho da ramificação. A enzima transferase desramificadora transfere as três últimas 
moléculas de glicose, que estão em ligação α(1,4), para a ponta não redutora mais próxima. 
Depois de feita a transferência, fica apenas um resíduo de glicose em ligação α(1,6)
Figura 38
Atividade da transferase
Moléculas de 
glicose-1-fosfato
Atividade de 
transferase 
da enzima de 
desramificação
O resíduo de glicose que permaneceu na ramificação sofre a catálise da enzima 
α(1,6) glicosidase, ocorrendo a quebra da ligação glicosídica, liberando glicose. Depois a 
glicogênio fosforilase continua catalisando a retirada das ligações α(1,4) e a liberação de 
glicose 1-fosfato, até que fiquem quatro resíduos de glicose ligados na glicogenina.
Figura 39
Atividade da α(1,6) glicosidase
Polímero (𝛼1⟶4) não ramificado; 
substrato para nova 
ação da fosforilase
Glicose
Atividade de 
glicosidase (𝛼1⟶6) 
da enzima de 
desramificação
A manutenção da glicemia é um fator muito importante para o organismo de 
qualquer animal, por isso, a síntese e a degradação do glicogênio são muito bem 
reguladas. Para controle da glicemia no jejum inicial, o fígado auxilia liberando 
glicose que estava armazenada como glicogênio, mas o músculo esquelético não 
contribui para o aumento da glicemia. Entretanto, quando o indivíduo está no estado 
alimentado e, com a glicemia alta, a síntese do glicogênio acontece no fígado.
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92 Bioquímica
O músculo utiliza as moléculas de glicose do glicogênio para fornecer energia 
durante o exercício, quando prevalece a glicogenólise. A reposição do glicogênio 
muscular ocorre durante o relaxamento, prevalecendo, desse modo, a glicogênese. 
Por essa grande necessidade do corpo em relação ao metabolismo do 
glicogênio, esse último necessita de uma regulação enzimática estrita a qual é 
estimulada pela insulina, pelo glucagon e pela adrenalina. Quando a glicemia está 
aumentada e a insulina está circulante, ocorre estimulação nas células hepática e 
muscular, ativando a enzima glicogênio sintase. Nesse caso, ocorre a fosforilação 
da enzima glicogênio sintase cinase 3 (GSK3), tornando-a inativa, fazendo com que 
a glicogênio sintase permaneça sem grupamento fosfato, ficando ativa e formando 
as ligações α(1,4) do glicogênio. Com a glicogênio sintase ativada, o processo de 
síntese de glicogênio continua e a glicose que entra na célula pode ser armazenada 
na forma de polissacarídeo.
A glicogenólise também é regulada pelos processos de fosforilação/desfosforilação. 
Quando ocorre a estimulação da adrenalina (no músculo) ou do glucagon (no fígado), 
uma série de reações que levam a fosforilação da enzima é iniciada, ativando a 
glicogênio fosforilase. Para isso acontecer, esses dois hormônios aumentam a 
quantidade de AMP cíclico (AMPc), o que, por sua vez, ativa a proteína cinase A. Ao 
ativar a enzima proteínacinase A (PKA), ocorre a fosforilação da enzima glicogênio 
fosforilase, tornando a PKA ativa. Com o aumento da liberação de glicose proveniente 
do glicogênio, ocorre aumento da glicemia. 
Outra maneira de controlar as enzimas é pelo aumento da quantidade de 
AMP, depois da quebra do ATP, tanto no músculo quanto no fígado. O AMP se liga 
à glicogênio fosforilase fazendo a enzima ficar ativada e aumentar a liberação de 
glicose, acarretando o aumento da quantidade de ATP no músculo, bloqueando o 
sítio do AMP na enzima glicogênio fosforilase. Isso torna a enzima inativa, parando a 
glicogenólise, porém, no repouso, a enzima fosforilase α fosfatase do músculo (PP1) 
retira o fosfato da enzima glicogênio fosforilase α, tornando-ainativa.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo, estudamos o processo respiração celular, além da formação do ATP 
na presença e ausência de oxigênio. Durante a respiração anaeróbica ocorre acúmulo 
de piruvato, que é desviado para o processo de fermentação. Na respiração aeróbica, 
ocorrem três metabolismos principais acoplados, há a glicólise quando ocorre o 
consumo de carboidrato na respiração celular e, em seguida, o piruvato entra na 
mitocôndria, sendo ele convertido à acetil-CoA. 
O acetil-CoA entra no ciclo do ácido cítrico no qual são formadas a maior quantidade 
de moléculas CO2. Nas reações de formação de acetil-CoA e no ciclo do ácido cítrico, 
os elétrons e os hidrogênios são transferidos para o NAD+ e o FAD, formando NADH 
e FADH2. Esses transportadores de hidrogênio e elétrons entram no processo de 
fosforilação oxidativa que é o terceiro estágio da respiração no qual ocorre a maior 
formação de ATP.
Se você quer aprender bio-
química, o livro Bioquímica 
é o mais importante para 
esta ciência, sendo o princí-
pio para os estudos. A obra 
escrita por Jeremy Berg, 
John Tymoczko e Lubert 
Styer apresenta em deta-
lhes todos os processos 
bioquímicos, em especial o 
que acontece na célula.
BERG, J.; TYMOCZKO, J.; STYER, L. 
Barueri: Guanabara Koogan, 2014.
Livro
Metabolismo de carboidratos 93
Neste capítulo, também vimos os metabolismos para a manutenção da glicemia. No 
jejum inicial, é utilizada a quebra do glicogênio armazenado no fígado, regulado pelo 
glucagon, e pela adrenalina no músculo. A formação do glicogênio ocorre pelo estímulo 
da insulina, tanto no músculo quanto no fígado. No jejum prolongado, o glicogênio já foi 
depletado anteriormente, por esse motivo, é necessário sintetizar a glicose a partir de 
outras fontes, como os aminoácidos, o glicerol, o lactato e o piruvato. Esse processo é 
chamado de gliconeogênese e é estimulado pela insulina e pelo cortisol.
ATIVIDADES
Atividade 1
Imagine a segunda situação: um estudante estava em uma excursão e, por 
consequência de uma brincadeira, acabou ingerindo cerca de 30g/kg da planta 
conhecida como vassoura vermelha (Dodonea viscosa) que possui altos níveis de 
rotenona em sua composição. Considerando essa situação, explique como age 
a rotenona na membrana mitocondrial e qual a consequência da ação desse 
composto.
Atividade 2
A enzina enolase é inibida pelo flúor e pode levar a vários sintomas em pacientes 
com intoxicação grave. Devido a isso, explique qual é a função da enzima enolase 
e o que sua inibição causa no organismo.
Atividade 3
Explique como devem estar os níveis de glucagon e insulina para que a glicogênio 
sintase, uma enzima envolvida na biossíntese de glicogênio, esteja ativada no 
organismo.
REFERÊNCIAS
BERG, J. M.; TYMOCZKO, J. L.; STRYER, L. Bioquímica. 7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014.
DEVLIN, T. M. Manual de bioquímica com correlações clínicas. 7. ed. Blucher: São Paulo, 2011.
HALL, J. E. Guyton & Hall: tratado de fisiologia médica. 12. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2011.
KOEPPEN, B. M.; STANTON, B. A. Berne & Levy: fisiologia. 6. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2009.
NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger: princípios de Bioquímica. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. 
SILVERTHORN, D. U. Fisiologia Humana: uma abordagem integrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.
VOET, D.; VOET, J. G.; PRATT, C. W. Fundamentos de Bioquímica: a vida em nível molecular. 2. ed. Porto 
Alegre: Artmed, 2008.
94 Bioquímica
4
Transporte e utilização 
de lipídeos e proteínas
Os lipídeos são macromoléculas muito importantes para a maioria das células do 
organismo, porém, alguns tipos de lipídeos, como os triglicerídeos, são sintetizados em 
tecidos específicos e precisam ser armazenados em outros. Para seu transporte no 
sangue, é necessário que proteínas específicas sejam utilizadas. 
A utilização dos lipídeos como fonte de energia pode ser feita em vários tecidos 
no processo de β-oxidação dos ácidos graxos. Além deles, os aminoácidos também 
podem ser utilizados como fonte de energia. Para que isso aconteça, é necessário que 
existam condições nutricionais e hormonais específicas, porém isso leva a formação 
de amônio, que deve ser transformado em ureia no fígado. Isso é justificado devido ao 
amônio ser tóxico para a maioria dos seres vivos, portanto, eliminar o nitrogênio na 
forma de ureia é mais seguro, especialmente para os mamíferos.
Portanto, neste capítulo, veremos detalhadamente o processo de formação das 
lipoproteínas, de que maneiras ocorre o transporte dos triglicerídeos no organismo, 
assim como o processo de formação dos aminoácidos, o que é, e como funciona o 
processo conhecido como ciclo da ureia.
Com o estudo deste capítulo, você será capaz de:
• descrever a formação das lipoproteínas plasmáticas e seu metabolismo;
• descrever o processo de mobilização de triacilgliceróis do tecido adiposo, a β-oxidação 
dos ácidos graxos e suas respectivas regulações;
• descrever o processo de síntese de ácidos graxos e de colesterol e suas respec-
tivas regulações;
• compreender o processo de oxidação, de formação de corpos cetônicos e de 
síntese dos aminoácidos;
• descrever as reações do ciclo da ureia e sua regulação.
Objetivos de aprendizagem
4.1 Lipoproteínas 
Vídeo Quando ingerimos vários tipos de lipídeos, eles são absorvidos no intestino 
e armazenados ou utilizados no organismo. Apesar das estruturas químicas dos 
lipídeos serem muito diferentes entre si, eles apresentam uma característica em 
comum: a baixa solubilidade em água. Devido a isso, para que seja possível o 
transporte dessas moléculas pelo organismo, é necessária a ligação com proteínas 
Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 95
especiais chamadas de lipoproteínas, que têm a função de aumentar a solubilidade 
dessas moléculas em água, o que permite o transporte efetivo dos lipídeos na 
corrente sanguínea.
As lipoproteínas têm uma grande quantidade de lipídeos muito apolares em seu 
interior, formando um núcleo hidrofóbico que possui basicamente moléculas de 
triacilglicerol e ésteres de colesterila que não devem estar em contato com a água, 
justamente por apresentarem essa característica da baixa solubilidade. Para que o 
transporte possa ocorrer, na estrutura externa estão os fosfolipídeos, o colesterol 
livre e as apo-proteínas.
Figura 1
Estrutura de lipoproteínas
St
ev
en
 M
cD
ow
el
l/S
hu
tte
rs
to
ck
Ésteres de 
colesterila Fosfolipídios
Triglicerídeos
Colesterol livre
Apoproteínas
Fonte: Elaborada pela autora
A estrutura de todas as lipoproteínas é semelhante, o que muda entre elas 
será o tipo de apo-proteína e a quantidade de cada um dos lipídeos que será 
transportada. Por esse motivo, cada lipoproteína possui uma função, um local de 
formação e uma composição de lipídeos e apo-proteínas específicas.
A avaliação da densidade final de uma lipoproteína depende especialmente da 
sua constituição lipídica, pois quanto maior o teor de lipídeos, menor será a densi-
dade da lipoproteína. Logo, a densidade é que irá determinar a classificação delas, 
que por sua vez são divididas da seguinte maneira: a lipoproteína de muito baixa 
densidade, em inglês: Very Low Density Lipoprotein (VLDL); a lipoproteína de densi-
dade intermediária, em inglês: Intermediary Density Lipoprotein (IDL); a lipoproteína 
de baixa densidade, em inglês: Low Density Liprotein (LDL); e por fim, a lipoproteína 
de alta densidade, em inglês: High Density Lipoprotein (HDL). Além dessas, temos 
uma classificação extra chamada de quilomícron, que é a lipoproteína de mais bai-
xa densidade entre todas as outras. 
As lipoproteínas possuem apo-proteínas específicas que apresentam várias 
funções, como o transporte de lipídeos pela circulação sanguínea e a comunicação 
com órgãos específicos e controle de algumas enzimas. Um exemplo dessas apo-
proteínas são as lipases lipoproteicas que são ativadas pela apo-proteína C-II e 
96 Bioquímica
inibidas pela apoC-III. Outro exemplo de enzima controlada éa lecitina colesterol 
acil-transferase (LCAT) que é ativada por Apo A-I e inibida por A-II.
Outra coisa importante é a atuação das apo-lipoproteínas no reconhecimento 
celular. Por exemplo, a apo-proteína B-100, presente no LDL, é reconhecida pelos 
receptores presentes no tecido periférico, o que promove a endocitose dessa 
lipoproteína e entrega colesterol para esses tecidos. Na Tabela 1, mostramos o 
conteúdo de lipídeo e o tipo de apo-proteínas presentes em cada lipoproteína.
Tabela 1
Composição das lipoproteínas plasmáticas
Quilomícron VLDL IDL LDL HDL
Densidade (g/ml) <0,95 0,95-1,006 1,006-1,019 1,019-1,063 1063-1,210
Proteína (%) 2 8 15 22 40-55
Triglicerídeo (%) 86 55 31 6 4
Colesterol livre (%) 2 7 7 8 4 
Ésteres de colesterol (%) 3 12 23 42 12-20
Fosfolipídeos (%) 7 18 22 22 25-30
Composição de apopro-
teinas
A-I, A-II,B-48,
C-I, C-II, C-III
B-100, C-I, 
C-II, C-III, E
B-100, C-I, 
C-II, C-III, E
B-100
A-I, A-II, C-I, 
C-II, C-III, D, E
Fonte: Adaptada de Voet; Voet; Pratt, 2014, p. 660.
A seguir, explicaremos o processo de formação de cada uma dessas lipoproteínas.
4.1.1 Formação do quilomícron
A principal função das lipoproteínas é de transportar lipídeos na circulação 
sanguínea. O quilomícron, que é a lipoproteína de menor densidade entre todas, 
é formado no intestino a partir da união dos lipídeos absorvidos por meio da 
dieta, com lipoproteínas específicas produzidas pela célula intestinal (enterócito). 
A formação do quilomícron é complexa e segue uma sequência bem estruturada.
Essa formação tem início quando ingerimos lipídeos na dieta alimentar, mas é 
necessário que primeiro eles sejam digeridos em moléculas menores para serem 
absorvidos. Para isso, os sais biliares, que são produzidos pelo fígado a partir do 
colesterol, emulsificam essas gorduras e as separam em porções menores.
Depois dessa separação, as lipases pancreáticas quebram os triacilgliceróis, 
o que libera ácidos graxos livres e glicerol. Na sequência, as moléculas de ácidos 
graxos livres conseguem atravessar as microvilosidades intestinais por difusão 
simples, e ao entrarem no enterócito, vão para o retículo endoplasmático liso, onde 
são unidos novamente ao glicerol para formar os triglicerídeos. Após essa união, 
essas novas moléculas são encaminhadas ao complexo de Golgi, onde acontecerá 
a união com os outros lipídeos e com as apo-proteínas. Essas são sintetizadas no 
retículo endoplasmático rugoso e posteriormente serão unidas aos lipídeos para 
formar os quilomícrons. Os quilomícrons são constituídos principalmente por 
triacilgliceróis, que constituem cerca de 85% do seu peso, sendo essa a causa da 
sua baixa densidade.
Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 97
Figura 2
Formação dos quilomícrons
Os sais biliares provenientes do 
fígado cobrem as gotas de gordura. 
A lipase e colipase pancreáticas 
quebram gorduras em monoacilgli-
ceróis e ácidos graxos estocados em 
micelas.
Monoacilgliceróis e ácidos graxos 
movem-se para fora das micelas e 
entram nas células por difusão.
O colesterol é transportado para 
dentro das células por um transpor-
tador de membrana.
Os lipídeos absorvidos combinam-
-se com o colesterol e proteínas nas 
células intestinais para formar os 
quilomícrons. 
Os quilomícrons são liberados 
dentro do sistema linfático. 
1
3a
3b
2
4
5
1
3a
3b
2
5
Triacilgliceróis + colesterol + proteínas 
Sais biliares 
provenientes 
do fígado
Grandes glóbulos 
provenientes 
do estômago
Emulsão 
Lípase 
e colípase
Lúmen do
instestino delgado
 Reciclagem de
sais biliares 
Micelas 
RE liso 
Célula do
intestino
delgado
Aparelho de Golgi 
 Quilomícron 
Lactífero 
Líquido
intersticial
Linfa
para
a veia
cava
 Capilar 
4
Como os quilomícrons são estruturas muito grandes, eles vão para a circulação 
linfática, e depois chegam à circulação sanguínea pela veia cava esquerda. Para que 
ocorra a entrega de triglicerídeos aos tecidos, a apo-proteína C-II ativa a lipoproteína 
lipase no capilar do tecido, onde será feita a entrega. A lipoproteína lipase catalisa 
a quebra das ligações éster dos triacilgliceróis, o que gera ácidos graxos livres que 
entram nas células por difusão simples. Esses ácidos graxos podem ser utilizados 
para a geração de energia, ou podem ser novamente armazenados (reesterificados) 
na forma de triacilgliceróis no tecido adiposo.
4.1.2 Formação da VLDL
Com a entrega dos triglicerídeos aos tecidos, em especial ao tecido adiposo, 
os quilomícrons ficarão com tamanho menor, passando a ser chamados de 
quilomícrons remanescentes que são retirados da circulação pelo fígado. Nesse 
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
98 Bioquímica
órgão, existem três possibilidades de encaminhamento dos ácidos graxos que 
ainda sobraram no quilomícron: 1. eles podem ser utilizados para formar ATP; 2. 
podem ser utilizados como precursores para outras moléculas; ou 3. podem ser 
unidos a outros lipídeos e apo-proteínas, formando a lipoproteína VLDL.
A formação da lipoproteína de muito baixa densidade (VLDL) ocorre nos he-
patócitos após a união dos lipídeos provenientes do quilomícron remanescente, 
com os lipídeos sintetizados no fígado e as apo-proteínas específicas (apoB-100, 
apoC-I, apoC-II, apoC-III e apoE). Como vimos na Tabela 1, o VLDL possui cerca de 
55% de triacilgliceróis, sendo a maior parte deles sintetizados no fígado a partir 
da estimulação da insulina, devido ao excesso de carboidratos. Os triacilgliceróis 
serão transportados até os adipócitos e ao músculo pela VLDL. A apoC-II presente 
no VLDL ativa a lipoproteína lipase presente no endotélio vascular do tecido para 
possibilitar a quebra dos triacilgliceróis e a liberação dos ácidos graxos para ocorrer 
a entrega ao tecido.
4.1.3 Formação da LDL
Depois da entrega dos triglicerídeos, o VLDL será convertido em IDL, sendo 
que esse último termina de levar os triacilgliceróis para os tecidos, um processo 
que continua até que o conteúdo principal de lipídeo seja somente o colesterol 
e que a única apo-proteína seja a apo-B-100. Quando isso acontecer, ele passa a 
ser chamado de lipoproteína de baixa densidade (LDL). Com isso, notamos que a 
formação de IDL e de LDL ocorre na circulação, a partir do VLDL.
O LDL é uma estrutura que possui cerca de 8% de colesterol livre e 42% de 
ésteres de colesterila, tendo como principal função levar colesterol para as células 
dos tecidos periféricos.
Figura 3
Lipoproteína LDL
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 99
A única apo-proteína do LDL é a B-100, sendo que nos tecidos periféricos e 
hepatócitos são encontrados receptores específicos para ela, para que ocorra a 
entrega do colesterol. A Figura 4 mostra o processo de endocitose do LDL na célula 
do tecido periférico.
Figura 4
Endocitose da LDL mediada pelo receptor para Apo-B-100
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Membrana plasmática 
ApoB-100
 Ésteres de colesterila Partícula LDL 
O receptor de LDL liga 
apoB-100 da LDL, 
iniciando a endocitose.
Golgi 
Lisossomo 
RE
O receptor de LDL sintetizado 
no retículo endoplasmático 
rugoso move-se para a membrana 
plasmática via sistema de Golgi. 
Enzimas líticas no lisossomo degradam 
apoB-100 e ésteres de colesterila, liberando 
aminoácidos, ácidos graxos e colesterol. 
Núcleo 
Aminoácidos
 Ácidos graxos
 Colesterol 
Gotículas de gordura
O receptor de LDL é 
segregado em vesículas 
e reciclado na superfície. 
LDL é internalizado em 
um endossomo. 
O endossomo com LDL 
fusiona-se com o lisossomo. 
1
2
2
3
4
5
6
A LDL será retirada da circulação quando a apoB-100 se ligar aos seus 
receptores hepáticos e sofrer recaptação por endocitose. Qualquer alteração no 
receptor para B-100 no hepatócito, e/ou alteração da conformação da Apo-B-100 
impactará diretamente a remoção da LDL da circulação sanguínea. O colesterol que 
retorna ao fígado pela LDL é fundamental para controlar a síntese de colesterol 
nesse órgão pela inibição tanto da enzima reguladora da síntese de colesterol,hidroximetilglutaril (HMG)-CoA redutase, quanto da expressão proteica dos 
receptores hepáticos de Apo-B-100.
4.1.4 Formação da HDL
A retirada do excesso de colesterol do sistema circulatório é feita pela 
lipoproteína de alta densidade (HDL). O colesterol que volta ao fígado pelo HDL 
poderá ser utilizado como precursor, por exemplo, para a síntese de sais biliares. 
O HDL é produzido no intestino delgado e no fígado e contém pouco colesterol 
livre, pois, na sua estrutura, há a presença da enzima LCAT, que é responsável pela 
formação dos ésteres de colesterila e apo-proteínas específicas, como: apoA-I, 
apoA-II, apoA-IV, entre outras. 
100 Bioquímica
O HDL, quando está no sangue, capta o colesterol das partículas de quilomícrons, 
da VLDL e das células dos tecidos periféricos presentes na circulação sanguínea. A 
baixa quantidade de colesterol livre na HDL é justificada pela ação da LCAT que 
converte o colesterol livre em ésteres de colesterila. No fígado, os receptores SR-BI 
interagem com o HDL, e o colesterol é usado por esse órgão para fazer sais biliares.
Figura 5
Transporte de colesterol e triacilgliceróis no sangue
 Colesterol e gordura da dieta
Fígado 
Sais biliares
 Colesterol fecal
LRP 
Biossíntese de 
triglicerídeos e 
colesterol
Retorno do colesterol 
Intestino 
Vaso linfático
Quilomícrons 
Quilomícrons
remanescentes 
VLDL (remanescente) 
Capilares 
Triaciglicerois
Colesterol
Camada hidrolica
(proteínas fosfolipdídios, etc.)
Hidrólise dos 
triacilgliceróis nos 
capilares 
Capilares 
Ressíntese e estoque 
no tecido adiposo 
Colesterol 
Tecidos periféricos 
(Músculos e outros órgãos) 
 Receptor 
de LDL
Lipoproteína
lipase 
Lipoproteína
lipase 
Legenda: 
HDL 
B-48
A
C
E
B-48
A
C
E
B-48
A
C
E
B-100
C
E
B-100
C
E
B-100
C
E
B-100
B-100
B-100
B-100
B-100
E
B-100
E B-100
E
B-100
E
B-100
C
E
B-48
E B-48
EB-48
E B-48
E
B-48
E
LCAT
A-I
LCAT
A-I
LCAT
A-I
LCAT
A-I
LCAT
A-I
LCAT
A-I
LCAT
A-I
LDL 
IDL 
Glicerol Ácidos graxos
 Transporte pela albumina do soro
β-Oxidação nos tecidos periféricos
Retorno ao fígado
para síntese de glicose
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
O entendimento de como os lipídeos são transportados no sangue é necessário 
para o cálculo do fator de risco para doenças cardiovasculares. O excesso de LDL 
e a falta de HDL estão relacionados ao desenvolvimento da placa de aterosclerose.
A aterosclerose é a doença caracterizada pela formação da placa aterosclerótica, 
que é uma doença inflamatória crônica, multifatorial e ocorre principalmente em 
artérias de médio e grande calibres (XAVIER, 2013). Para que a placa de aterosclerose 
seja formada (aterogênese) são necessários dois fatores: uma presença de uma 
lesão endotelial e a presença de uma grande quantidade de LDL. A ocorrência dessa 
lesão estimula a resposta inflamatória crônica, o que acaba formando a placa.
Os principais fatores de risco relacionados à formação da placa aterosclerótica 
são: tabagismo, hipertensão arterial e, como vimos, níveis aumentados da 
lipoproteína LDL. O excesso de LDL é interiorizado na túnica íntima dos vasos e não 
consegue retornar à circulação, com isso, a LDL sofre a ação do estresse oxidativo 
Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 101
gerando uma partícula chamada de LDL oxidada (LDLox). A partir disso, são atraídas 
células de defesa para a região, como linfócitos e monócitos. 
Os monócitos se diferenciam em macrófagos que fazem a fagocitose das LDLox, 
e após esse processo de fagocitose, os macrófagos passam a serem chamadas 
de células espumosas. Os macrófagos passam a secretar citocinas que ativam a 
proliferação e a migração das células musculares lisas da túnica média. Esse evento 
forma uma capa fibrosa ao redor da placa aterosclerótica ao longo do tempo.
Hiperglicemia – 
Hipercolesterolemia – 
Hipertensão
Macrófago
Difusão 
endotelial
Inflamação
LDL
Citocinas pró-
inflamatórias
Estresse 
oxidativo
Espécies reativas 
de oxigênio (ROS)
Célula 
muscular lisa Células 
espumosas
LDLox
Estresse oxidativo
Figura 6
Formação da placa aterosclerótica
AL
EI
SF
/W
ik
im
ed
ia
Co
m
m
on
s
sPLA2
sPLA2
ag-LDL
A placa jovem apresenta poucas células espumosas e não possui um núcleo 
necrótico, podendo ela ser revertida se o excesso de LDL for diminuído para os 
níveis normais. Caso isso não aconteça, continua havendo o depósito de LDL na 
camada íntima das artérias formando uma capa de musculatura lisa mais espessa 
e um núcleo necrótico. Essa placa pode causar a obstrução da passagem de 
sangue no vaso sanguíneo, o que leva ao rompimento dessa estrutura e provoca 
o extravasamento de seu conteúdo altamente trombogênico para a circulação 
sanguínea. Por esses motivos, a placa aterosclerótica é a maior causa de infarto 
agudo do miocárdio e de acidentes vasculares cerebrais.
4.2 Lipólise 
Vídeo O processo de lipólise ocorre para degradar as moléculas de triacilglicerol 
liberando ácidos graxos livres e glicerol, no processo de mobilização dos 
triglicerídeos do tecido adiposo. Os ácidos graxos livres formam acetil-CoA quando 
chegam ao tecido de degradação. Esses ácidos podem ser oxidadas no ciclo do 
ácido cítrico e gerar NADH e FADH2, que, por meio da fosforilação oxidativa, vão 
originar as moléculas de ATP (NELSON; COX, 2014).
102 Bioquímica
Os triacilgliceróis são armazenados no tecido adiposo em forma de gotículas no 
citoplasma das células e, dependendo da estimulação hormonal, os triglicerídeos 
sofrem reações de lipólise (degradação) ou de síntese. Os principais hormônios 
relativos à lipólise são o glucagon e a adrenalina. Esses dois hormônios se ligam 
a receptores de membrana celular dos adipócitos, o que desencadeia a liberação 
de AMP cíclico e ativa a enzima proteína cinase. Após isso, essa última enzima 
ativa a enzima triacilglicerol lipase, também chamada de lipase hormônio sensível. 
A função dessa última enzima é catalisar a quebra das ligações éster das moléculas 
de triacilglicerol e liberar ácidos graxos livres (AGL) e glicerol.
Figura 7
Mobilização dos triacilgliceróis
P
P
P
P
P
P
P
CGI CGI 
CGI 
HSL 
HSL 
Lipase
sensível a
hormônio
ATGL
MGL
Triacilglicerol 
Diacilglicerol 
Gotículas de lipídeo
Monoacilglicerol 
Transportador de 
ácidos graxos
Glucagon Adenilil ciclase
4
2
1
9
10
11
6
7
5
8
3
ATP 
ATP 
cAMP
PKA 
Gs 
Receptor 
Adipócito 
Ácido graxos
Miócito 
Albumina sérica 
β oxidação
ciclo do ácido cítrico
cadeia respiratória
CO2
Corrente sanguínea 
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Depois da quebra dos triacilgliceróis, os ácidos graxos livres e o glicerol liberados 
vão para a circulação sanguínea. O glicerol será captado da circulação pelas células 
do fígado e dos rins e será convertido à succinil-CoA em uma série de reações, 
cuja enzima principal é chamada de glicerol quinase, que está presente apenas nos 
hepatócitos e células renais. Após isso, essa enzima principal é encaminhada à 
gliconeogênese. 
Quando vão para a circulação, os ácidos graxos livres se ligam à albumina do soro 
e, dessa maneira, eles podem ser transportados até às células-alvo. Para que os ácidos 
graxos entrem nas células, eles devem passar por um transportador de membrana 
específico. Quando já estão dentro das células, o ácido graxo será degradado no 
interior da mitocôndria, em um processo chamado de β-oxidação dos ácidos graxos.
A β-oxidação é uma via metabólica presente na maioria das células eucarióticas 
que possuem mitocôndria. Essa via tem a função de degradar os ácidos graxos 
liberando acetil-CoA, NADH e FADH2, um processo que é muito importante em 
Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 103
células específicas, como o músculo esquelético e as células cardíacas. No entanto, 
existem células em que esse processo não ocorre, como as hemácias, já que elas não 
conseguem metabolizar os lipídeos, justamente por não possuírem mitocôndria. 
No tecido adiposo, a barreira hematoencefálica não permite a chegada dos ácidosgraxos às células. Devido a isso, esse tecido utiliza preferencialmente glicose e 
alternativamente os corpos cetônicos.
A β-oxidação ocorre em três estágios: ativação, transporte para a mitocôndria 
e degradação. Os ácidos graxos são ativados no citoplasma. Após a ativação, são 
transportados até a matriz mitocondrial por meio de um transportador específico. 
Já a degradação ocorre no interior da mitocôndria.
Os ácidos graxos de cadeia carbônica pequena ou média, por meio da difusão 
simples, passam pelas duas membranas da mitocôndria e são ativados na matriz 
mitocondrial, formando acil-CoA. Já a ativação dos ácidos graxos de cadeia longa 
ocorre no citoplasma e acontece pela catálise da enzima acil-CoA sintetase. A rea-
ção ocorre quando o ácido graxo livre reage com a coenzima A. No entanto, para 
que essa reação ocorra, é necessário o consumo de ATP, liberando AMP e PPi (di-
fosfato inorgânico). 
Após a formação do acil-CoA (R–CO–SCoA) do ácido graxo de cadeia longa, ele 
deve ultrapassar a membrana externa. Ao chegar no espaço entre as membranas, 
esse ácido é unido à carnitina, transportador específico de grupamentos acil 
ativados, pela catálise da enzima carnitina acil-transferase I, formando acil-
carnitina (R–CO–carnitina). O transportador acil-carnitina/carnitina está presente 
na membrana interna da mitocôndria e transporta o acil-carnitina para a matriz 
mitocondrial. Na matriz, o acil-carnitina será convertido em acil-CoA (R–CO–SCoA) 
outra vez pela catálise da carnitina acil-transferase II.
Figura 8
Transporte do acil-CoA de cadeia longa para a matriz mitocondrial
Citosol 
Carnitina 
R — C 
O 
Carnitina 
Membrana mitocondrial interna
Matriz 
 Espaço intermembrana
Carnitina-aciltransferase I
Carnitina-aciltransferase II
Transportador 
CoA – SH
S – CoAS – CoA
CoA – SH
R — C 
O 
R — C 
O 
R — C 
O 
Carnitina 
Carnitina 
Membrana mitocondrial externa 
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Na mitocôndria, o acil-CoA (R–CO–SCoA) é degradado no processo de β-oxidação 
dos ácidos graxos, que ocorre em uma sequência cíclica de quatro reações. As três 
primeiras reações têm a função de introduzir no carbono β (terceiro carbono depois da 
dupla ligação do carbono ligado à coenzima A) um oxigênio ligado por uma outra dupla 
ligação com o carbono, para possibilitar a ligação de uma outra coenzima A. 
104 Bioquímica
1. A primeira reação ocorre por catálise da enzima acil-CoA desidrogenase, o 
que leva a formação de FADH2 e forma uma ligação dupla entre os carbonos 
α e β dos ácidos graxos. 
2. Na segunda reação, catalisada pela enzima enoil-CoA hidratase, ocorre 
quebra da dupla pelo processo de hidrólise. A hidroxila da água entra no 
carbono β e o hidrogênio no carbono α. 
3. Na terceira reação, que é catalisada pela enzima β-hidroxiacil-CoA desidratase, 
ocorre novamente uma reação de oxidação, em que ocorre a saída de 
dois prótons e dois elétrons do carbono β para o NAD+, formando NADH e 
resultando na formação da dupla ligação do oxigênio com o carbono β. 
4. Na quarta reação da β-oxidação, catalisada pela tiolase, ocorre a quebra da 
ligação entre os carbonos α e β pela ligação de uma coenzima A ao carbono 
β. Ao final dessas quatro reações de β-oxidação, ocorre a formação de uma 
molécula de acetil-CoA e um acil-CoA com dois carbonos a menos quando 
comparado ao início da via metabólica, um NADH e um FADH2. Ao analisar o 
processo inteiro, é possível observar que existia um acil-CoA com 16 carbonos 
e o palmitoil-CoA, que forma – depois de oito ciclos de β-oxidação – oito 
moléculas de acetil-CoA, oito de NADH e oito de FADH2.
Figura 9
Reações da β-oxidação dos ácidos graxos
trans - Δ2- Enoil-CoA L-β-Hidroxiacil-CoA
Co
A-
SH
β-Hidroxiacil-CoA- 
-desidrogenase
(C16) R CH2 CH2 CH2 C S-CoA
αβ
OPalmitoil-CoA
FA
D
NAD
+
FA
D
H
2
NADH
H
2O
Acil-CoA- 
-desidrogenase
Enoil-CoA- 
-hidratase
R CH2 C C C S-CoA
OH
H
R CH2 C CH2 C S-CoA
O
OH
H
β-Cetoacil-CoA
R CH2 C CH2 C S-CoA
OO
(C14) R CH2 C S-CoA +
O
Acetil-CoA
CH3 C S-CoA
O
Acil-CoA
(miristoil-CoA)
Acil-CoA- 
-acetiltransferase 
(tiolase)
IE
SD
E 
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as
il 
S/
A
Os ácidos graxos com dupla ligação precisam de duas etapas extras que são 
catalisadas por uma isomerase e uma redutase, respectivamente. Essas reações 
são fundamentais, pois a maioria dos nossos ácidos graxos é insaturada. Quando o 
ácido graxo possui cadeia ímpar de carbonos ocorre o processo de β-oxidação até 
a formação do propionil-CoA. Esse composto que será convertido, a partir de uma 
série de reações, em succinil-CoA, que entra no ciclo do ácido cítrico.
Quando a mobilização de ácidos graxos está elevada, como no jejum prolongado 
ou na diabetes mellitus descompensada, a quantidade de acetil-CoA formado no 
fígado é alta. Com isso, o acetil-CoA é desviado para a formação de corpos cetônicos, 
que são três moléculas: a acetona, o ácido acetoacético e o ácido β-hidroxibutírico. 
Essas três vão para a circulação sanguínea e são levadas para outros tecidos, onde 
são utilizadas como fontes de energia. O β-hidroxibutirato e o acetoacetato são 
Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 105
utilizados pelas células como fonte de acetil-CoA, e a acetona, que é uma molécula 
volátil, é eliminada pelos pulmões, fazendo com que os indivíduos que estão com 
alta produção de corpos cetônicos tenham hálito característico.
Para formar os corpos cetônicos, primeiramente ocorre a condensação de duas 
moléculas de acetil-CoA com a formação do acetoacetil-CoA, reação essa que é 
catalisada pela enzima tiolase. O acetoacetil-CoA reage com mais uma molécula de 
acetil-CoA, formando hidroximetilglutaril-CoA (HMG-CoA), reação que é catalisada 
pela enzima HMG-CoA sintetase. 
Na reação seguinte, o HMG-CoA é reduzido para formar o acetoacetato, libe-
rando acetil-CoA, após isso, o acetoacetato pode seguir dois caminhos: ir para a 
circulação sanguínea ou ser utilizado como substrato para a formação de β-hidroxi-
butirato e acetona. A reação de produção de β-hidroxibutirato a partir do acetoace-
tato é reversível, ou seja, dependendo das condições, a enzima é capaz de catalisar 
a reação para os dois lados. A enzima responsável pela catálise da reação de pro-
dução de acetoacetato é a HMG-CoA liase, já pela produção são: a β-hidroxibutirato 
e a β-hidroxibutirato desidrogenase.
Figura 10
Produção hepática de corpos cetônicos
acetoacetato
acetona
oxidação dos
ácidos graxos 
3-hidróxi-3-metil-glutaril CoA (HMG CoA)
H
M
G
 C
oA
si
na
se
H
M
G
 C
oA
 li
as
e
2x
CH3 C CH2 C S CoA
OOH
CH2
COO
CH3 C CH2 C O
OOH
CH3 CH CH2 COO
OH
CH3 C CH3
O
β-hidroxibutirato
β-
hi
dr
ox
ib
ut
ira
to
de
si
dr
og
en
as
e
CoA
acetil CoA
Co
A
CO2
acetil CoA N
AD
+
ac
et
il 
Co
A
N
AD
H
+H
+
Após serem produzidos no fígado, os corpos cetônicos são utilizados pelas 
células como fonte de acetil-CoA para o ciclo do ácido cítrico. Nas células, o 
β-hidroxibutirato é reconvertido em acetoacetato, formando duas moléculas de 
acetil-CoA ao final. Os corpos cetônicos são importantes fontes de energia, em 
especial às do sistema nervoso central (SNC), durante o jejum prolongado ou na 
diabetes mellitus descompensada.
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
4.3 Lipogênese 
Vídeo
Todos os processos que promovem síntese de lipídeos são chamados de 
lipogênese. Vários tipos de lipídeos são sintetizados pelos vertebrados, entre eles 
estão os fosfolipídeos, os triglicerídeos e o colesterol, mas apesar desses lipídeos 
terem funções fisiológicas distintas, existe o mesmo precursor para a síntese de 
todos eles: o acetil-CoA. 
106 Bioquímica
A síntese dos ácidos graxos ocorre no citoplasma das células que além de 
utilizar o acetil-CoA para formar o precursor (Malonil-CoA), utiliza também 
NADPH, sendo ele proveniente da via das pentoses fosfato e da ação da enzima 
málica. A degradação da glicose é a principal fonte de acetil-CoA para a síntese 
de ácidos graxos, que é estimulada pela insulina. Quando a degradação de 
glicose aumentaos níveis de ATP celular, o excesso de acetil-CoA é desviado 
para a síntese de lipídeo.
A formação do acetil-CoA ocorre na matriz mitocondrial, porém, a síntese dos 
ácidos graxos ocorre no citoplasma. Como os compartimentos são diferentes, 
é necessário acontecer o transporte da matriz para o citoplasma, mas não 
existe transportador para o acetil-CoA, então, por conta disso, ele reage com 
o oxaloacetato, formando citrato, em uma reação que é catalisada pela enzima 
citrato sintase.
Mesmo com o citrato sendo formado, ele não consegue continuar no ciclo do 
ácido cítrico se a célula estiver com níveis adequados de ATP, porque o ciclo do 
ácido cítrico estará inibido, por isso, o citrato se acumula na matriz mitocondrial. 
Nessa situação, o transportador de citrato reconhece-o, levando-o para o citosol. 
Nele, esse citrato é transformado em oxaloacetato e acetil-CoA. Essa reação 
é catalisada pela enzima citrato liase. Depois, o oxaloacetato é convertido à 
malato, que pode retornar, dessa maneira, à matriz ou ser convertido à piruvato, 
que volta à matriz.
Matriz 
Membrana
interna
 Membrana
externa
 Citosol 
Transportador de citrato
Citrato Citrato 
Citrato-liase
Oxaloacetato Oxaloacetato 
Matato-desidrogenase Matato-desidrogenase
Malato Malato 
Acetil-CoA
(múltiplas fontes)
Acetil-CoA
Transportador de piruvato
Piruvato Piruvato 
Transportadorde
malato-α-cetoglutarato
Piruvato-
-carboxílase
Enzima
málica
Citrato-síntase
NADH + H+NADH + H+
ATP
ATP NADPH + H+
NAD+NAD+
NADP+
CO2CO2
CoA–SH 
CoA–SH 
ADP + Pi
ADP + Pi
Síntese de
ácidos
graxos
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
AFigura 11
Lançadeira para a transfe-
rência de grupos acetil da 
mitocôndria para o citosol
Para que ocorra a biossíntese de ácidos graxos, é necessário produzir 
malonil-CoA a partir de acetil-CoA e de bicarbonato. Essa reação é catalisada pela 
enzima acetil-CoA carboxilase, que possui biotina como coenzima, conforme 
ilustra a Figura 12.
Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 107
Proteína
carreadora
de biotina
Proteína
carreadora
de biotina
A
D
P 
+ 
P i
O 
C 
C 
NH 
+ 
NH 
S 
HN 
O 
Malonil-CoA 
C CH2
O 
C 
–O 
O 
S-CoA 
Proteína
carreadora
de biotina
CH3
O 
C 
S-CoA O 
O 
C 
C 
N 
NH 
S 
HN 
O 
Acetil-CoA 
HCO–3 + ATP 
C 
O– 
Proteína
carreadora
de biotina
O 
O 
C 
C 
N 
NH 
NH S 
O 
C 
O– 
O C 
C 
N
H 
H
N 
H
N 
S 
O 
Transcarboxilase
Transcarboxilase
Biotina-carboxilase 
Biotina-carboxilase 
Braço de
biotina
Cadeia lateral
da Lys 
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Figura 12
Produção do malonil-CoA
Depois que ocorre a formação do malonil-CoA, a síntese dos ácidos graxos é 
iniciada. Para isso, a enzima do ácido graxo sintase catalisa o aumento da cadeia 
de carbonos de dois em dois carbonos, catalisação a qual ocorre em um ciclo de 
quatro reações que se repetem sucessivamente (Figura 13).
Figura 13
Sequência de reações de síntese dos ácidos graxos
CC
–O
O
O
O
Grupo malonil 
Grupo acetil
(primeiro grupo acil) 
Ácido graxo-sintase 
Condensação 
1 2 3
Redução Desidatração 
SCH2
CO
2
C S
KS
ACP
CH3
C
OO
HS HS
αβ
SCH2CCH3
C
OO
HS
SC C
H
CH3
C
OO
OH
SCH2CCH3
H
2O
3
Desidatração 
H
2O
4
Redução Grupo acila saturado, 
aumentando em 
dois carbonos 
HS
C
O
SCH2CH2CH3
N
A
D
PH
 +
 H
+
N
A
D
P+
N
A
D
PH
 +
 H
+
N
A
D
P+
IE
SD
E 
Br
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S/
A
O grupo malonil do malonil –CoA é unido ao sítio ACP da ácido graxo sintase, 
enquanto o grupo acetil do acetil–CoA se liga no sítio KS. Em seguida, começa 
a primeira reação na qual ocorre a união dos dois carbonos do acetil com dois 
carbonos do malonil e a liberação de uma molécula de CO2. A segunda reação é a 
redução, pois nela ocorre a introdução de dois hidrogênios do NADPH no carbono 
β-cetônico, com formação de uma hidroxila. Na terceira reação, acontece perda de 
uma molécula de água e a formação de uma dupla ligação entre os carbonos α e 
108 Bioquímica
β. Na quarta reação, uma molécula de NADPH é utilizada para quebrar a ligação 
dupla. Ao final dessas quatro reações, o grupo acil está com quatro carbonos. 
Para formar o palmitoil com 16 carbonos, é necessário que ocorram mais oito 
ciclos de reações. Ao formá-lo, o grupamento acil se desliga do complexo enzimático 
da ácido graxo sintase formando o ácido palmítico, que é sempre produzido pelo ácido 
graxo sintase.
Para os organismos que precisam de ácidos graxos mais longos, as enzimas que estão 
no retículo endoplasmático liso e na mitocôndria catalisam o alongamento dos ácidos 
graxos. São acrescentadas duplas ligações por catálise da acil-CoA graxo dessaturase, 
sendo que essas são enzimas que colocam duplas em posições específicas nas cadeias 
dos ácidos graxos (AG), como a introdução no carbono 9. Outros ácidos graxos com 
duplas ligações em posições que as dessaturases não catalisam são considerados 
ácidos graxos essenciais e, portanto, eles devem ser ingeridos pelos mamíferos.
Como o armazenamento não ocorre utilizando os ácidos graxos livres, é necessário 
formar os triacilgliceróis por meio de reações de esterificação, adicionando três ácidos 
graxos ao glicerol. Para que os ácidos graxos possam formar os triacilgliceróis, é 
necessário que se tenha a molécula de glicerol 3-fosfato, sendo que essa molécula 
pode ser oriunda da glicólise ou da produção da enzima glicerol-quinase.
Ao glicerol 3-fosfato são unidos dois grupamentos acil, uma reação que é catalisada 
pela enzima acil-transferase, formando o ácido fosfatídico. Esse ácido pode ser utilizado 
para formar várias moléculas, como o triacilglicerol e os glicerofosfolipídeos. Para a 
formação dos triglicerídeos são necessárias duas enzimas: ácido fosfatídico fosfatase, 
para formar o diacilglicerol; e acil-transferase, para a formação do triacilglicerol. Para a 
formação de glicerofosfolipídeos, é adicionado um grupo cabeça polar ao diacilglicerol. 
As reações de síntese dos triacilgliceróis são estritamente reguladas de acordo com as 
necessidades celulares de energia.
Figura 14
Biossíntese do diacilglicerol e 
dos triglicerídeos
IE
SD
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S/
A
C H 2 O C R
1
C H 2 O C R
1
C H 2 O C R
2
C H 2 O C R
2
C H 2 O H
1,2-Diacilglicerol
Ácido fosfatídico
Ligação do grupo 
polar (serina, colina, 
etanolamina etc.)
Ácido fosfatídico-
-fosfatase (lipina)
Acil- 
-transferase
Glicerofosfolipídeo
Triacilglicerol
C H 2 O P O
–
O
O
O
O
O
O–
C H 2 O C R
1
C H O C R 2
C H 2 O P O
O
O
O
O–
C H 2 O C R
1
C H O C R 2
C H 2 O C R
3
O
O
O
R3 C
O
S-CoA
CoA-SH
Grupo
Polar
Os ácidos graxos 
essenciais podem ser 
encontrados em vários 
alimentos: o ômega 6 
é encontrado em óleos 
de milho, girassol, soja 
e semente de algodão, 
por exemplo; ômega 3 
na linhaça, canola, nozes, 
castanhas, peixes oleosos 
(como salmão, tainha, 
sardinha, bacalhau, atum, 
cavala, arenque, truta) e 
peixes de água fria. 
Saiba mais
Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 109
O ponto-chave de regulação da síntese de ácidos graxos é a atividade da enzima 
acetil-CoA carboxilase. Essa regulação pode ocorrer pela modificação covalente 
ou pela regulação alostérica. A regulação que ocorre por modificação covalente é 
feita pelo controle dos hormônios insulina, glucagon e adrenalina. A insulina ativa a 
desfosforilação da acetil-CoA carboxilase, dessa maneira, o glucagon e a adrenalina 
inibem sua atividade por fosforilação. A regulação alostérica é feita pelo citrato, 
que ativa a acetil-CoA carboxilase, mas, em contrapartida, o palmitoil-CoA inibe a 
formação do malonil-CoA por meio de um mecanismo de retroalimentação.
O colesterol é outro lipídeo muito importante para várias funções celulares. 
Sua síntese ocorre em todas as nossas células, sendo seu precursor a molécula do 
mevalonato, que é proveniente do acetil-CoA. São necessárias cerca de 30 reações 
para formar o colesterol, para isso, são necessárias quatro etapas principais até a 
sua formação. 
Na primeira etapa, ocorre a síntese doisopreno a partir da união de duas 
moléculas de acetil-CoA (acetato) e da formação do acetoacetatil-CoA. O acetoacetil-
CoA reage com mais um acetil-CoA formando hidroximetilglutaril-CoA (HMG-CoA). 
Nessa etapa, a enzima HMG-CoA redutase catalisa a conversão de HMG-CoA em 
mevalonato, essa é a reação regulatória da velocidade dessa via metabólica e o 
principal local de síntese que sofre regulação. 
Depois disso, na segunda etapa, o mevalonato reage com três ATP, formando o 
isopreno ativado. Em seguida, na terceira etapa, seis unidades de isopreno ativado 
sofrem condensação para formar o esqualeno, que após uma série de reações 
formará o colesterol, na quarta etapa. 
Figura 15
Resumo da biossíntese do colesterol
3 C H 3 C O O
–
Acetato
1 2
2
– O O C C H 2 C C H 2 C H 2 O H
C H 3
O H
Mevalonato
Isopreno
Isopreno ativado
Esqualeno
Colesterol
C H 2 C C H 2 C H 2 O P O P O
–
C H 3
O – O –
O O
3
4
H O
O colesterol pode ser precursor de várias moléculas, como: hormônios sexuais, 
mineralocorticoides (aldosterona) e glicocorticoides (cortisol). Por fim, ele também 
pode ser utilizado como constituinte das membranas celulares.
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110 Bioquímica
4.4 Metabolismo de aminoácidos 
Vídeo
As reações de biossíntese de aminoácidos, que servem como matéria-prima 
para a formação de proteínas, são extremamente complexas. Porém, todos os 
precursores para a formação dos aminoácidos são oriundos da glicólise, do ciclo 
do ácido cítrico ou da via das pentoses-fosfato. Alguns aminoácidos chamados 
de não essenciais são sempre sintetizados, enquanto aqueles chamados de 
condicionalmente essenciais são sintetizados apenas se não entrarem no 
organismo por meio da dieta. Por outro lado, os aminoácidos essenciais sempre 
devem ser fornecidos pela dieta.
Nas reações de catabolismo, as proteínas existentes em alguns tecidos ou 
da dieta podem fornecer aminoácidos, que podem ser utilizados como fonte 
geradora de ATP para os animais. Um aspecto importante de suas reações 
catabólicas é que, independentemente do tipo de aminoácido, todas geram a 
liberação de um grupamento amino e uma cadeia de carbonos.
4.4.1 Oxidação dos aminoácidos
Como os animais não são capazes de armazenar proteínas com a função 
de reserva energética, é necessário que elas sejam degradadas e criadas 
dependendo da necessidade e estímulo hormonal. Os aminoácidos podem sofrer 
oxidação e gerar energia nos animais em duas situações diferentes. A primeira 
condição ocorre durante as reações de síntese e degradação de proteínas 
celulares. A segunda condição ocorre quando o glucagon está aumentado, 
como em casos de jejum prolongado ou de diabetes mellitus descompensado, 
quando há utilização dos aminoácidos, principalmente do músculo esquelético, 
como fonte de ATP. 
O grupamento amino, que tenha vindo da degradação de aminoácidos 
do músculo esquelético, precisa ser transportado no sangue, e, após esse 
transporte, é transformado em alanina. A alanina entra no ciclo glicose-alanina 
para facilitar o transporte do grupamento amino, que sofreu as reações 
de transaminação de aminoácidos degradados no músculo esquelético. Os 
aminoácidos são degradados no músculo esquelético para servirem como 
energia, porém, é necessário retirar o grupo amina, formando glutamato. No 
músculo, o glutamato transfere o grupamento amino para o piruvato e, em 
seguida, ocorre a formação alanina, que vai para a circulação sanguínea e chega 
até o fígado.
Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 111
Figura 16
Ciclo glicose-alanina
Músculo 
Proteína
muscular
 Aminoácidos 
NH4
+
NH4
+
Glutamato 
Glutamato 
Alanina-aminotransferase
Alanina-aminotransferase
α-Cetoglutarato
α-Cetoglutarato
Glicose 
Glicose 
Glicose 
Piruvato 
Piruvato 
Alanina 
Alanina 
Alanina sanguíneaGlicose sanguínea
Ciclo da ureia 
Ureia 
Gliconeogênese
Fígado 
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Tanto a alanina, proveniente do músculo, quanto os outros aminoácidos 
vindos da dieta vão para o fígado ou para os rins para serem oxidados, porém, 
aminoácidos liberados por outros órgãos, como o cérebro, são transformados 
em glutamina para transporte no sangue. Para que isso aconteça, o grupo amina, 
quando liberado, forma amônia, que reage com o glutamato e forma glutamina 
no tecido. Essa glutamina no hepatócito originará novamente o glutamato devido 
à ação da enzima glutaminase, que se encontra na mitocôndria do hepatócito.
A oxidação ocorre no fígado e nos rins e é necessário que o grupamento amino 
dos aminoácidos seja transferido para o α-cetoglutarato e para a formação de 
glutamato, o que libera um α-cetoácido (aminoácido sem grupamento amino). 
Essa reação é catalisada pelas aminotransferases, um grupamento amino será 
eliminado pelos rins diretamente na urina ou participará de uma sequência de 
reações que culminará com a produção de ureia no fígado e posterior eliminação 
renal. Existem muitos tipos de aminoácidos, por isso existem diferentes tipos de 
aminotransfereases que se diferem de acordo com o tipo de aminoácido, como 
a alanina aminotransferase. É importante ressaltarmos que a atividade de todas 
as aminotransferases é dependente de piridoxal fosfato (PLP).
112 Bioquímica
Figura 17
Reação de transaminação de aminoácidos
COO–
PLP
Amino-
trasferase
COO–
C O
C H 2
C H 2
C O O –
C O
R
COO–
+
COO–
H 3 N C H
C H 2
C H 2
α-Cetoglutarato
α-Cetoácido
L-Glutamato
L-Aminoácido
C O O –
+
H 3 N C H
R
O glutamato, formado na transaminação, transporta o grupamento amino 
para dentro da mitocôndria da célula. Enquanto isso, os α-cetoácidos são 
formados quando os aminoácidos perdem seus grupamentos amino, e esses 
possuem três caminhos possíveis no fígado: a gliconeogênese, a cetogênese 
ou o ciclo do ácido cítrico. Nos rins, apenas a gliconeogênese e o ciclo do ácido 
cítrico são possíveis, tendo em vista que a cetogênese só ocorre no fígado. Os 
aminoácidos que podem originar glicose na gliconeogênese são chamados 
de glicogênicos, já aqueles que formam acetil-CoA e podem originar corpos 
cetônicos são denominados cetogênicos.
Figura 18
Oxidação de aminoácidos
Proteínas 
intracelulares
Esqueletos 
de carbono
Biossíntese de 
aminoácidos, 
nucleotídeos 
e aminas 
biológicas
Carbamoil-
-fosfato
Proteínas 
da dieta
Aminoácidos
α-Cetoácidos
NH4
+
Ciclo da ureia Ciclo do ácido 
cítrico
CO2 + H2O 
+ ATP
Ureia (produto de 
excreção do nitrogênio)
Glicose (sintetizada na 
gliconeogênese)
Oxaloacetato
Circuito do 
aspartato-arginino-
-succinato do ciclo 
do ácido cítrico
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Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 113
Observe na Figura 18 que os α-Cetoácidos são encaminhados para o ciclo do 
ácido cítrico, que podem ter vários destinos dependendo da estimulação hormonal 
no fígado. Porém, o glutamato, que entra no fígado ou no rim, sofre a retirada do 
grupo amina e tem destinos diferentes.
4.5 Destino do grupo amino e ciclo da ureia 
Vídeo
Vimos que o glutamato é um transportador de grupamentos amino que foram 
transferidos durante a oxidação de aminoácidos nas células. No fígado, ocorre a 
retirada do grupo amino do glutamato na matriz mitocondrial para formar ureia, 
com posterior eliminação urinária. A reação na qual o glutamato sofre a retirada 
do grupo amino na matriz mitocondrial é catalisada pela glutamato desidrogenase, 
isso libera amônia e forma α-cetoglutamato.
O grupamento amino que vem da oxidação dos aminoácidos pode ser levado 
ao fígado por intermédio de três transportadores: glutamato, alanina e glutamina. 
Na matriz mitocondrial, o grupo amino forma amônio, que é um composto 
extremamente tóxico para as células e para o sangue. Devido a essa toxicidade, 
quando está no fígado, ele precisa ser transformado em uma molécula menos 
tóxica para poder ir para a corrente sanguínea e depois ser eliminado nos rins. Essa 
conversão de amônio em ureia pelos hepatócitos ocorre em uma via metabólica 
chamada de ciclo daureia.
4.5.1 Ciclo da ureia
O ciclo da ureia é fundamental para os organismos produtores de amônia, pois 
essa é uma substância tóxica e que precisa ser convertida em um composto que 
pode ser excretado pelos rins, que nesse caso é a ureia. O ciclo em si ocorre em 
dois lugares, uma parte ocorre na mitocôndria e a outra no citosol da célula. 
Quando o grupo amino foi retirado do glutamato ou da glutamina pela catálise 
da glutaminase, ele sofre a primeira reação do ciclo da ureia e é catalisada pela 
enzima carbamoil-fosfato-sintetase I. Essa enzima catalisa a união do amônio 
com o bicarbonato e com o ATP para formar o carbamoil-fosfato. Além disso, é 
necessário mais uma molécula de ATP para que as ligações sejam formadas e 
ocorra a união dessas moléculas. O carbamoil-fosfato é catalisado pela enzima 
ornitina transcarbamoilase para ser unido com a ornitina e formar a citrulina. 
Lembremo-nos que a ornitina foi formada no citosol da célula e que o carbamoil-
fosfato foi formado na matriz mitocondrial, por isso a ornitina deve entrar na 
matriz para ser catalisada pela ornitina transcarbamoilase. Depois disso, a citrulina 
sai da mitocôndria e é catalisada pela enzima argininosuccinato sintetase. Nessa 
reação que ocorre em duas etapas, a citrulina reage com o ATP, formando primeiro 
o citrulil-AMP. Em seguida, o aspartato, que está no citosol, reage com o citrulil-
AMP, forma o argininossuccinato e libera o AMP. Essa reação foi necessária, pois 
para formar o argininosuccinato, é necessário ligar o aspartato, mas, para isso, é 
necessário a energia do ATP.
114 Bioquímica
O argininossuccinato é quebrado, pela catálise da argininosuccinase, e libera 
arginina e fumarato, sendo que esse último entra na mitocôndria para retornar 
ao ciclo do ácido cítrico. A arginina é catalisada pela arginase, ocorrendo a quebra 
da molécula e liberando ornitina e ureia. A ureia formada no citoplasma dos 
hepatócitos vai para a circulação sanguínea, sendo excretada por meio de filtração 
glomerular pelos rins.
Figura 19
Ciclo da ureia
C CH 2
 CH 2 CH CO O
–
R CH CO O
– CH 3 CH CO O
–
+
NH 3
+
NH 3
+
NH 3
H 2N
O α-Cetoglutarato
α-Cetoácido
α-Ceto- 
glutarato
Glutamina 
(dos tecidos 
extra-hepáticos)
Amoniácidos Alanina (do músculo)
Glutamina
Glutamato
Aspartato
Oxaloacetato
Glutamato
Glutaminase
Glutamato-
-desidrogenase
Aspartato-aminotransferase
Carbamoil-
-fosfato
sintetase I
Carbamoil-
fosfato
Matriz 
mitocondrial
Ornitina
Citosol
Ornitina
Arginina
Aspartato
Fumarato Arginino succinato
Citrulina
Citrulina
Ciclo 
da 
ureia
–O O C CH 2 CH 2 CH CO O
–
+
NH 3
H 2 N C O P O
–
O –
O O
+
NH 3
H 2N C N H ( C H 2) 3 C H C O O
–
O
++
NHNH 33
– O O C C H 2 C H C O O
–
++
NHNH 33
– O O C C H 2 C H C O O
–
– O O C C H C H C O O –
Pi
PPi
NH4
+
HCO 3
2 A DP + P i
2 AT P
AT P
+
NH 3
H 3N (CH 2) 3 CH CO O
–
+
+
NH 3
H 3N (CH 2) 3 CH CO O
–
+
+
NH 3
HH 22NN C N H ( C H 2) 3 C H C O O
–
+
NH 2
Ureia
O
HH 22NN C N H 2
+
NH 2COO
–
+
NH 3
– O O C C H 2 C H N HN H C N H ( C H 2) 3 C H C O O
–
– O O C C H 2 C C O O
–
O
Intermediário
citrulil-AMP
CHCH2
H
H
OH OH
H
H
O 
O
O
+
NH 3
H N C N H ( C H 2) 3 C H C O O
–
O P O – NH 2
N
N N
N
1
2a
3
4
2b
AMP
H2O
Se você quer aprender 
bioquímica esse livro, Funda-
mentos de Bioquímica: A Vida 
em Nível Molecular, escrito 
por Donald Voet, Judith Voet 
e Charlotte Pratt – é o mais 
importante para essa ciência, 
e como o próprio título diz 
ele é o princípio para os es-
tudos. A obra apresenta em 
detalhes todos os processos 
bioquímicos, em especial o 
que acontece na célula.
VOET, D.; VOET, J. G.; PRATT, C. W. Porto 
Alegre: Artmed, 2014. 
Livro
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Transporte e utilização de lipídeos e proteínas 115
A formação de ureia pelo fígado ocorre constantemente em nosso organismo, 
porém, o aumento de ingestão de proteínas, assim como algumas situações 
metabólicas e patológicas, podem influenciar a formação da ureia. 
O ciclo da ureia é regulado de duas maneiras: a primeira ocorre por meio da 
expressão das enzimas do ciclo e a segunda pela regulação alostérica da carbamoil-
fosfato sintetase I. A dieta regula diretamente a expressão das enzimas do ciclo 
da ureia. Portanto, indivíduos com dietas com baixo conteúdo proteico inibem 
a expressão das enzimas do ciclo da ureia e dietas ricas em proteínas possuem 
aumento na expressão das enzimas do ciclo.
Outra maneira é a regulação alostérica que ocorre na carbamoil-fosfato 
sintetase I. O N-acetil glutamato ativa a carbamoil-fosfato sintetase I, enquanto o 
aumento de carbamoil fosfato inibe a enzima.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo vimos que os lipídeos precisam ser transportados por estruturas 
especiais, chamadas de lipoproteínas. Essas estruturas são compostas basicamente de 
um núcleo apolar, composto por triglicerídeos e ésteres de colesterol, e uma estrutura 
mais externa, que é polar, composta por fosfolipídeos, colesterol e apoproteínas. As 
apo-proteínas são fundamentais para o transporte de lipídeos na circulação sanguínea 
e importantes para o entendimento do metabolismo lipídico. 
Existem dois processos antagônicos no metabolismo de lipídeos: a lipogênese e 
a lipólise. Para que ocorra o processo de lipogênese é necessária a estimulação da 
insulina pelo fígado e um excesso de acetil-CoA. O acetil-CoA forma o malonil-CoA. Ao 
final de vários ciclos de reação enzimática, ele forma o ácido palmítico. Outros ácidos 
graxos podem ser formados a partir dele, porém, vários ácidos graxos precisam chegar 
ao corpo por meio da dieta. 
A biossíntese do colesterol também foi estudada. Observamos a necessidade 
de estimulação da insulina para que a enzima regulatória dessa biossíntese, a 
enzima HMG-CoA redutase, iniciasse o processo de lipólise. Nesse processo, ocorre 
primeiramente a mobilização dos triglicerídeos do tecido adiposo. Essa mobilização 
precisa da sinalização do glucagon ou da adrenalina. Nos tecidos, em especial no 
músculo, os ácidos graxos sofrem o processo de β-oxidação, liberando NADH, FADH2, 
e acetil-CoA. Porém, se no fígado ocorrer muita β-oxidação dos ácidos graxos, ocorre a 
liberação de uma grande quantidade de acetil-CoA que será desviado para a cetogênese.
Além do metabolismo de lipídeos, estudamos também a degradação e síntese 
das proteínas. Nas reações de oxidação dos aminoácidos, que ocorrem durante a 
renovação normal de proteínas celulares e no jejum prologado, ocorre formação 
dos α-cetoácidos e de amônio. O amônio pode ter vários destinos metabólicos, 
porém, com a grande liberação dessa molécula no fígado, é necessário que ocorra 
a formação do carbamoil-fosfato, que entra no ciclo da ureia, que é eliminada 
pelos rins.
116 Bioquímica
ATIVIDADES
Atividade 1
Uma mulher foi hospitalizada com infarto agudo do miocárdio. Os exames mos-
traram colesterol plasmático da paciente, 12,0 mmol/L (valor de referência: 3,1-5,7 
mmol/L). Os LDL estavam bastante aumentados e a angiografia das coronárias 
mostrou aterosclerose nas três artérias coronárias. Considerando isso, qual é o 
provável mecanismo de hipercolesterolemia nesse caso? Apenas uma dieta pobre 
em colesterol pode ser suficiente para corrigir os casos de hipercolesterolemia? 
Por quê?
Atividade 2
Ingerindo uma dieta de 800 calorias, a paciente tem um déficit energético. De que 
forma isso contribui para o emagrecimento da paciente?
Atividade 3
Uma criança de dez anos começou a apresentar episódios de vômitos aos 
quatro anos de idade. Desde então, ela apresenta alterações no comportamento, 
com alternância de períodos com letargia em episódios que duram de um a 
três dias. Histórico familiar: o bisavô por parte de mãe e a avó por parte de 
pai apresentaram sintomas semelhantes. Os exames de sangue mostraram: 
amonemia – 300 μM (N: 15-30 μM); pH – 7,54 (N: 7,35-7,45); pCO2 – 28 mmHg (35-
40 mmHg); HCO3
– 23 mM (N: 20-25 mM). Depois de analisar o caso clínico, indique 
de qual enzima do ciclo da ureia está deficientena criança.
REFERÊNCIAS
DEVLIN, T. M. Manual de bioquímica com correlações clínicas. 7. ed. Blucher: São Paulo, 2011.
NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger Princípios de bioquímica. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.
SCRIVER, C. R. et al. The metabolic and molecular bases of inherited disease. 8 ed. Nova York: McGraw Hill 
Education, 2001. 
SILVERTHORN, D. U. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed. 2010.
VOET, D.; VOET, J. G.; PRATT, C. W. Fundamentos de bioquímica: a vida em nível molecular. 2. ed. Porto 
Alegre: Artmed, 2008.
XAVIER, H. T. et al. V Diretriz brasileira de dislipidemias e prevenção da aterosclerose. Arquivos 
Brasileiros de Cardiologia, v. 101, n. 4, supl. 1, out. 2013. Disponível em: https://www.scielo.br/j/abc/a/
GGYvjtdbVFRQS4JQJCWg4fH/?lang=pt. Acesso em: 7 jun. 2022.
Integração do metabolismo 117
5
Integração do metabolismo
Em nossos estudos, observamos que as células têm vários metabolismos, alguns 
destes são comuns a todas elas – como a via glicolítica –, e outros são exclusivos, como 
a cetogênese no fígado. Porém, uma pergunta importante deve ser respondida: como 
os vários órgãos se comunicam para fazer o trabalho em conjunto? Existem vários ti-
pos de comunicação celular, desde os neurotransmissores, liberados pelos neurônios 
do sistema nervoso, até os hormônios, que por meio da corrente sanguínea chegam 
às células-alvo e ativam ou inibem cascatas de reações.
Neste capítulo, considerando essas informações sobre o metabolismo celular, 
veremos como os hormônios promovem a comunicação entre os vários tecidos. 
Também estudaremos como o organismo responde quando está no estado alimen-
tado, no jejum com até 12 horas e no jejum prolongado – com mais de 12 horas de 
duração. Modificações no metabolismo podem ser encontradas tanto quando há 
estado de obesidade quanto de emagrecimento, por meio de dieta sem carboidratos. 
Além disso, vamos analisar o que acontece no organismo em um estado avançado de 
câncer e de diabetes mellitus.
Com o estudo deste capítulo, você será capaz de:
• diferenciar os mecanismos de ação dos hormônios polares e apolares; 
• descrever o mecanismo de ação dos hormônios esteroides e tiroideanos;
• descrever o mecanismo de ação de hormônios peptídicos que utilizam segun-
dos mensageiros; 
• descrever o mecanismo de funcionamento do receptor tirosina quinase;
• definir as alterações bioquímicas ocasionadas no estado alimentado; definir as 
alterações bioquímicas ocasionadas no estado de jejum;
• relacionar o metabolismo no estado de jejum e no alimentado com a obesidade, 
a dieta alimentar, o câncer e o diabetes mellitus.
Objetivos de aprendizagem
5.1 Mecanismo de ação hormonal 
Vídeo
Quando falamos de hormônios, alguns nomes vêm à mente de forma espon-
tânea – como a insulina e a testosterona –, mas o que são essas moléculas? Os 
hormônios são definidos como mensageiros químicos liberados pelas células en-
dócrinas para a corrente sanguínea e que agem em uma célula-alvo, a qual apre-
senta um receptor para eles. Para que ocorra a ação na célula-alvo é necessário que 
118 Bioquímica
os hormônios interajam com um receptor proteico, o que desencadeia cascatas de 
reações diferentes – dependendo do tipo de hormônio envolvido –, promovendo 
uma modificação nessa célula. A quantidade de moléculas hormonais liberadas e 
sua ação no receptor são fatores preponderantes para que o hormônio possa agir. 
Ainda, a concentração de receptores na célula-alvo é importante para sua ação, 
além da afinidade do receptor pelo hormônio.
Para que o hormônio possa agir na célula-alvo, ele deve chegar a ela por meio 
do sangue e, para isso, a estrutura química do hormônio interfere na maneira 
como essa molécula se desloca, algo que depende principalmente da sua pola-
ridade. Existem basicamente quatro tipos de hormônios, de acordo com sua es-
trutura química: peptídicos, catecolaminas, tiroideanos e esteroides. Esses quatro 
tipos são agrupados de acordo com a sua polaridade molecular, sendo polares os 
hormônios peptídicos e as catecolaminas; pouco apolares os tiroideanos; e muito 
apolares os esteroides. 
Os hormônios polares – como os peptídeos e as catecolaminas – podem in-
teragir diretamente com a água presente no sangue e não requerem estruturas 
especializadas para seu deslocamento. Por outro lado, os hormônios apolares ne-
cessitam de proteínas específicas para interagir com a água e chegar às células-alvo. 
Uma exceção a essas regras das ligações é o hormônio peptídeo semelhante à in-
sulina, que, apesar de ser polar, necessita de uma ligação com uma proteína para 
realizar o seu transporte.
O mecanismo de ação de cada hormônio também varia conforme sua estrutura 
química. Nos hormônios polares, os receptores estão localizados na membrana 
plasmática; com isso, esses hormônios não entram na célula, mas acabam ativan-
do uma cascata de reações. Para isso, existem duas possibilidades: o aumento da 
quantidade de segundos mensageiros no citosol, ou o próprio receptor – que é 
uma enzima – ativa diretamente a cascata. Devido a essas características, os hor-
mônios polares apresentam mecanismo de ação rápida, mas pelo fato de estarem 
livres no sangue são mais suscetíveis à degradação e, por isso, têm meia-vida curta.
Por outro lado, os hormônios apolares precisam estar ligados a transportado-
res proteicos para estarem no plasma sanguíneo, o que faz com que a meia-vida 
deles seja maior, pois as enzimas que degradam essas moléculas não conseguem 
reconhecê-los. Para que o hormônio possa agir na célula-alvo é necessário que ele 
se desligue da proteína transportadora, fazendo com que ele se torne a forma ativa 
do hormônio, que atravessa a membrana por difusão simples e ativa os receptores 
intracelulares. Geralmente é o fígado que faz a remoção dos hormônios do sangue, 
processo que ocorre em duas fases, com a intenção de aumentar a solubilidade do 
hormônio e levar à sua inativação; após isso, o hormônio desativado é eliminado 
na urina ou nas fezes. Alguns hormônios podem ser degradados no lisossomo da 
célula-alvo, e apenas uma pequena porção do hormônio é liberada sem nenhuma 
modificação por via urinária ou fecal.
Meia-vida do hormônio é a 
quantidade de tempo que 
a metade da quantidade 
do hormônio é degradada. 
A meia-vida é mais curta se 
ele estiver livre no plasma, 
e mais longa quando trans-
portado por uma proteína 
carreadora.
Importante
Integração do metabolismo 119
5.1.1 Mecanismo de ação dos hormônios 
esteroides e tiroideanos
Como vimos, os hormônios apolares têm meia-vida longa e são divididos em 
dois tipos: hormônios esteroides, que são derivados do colesterol; e os tiroidea-
nos, derivados do aminoácido tirosina. Devido às características de suas estruturas 
químicas, eles necessitam de proteínas carreadoras específicas para serem trans-
portados na corrente sanguínea, que é onde eles se separam da proteína, por dife-
rença de concentração, e atravessam a membrana por difusão simples.
Existem diferenças de mecanismo de ação entre os hormônios esteroides e os 
tiroideanos, justamente por apresentarem estruturas químicas distintas. Os este-
roides chegam no citosol da célula-alvo e encontram seus receptores – chamados 
de complexos multiméricos –, que têm diferentes sítios de ligação: um sítio para o 
hormônio, e sítios específicos para o ácido desoxirribonucleico (ADN, ou, na sigla 
em inglês, DNA), sendo que cada um apresenta uma sequência específica de reco-
nhecimento do ADN. 
Após o hormônio se ligar ao receptor no citosol da célula, o complexo hormô-
nio-receptor atravessa o poro nuclear e se liga ao ADN nos sítios específicos. Com 
isso, há o início da síntese ARN mensageiro (RNAm) e ocorre a síntese de proteínas 
específicas, como mostrado na Figura 1. Observe que em cada tecido são ativados 
genes específicos para produzir as proteínas características de cada um. Apenas 
poucos hormônios esteroides utilizam receptores de membrana e a via de segun-
dos mensageiros,algo que será explicado adiante.
Figura 1
Mecanismo de ação dos hormônios esteroides
A maioria dos esteroides hidrofóbicos está ligada 
a proteínas carreadoras plasmáticas. Somente 
hormônios não ligados podem difundir-se para 
dentro das células-alvo. 
Os receptores de hormônios esteroides estão no 
citoplasma ou no núcleo. 
Alguns hormônios esteroides também se 
ligam a receptores de membrana que usam 
sistema de segundo mensageiro para criar 
respostas celulares rápidas.
O complexo hormônio-receptor liga-se ao DNA 
e ativa ou inibe um ou mais genes.
Genes ativados produzem novos RNAm que se 
movem de volta para o citoplasma.
A tradução produz novas proteínas para os 
processos celulares.
1
2
3
4
5
2a
1
2a
2
3
4
5
A transcrição
produz RNAm
Receptor
nuclear
Tradução
Receptor na surperfície da célula
Vaso
sanguíneo Hormônio
esteroide
Líquido
intersticial
Membrana
celular
Receptor
citoplasmático
Retículo
endoplasmático
Novas
proteínas
Proteína
carreadora
Núcleo
DNA
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120 Bioquímica
Outros hormônios apolares importantes para o organismo são os hormônios 
tiroideanos (derivados do aminoácido tirosina), os quais apresentam estrutura quí-
mica anfipática, porém o que predomina é a parte apolar, como ilustra a Figura 2. 
Por isso, tanto o T4 (também chamado de tetraiodotironina ou tiroxina) quanto o T3 
(denominado de triiodotironina) atravessam a membrana plasmática por difusão 
simples. 
Figura 2
Hormônios tiroideanos
 
Tiroxina (Tetraiodotironina, T4)
HO O C
H H H
H
OHO
H C
C N
I I
I I
 
Tri-iodotironina (T3)
HO O C
H H H
H
OHO
H C
C N
I I
I
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Ao chegar ao citosol, o T4 sofre a catálise da enzima desiodinase, sendo trans-
formado em T3, e cerca de 80% do T4 é transformado em T3 na célula-alvo. Já o T3 
presente no citoplasma – vindo diretamente do sangue ou da transformação do 
T4 – vai para o núcleo e liga-se ao receptor nuclear (TR – receptor tiroideano), que 
já está acoplado ao ADN, com esse último reconhecendo a sequência AGGTCA(N)
nAGGTCA por apresentar o sítio TER.
O receptor tiroideano está acoplado ao receptor retinoide X (RXR) e tem a fun-
ção de formar heterodímeros, que aumentam a interação aos elementos de res-
posta ao hormônio da tireoide (TREs). Para que não ocorra processo de transcrição 
errado, o TR está ligado a uma molécula correpressora que impede o processo de 
transcrição do ADN, antes do T3 se ligar a ele. Porém, a ligação do T3 ao TR desloca 
o correpressor e uma molécula coativadora se liga em seu lugar. Com isso, a ARN 
polimerase reconhece a molécula coativadora e inicia a síntese de ARN mensagei-
ro e, consequentemente, a síntese de enzimas específicas. Por esse motivo, o T3 
regula o metabolismo, quanto maior a quantidade de enzimas, mais ativo está o 
metabolismo.
5.1.2 Mecanismo dos hormônios peptídicos 
– segundos mensageiros
Hormônios peptídicos são moléculas hidrofílicas e, por isso, não precisam de 
proteínas para serem transportados no plasma sanguíneo. Pela característica quí-
mica desses hormônios, os receptores proteicos estão na membrana plasmática, 
logo necessitam aumentar a quantidade de segundos mensageiros no citosol da 
célula, mensageiros esses que são sinalizadores intracelulares que ativam uma cas-
cata de reações na célula.
Há vários tipos de receptores de membranas; cada um deles é específico para 
um tipo de hormônio e desencadeia uma cascata de reações características. Alguns 
desses receptores utilizam segundos mensageiros, que são liberados no citosol, e 
Integração do metabolismo 121
a característica em comum entre esses receptores é o fato de estarem acoplados à 
Proteína G – proteína heterodimérica, que apresenta três subunidades: α, β e γ. A 
subunidade α tem atividade de GTPase, a qual promove a regulação de moléculas 
efetoras, como enzimas e canais iônicos, como mostramos na Figura 3.
Figura 3
Receptores de membrana que aumentam os segundos mensageiros citoplasmáticos
Legenda
AE = enzima ampli�cadora
G = Proteina G 
Hormônios peptídeos (H) não podem entrar nas suas células-alvo 
e devem ligar-se a receptores de membrana (R) para iniciar 
o processo da transdução de sinal. 
Abre canais iônicos
Sistema
de segundo
mensageiro
Proteínas
Resposta
celular 
Fosforila
AE
R
G
H
Quando o receptor não está ligado ao hormônio, as três subunidades da Proteí-
na G ficam unidas e ligadas ao receptor de membrana; já a subunidade α fica ligada 
a uma guanosina difosfato (GDP). Quando o hormônio liga-se ao receptor e ocasio-
na uma mudança de conformação, isto é, na forma, ocorre ativação da Proteína G, 
liberação do GDP e um GTP se liga em seu lugar. 
O GTP tem a função de dar energia para que a subunidade α se desloque na 
membrana, podendo ativar um canal iônico ou uma enzima de membrana. Depois 
da ativação ocasionada pela subunidade α, a subunidade catalisa a quebra o GTP 
por meio de sua ação de GTPase e retorna à posição original com o GDP para pos-
sibilitar o início de um novo ciclo de ativação, quando outra molécula do hormônio 
se ligar ao receptor. O aumento da quantidade de segundos mensageiros no citosol 
desencadeia uma cascata específica de reações. 
Os principais segundos mensageiros são o Ca++ e o AMPc (AMP cíclico) e algumas 
moléculas, como o diacilglicerol e o inositol-trifosfato, produzidas pelos receptores aco-
plados à fosfolipase c (PLC), que têm funções relacionadas como segundos mensageiros.
De todos os segundos mensageiros, o AMPc é o mais importante, e para que ocor-
ra um aumento da sua quantidade no citosol, a Proteína G, ativada após o hormônio 
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122 Bioquímica
ligar-se ao receptor, ativa a adenilil ciclase, que catalisa a transformação de ATP em 
AMPc. O AMPc sempre ativará a enzima proteína quinase A (PKA); esta, quando ativa, 
catalisará a fosforilação de várias proteínas da célula, como mostramos na Figura 4.
Figura 4 
Ativação do receptor de membrana com formação de AMPc
Receptor proteico Hormônio Membrana celular
Proteina G 
ATP
α
α αβ
γ
Adenilil ciclase
AMPc
AMPc
Proteina cinase A
(ativa)
+ PPi
Subunidade inibitória Subunidade inibitória 
Proteína quinase
(inativa) 
Ativação de
enzimas
especí�cas
Inativação de
enzimas
especí�cas
Fosforilação
de enzimas
Outro segundo mensageiro importante é o cálcio, pois dependendo da célula, ele 
age como segundo mensageiro, mas isso depende da sua quantidade. O aumento do 
cálcio no citosol pode ocorrer de duas maneiras, sendo proveniente do meio extra-
celular ou do retículo endoplasmático liso. Para abrir canais de cálcio na membrana 
plasmática, o receptor é ativado pelo hormônio; em seguida, a Proteína G desloca a su-
bunidade α e ativa diretamente o canal de cálcio. O aumento da concentração de cálcio 
ativa diretamente a proteína quinase c (PKC) e, ao mesmo tempo, ativa a calmodulina. 
A PKC ativada promove a fosforilação de várias enzimas, mas a calmodulina é 
uma proteína que muda sua conformação ao se ligar com o cálcio e tem a função 
de ativar outras enzimas ou proteínas, um exemplo disso é a proteína quinase, de-
pendente de calmodulina (CaM-quinases). Quando as CaM-quinases são ativadas, 
podem fosforilar outras enzimas na célula. O complexo Ca++-calmodulina ativa a 
bomba de cálcio, que promove a diminuição dos níveis citosólicos de cálcio, restau-
rando o estado original da célula.
Outra maneira de ocasionar o aumento do cálcio citosólico ocorre quando esse 
íon é liberado do retículo endoplasmático liso. Para isso, o receptor de membrana 
que foi ativado pelo hormônio ativa Proteína G da mesma maneira que foi mostra-
da anteriormente, porém agora a subunidade α ativa a fosfolipase c (PLC). Essa en-
zima catalisa a quebra de fosfolipídeos, liberando diacilglicerol e inositol-trifosfato 
(IP3), sendo que o inositol-trifosfato ativa os canais de Ca
++ do retículo endoplasmá-
tico liso, liberando o cálcio no citosol. Esse aumento na concentração de cálcio e a 
ação conjunta do diacilglicerolativam a PKC, desencadeando várias fosforilações 
enzimáticas e fazendo o controle metabólico.
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Integração do metabolismo 123
Figura 5
Cálcio como segundo mensageiro proveniente do retículo endoplasmático liso
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Receptor proteico
Hormônio PLC Membrana celular
Proteina G 
Citoplasma 
Ca++ Ca++ 
Ca++ 
Ca++ Ca++ Ca++ 
Ca++ Ca
++ 
Ca++ Retículo
endoplasmático
liso
IP3
É importante notarmos que o cálcio é um segundo mensageiro, tendo em vista 
que existem duas maneiras de a concentração desse íon aumentar no citoplasma 
da célula. 
5.1.3 Mecanismo de ação do receptor tirosina quinase
O receptor tirosina quinase não utiliza segundos mensageiros, como alguns re-
ceptores mostrados anteriormente, e apresenta ação enzimática, o que justifica 
seu nome. Existem vários tipos de receptores tirosina quinase, com cada um deles 
presente em um tecido específico, e todos têm função de enzima tirosina quinase, 
que ativa várias enzimas no citosol.
Figura 6
Receptores tirosina quinase
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α
β
Domínio de interação com o ligante 
INSR VEGFR PDGFR EGFR TrkA FGFR
Fora
Dentro 
Domínio tirosina-cinase Domínio rico em cisteína Domínio rico em leucina
Domínio semelhante à lg Região rica em Asp/Glu
124 Bioquímica
Entre os vários receptores, o receptor de insulina apresenta uma função muito 
importante, ele é do tipo INSR e se divide em quatro subunidades, duas α e duas β. 
As subunidades β são estruturas transmembranas e apresentam duas funções: a 
porção que está no citosol tem função de tirosina cinase; e a porção que está no 
meio extracelular se liga à subunidade α. As subunidades α estão inteiramente no 
meio extracelular, ligadas à subunidade β, e tem função de ligar-se à insulina. 
Para ativar o receptor, a insulina liga-se às subunidades α do receptor e, em 
seguida, ocorre a ativação da atividade de tirosina quinase, sendo que essa ativida-
de, quando aumentada, promove autofosforilação das subunidades β, causando 
exposição do sítio ativo da enzima. Isso permite que ela coloque grupo fosfato em 
outras proteínas, sempre nos resíduos de tirosina. Sem a ativação ocasionada pela 
insulina, o receptor tirosina quinase permanece com a atividade enzimática inibida. 
Isso é possível devido ao receptor ter uma sequência autoinibitória ligada ao sítio 
ativo, que só é retirada quando a enzima sofre autofosforilação.
Depois de ativado, o receptor de insulina causa duas cascatas de reação paralelas, 
gerando ações gênicas e não gênicas. A proteína IRS-1 é a primeira a ser fosforilada 
após o receptor sofrer autofosforilação e ela que desencadeia os dois tipos de ação 
na célula-alvo. Ao ativar a IRS-1 por fosforilação, ela passa a ativar outras proteínas. 
A ação gênica do receptor de insulina inicia com a ligação da IRS-1 com a Pro-
teína Grb2 (Src homology 2) e, em seguida, esse complexo liga-se à proteína SOS, 
sendo que essa última é formada catalisando a troca de GDP por GTP na Proteína 
G Ras. A Proteína G Ras faz parte da família das Proteínas G pequenas, que fica ati-
va quando está ligada ao GTP. Em seguida, a Proteína G Ras ativa a Raf-1, fazendo 
com que ocorra a ativação da MEK, que por sua vez fosforila a ERK, ativando essa 
última. Por fim, a ERK, quando ativada, entra no núcleo e ativa alguns fatores de 
transcrição, iniciando a transcrição de cerca de 100 genes.
As ações não gênicas da insulina ativam ações citoplasmáticas, que iniciam com 
a ativação da IRS-1. Essa enzima ativa a enzima PI-3K – fosfoinositol 3-quinase –, 
que promove fosforilação do fosfatidilinositol-4,5-bifosfato (PIP2), transformando 
em PIP3 – fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato. Ao formar PIP3, a cabeça polar do fosfo-
lipídeo passa a ficar disponível para a ligação da proteína cinase B (PKB) no citosol. 
Com a ligação da PKB ao complexo proteico, a enzima PDK1 pode fosforilar a PKB, 
que por sua vez também pode fosforilar várias outras proteínas, incluindo a glico-
gênio sintase cinase (GSK3). 
A GSK3 apresenta a interessante função de controlar a enzima glicogênio sinta-
se (GS), sendo que essa última permanece inativa quando está fosforilada, mas é 
ativada novamente quando perde o fosfato. Isso faz com que a enzima responsá-
vel pela colocação de fosfato na GS seja a GSK3. Portanto, quando a PKB inativa a 
GSK3, a GS fica ativa, guardando as moléculas de glicose que entrarem na célula na 
forma de glicogênio, uma ação gênica da insulina ocorre principalmente no fígado 
e no músculo estriado esquelético.
Ainda no músculo e no tecido adiposo, ocorre outra ação não gênica da insulina, 
um processo que se inicia quando a PKB está ativada, culminando com a exocitose 
da GLUT4, transportador de glicose, que permite a entrada de glicose na célula. 
Integração do metabolismo 125
Quando a insulina faz sua ação e sai do receptor tirosina quinase, o proces-
so termina; para isso, a fosfatase retira o fosfato do PIP3, gerando novamente 
PIP2, interrompendo a cascata de ativação, tanto na ação gênica quanto na ação 
não gênica.
5.1.4 Controle da quantidade de hormônio 
por retroalimentação
A quantidade de hormônios na corrente sanguínea deve ser muito bem regu-
lada, pois, como vimos, ocasiona ações diretas nas células-alvo, o que interfere no 
funcionamento do organismo. O processo de síntese e secreção regula imediata-
mente os níveis hormonais, principalmente se forem hormônios apolares, que não 
ficam armazenados na célula endócrina e são liberados de modo lento e contínuo. 
Os hormônios polares ficam armazenados em vesículas de secreção na célula en-
dócrina, e uma sinalização específica faz com que eles sejam liberados em grande 
quantidade e rapidamente.
Para regular a liberação de alguns hormônios polares e a produção dos apola-
res, ocorre o processo chamado de retroalimentação negativa e positiva. A retroa-
limentação negativa diminui a quantidade de hormônio na corrente sanguínea e, 
para ocorrer o aumento da quantidade de um hormônio ou do produto, inibe a 
liberação do primeiro. Por exemplo, quando a quantidade de T3 e T4 aumenta no 
plasma, promovem a inibição tanto da secreção de TRH do hipotálamo quanto da 
secreção de TSH da hipófise. Contudo, a diminuição da concentração de T3 e T4 
promove a elevação da secreção de TRH e TSH.
No processo de retroalimentação positiva, se a quantidade do hormônio esti-
mulador aumentar, o hormônio estimulado também crescerá, em vez de diminuir. 
Um exemplo disso é o processo de ovulação em mamíferos, um aumento do nível 
de FSH e LH na primeira fase do ciclo menstrual aumenta mais quantidade de es-
trógeno, e quando os três hormônios estiverem no máximo, ocorre a ovulação. 
Depois desse evento, o processo reverte para retroalimentação negativa e diminui 
a quantidade dos três hormônios logo em seguida. 
Esses processos de retroalimentação controlam de modo efetivo a quantidade 
de hormônios no sangue, controlando também a homeostase do organismo. Esse 
controle ocorre em vários estados nutricionais, como no estado alimentado, no 
estado de jejum, na obesidade e na dieta, e o seu descontrole pode potencializar 
algumas doenças, como o câncer.
5.2 Bioquímica do estado alimentado e do jejum 
Vídeo
As principais vias metabólicas sofrem interferências de hormônios que variam 
com o estado nutricional do indivíduo. Isso se deve à necessidade de manutenção 
da glicemia, principalmente para que o cérebro e as hemácias continuem tendo 
esse monossacarídeo disponível para a produção de ATP.
126 Bioquímica
A seguir, veremos de que forma o corpo humano reage quando passa por dois es-
tados de nutrição distintos: o estado alimentado e o estado de jejum. O estado de je-
jum apresenta suas próprias características, dependendo do seu tempo de duração.
5.2.1 Bioquímica do estado alimentado
Ao se alimentar, especialmente com carboidratos simples, ocorrem modifica-
ções hormonais no metabolismo celular. Quando ocorre a absorção de grande 
quantidade de glicose pelas células intestinais,também denominadas enterócitos, 
elas entram pelo sistema porta hepático, que ativa a liberação de insulina. 
Devido à sua localização anatômica, a insulina chega primeiro ao fígado e, de-
pois, vai para a circulação sistêmica. Os aminoácidos que entrarem pela alimen-
tação também vão para o sistema porta hepático, enquanto os triglicerídeos são 
absorvidos no intestino e formam os quilomícrons. Em seguida, vão na circulação 
linfática para depois entrar na circulação sistêmica. Como o fígado é o primeiro 
órgão a receber os carboidratos absorvidos no intestino, a insulina age primeiro 
nesse órgão. 
O fígado tem um transportador de glicose que não precisa do auxílio da insulina 
para estar presente na membrana GLUT2; devido a isso, a glicose entra no hepa-
tócito sempre que tiver muita glicose no sangue, como no estado alimentado. A 
glicose ao entrar será metabolizada pela via glicolítica para a formação de ATP, mas 
também pode ser usada na via das pentoses fosfato, gerando grande quantidade 
de NADPH, que será utilizado para síntese de lipídeos. A ativação das enzimas de 
vários metabolismos é feita pela insulina, e dependendo de quanto foi a ingesta de 
carboidrato em uma refeição, a glicose pode ter três destinos: ela pode ser com-
pletamente consumida na respiração celular, ter uma parte armazenada na forma 
de glicogênio ou ser liberada no plasma para manter a glicemia. Entretanto, se a 
ingestão de glicose for excessiva, a insulina ativa a produção de ácidos graxos e, 
consequentemente, a síntese de triglicerídeos, que serão levados ao tecido adiposo 
pelo VLDL posteriormente.
Já os aminoácidos, que chegam pelo sistema porta hepático, são usados prima-
riamente para sintetizar as proteínas de suas próprias proteínas hepáticas. Os ami-
noácidos em excesso são liberados para a circulação sistêmica para que todos os 
tecidos possam utilizar os aminoácidos essenciais que chegam pela alimentação. 
Depois que os nutrientes chegam à circulação sistêmica, outros tecidos podem 
utilizar esses componentes, como é o caso do tecido muscular, que utiliza os ami-
noácidos para sua própria síntese proteica. Para a captação de glicose, o músculo 
necessita da estimulação da insulina para que o transportador de glicose específico 
– GLUT4 – possa estar na membrana plasmática e permitir que a glicose entre na 
célula. Ao entrar na célula muscular, a glicose é utilizada para a produção de ATP na 
glicólise; o restante é armazenado na forma de glicogênio até a quantidade de no 
máximo 1% do peso do tecido. Nessa situação de grande disponibilidade de glicose 
e presença de insulina, o metabolismo energético do músculo está desviado para o 
consumo de glicose; logo, nesse estado nutricional, os ácidos graxos não são utili-
zados pelas células musculares e acabam armazenados no tecido adiposo.
Integração do metabolismo 127
Assim como o músculo esquelético, o tecido adiposo só tem GLUT4 na membra-
na se houver a estimulação da insulina, e a glicose que entra no adipócito é usada 
na glicólise. Os triacilgliceróis que chegam ao tecido adiposo transportados pelos 
quilomícrons ou pelo VLDL sofrem a hidrólise pela enzima lipoproteína lipase, que 
está na superfície das células endoteliais dos capilares do tecido adiposo, o que 
libera os ácidos graxos e glicerol. Os ácidos graxos entram no adipócito por difusão 
simples e são reesterificados com o glicerol 3-fosfato, derivado da via glicolítica 
para formar novamente triacilgliceróis e serem armazenados. 
Figura 7
Integração metabólica no estado alimentado
Pâncreas (células β)
Insulina 
Glicose
Aminoácidos
Intestino 
Veia porta 
Fígado 
Glicose 
Aminoácidos 
Piruvato
Ureia
Síntese de
proteínas
Lactato
Gordura
Quilomícron Quilomícrons
remanescentes 
Gordura
Gordura
Linfáticos 
Cérebro Síntese
proteica
(todos os
tecidos)
CO2 + H2O 
CO2 + H2O 
VLDL 
Lactato 
Glicogênio
Tecido adiposoEritrócitos 
Tecido muscular
Glicogênio
Podemos perceber que com todas essas ações ocorre manutenção da glicemia, 
evitando alterações cardiovasculares e, ao mesmo tempo, permitindo que o tecido 
muscular e o adiposo possam internalizar e metabolizar a glicose.
5.2.2 Bioquímica do jejum
A manutenção da glicemia em todos os estados nutricionais é fundamental para o 
funcionamento de várias células do organismo humano. Por exemplo, é o que acon-
tece com as hemácias que utilizam somente glicose; e com os neurônios que utilizam 
preferencialmente a glicose e alternativamente os corpos cetônicos para produção 
de ATP. Por esses motivos, a manutenção da taxa glicêmica é essencial.
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128 Bioquímica
Quando o indivíduo não se alimenta por pelo menos quatro horas, ele entra em 
uma situação de jejum. Nesse caso, o hormônio glucagon é liberado no sistema 
porta hepático, ocasionando aumento de AMPc e desencadeando uma cascata de 
reações que ajuda a manter a glicemia. Entre os metabolismos ativados está a que-
bra de glicogênio hepático e a gliconeogênese.
A seguir, descrevemos as alterações metabólicas que ocorrem nos diferentes 
estágios de jejum.
5.2.1.1 Metabolismo no jejum inicial
O estado de jejum inicial começa quando o indivíduo não se alimenta por apro-
ximadamente 10 a 12 horas. Nesse estado, a glicemia começa a diminuir e, para 
conter essa queda, o organismo promove a liberação de glucagon – feita pelas célu-
las α pancreática – para a veia porta hepática. O fígado é estimulado pelo glucagon, 
o que ativa a glicogenólise hepática e culmina com o aumento da glicemia. 
Figura 8
Inter-relação metabólica no jejum inicial
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
APâncreas (células �)
Glucagon 
Intestino 
Veia porta 
Fígado 
Lactato
Linfáticos 
Cérebro 
CO2 + H2O 
Lactato Tecido adiposo
Tecido muscular
Linfáticos 
Glicogênio
Piruvato
Glicose
Eritrócitos
Alanina 
Podemos notar que a fonte de glicose para manter a glicemia no jejum inicial é o 
glicogênio hepático, mas como sua quantidade é pequena (cerca de 75 g para uma 
pessoa de 70 kg), se a pessoa permanecer sem se alimentar ele acaba e o indivíduo 
entra no jejum prolongado.
Integração do metabolismo 129
5.2.1.2 Metabolismo no jejum prolongado
Quando o indivíduo se mantém sem se alimentar por mais de doze horas, ele 
passa do estado de jejum inicial para o jejum prolongado. Isso promove aumento 
da liberação de glucagon no sistema porta hepático, fazendo com que esse hormô-
nio chegue ao fígado e aos tecidos periféricos.
Depois de ultrapassar esse tempo de jejum, o glicogênio hepático acaba – isto 
é, já foi depletado – e inicia a gliconeogênese do fígado. Para que a glicose seja pro-
duzida “de novo” é necessário que aminoácidos glicogênicos – além do lactato ou 
do glicerol – cheguem ao fígado. Esse mecanismo está acoplado ao ciclo de cori e 
ao ciclo da alanina, apesar de que tanto o lactato (do ciclo de cori) quanto a alanina 
(do ciclo da alanina) apenas fazem a reposição da glicose convertida para essas mo-
léculas em outros tecidos. Esse processo também permite que a transferência da 
energia gerada no processo de β-oxidação dos ácidos graxos, que ocorre no fígado, 
seja utilizada pelos tecidos periféricos na forma de carboidrato.
A maior parte dos aminoácidos liberados é transformada em alanina ou em 
glutamina em processos metabólicos específicos, por isso a alanina e a glutamina 
estão em maior quantidade. No entanto, quando se utiliza qualquer aminoácido 
para o processo de gliconeogênese, é necessária a retirada do grupo amina, que 
entrará no ciclo da ureia. Logo, isso nos diz que a gliconeogênese e o ciclo da ureia 
estão interligados.
No jejum prolongado, a quantidade de glicose cai bastante, a quantidade de 
insulina está muito diminuída. Essa diminuição em ambos estimula a liberação de 
glucagon, ativando a lipólise no tecido adiposo, o que leva ao aumento dos níveis 
de ácidos graxos no sangue. Esse aumento é necessário, pois vários tecidos, como 
o músculo cardíaco e o tecido esquelético, promovem o desvio de seu metabolismo 
para alipólise, deixando de consumir glicose.
Os ácidos graxos também são consumidos pelo fígado, no processo de β-oxida-
ção, o que produz grande quantidade de acetil-CoA, com o aumento desse último 
ativando a cetogênese, o que leva à produção de corpos cetônicos – acetona, ácido 
acetoacético e ácido β-hidroxibutírico. O aumento da concentração de corpos cetô-
nicos na corrente sanguínea leva a uma alteração metabólica no sistema nervoso, 
que passará a usar esses novos corpos cetônicos como combustível alternativo 
para a formação de ATP. 
A quantidade de ATP gerada a partir dos corpos cetônicos no cérebro não é a 
mesma que a glicose fornece, por isso eles não podem ser utilizados indefinida-
mente pelo sistema nervoso. Outro tecido que utiliza essas moléculas é o músculo 
estriado esquelético, e quando isso acontece o processo de proteólise e de oxida-
ção dos aminoácidos é interrompido, diminuindo a liberação de alanina e prote-
gendo o músculo contra perdas excessivas na massa muscular. No entanto, como 
efeito colateral, ocorre diminuição da gliconeogênese no fígado.
A diminuição da gliconeogênese faz com que seja necessária uma compensação 
por parte da diminuição da utilização da glicose pelos tecidos. Por causa disso e da 
gliconeogênese que aconteceu anteriormente, a glicemia se mantém estável.
130 Bioquímica
Figura 9
Inter-relação metabólica no jejum prolongado
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Pâncreas (células α)
Glucagon 
Intestino 
Veia porta 
Fígado 
Glicose 
Lactato
Linfáticos 
Cérebro 
CO2 + H2O 
CO2 + H2O 
Lactato 
Tecido adiposoEritrócitos 
Tecido muscular
Enterócitos 
Alanina 
Proteína 
Proteína 
Aminoácidos 
Corpos
cetônicos 
Ureia 
Glicerol 
Glicerol 
Alanina 
Ácidos
graxos 
Glutamina 
Aminoácidos 
Alanina 
Gordura
Quando um indivíduo se alimenta após um longo jejum, a glicose que chega ao 
sangue vai preferencialmente para a circulação sistêmica, depois de passar pelo 
fígado. Por isso, não ocorre reposição direta do glicogênio hepático diretamente 
pelo processo alimentar. A glicose que é utilizada no tecido periférico acaba for-
mando lactato, que volta ao fígado e entra na gliconeogênese, sendo convertido 
em glicose, que será armazenada como glicogênio. Além disso, os aminoácidos da 
dieta também entrarão na gliconeogênese, ajudando a repor o glicogênio de ma-
neira secundária. Quando a glicemia aumenta, a gliconeogênese cessa e o glicogê-
nio hepático passa a ser mantido pela glicose do sangue.
5.3 Metabolismo na obesidade, na dieta, 
no câncer e no diabetes mellitus Vídeo
Alterações nutricionais, hormonais ou relacionadas à quantidade de células no 
organismo podem modificar o metabolismo celular e, muitas vezes, levar a doen-
ças, como obesidade e diabetes mellitus. Por outro lado, alterações podem auxiliar 
a resolver um problema encontrado, como é o caso dos vários tipos de dietas cria-
Integração do metabolismo 131
dos pelos nutricionistas. Nesta seção, vamos falar de três doenças comuns entre a 
população brasileira – obesidade, câncer e diabetes mellitus – e discutir os efeitos 
que um tipo específico de dieta causa no metabolismo corporal.
5.3.1 Obesidade
Quando ingerimos mais alimentos do que a nossa necessidade de energia, o or-
ganismo acaba armazenando o excesso de nutrientes para serem utilizados como 
uma reserva energética. Os triglicerídeos são armazenados diretamente no tecido 
adiposo, e o excesso de carboidratos e proteínas é convertido em triacilglicerol, que 
também é armazenado no tecido adiposo. O problema surge devido à capacida-
de quase infinita de armazenamento desse tecido; logo, quando ocorre disfunção 
entre fome e saciedade do indivíduo, isso pode gerar casos graves de obesidade 
mórbida.
A obesidade acontece quando a quantidade de calorias ingeridas é maior do 
que a gasta, um processo que envolve a falta de controle do sistema nervoso cen-
tral em relação ao apetite, ao sedentarismo, à predisposição genética e a diversos 
outros fatores nutricionais e hormonais. 
Uma característica importante dos adipócitos é que o aumento do armazena-
mento de triacilgliceróis ocasiona hipertrofia dessas células (aumento de tamanho) 
e a hiperplasia (aumento da quantidade de células) do tecido adiposo. Quando 
ocorre o emagrecimento, não existe morte celular, somente diminuição da quanti-
dade de triglicerídeos, ou seja, se houver o aumento da ingesta, com pouco gasto, 
os triglicerídeos voltam a ser armazenados. 
O aumento da deposição de triglicerídeos no tecido adiposo leva à produção 
de várias citocinas inflamatórias, que ocasionam estimulação da deposição de ma-
crófagos nesse tecido. Por esse motivo, a obesidade pode ser definida como um 
aumento da massa corporal além dos limites físicos, acumulando gordura na forma 
de triglicerídeos e tendo um aumento inflamatório corporal.
Além da função de reserva energética, os adipócitos têm função endócrina. O 
hormônio leptina é liberado quando o triglicerídeo é armazenado, com isso, em 
situações normais, ocorre regulação da massa corporal e diminuição da ingesta 
alimentar, o que leva à saciedade no indivíduo e concomitante aumento do gasto 
energético. Por outro lado, o hormônio grelina, que é secretado pelo estômago, 
leva à diminuição da oxidação lipídica, desencadeando a fome e, consequentemen-
te, o aumento da ingesta calórica, promovendo um papel inverso ao da leptina. 
A instalação da obesidade pode ser consequência de outras patologias, como o 
hipotireoidismo, o insulinoma e a síndrome de Cushing. Ao se estabelecer a obe-
sidade, podem ocorrer também comorbidades, entre elas o paciente pode desen-
volver diabetes mellitus, hipertensão, dislipidemia, síndrome do ovário policístico, 
apneia, doenças hepáticas (como a esteatose), osteoartrite, hiperatividade simpáti-
ca, hiperinsulinemia e síndrome metabólica. A síndrome metabólica também é um 
processo prevalente na obesidade central e consiste em alterações metabólicas 
provocadas pelo sobrepeso. 
132 Bioquímica
Figura 10
Integração metabólica na obesidade
Pâncreas (células β)
Gordura
Gordura
VLDL
Intestino 
Veia porta 
Fígado 
Glicose Glicose 
Linfáticos 
Cérebro Estômago
Lactato 
Tecido adiposo
Eritrócitos 
Quilomícrons
Insulina
Leptina
(aumenta a saciedade)
Grelina
(aumenta a fome quando
o estômago está vazio)
Aminoácidos Aminoácidos 
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Com todas essas análises, podemos verificar que a etiologia da obesidade é 
multicausal e gerada por muitas interações entre fatores genéticos, fisiológicos, 
psicológicos, socioeconômicos, culturais e ambientais.
5.3.2 Dieta 
Para o indivíduo sair da obesidade e iniciar o processo de emagrecimento, deve 
haver um balanço energético negativo, assim como ajustes hormonais, se forem ne-
cessários. Entretanto, na maioria dos processos de emagrecimento, menor ingesta 
de calorias e maior gasto calórico deve acontecer. O consumo de menor quantida-
de de macronutrientes e de menos calorias não modifica significativamente o ciclo 
jejum-alimentação, pois isso depende da quantidade e do tipo de macronutrien-
tes ingeridos. Um exemplo dessa modificação nula do ciclo é quando o indivíduo 
faz pouca ingestão de alimentos em geral e logo em seguida volta a permanecer 
no estado de jejum, isso libera menor quantidade de insulina, ocasionando pou-
co armazenamento de glicogênio e triacilgliceróis. Outro exemplo é reduzindo a 
ingesta de triglicerídeos, que causa diminuição da síntese de quilomícrons e menor 
armazenamento desses lipídeos no tecido adiposo.
No paciente que se submete a uma dieta com nenhuma quantidade de carboi-
dratos – isto é, uma dieta cetônica, conhecida como zero carb – há aumento do me-
tabolismo hepático, pois existe uma tendência de queda na glicemia, mesmo após 
a alimentação. Nesse caso, a relação hormonal ocorre como se o paciente estivesse 
em jejum prolongado, com aumento do glucagon. Com isso, ocorre maior mobili-
Integração do metabolismo 133
zação de triglicerídeos do tecido adiposo, o fígadopassa a consumir lipídeos e há 
diminuição no consumo de glicose, aumentando a formação de corpos cetônicos e 
a gliconeogênese a partir da oxidação dos aminoácidos.
Figura 11
Integração metabólica na dieta
Pâncreas (células β)
Glucagon
Intestino 
Veia porta 
Fígado 
Glicose 
Corpos
cetônicos
Aminoácidos Aminoácidos 
Ureia
Síntese
proteíca
Lactato
Gordura
Gordura
Quilomícron 
Linfáticos 
Cérebro Síntese
proteica
(todos os tecidos) CO2 + H2O 
CO2 + H2O 
Lactato 
Glicogênio
Glicogênio
Tecido adiposo
Quilomicrons
remanecentes
Eritrócitos 
Tecido muscular
Podemos notar que com nenhuma ingesta de carboidratos ocorre aumento na 
ingesta de proteínas e, portanto, aumento da formação de ureia. Por esse motivo, o 
paciente que faz a dieta zero carb deve aumentar o consumo de água, uma vez que 
a ureia será eliminada para a urina, o que diminui o volume sanguíneo por maior 
excreção de urina, podendo iniciar um quadro de desidratação, com sobrecarga 
hepática e renal. 
5.3.3 Bioquímica do câncer
O câncer acontece quando uma célula é transformada, gerando mutações em 
seu código genético, mutações essas que são geradas por agentes carcinogênicos 
ou por outros motivos, que fazem essas células mutadas perderem a inibição por 
contato. Se o sistema imunológico passar a não reconhecer mais essa célula como 
parte do organismo, ela passa a se dividir muito, formando uma massa amorfa. Cé-
lulas neoplásicas são aquelas que, além de crescerem em excesso, conseguem sair 
do tecido, ir à corrente sanguínea e colonizar outros tecidos, o que leva ao processo 
conhecido como metástase. 
IE
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S/
A
134 Bioquímica
No corpo humano existem determinados genes que, aparentemente, são os 
alvos mais comuns dos carcinógenos, tecidos esses que são conhecidos como pro-
to-oncogenes e, em sua função normal, auxiliam no controle da proliferação e da 
diferenciação celular. Quando sofrem mutações, essas células passam a agir de 
forma descontrolada, possibilitando a formação de neoplasias. Esses genes que 
sofreram mutação são denominados de oncogenes.
Para poder fazer todos esses processos, as células neoplásicas têm um funcio-
namento diferente em relação às outras células do corpo, e não seguem o ciclo je-
jum-alimentação, pois não são influenciadas pelos hormônios. Para poderem fazer 
muitos processos de mitose, é necessário grande quantidade de ATP, que é obtida 
preferencialmente por meio da glicose. Na anatomia do tumor, as células em sua 
periferia recebem oxigênio e podem metabolizar grande quantidade de glicose em 
processo aeróbico, porém as células do centro geralmente estão em hipóxia – isto é, 
sem acesso ao oxigênio –, fato que aumenta a produção do fator 1 de hipóxia, induzi-
do α (HIF-1α), que faz aumentar a transcrição de GLUTs e de enzimas da via glicolítica. 
Toda essa modificação faz com que as células neoplásicas tenham grande vo-
racidade em relação à glicose, e por não responderem a estímulos hormonais, 
mesmo no jejum, continuam drenando grande quantidade de glicose do plasma. 
Todavia, ainda existe a necessidade de muitos estudos, visto que, apesar de a vo-
racidade por glicose, esse fato não explica completamente o estado de caquexia 1
Perda de tecido adiposo, 
muscular e ósseo, pacien-
tes podem perder entre 
10% e 20% do seu peso 
corporal. Alguns tipos de 
câncer – como o gástrico e 
o pancreático – produzem 
caquexia profunda. 
1
, 
porque, muitas vezes, um pequeno tumor acaba levando a um grande emagreci-
mento no paciente. 
Figura 12
Integração metabólica caquexia do câncer
Ácidos
graxos
Fígado 
Glicose Glicose 
Corpos
cetônicos
Amino-
-ácidos 
Lactato 
Glicogênio
Tecido adiposo
Tumor
Tecido muscular
Pro
teín
a CO2
CO2
CO2
Proteína
Gordura
Além disso, vários distúrbios hormonais são comumente encontrados em pa-
cientes com câncer, pois alguns tumores podem ser secretórios de hormônios. A 
presença do tumor também induz à produção de citocinas inflamatórias, como a 
interleucina-1 (IL-1), a interleucina-6 (IL-6) e o fator de necrose tumoral α (TNF-α) 
pelas células do sistema imune. A presença do TNF-α causa o depauperamento do 
organismo (DEVLIN, 2007), mas o aumento do fator indutor de proteólise (PIF) veri-
IE
SD
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S/
A
Integração do metabolismo 135
ficado na neoplasia ocasiona a diminuição da quantidade de proteína muscular e a 
presença do fator mobilizador de lipídeo (LMF), o que estimula o catabolismo dos 
triglicerídeos do tecido adiposo (SILVA, 2006).
5.3.4 Diabetes mellitus
A doença chamada de diabetes mellitus se caracteriza pelo fato de o paciente 
apresentar disfunções relacionadas aos hormônios pancreáticos, que ocasionam 
aumento da glicemia acima de 110mg/dL de sangue. Essa doença pode ser ocasio-
nada por modificações no padrão de insulina e de glucagon nos pacientes diabéti-
cos, o que provoca mudanças metabólicas significativas. 
Existem dois tipos básicos de diabetes mellitus: tipo 1 e tipo 2. O diabetes do 
tipo 1 é caracterizado pela falta total de insulina, devido a destruição das células 
β pancreáticas. Mais de 95% dos casos desse tipo de diabetes são causados por 
doença autoimune, denominado de tipo 1a, onde o próprio sistema imunológico do 
paciente promove destruição dessas células. Por outro lado, em menos de 5% ela é 
idiopática, e chamada de tipo 1b. 
Existe um pequeno grau de hereditariedade, tendo em vista que pessoas que têm 
familiares com diabetes tipo 1 apresentam risco de aproximadamente 6% de desen-
volver a doença, enquanto em indivíduos que não apresentam nenhum familiar com 
a doença, o risco é de 3%. Como não existe insulina circulante, o glucagon é preva-
lente durante todo o dia, logo a glicemia se mantém alta e ocorre catabolismo de 
gorduras e de proteínas, estimulando também o processo de cetogênese. Por conta 
dessa ação hormonal prevalente, o paciente diabético do tipo 1 é geralmente magro. 
Com a grande alteração glicêmica e presença de corpos cetônicos em abundância 
no plasma, o paciente pode apresentar cetoacidose diabética e entrar em estado de 
coma cetoacidótico e coma hiperosmolar. O tratamento para esse tipo de patologia é 
a administração subcutânea de insulina, dieta controlada e exercícios físicos.
Figura 13
Integração metabólica Diabetes mellitus tipo 1
Glucagon
Intestino 
Veia porta 
Fígado 
Glicose 
Glicose
(acumula-se) 
Glicose 
Corpos cetônicos
(acumulam-se)
Ácidos graxos
(acumulam-se)
Triacilgliceróis
(acumulam-se)
Aminoácidos 
Amino-
-ácidos 
Lactato
Gordura
Gordura
Gordura
Alanina
VLDL
Quilomícrons 
Glicogênio
Tecido adiposo
Tecido muscular
Proteína
Pâncreas (células α)
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
136 Bioquímica
O diabetes do tipo 2 é uma patologia na qual ocorre aumento na resistência ou 
mesmo uma deficiência parcial de insulina, e é uma patologia que se desenvolve 
a partir de múltiplos fatores, inclusive com uma prevalência ambiental e genética. 
Para entender melhor o diabetes, se define resistência à insulina como uma dimi-
nuição da resposta tecidual esse hormônio, por isso ocorrem muitas alterações 
metabólicas. Como os receptores que são resistentes à insulina, os tecidos muscu-
lar e adiposo não conseguem captar a glicose de modo adequado, o que gera hiper-
glicemia. Com a hiperglicemia constante, ocorre secreção de insulina pelo pâncreas 
durante todo o tempo e, por consequência, baixa de glucagon. Com o aumento de 
insulina ocorre aumento da lipogênese no fígado e aumento de deposição de lipí-
deos no tecido adiposo, gerando obesidade.
Por esses motivos, os pacientes diabéticos tipo 2 geralmente apresentam obesi-
dade, o que aumenta ainda mais a resistência à insulina, piorando o quadro. 
Figura 14
Integração metabólica Diabetes mellitus tipo 2
Pâncreas (células �)
Insulina Intestino 
Veia porta 
Fígado 
Glicose 
Glicose
(acumula-se) 
Amino-
ácidos 
Gordura
Gordura
Gordura
Linfáticos 
Quilomícrons
Glicose
Aminoácidos
Triacilgliceróis
(acumulam-se)
CO2 + H2O 
(c)
VLDL 
GlicogênioTecido adiposo
Tecido muscular
Linfáticos 
Quilo
Um fato importante é que esses pacientes, por terem insulina alta quase o 
tempo todo, apresentam grande produção de colesterol pelo fígado, por isso ge-
ralmente a taxa de LDL é alta, ocasionando formação de placas de aterosclerose. 
Por isso, fala-se que todo paciente diabético é considerado portador de placa de 
aterosclerose e, para um diagnóstico, esse fato deve ser avaliado sempre. O trata-
mento ocorre pela utilização de medicamentos orais, entre eles estão os secretago-
gos de insulina (como as sulfunilureias) e os sensibilizadores de insulina (como as 
biguanidas). Além do tratamento medicamentoso, é necessário um controle estrito 
na dieta e praticar exercícios físicos.
O livro Fisiologia Endócrina, 
de Patrícia Molina, trata 
de maneira fácil e bem 
objetiva a questão dos hor-
mônios, de que forma eles 
são regulados e doenças 
relacionadas a eles.
MOLINA, P. E. Porto Alegre: AMGH, 
2021.
Livro
IE
SD
E 
Br
as
il 
S/
A
Integração do metabolismo 137
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo, estudamos os mecanismos de ação dos vários tipos de hormô-
nios, que são divididos em quatro classes: peptídicos, catecolaminas, esteroides e 
tireoideanos. Além disso, eles também podem ser divididos em polares (peptídicos 
e catecolaminas) e apolares (esteroides e tiroideanos), com a diferença química 
 interferindo na maneira como são transportados no sangue e onde se localizam seus 
receptores. Os hormônios polares podem ser transportados livres no plasma, com 
o receptor na membrana plasmática, o que permite que a ação desses hormônios 
seja rápida. Por outro lado, os hormônios apolares precisam ser transportados por 
proteínas específicas no plasma, e seu receptor é intracelular, o que ocasiona um 
mecanismo de ação lento. 
Modificações da quantidade de hormônios no plasma ocasionam alterações im-
portantes no organismo do indivíduo, podendo modificar o metabolismo de vários 
órgãos, como ocorre no diabetes e no câncer. No entanto, as alterações hormonais 
podem ocorrer com modificações simples na ingesta alimentar, como verifica-se no 
estado alimentado, no jejum e na dieta.
ATIVIDADES
Atividade 1
Alguns hormônios produzem respostas fisiológicas ou bioquímicas imediatas, 
um exemplo disso é a liberação de glicose para o sangue feita pelo fígado, que 
ocorre segundos após a epinefrina (adrenalina) ser secretada para o plasma pela 
medula adrenal. No entanto, os hormônios da tireoide e os esteroidais promo-
vem resposta máxima em células-alvo apenas após horas ou dias. Essa diferença 
no tempo de resposta corresponde à diferença no mecanismo de ação. Explique 
por que isso ocorre.
Atividade 2
Uma mulher descobriu que está com câncer de mama há um ano e, nesse 
período, fez quimioterapia e radioterapia, porém observou um emagrecimento 
pronunciado cerca de um mês. Organize os eventos que acontecem desde a 
questão hormonal e o metabolismo que culminam na caquexia do câncer.
Atividade 3
O diabetes mellitus (DM) tipo 2 é uma condição clínica associada ao risco ele-
vado de doença cardiovascular; estudos epidemiológicos têm mostrado que a 
resistência à insulina e o conjunto de doenças associadas – como a dislipidemia, 
hipertensão arterial etc. – têm papel preponderante no início e gravidade da 
aterosclerose, com a doença cardiovascular (DCV) sendo a principal causa de 
morte nos diabéticos. Tendo em vista a grande prevalência de aterosclerose em 
pacientes diabéticos, diga quais nutrientes devem ser restringidos para esse tipo 
de paciente.
138 Bioquímica
REFERÊNCIAS
BERG, J. M.; TYMOCZKO, J. L.; STRYER, L. Bioquímica. 7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014.
DEVLIN, T. M. Manual de bioquímica com correlações clínicas. 7. ed. Blucher: São Paulo, 2007.
FOX, S. T. Fisiologia. 7 ed. Barueri: Manole, 2007.
HALL, J. E. Guyton & Hall: tratado de fisiologia médica. 12. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2011.
KOEPPEN, B. M.; STANTON, B. A. Berne & Levy: fisiologia. 6. ed. Elsevier: Rio de Janeiro, 2009.
SILVA, M. P. N. Síndrome da anorexia-caquexia em portadores de câncer. Revista Brasileira de Cancerologia, 
Rio de Janeiro, v. 52, n.1, p. 59-77, 2006.
SILVERTHORN, D. U. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.
VOET, D.; VOET, J. G.; PRATT, C. W. Fundamentos de bioquímica: a vida em nível molecular. 2. ed. Porto 
Alegre: Artmed, 2008.
Resolução das atividades 139
Resolução das atividades 
1 Energia celular
1. Um indivíduo ingeriu cerca de 500 ml de suco de limão (pH 2,0). Explique por 
que o pH do sangue não é alterado com essa ingestão.
Apesar de o suco de limão possuir um pH muito ácido, quando chega ao duodeno, 
recebe uma grande quantidade de bicarbonato, o que fará com que o pH 
chegue a 9. O suco é absorvido e o pH sanguíneo não se altera, pois existem três 
sistemas tampões para manter o pH correto, sendo eles: sistema tampão fosfato, 
bicarbonato e proteínas.
2. Francini sofre com um distúrbio alimentar que a induz ao vômito. Ao chegar 
no hospital, constata-se ela está muito magra e com respiração abaixo do 
normal, isto é, com bradipneia. O HCO3– é de 72 meq/L (valor de referência: 24-
29 meq/L); PCO2, de 58 mmHg (ref.: 35 – 45 mmHg); e pH do sangue, de 7,62; 
.Ao analisar esse caso clínico, você pode indicar qual é o distúrbio do equilíbrio 
ácido-base apresentado por Francini? Justifique.
O vômito em excesso ocasiona a perda de H+, o que faz com que o estômago 
precise retirar próton do sangue para fazer mais HCl, ocasionando falta desse 
elemento e excesso de bicarbonato, como mostrado nos exames. Com isso, 
ocorre aumento do pH sanguíneo, acarretando alcalose metabólica.
3. Promova a quebra da ligação glicosídica do dissacarídeo a seguir e diga o nome 
da ligação glicosídica indicada na flecha:
HHHH
HH
HH
HHOHOH
OHOH
HH
HH
HH
HH HH
OO
CHCH2OHOH
OHOH
OHOH
OO
OO
OOOO
CHCH2
HH
HH
HH HH
HH
OO
CHCH2OHOH
OHOH
OHOH
OHOH OHOH
HH
HH
HH HH
HH
OO
CHCH2OHOH
OHOH
OHOH
OHOH OHOH
HH2OO
O nome é Ligação glicosídica α(1,6)
+
2 Moléculas responsáveis pela estrutura e metabolismo da célula
1. Os aminoácidos apresentam dois ou mais pKs, dependendo do grupo químico 
que está presente no radical. Os grupos que apresentam essa característica 
podem ser ionizados ou não, dependendo do pH da solução. As letras indicam 
140 Bioquímica
em cada ponto da tabela a seguir como deve estar cada grupo químico no 
pH solicitado. Analise como deve estar a carga do aminoácido naquele pH e, 
depois, relacione a letra com o estado que deve estar cada grupo químico. 
Aminoácido pH
-COOH
(pK 1,96)
–NH2
(pK 10,28)
Radical
(pK 8,18)
Carga do ami-
noácido
H3N
+ C COO– H CH2 SH
Cisteína 
pH 1,0 A B C D
pH 7,4 E F G H
pH 12,5 I J K L
Quando o valor de pH (variável) está abaixo do valor de pKa (fixo), o grupo químico 
está preferencialmente protonado – com próton – e quando o valor de pH está 
acima do pKa, o grupo químico está preferencialmente desprotonado – sem 
próton. No caso de um grupo ácido, como o ácido carboxílico (–COOH), protonado 
fica na forma molecular, ou seja, neutro, porém desprotonado ele adquire carga 
negativa. Porém, o grupo básico, que é o grupo amina (–NH2), quando está 
protonado ele fica com carga positiva; e quando está desprotonado fica na forma 
molecular (neutro). O grupo radical desse aminoácido é a sulfidrila (–SH); quando 
está protonado permanece na forma molecular; e quando está desprotonado 
adquire carga negativa.
Aminoácido pH –COOH
(pK 1,96)
–NH2
(pK 10,28)
Radical
(pK 8,18)
Carga do ami-
noácido
H3N
+ C COO– H CH2 SH
Cisteína 
pH 1,0 A
–COO–
B
–NH2
C
–S–
D
Negativo
pH 7,4 E
–COO–
F
–NH3
+
G
–S–
H
Zwitteriônico
pH 12,5 I
–COOH
J
–NH3
+
K
–SH
L
Positivo
2. Os inibidores enzimáticos são compostos que podem diminuir a atividade de 
uma enzima. O medicamento sinvastatina diminui os níveis de LDL-colesterol e 
de triglicerídos. As estatinas são inibidores competitivos da hidroximetilglutaril-
co-enzimaA (HMG-CoA) redutase. Explique o que acontece com uma enzima 
quando ela está sofrendo inibição competitiva.
No caso da inibição competitiva o inibidor, que nesse caso é o medicamento, se 
liga no sítio ativo da enzima. Com isso, o HMG-CoA – que é o substrato dessa 
enzima – não pode realizar a sua ligação. Portanto, a quantidade de colesterol 
produzido é diminuída, tendo em vista que a enzima é inibida parcialmente nesse 
caso.
3. O LDL em excesso causa formação de placas de aterosclerose. O colesterol 
que está dentro do LDL possui, funções fisiológicas importantes. 
Avalie e explique sobre as funções fisiológicas (normais) do colesterol. 
 
O colesterol possui diversas funções biológicas, como: fazer parte da estrutura 
das membranas biológicas, em especial da membrana plasmática, diminuir 
fluidez de membrana, ser precursor de diversas moléculas. Dentre as moléculas 
que o colesterol é precursor estão os hormônios esteroides (testosterona, 
estrogênio, progesterona, cortisol, aldosterona), os sais e ácidos biliares, 
vitamina D e Vitamina K.
Resolução das atividades 141
3 Metabolismo de Carboidratos
1. Imagine a segunda situação: um estudante estava em uma excursão e, por 
consequência de uma brincadeira, acabou ingerindo cerca de 30g/kg da 
planta conhecida como vassoura vermelha (Dodonea viscosa), que possui altos 
níveis de rotenona em sua composição. Considerando essa situação, explique 
como age a rotenona na membrana mitocondrial e qual a consequência da 
ação desse composto.
A rotenona bloqueia o complexo I da cadeia respiratória, por conta disso, o 
fluxo de elétrons para. Quando é colocado succinato para o paciente, ocorre a 
entrada de elétrons pelo complexo II, restabelecendo a produção de ATP pela 
fosforilação oxidativa, por isso há a melhora no quadro do paciente.
2. A enzina enolase é inibida pelo flúor e pode levar a vários sintomas em 
pacientes com intoxicação grave. Devido a isso, explique qual é a função da 
enzima enolase e o que sua inibição causa no organismo.
A enzima enolase catalisa a nona reação da via glicolítica, e quando ela está 
inibida, ela impede a produção de piruvato e de ATP da última reação da 
glicólise. Sem piruvato para entrar na mitocôndria, o ciclo do ácido cítrico 
para e a quantidade de ATP diminui ao mínimo, o que não é compatível com 
a vida.
3. Explique como devem estar os níveis de glucagon e insulina para que a 
glicogênio sintase, uma enzima envolvida na biossíntese de glicogênio, esteja 
ativada no organismo.
A glicogênio sintase é uma enzima que se mantém inibida por fosforilação quando 
o glucagon está circulante. Por outro lado, ao diminuir o glucagon, e aumentar 
a insulina, a enzima GSK-3 fica inativa e por esse motivo a Glicogênio sintase 
permanece ativa e a glicose que entra será armazenada na forma de glicogênio.
4 Transporte e Utilização de lipídeos e proteínas
1. Uma mulher foi hospitalizada com infarto agudo do miocárdio. Os exames 
mostraram colesterol plasmático da paciente, 12,0 mmol/L (valor de referência: 
3,1-5,7 mmol/L). Os LDL estavam bastante aumentados e a angiografia das 
coronárias mostrou aterosclerose nas três artérias coronárias. Considerando 
isso, qual é o provável mecanismo de hipercolesterolemia nesse caso? Apenas 
uma dieta pobre em colesterol pode ser suficiente para corrigir os casos de 
hipercolesterolemia? Por quê?
Os níveis muito altos do colesterol da paciente indicam que ela apresenta 
hipercolesterolemia familiar, portanto, somente mudanças alimentares não 
diminuiriam o colesterol para níveis normais. Nesse caso, além das mudanças 
de hábito de vida, também é necessária a utilização de medicamentos. Por 
curiosidade, os medicamentos utilizados são da classe das estatinas, que 
são inibidores parciais da enzima regulatória da biossíntese de colesterol, a 
HMG-CoA sintetase.
142 Bioquímica
2. Ingerindo uma dieta de 800 calorias, a paciente tem um déficit energético. De 
que forma isso contribui para o emagrecimento da paciente?
Com a ingestão de 800 calorias, a paciente rapidamente entra em jejum prolongado, 
o que provoca a liberação de glucagon. O glucagon estimula a mobilização dos 
triglicerídeos, por isso ela emagrece.
3. Uma criança de dez anos começou a apresentar episódios de vômitos aos quatro 
anos de idade. Desde então, ela apresenta alterações no comportamento, 
com alternância de períodos com letargia em episódios que duram de um a 
três dias. Histórico familiar: o bisavô por parte de mãe e a avó por parte de 
pai apresentaram sintomas semelhantes. Os exames de sangue mostraram: 
amonemia – 300 μM (N: 15-30 μM); pH – 7,54 (N: 7,35-7,45); pCO2 – 28 mmHg 
(35-40 mmHg); HCO3– 23 μM (N: 20-25 μM). Depois de analisar o caso clínico, 
indique de qual enzima do ciclo da ureia está deficiente na criança.
Os sintomas de hiperamonemia podem ocorrer em deficiências de duas enzimas 
do ciclo da ureia: a carbamoil-fosfato sintetase I ou a ornitina transcarbamoilase. A 
deficiência da carbamoil-fosfato sintetase I ocasiona hiperamonemia I, com níveis de 
amônio no sangue superiores a 1000 μM. Com níveis próximos ao encontrado pelo 
paciente, caracteriza-se a hiperamonemia do tipo II que é a deficiência da ornitina 
transcarbamoilase. A deficiência dessa enzima também é percebida ao observar os 
casos familiares, tendo em vista que essa deficiência é autossômica recessiva.
5 Integração do metabolismo
1. Alguns hormônios produzem respostas fisiológicas ou bioquímicas imediatas, 
um exemplo disso é a liberação de glicose para o sangue feita pelo fígado, que 
ocorre segundos após a epinefrina (adrenalina) ser secretada para o plasma 
pela medula adrenal. No entanto, os hormônios da tireoide e os esteroidais 
promovem resposta máxima em células-alvo apenas após horas ou dias. Essa 
diferença no tempo de resposta corresponde à diferença no mecanismo de 
ação. Explique por que isso ocorre.
Os hormônios peptídicos e catecolaminas (epinefrina, por exemplo) são polares, 
o que significa que estão livres no plasma. Com isso, o receptor de membrana 
reconhece o hormônio rapidamente, desencadeando imediatamente uma 
cascata de reações enzimáticas. Os hormônios esteroides e tiroideanos, por 
outro lado, são apolares, e precisam de proteínas para serem transportados no 
sangue. Quando chegam próximo da célula-alvo, se separam da proteína, entram 
na célula a agem no DNA e no núcleo, ativando a síntese de RNA mensageiro e 
posteriormente a síntese de proteínas.
2. Uma mulher descobriu que está com câncer de mama há um ano e, 
nesse período, ela fez quimioterapia e radioterapia, porém observou um 
magrecimento pronunciado cerca de um mês. Organize os eventos que 
acontecem desde a questão hormonal e o metabolismo que culminam na 
caquexia do câncer.
As células tumorais utilizam, sem nenhum controle hormonal, grande quantidade 
de glicose, por isso acabam gerando uma situação de jejum prolongado no 
paciente o tempo inteiro. Com diminuição da glicemia a níveis acentuados, 
ocorre liberação intensa de glucagon, ocorre depleção (acaba) constante do 
Resolução das atividades 143
glicogênio, e o glucagon promove mobilização de lipídeos, além de proteólise 
muscular. Isso faz com que a paciente tenha perda também de massa magra, 
ocasionando inclusive fraqueza muscular generalizada.
3. O diabetes mellitus (DM) tipo 2 é uma condição clínica associada ao risco 
elevado de doença cardiovascular; estudos epidemiológicos têm mostrado 
que a resistência à insulina e o conjunto de doenças associadas – como a 
dislipidemia, hipertensão arterial etc. – têm papel preponderante no início 
e gravidade da aterosclerose, com a doença cardiovascular (DCV) sendo a 
principal causa de morte nos diabéticos. Tendo em vista a grande prevalência 
de aterosclerose em pacientes diabéticos, diga quais nutrientes devem ser 
restringidos para esse tipo de paciente.
Pacientes com diabetes tipo 2 têm grande quantidade de insulina no organismo, 
isso ativa a síntese endógena de colesterol, sem controle da quantidade deLDL. 
Por esse motivo, deve ser restringida a quantidade de carboidratos para diminuir 
a glicemia e a quantidade de insulina, mas é necessário restringir alimentos de 
origem animal, por conterem colesterol, que é a molécula que está no LDL – e 
em excesso pode ocasionar aterosclerose. Além disso, o excesso de glicose atrai 
água para o sistema circulatório, aumentando a pressão arterial, o que ocasiona 
micro lesões no endotélio, aumentando a expressão de receptores de LDL, o 
que aumenta a possibilidade de formação de placa de aterosclerose. Por todos 
esses motivos, pacientes diabéticos são considerados portadores de placas de 
aterosclerose.
bioquÍmica
FABÍOLA REGINA STEVAN
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ISBN 978-65-5821-156-3
9 786558 211563
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