Livro Texto bioquimica metabólica- Unidade I (6)

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Autores: Prof. Enny Fernandes Silva
 Profa. Maristela Tsujita
Colaboradores: Prof. Juliano Rodrigo Guerreiro
 Profa. Laura Cristina da Cruz Dominciano
Bioquímica Metabólica
Professoras conteudistas: Enny Fernandes Silva / Maristela Tsujita
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permissão escrita da Universidade Paulista.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
S586p Silva, Enny Fernandes.
Bioquímica Metabólica / Enny Fernandes Silva, Maristela Tsujita. 
– São Paulo: Editora Sol, 2020.
164 p., il.
Nota: este volume está publicado nos Cadernos de Estudos e 
Pesquisas da UNIP, Série Didática, ISSN 1517-9230.
1. Enzimas. 2. Ácidos nucleicos. 3. Vitaminas. I. Silva, Enny 
Fernandes. II. Tsujita, Maristela. III. Título.
CDU 577.1
U508.90 – 20
Enny Fernandes Silva 
Graduada em Ciências Biológicas, modalidade médica, 
pela Universidade de Santo Amaro (Unisa, 1981), é 
especialista em clonagem em Bacillus subtillis pelo Public 
Heath Department of the City of New York (1982), mestre 
em Bioquímica na área de biologia celular e molecular 
(1989) e doutora em Bioquímica na área de biologia celular 
e molecular pela Universidade de São Paulo (USP, 2003). 
Iniciou seu pós-doutorado na Faculdade de Medicina da 
USP com o Dr. Roger Chammas, na área de adesão celular. 
Foi chefe do Departamento de Engenharia Química na 
Fundação Armando Alvares Penteado (FAAP, 1994-2000), 
onde também ministrou a disciplina de Bioquímica das 
Fermentações para Engenharia Química, e Meio Ambiente 
para Engenharia Civil, Engenharia Mecânica, Engenharia 
Mecatrônica, Engenharia Metalúrgica, Engenharia Elétrica, 
Engenharia Eletrotécnica e Engenharia Química. Foi 
professora de Bioquímica Básica e Clínica no Instituto de 
Pesquisa e Educação em Saúde de São Paulo (Ipesp). Desde 
1990 é professora de Bioquímica Estrutural, Bioquímica 
Metabólica, Bioquímica Clínica, Físico-química, Enzimologia, 
Patologia, Biotecnologia e Ciências do Ambiente/
Saneamento na Universidade Paulista (UNIP). É responsável 
pela disciplina de Bioquímica do curso de Especialização em 
Análises Clínicas da Faculdade de Medicina de São José do 
Rio Preto (Famerp). É coordenadora do curso de Biomedicina 
do campus Cidade Universitária da UNIP. Tem experiência 
na área de bioquímica com ênfase em vias de sinalização, 
atuando principalmente nos seguintes temas: óxido nítrico, 
câncer, vias de sinalização, apoptose e adesão focal celular. 
Maristela Tsujita
Graduada em Farmácia pela Universidade de São Paulo 
(USP, 1999), é mestre (2004) e doutora (2016) em Análises 
Clínicas pela mesma instituição. 
Trabalhou no laboratório de Imunopatologia da 
Fundação Pró-Sangue, hemocentro de São Paulo, onde atuou 
no diagnóstico de neoplasias hematológicas por citometria 
de fluxo; e no banco de sangue do Hospital Sírio-Libanês 
como supervisora do laboratório de criopreservação de 
células-tronco para transplante de medula óssea. É professora 
de disciplinas dos cursos de Biomedicina, Enfermagem, 
Farmácia e Nutrição na UNIP. Além disso, é docente da 
disciplina Hematologia Clínica do curso de Especialização 
em Análises Clínicas da Faculdade de Medicina de São José 
do Rio Preto (Famerp). Na área de pesquisa tem experiência 
em Bioquímica, com ênfase em sinalização celular, óxido 
nítrico e câncer e em hematologia clínica no estudo do 
nicho hematopoiético.
Prof. Dr. João Carlos Di Genio
Reitor
Prof. Fábio Romeu de Carvalho
Vice-Reitor de Planejamento, Administração e Finanças
Profa. Melânia Dalla Torre
Vice-Reitora de Unidades Universitárias
Profa. Dra. Marília Ancona-Lopez
Vice-Reitora de Pós-Graduação e Pesquisa
Profa. Dra. Marília Ancona-Lopez
Vice-Reitora de Graduação
Unip Interativa – EaD
Profa. Elisabete Brihy 
Prof. Marcello Vannini
Prof. Dr. Luiz Felipe Scabar
Prof. Ivan Daliberto Frugoli
 Material Didático – EaD
 Comissão editorial: 
 Dra. Angélica L. Carlini (UNIP)
 Dr. Ivan Dias da Motta (CESUMAR)
 Dra. Kátia Mosorov Alonso (UFMT)
 Apoio:
 Profa. Cláudia Regina Baptista – EaD
 Profa. Deise Alcantara Carreiro – Comissão de Qualificação e Avaliação de Cursos
 Projeto gráfico:
 Prof. Alexandre Ponzetto
 Revisão:
 Jaci Albuquerque
 Juliana Muscovick
Sumário
Bioquímica Metabólica
APRESENTAÇÃO ......................................................................................................................................................9
INTRODUÇÃO ...........................................................................................................................................................9
Unidade I
1 ENZIMAS ........................................................................................................................................................... 11
1.1 Classificação e nomenclatura ........................................................................................................ 14
1.2 Cinética enzimática: fatores que alteram a velocidade de uma 
reação enzimática ........................................................................................................................................ 15
1.3 Inibidores da atividade enzimática ............................................................................................... 18
1.4 Gráficos de Lineweaver-Burk .......................................................................................................... 20
1.5 Enzimas alostéricas e isoenzimas .................................................................................................. 21
1.5.1 Enzimas alostéricas ................................................................................................................................ 21
1.5.2 Isoenzimas ................................................................................................................................................. 21
1.6 Enzimologia clínica .............................................................................................................................. 22
1.7 Erros metabólicos hereditários ....................................................................................................... 23
1.7.1 Fenilcetonúria e albinismo .................................................................................................................. 24
1.7.2 Albinismo ................................................................................................................................................... 25
1.7.3 Galactosemia ............................................................................................................................................ 26
1.7.4 Doença de von Gierke ou glicogenose tipo I ............................................................................. 26
1.7.5 Cretinismo .................................................................................................................................................. 26
2 CARBOIDRATOS ................................................................................................................................................ 27
2.1 Digestão dos carboidratos ................................................................................................................ 27
2.2 Transportadores de glicose ............................................................................................................... 28
2.3 Glicólise .................................................................................................................................................... 30
2.4 Ciclo de Krebs ......................................................................................................................................... 39
2.5 Cadeia respiratória ...............................................................................................................................44
2.6 Metabolismo do glicogênio: glicogênese e glicogenólise ................................................... 48
2.7 Gliconeogênese ..................................................................................................................................... 52
2.8 Via das pentoses ................................................................................................................................... 55
3 LIPÍDIOS ............................................................................................................................................................... 57
3.1 Processo de liberação de lipídeos do tecido adiposo ............................................................. 58
3.2 Ciclo de Lynen........................................................................................................................................ 61
3.3 Aproveitamento do glicerol ............................................................................................................. 61
3.4 Regulação da lipólise .......................................................................................................................... 62
3.5 Lipogênese ou biossíntese de ácidos graxos ............................................................................. 64
3.6 Formação de triglicerídeos ............................................................................................................... 65
3.7 Regulação da síntese de ácidos graxos ....................................................................................... 67
3.8 Cetogêsene ou síntese de corpos cetônicos .............................................................................. 67
3.9 Síntese de corpos cetônicos ............................................................................................................. 68
3.10 Consequências da cetogênese ...................................................................................................... 69
4 COLESTEROL ...................................................................................................................................................... 71
4.1 Síntese de colesterol ........................................................................................................................... 71
4.2 Principais etapas da síntese do colesterol .................................................................................. 72
4.3 Regulação da síntese do colesterol ............................................................................................... 72
4.4 Transporte do colesterol .................................................................................................................... 74
4.5 Degradação do colesterol ................................................................................................................ 75
4.6 Arteriosclerose ....................................................................................................................................... 76
Unidade II
5 ÁCIDOS NUCLEICOS ....................................................................................................................................... 82
5.1 Síntese de nucleotídeos e bases nitrogenadas ......................................................................... 84
5.2 Síntese de DNA (replicação ou duplicação) ............................................................................... 84
5.3 Transcrição (síntese de RNA) ........................................................................................................... 88
5.4 Transcrição reversa............................................................................................................................... 91
5.5 Degradação de DNA e RNA .............................................................................................................. 92
5.6 Formação de ácido úrico ................................................................................................................... 93
6 AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS ..................................................................................................................... 95
6.1 Síntese de aminoácidos ..................................................................................................................... 95
6.2 Síntese de proteína (tradução) ....................................................................................................... 95
6.2.1 Ativação de aminoácidos ..................................................................................................................... 95
6.2.2 Iniciação ..................................................................................................................................................... 96
6.2.3 Elongação ................................................................................................................................................... 96
6.2.4 Terminação ................................................................................................................................................ 98
6.3 Inibidores da síntese de proteínas ................................................................................................. 99
6.4 Modificações pós-traducionais ....................................................................................................100
6.5 Degradação de proteínas e aminoácidos ..................................................................................101
6.5.1 Transaminação .......................................................................................................................................103
6.5.2 Desaminação ..........................................................................................................................................105
6.5.3 Ciclo da ureia ..........................................................................................................................................106
Unidade III
7 GRUPO HEME .................................................................................................................................................112
7.1 Estrutura química do grupo heme ..............................................................................................113
7.2 Síntese do grupo heme ....................................................................................................................114
7.3 Porfirias...................................................................................................................................................116
7.4 Degradação do grupo heme ..........................................................................................................118
8 VITAMINAS E SAIS MINERAIS ...................................................................................................................121
8.1 Vitaminas ...............................................................................................................................................121
8.1.1 Vitamina A .............................................................................................................................................. 122
8.1.2 Vitamina D .............................................................................................................................................. 126
8.1.3 Vitamina E ............................................................................................................................................... 130
8.1.4 Vitamina K .............................................................................................................................................. 130
8.1.5 Complexo B ............................................................................................................................................ 133
8.1.6 Vitamina C (ácido ascórbico) ..........................................................................................................139
8.2 Sais minerais .........................................................................................................................................141
8.2.1 Cálcio .........................................................................................................................................................141
8.2.2 Fósforo ...................................................................................................................................................... 143
8.2.3 Magnésio ................................................................................................................................................. 143
8.2.4 Sódio, cloreto e potássio ................................................................................................................... 143
8.2.5 Ferro .......................................................................................................................................................... 144
8.2.6 Zinco ......................................................................................................................................................... 144
8.2.7 Selênio ...................................................................................................................................................... 144
8.2.8 Cobre ......................................................................................................................................................... 145
8.2.9 Iodo ............................................................................................................................................................ 145
9
APRESENTAÇÃO
A bioquímica estuda as reações químicas e biológicas dos seres vivos. Essas reações são 
fundamentais para o entendimento dos processos que permitem a manutenção da vida e o 
desenvolvimento de tecnologias que permitem melhor qualidade de vida.
A presente disciplina tem como objetivo geral capacitar o aluno a entender os processos 
bioquímicos que regulam a função celular e fornecer uma visão integrada do metabolismo 
energético. O aluno terá conhecimentos a respeito das principais vias de síntese e degradação 
de carboidratos, lipídios e proteínas. A disciplina também abordará conceitos fundamentais de 
bioenergética, do grupo heme e das vitaminas e sais minerais. 
INTRODUÇÃO
Desde a Antiguidade, a bioquímica está presente na vida do ser humano, por exemplo, nos 
processos fermentativos de produção de queijos e cervejas. Também nos deparamos com a bioquímica 
nas conversas entre amigos ou quando é abordada em rádio, televisão e redes sociais. Inúmeras vezes 
ouvimos informações a respeito de diabetes, emagrecimento, doença celíaca, intolerância à lactose 
entre outras. Será que todas as informações veiculadas são verdadeiras? Por outro lado, é crescente o 
interesse da comunidade científica e da população por essas informações. 
A bioquímica está presente na indústria de alimentos, cosméticos, medicamentos, agricultura, medicina 
diagnóstica, e cabe aqui destacar que o entendimento da estrutura do DNA (ácido desoxirribonucleico) 
e a compreensão da importância do gene na síntese proteica foi o marco para o desenvolvimento da 
biotecnologia, que engloba a produção de alimentos transgênicos, estudos com células-tronco, técnicas 
de clonagem e fabricação de imunoterápicos.
Esta disciplina faz parte do currículo de muitos cursos da saúde, o que indica sua característica 
multidisciplinar. Os conhecimentos aqui adquiridos são fundamentais para a formação dos profissionais 
de saúde, uma vez que possibilita ao discente a compreensão dos processos biológicos a nível molecular, 
o que viabiliza o entendimento dos mecanismos celulares. 
O entendimento das reações orgânicas é imprescindível para a compreensão das reações de 
anabolismo e catabolismo, entretanto, é importante que você tenha uma visão ampla sobre como essas 
reações estão relacionadas, bem como do papel das enzimas e seu controle nessas reações.
11
BIOQUÍMICA METABÓLICA
Unidade I
1 ENZIMAS 
Enzimas são exemplos de proteínas, que coordenam as reações químicas, pois são responsáveis 
pela catálise, isto é, deixam as reações mais rápidas. Apesar de serem exemplos de proteínas, não são 
estudadas a fundo em bioquímica estrutural por seu papel importante no metabolismo. Hormônios 
como insulina ou adrenalina, ATP, metabólitos como glicose, citrato, entre outros, podem ativar essas 
enzimas ou inibi-las, controlando a velocidade das vias metabólicas e, por consequência, o metabolismo 
como um todo. Se uma via for ativada, formará muito produto, e, ao contrário, pode não formar produto 
suficiente para as reações subsequentes, e a via em questão ou esse determinado metabolismo (pode 
ser de carboidrato, proteínas, lipídeos, heme) ficará prejudicado. Essa é a razão de estarmos estudando 
enzimas nesse contexto da bioquímica metabólica: as enzimas irão comandar o metabolismo mediante 
a substância (efetuador) que se ligará a ela. 
 Observação
As enzimas são proteínas, mas em 1981 foi descoberto um tipo com 
características diferentes das já conhecidas: as ribozimas, moléculas de 
RNA com capacidade autocatalítica semelhante às enzimas, também 
chamada RNA catalítico, descritas em vírus, procariotos e em eucariotos. 
Estão relacionadas com o processamento ou maturação do RNA e a síntese 
de proteínas. Os pesquisadores Altman e Cech ganharam o Prêmio Nobel 
de Química, em 1989, pela descoberta dos RNAs catalíticos. Acredita-se 
que podem ter papel na terapêutica de doenças, podendo ser usadas 
na inativação de oncogenes celulares e de alguns retrovírus, como 
o vírus da aids. 
A função dessa pequena molécula de catalisar reações levou a 
especulações sobre a origem da vida, e alguns cientistas acreditam que 
a vida não teria começado a partir de proteínas, e sim no RNA, ou seja, 
seria a primeira forma de vida na Terra e que depois teria sido englobada 
por uma membrana celular, formando DNA e proteínas e, portanto, dando 
início à primeira célula procariota.
12
Unidade I
 Saiba mais
Para mais detalhes sobre enzimas e, especificamente, sobre ribozimas, 
leia o artigo:
CECH, T. R. RNA as an enzyme. Scientific American, v. 255, n. 5, 
 p. 76-84, 1986.
Por definição, enzimas são catalizadores biológicos de alta especificidade. Mas o que significa isso?
•	 Catalizadores: aumentam a velocidade da reação.
•	 Biológico: provêm de um ser vivo.
•	 Alta especificidade: catalisam uma reação específica.
Para que ocorra o aumento da velocidade, a enzima deve promover a diminuição da energia de 
ativação (energia necessária para que os reagentes cheguem ao estado de transição e ocorra a reação 
química), tornando o caminho menor e mais rápido (figura a seguir). 
Energia Estado de 
transição
Reagentes
Ea sem catalisador
Ea com catalisador
Produtos
Caminho da reação
 
Figura 1 – Gráfico da energia versus caminho da reação; 
com enzima, a energia para chegar no estado ativado é menor, 
o que leva a uma maior velocidade para gerar produtos
13
BIOQUÍMICA METABÓLICA
Podemos dizer que as enzimas alteram a velocidade e a energia de ativação, e não alteram 
a natureza das reações (se a reação é endotérmica, não a torna exotérmica), não muda 
as concentrações finais das reações (se é 1A → 1B não vai mudar para 1A → 100B) nem a 
constante de equilíbrio (que depende das concentrações dos produtos e reagentes), entalpia 
(ΔH) e entropia (ΔG). 
O substrato (também chamado reagente) será a substância que irá se modificar pela ação da 
enzima, logo após se ligar ao local especial chamado sítio ativo ou catalítico. Sabendo-se que 
a enzima é uma molécula polipeptídica que apresenta estrutura terciária ou quaternária, enovelada, 
ou seja, tem forma ou estrutura tridimensional globosa, como uma esfera que terá uma depressão 
que se encaixa ao substrato, os aminoácidos do sítio ativo direcionam o substrato, o posicionam 
corretamente no sítio ativo para que seja corretamente modificado,por exemplo: aminoácidos 
negativos do sítio ativo da enzima posicionam regiões positivas do substrato de tal forma a 
combinarem com esse local. 
Enzima
Substrato
Sítio ativo
Figura 2 – Esquema de encaixe de um 
substrato no sítio ativo da enzima
Para entender como se mede a quantidade da enzima (medida em concentração de atividade 
enzimática: U/mL) em uma amostra biológica, temos que entender o que é atividade enzimática. Por 
definição da bioquímica, segundo a International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB) 
e a International Union of Pure and Applied Chemistry (Iupac): 1 unidade (1U) de atividade enzimática 
corresponde à quantidade de enzima que catalisa uma reação que formará 1 micromol de produto por 
um determinado período de tempo em condições padrões.
Existem muitas enzimas com especificidades diferentes para diferentes reações. Há ocasiões em 
que se precisa ter sua atividade muito maior (mais rápida) ou menor (mais lenta), então as enzimas 
precisam sofrer regulação da sua atividade ou velocidade por substâncias, como hormônios, 
metabólitos, NADH, ATP, por exemplo, que irão modular sua velocidade, aumentando ou diminuindo 
a velocidade de reações pertencentes a uma determinada via metabólica em que se insere. 
14
Unidade I
 Observação
Enzimologia é a parte da bioquímica que estuda o comportamento das 
enzimas nas reações. Muitas reações são extremamente lentas, mas nosso 
corpo precisa dos produtos imediatamente para outras reações, pois eles serão 
substratos de outras enzimas, criando uma rede de reações que chamamos de 
metabolismo (ou via metabólica). As enzimas, como as outras proteínas, podem 
ser separadas para serem estudadas (por carga, tamanho ou solubilidade) e 
usadas para várias finalidades, desde farmacológicas até para outros usos, 
como, por exemplo, amaciamento da carne (feito pela bromelina encontrada no 
abacaxi), amilase usada para branqueamento de peças de roupa e amaciamento 
de tecidos, renina na coagulação de leite para obtenção de queijo etc.
Algumas enzimas requerem ligação a moléculas não proteicas chamadas cofatores, para que possam 
exercer a sua atividade. Os cofatores são íons metálicos, como Ca2+, Zn2+, que irão para o sítio ativo 
e estão envolvidos na reação catalítica. Pode acontecer de a enzima precisar de mais ajuda para a 
catálise: as coenzimas, que são pequenas moléculas que transportam grupos químicos de um substrato 
para outro. Alguns exemplos são as vitaminas do complexo B, compostos que não são sintetizados no 
organismo (vêm da dieta), como riboflavina, tiamina e o ácido fólico, podendo ser encontradas também 
em substâncias como NADH, NADPH, FADH2.
1.1 Classificação e nomenclatura 
As enzimas são classificadas nos seguintes grupos, conforme o tipo de reação química que catalisam:
•	 Oxidorredutases: reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons. Exemplo: 
desidrogenases e oxidases.
•	 Transferases: transferência de grupos funcionais, como amina, fosfato, acil e carboxila. Exemplo: 
quinases e transaminases.
•	 Hidrolases: reações de hidrólise. Exemplo: peptidases.
•	 Liases: reações de quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás 
carbônico. Exemplo: dehidratases e descarboxilases.
•	 Isomerases: reações de interconversão ou isomerização entre isômeros óticos ou geométricos 
(cis/trans). Exemplo: epimerases.
•	 Ligases: reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes. 
Exemplo: sintetases.
15
BIOQUÍMICA METABÓLICA
 Observação
As enzimas de restrição ou endonucleases de restrição são produzidas 
por bactérias. Seu descobrimento aconteceu pois pesquisadores perceberam 
que as bactérias resistiam à infeção dos vírus ou outras bactérias produzindo 
enzimas que clivavam o DNA viral ou bacteriano, fragmentando-o em porções 
inofensivas, por isso as chamam de tesouras moleculares. Essas enzimas não 
conseguiam fazer o mesmo com o DNA da produtora, pois havia alguma 
modificação nesse DNA (por exemplo, um grupamento acetil ou metil) que 
não permitia o reconhecimento da endonuclease na bactéria que a produziu.
Atualmente são usadas comumente em biologia molecular, 
principalmente quando se pensa em clonagem molecular. Essas enzimas 
clivam em sequências específicas compostas por 4-6 nucleotídeos, por 
exemplo, a enzima EcoRI (que tem esse nome por que vem de Escherichia 
coli cepa RI), e tem como sequência de reconhecimento 5’GAATTC 3’CTTAAG.
1.2 Cinética enzimática: fatores que alteram a velocidade de uma 
reação enzimática
A parte da enzimologia que estuda a velocidade das reações se chama cinética enzimática. Há 
vários fatores que podem influenciar na reação enzimática, como quantidade de sais e composição 
de solvente, mas entre os principais fatores que alteram a atividade ou velocidade das enzimas, estão: 
temperatura, pH, concentração da enzima e do substrato.
•	 pH: cada enzima possui uma faixa de pH considerada ideal. Nessa faixa, a velocidade (atividade) é máxima. 
Caso a enzima seja submetida a extremos, o pH pode sofrer desnaturação e perder a estrutura. Como 
toda proteína, as enzimas também são sensíveis a variações de pH, mas podemos encontrar enzimas 
que suportam faixas de pH extremamente baixos, entre 0,1 e 5,4, como bactérias acidófilas, como a 
Helicobacter pylori, que pode colonizar a parede estomacal ou suportar faixas de pH entre 8,5 e 11,5 
(chamadas bactérias alcalinófilas como a Vibrio cholerae) apresentando um crescimento ótimo em pH 9.
pH ótimo
Vmax
V
pH
Figura 3 – Existe uma faixa de pH em que a 
velocidade é máxima (temperatura ótima)
16
Unidade I
•	 Temperatura: cada enzima possui uma faixa de temperatura considerada ideal. Nessa faixa, a 
velocidade (atividade) é máxima. Temperaturas extremamente altas podem desnaturar as enzimas, 
enquanto temperaturas baixas (por exemplo, 0 °C) preservam sua atividade. 
Temperatura ótima
Vmax
V
Temperatura
Figura 4 – O gráfico é semelhante ao do pH versus velocidade; 
algumas espécies de bactérias encontradas em fontes 
termais toleram temperaturas de até 110 °C
 Observação
Certas bactérias, como Bacillus stearothermophilus (agora chamado 
Geobacillus stearothermophilus), encontradas em pilhas de adubo 
orgânico, crescem otimamente entre 65 °C e 75 °C. Os esporos dessa 
bactéria são utilizados para validar os processos de esterilização nas 
indústrias alimentícia e farmacêutica, sendo uma das principais 
ferramentas da garantia de qualidade, pois controla o funcionamento 
de autoclaves em laboratórios de microbiologia e processos de 
esterilização em geral. Operações de esterilização em que ocorra 
crescimento de esporos sobreviventes nesse indicador biológico (Bacillus 
stearothermophilus), após passagem por autoclave, irão mostrar a 
ineficiência da esterilização
O organismo mais importante a ser destruído em enlatados ou 
em conserva é o microrganismo anaeróbio Clostridium botulinum, 
pequenos bacilos gram-positivos capazes de produzir neurotoxina letal 
muito potente que desencadeia paralisias musculares, podendo levar o 
indivíduo a morte. 
•	 Concentração da enzima: quanto maior a concentração da enzima, maior será a velocidade da 
reação (por exemplo 1 ug de enzima = velocidade, 2 ug = 2 v, 3 ug = 3 v).
17
BIOQUÍMICA METABÓLICA
V
1v
2v
3v
2E1E 3E [E]
Figura 5 – Gráfico da concentração da enzima ([E]) 
versus velocidade (V)
•	 Concentração do substrato: quanto maior a concentração da enzima e do substrato, maior será 
a velocidade da reação.
[S]
V
Vmax/2
KM
maxV
Figura 6 – Gráfico da concentração de substrato ([S]) versus velocidade; 
esse gráfico foi descrito por Leonor Michaelis e Maud Menten, e 
por essa razão é chamado gráfico de Michaelis e Menten
Nesse gráfico podemos verificar que quanto mais aumenta a quantidade de substrato, mais aumenta 
a velocidade da enzima no substrato, quase chegando à velocidade máxima (falamos que tende a 
determinado ponto, que há tendência, ao ponto de velocidademáxima). 
Michaelis e Menten verificaram que há um ponto extremamente importante: é o ponto que converge 
a metade da velocidade máxima (
1
2
 Vmax) para uma quantidade de substrato, que se chama KM (KM = [S]). 
Esse ponto se chama constante de Michaelis-Menten e é característico de cada enzima e pode ser 
usado como uma medida da afinidade da enzima pelo substrato. Quanto menor o KM, mais forte é a 
ligação do substrato pela enzima, ou seja, irá precisar de menor quantidade de substrato para chegar na 
metade da velocidade máxima.
Em seus estudos com cinética enzimática, Michaelis-Menten descrevem o que ocorre numa reação 
enzimática desta forma:
E +S ↔ ES → E + P
18
Unidade I
Analisando a reação, percebemos que a enzima (E) liga-se ao substrato (S) para formar um complexo 
enzima-substrato (ES), que se separa em enzima e produto (P).
Sabendo-se que ocorre um equilíbrio químico, podemos igualar as velocidades e arrumar os 
componentes chegando à equação de Michaelis e Menten, que mostra qual é a velocidade em qualquer 
momento da reação, se soubermos parâmetros como Vmax, KM e [S]:
v
V S
K Sm
= [ ]
+ [ ]
max
A representação gráfica da velocidade da reação em função da concentração de substrato é uma 
hipérbole, onde 
1
2
 da velocidade máxima corresponde ao KM, que é uma determinada concentração de 
substrato ([S]).
1.3 Inibidores da atividade enzimática
Substâncias (que podem ser desde venenos até medicamentos) podem inibir a atividade da enzima. 
Algumas substâncias tóxicas, como pesticidas, agrotóxicos, toxinas de plantas ou animais podem parar 
completamente alguma enzima, e a reação em que ela age fica totalmente prejudicada, ocorrendo 
o bloqueio de uma única reação que afetará toda a sequência de reações, pois não irá ser gerado o 
produto que será substrato da outra reação seguinte. 
Essa inibição enzimática pode ocorrer caso a enzima tenha sofrido alguma mutação e não esteja 
fazendo a catálise corretamente, ou seja, sem controle hormonal ou de metabólitos que possam 
modular sua velocidade. Nesse caso, medicamentos podem fazer essa função e diminuir drasticamente 
sua velocidade, levando o paciente a ter vida normal, pois haverá controle da enzima.
Analisando-se onde e como é feita a ligação entre o inibidor e a enzima, podemos dividir os inibidores 
em dois tipos: reversível e irreversível. Na inibição irreversível, a atividade enzimática é definitivamente 
inativada, pois a ligação desse inibidor com a enzima é do tipo covalente (ligação forte e mais estável), 
alterando a atividade catalítica de forma permanente. Esse inibidor é chamado de suicida, pois vai ser 
degradado junto à enzima quando for o momento dela ser degradada.
 Observação
O íon cianeto (CN−) é inibidor irreversível da enzima citocromo oxidase, 
que é ligada ao processo de respiração celular. Caso inativada, a célula não 
respira e morre.
Muitas mortes e envenenamentos são devidos ao mau uso de agrotóxicos 
com carbamatos e organofosforados que são inibidores potentes da enzima 
19
BIOQUÍMICA METABÓLICA
acetilcolinesterase (enzima que cliva a acetilcolina, neurotransmissor do 
sistema nervoso). Acumulando acetilcolina na fenda sináptica ocorre 
estimulação contínua dos receptores provocando desde lacrimejamento, 
micção, diarreia até paralisia e hipertensão. 
Várias plantas com flores muito bonitas são causadoras de 
envenenamentos do gado brasileiro, como o cafezinho (Palicourea 
marcgravii), uma das plantas tóxicas mais perigosas do Brasil. Também 
é chamado café-bravo, café-do-mato, erva-brava, erva-de-gado, 
erva-de-rato. Essa planta tem ácido monofluoracético, que inibe a enzima 
aconitase do ciclo de Krebs, levando à falência respiratória e cardíaca do 
gado e dos seres humanos.
Na inibição reversível, o inibidor se liga à enzima por ligações fracas, instáveis, que podem ser 
facilmente rompidas, e a enzima volta a catalisar como antes. Nessa inibição iremos estudar a competitiva 
e não competitiva.
Na inibição competitiva, como o próprio nome diz, o inibidor compete com o substrato pelo 
sítio ativo, pois ambos têm uma estrutura muito parecida com a do substrato da enzima, e como 
está em maior quantidade, ele é que toma o espaço no sítio ativo, e dessa forma a enzima não 
catalisa o substrato. Então a afinidade (KM) da enzima para com o substrato irá ser modificada, mas a 
velocidade máxima não.
 Observação
As estatinas, fármacos hipolipemiantes que agem reduzindo os 
níveis plasmáticos de colesterol total e LDL-C colesterol, e que auxiliam 
no tratamento da aterosclerose, são um exemplo de medicamento que 
tem como mecanismo de ação a inibição competitiva da HMG-CoA 
redutase, enzima responsável pela formação de colesterol pelo fígado e, 
consequentemente, pela formação das lipoproteínas plasmáticas, como, 
por exemplo, LDL-C colesterol, diminuindo o processo de formação de 
ateroma. Os pacientes devem periodicamente fazer exames laboratoriais 
para controlar efeitos adversos no fígado ou músculos.
Outros exemplos são o fármaco alopurinol, que é inibidor da 
enzima da síntese de ácido úrico, xantina oxidase, controlando a 
doença gota úrica, e o metotrexato, fármaco antineoplásico que 
impede a síntese de purinas e pirimidinas, e, portanto, DNA e RNA, 
eficaz no tratamento de leucemias, pois inibe competitivamente a 
enzima di-hidrofolato redutase. 
20
Unidade I
Na inibição não competitiva, o inibidor pode ligar-se tanto à enzima (em um sítio que não é o sítio 
ativo) ou ao complexo enzima-substrato. Nesse caso, a ligação do inibidor com a enzima não impede 
que haja a ligação da enzima com o substrato, ou seja, a afinidade não é modificada (KM), mas atrapalha 
na velocidade de catálise bruscamente (muda a velocidade máxima) pois há mudança na forma da 
enzima, impedindo a formação do produto da reação.
 Observação
Como exemplo de inibição não competitiva, podemos citar medicamentos 
do coquetel anti-aids (ou Haart – terapia antirretroviral altamente ativa), 
aprovados pelo FDA: delavirdina (Rescriptor®), efavirenz (Sustiva®) e 
nevirapina (Viramune®), sendo que a nevirapina é um dos poucos fármacos 
utilizados para prevenir a transmissão do HIV de mãe para filho. 
São exemplos de inibidores não nucleosídeos da transcriptase 
reversa do HIV (NNTRs) e afetam a reação que ocorreria no sítio ativo da 
enzima do vírus. 
Existem muitos tratamentos terapêuticos que se baseiam na inibição enzimática. Vários 
antibióticos combatem infecções por bactérias através da inibição irreversível de enzimas desses 
microrganismos. A penicilina, por exemplo, inibe a atividade da enzima transpeptidase, indispensável 
à formação da parede celular bacteriana. Com a inativação dessa enzima, a bactéria não tem 
como fabricar a parede celular, o que impede a sua reprodução. As células animais, por sua vez, 
não utilizam essa enzima em seu metabolismo, por isso a penicilina não causa mal ao organismo 
humano (exceto em situações de alergia). Quando não há mais bactéria, para-se o medicamento. 
1.4 Gráficos de Lineweaver-Burk
Os estudos enzimáticos geralmente são realizados com os gráficos de Michaelis-Menten 
(gráficos de MM), mas, na prática, é difícil obter o valor da velocidade máxima (Vmax) com precisão 
(lembra-se que há tendência de chegar à velocidade máxima?). 
Hans Lineweaver e Dean Burk, analisando o gráfico de MM, perceberam que poderia ser realizada a 
inversão de velocidade 
1
v
 
   e de substrato [ ]
1
S
 
   e dessa forma iria gerar uma reta a partir da curva 
do gráfico de Michaelis Menten. Essa reta corta o eixo da velocidade mostrando o ponto 
1
Vmax
, e dessa 
 
forma esse gráfico tem a grande vantagem sobre o gráfico de MM, pois o valor aparece com muita 
clareza. Da mesma maneira, quando corta o eixo [ ]
1
S
 
  
, teremos o ponto 
M
1
K
−
 e facilmente conseguimos 
saber o valor de KM. 
21
BIOQUÍMICA METABÓLICA
[ ]
1
S
M
1
K
−
1
Vm
1
v
Figura 7 – A linearização do gráfico de Michaelis-Menten gera uma reta que é o gráficode Lineweaver-Burk, 
em que podemos verificar o número exato da velocidade máxima 
1
Vmax
 
   e o KM M
1
K
 −
  
1.5 Enzimas alostéricas e isoenzimas
1.5.1 Enzimas alostéricas
São as chamadas enzimas marca-passo, pois elas controlam a velocidade de todas as reações de 
uma determinada via. Não obedecem à cinética de Michaelis-Menten (a curva da velocidade versus [S] 
é sigmoide (como é possível ver na figura a seguir).
V
[S]
Hipérbole (Michaelis-Menten)
Sigmoide (alostérica)
Figura 8 – Representação das curvas das sigmoide e hipérbole 
de enzimas do tipo Michaelis-Menten e alostérica 
Essas enzimas têm, além do sítio ativo, outro sítio chamado alostérico ou regulatório, em que uma 
substância (hormônio, ATP, NADH, metabólito) pode se ligar, e modificando o sítio ativo pode facilitar 
(ativar) a enzima para uma reação ou atrapalhar a entrada do substrato na enzima (inibir).
1.5.2 Isoenzimas
São enzimas que diferem na sequência de aminoácidos, mas que catalisam a mesma reação química 
em órgãos diferentes. Isso ocorre para que funcione de formas distintas em vários compartimentos 
do corpo, ajustando a velocidade da reação para determinado metabolismo. Podemos citar a creatina 
quinase (ou creatina cinase), o lactato desidrogenase e a fosfatase alcalina.
A creatina quinase é um dímero com dois tipos de subunidades, M (muscular) e B (cerebral). No 
musculoesquelético, as duas subunidades são do tipo M (CPK3 ou CKMM), no cérebro as duas unidades 
são do tipo B (CPK1 ou CKBB), mas no miocárdio encontramos as duas subunidades: M e B (CPK2 
ou CKMB). Consegue-se separar os três tipos por diferentes mobilidades na eletroforese. Essa enzima 
catalisa a formação de energia (ATP) a partir de creatina fosfato gerando creatinina. 
22
Unidade I
A lactato desidrogenase (LD ou LDH) é tetramérica, ou seja, contém 4 subunidades de 2 
tipos diferentes: H, para o coração e M para o musculoesquelético, gerando 5 formas dessas 
isoenzimas: LDH1 (HHHH), presente no coração; LDH2 (HHHM), encontradas no miocárdio e 
nos eritrócitos; LDH3 (HHMM), no cérebro e rim; LDH4 (HMMM); e, por fim, LDH5 (MMMM), 
encontrada no fígado e musculoesquelético. Essa enzima catalisa a reação de piruvato para 
lactato (reversível), dessa forma, podemos dizer que ela será acionada quando não tiver muita 
oferta de oxigênio para a célula.
A fosfatase alcalina pode ser encontrada no osso, no fígado, no intestino e na placenta, durante a 
gravidez. A fosfatase alcalina óssea é marcador da atividade osteoblástica, ou seja, destruição óssea, que 
geralmente ocorre no câncer ósseo. A isoenzima de origem hepática (ALP1) é termoestável, enquanto 
a fração óssea (ALP2) é inativada pelo calor. A determinação laboratorial da fosfatase alcalina, quando 
analisada com outros parâmetros e outras enzimas, pode ajudar no diagnóstico de doenças de ossos ou 
fígado. Essa enzima faz desfosforilação, ou seja, remove grupos fosfato de algumas moléculas, como 
proteínas ou nucleotídeos e atua em pH alcalino.
1.6 Enzimologia clínica
Em algumas doenças, a atividade de certas enzimas é modificada, geralmente aumentadas 
se comparadas ao normal. As enzimas podem ser quantificadas no plasma sanguíneo, líquido 
cefalorraquidiano, urina e exsudatos, e sua atividade deve ser comparada ao valor de referência liberado 
pelos laboratórios que comercializaram o kit de determinação da enzima.
Sua medida colabora com o auxílio diagnóstico nos processos patológicos, pois quando um órgão 
tem alguma alteração (patologia), suas atividades são modificadas e liberadas para o exterior da célula 
e daí para o sangue, como no caso de lesão tecidual provocada por processos patológicos que levam ao 
aumento na permeabilidade celular ou morte da célula.
 Observação
Embora a maioria das enzimas funcione dentro das células, há 
algumas que funcionam no sangue como as relacionadas à formação e 
degradação de coágulos.
Algumas enzimas são rotineiramente medidas em laboratório clínico, como no quadro a seguir:
23
BIOQUÍMICA METABÓLICA
Quadro 1 – Apresentação de algumas enzimas e relação com algumas patologias
Enzima Patologia relacionada com o aumento no plasma
Amilase Enfermidade no pâncreas, parotidite
Creatina cinase (CK) Enfermidades musculares, cardíacas e cerebrais
Fosfatase ácida Enfermidades na próstata
Fosfatase alcalina Enfermidades hepáticas, doenças ósseas
Lactato desidrogenase (LD) Enfermidade hepática, cardíaca, renal, hemólise
Lipase Enfermidades pancreáticas
Gama glutamil transferase (γ GT) Enfermidades hepáticas
Transaminase glutâmico oxalacética (TGO ou AST) Enfermidades hepáticas, cardíacas, musculares, renais
Transaminase glutâmico pirúvica (TGP ou ALT) Enfermidades hepáticas
A amilase é uma enzima produzida pela glândula parótida ou pelo pâncreas, portanto, caso haja 
aumento dessa enzima no sangue, poderá ser por patologia no pâncreas (por exemplo, pancreatite) 
ou se tiver aumento no tamanho de uma ou mais glândulas salivares (geralmente a parótida, mas 
pode ser também glândulas sublinguais ou submandibulares).
A enzima lipase é produzida no pâncreas e seu aumento no sangue, junto à amilase, denotam 
com certeza problemas pancreáticos. 
Fosfatase ácida é uma enzima produzida na próstata, e quando há aumento nesse local, há 
extravasamento dessa enzima para o sangue. Apesar de ser um bom marcador de problemas 
prostáticos, há uma glicoproteína chamada PSA, que é mais específico e mais sensível.
Gamaglutamiltransferase (γ-GT) é uma enzima hepática, que além de outras funções, transfere 
aminoácidos e grupamento glutamil pela membrana celular para peptídeos. 
TGO e TGP são enzimas encontradas em vários órgãos, mas principalmente no fígado. TGO é 
encontrada dentro das mitocôndrias, enquanto TGP é citoplasmática. Quando há lesão hepática 
é liberada, primariamente, a TGP, e quando essa lesão é grave, por exemplo, com necrose onde as 
organelas são degradadas, a mitocôndria libera TGO no sangue.
Creatina cinase, lactato desidrogenase e fosfatase alcalina já foram explicadas no item Isoenzimas.
1.7 Erros metabólicos hereditários
Os erros inatos do metabolismo (EIM) ocorrem quando uma determinada enzima não é produzida 
corretamente, geralmente por mutação no DNA que se prolifera para o RNAm e a proteína (enzima). 
Esse defeito genético que levou a um defeito enzimático pode até interromper uma via metabólica, e 
os produtos dessa via não serão sintetizados, levando às doenças metabólicas hereditárias (DMH), que 
correspondem a cerca de 10% de todas as doenças genéticas.
24
Unidade I
Geralmente ao nascer, as crianças portadoras com EIM parecem normais e algum fator externo 
inicia as manifestações agudas diagnosticadas em laboratório clínico. Dependendo do erro inato do 
metabolismo e da substância acumulada, tem-se a terapêutica que vai desde dieta até transplante 
de medula óssea.
1.7.1 Fenilcetonúria e albinismo
A fenilcetonúria é uma doença genética, autossômica e recessiva, em que a enzima fenilalanina hidroxilase 
está mutada e dependendo do tipo de mutação poderá ocorrer a ausência ou deficiência desta enzima, que 
não faria a transformação da fenilalanina em tirosina e, dessa forma, a via ficaria toda prejudicada. 
• Fenilalanina
• Tirosina
• L-Dopa
• Dopamina
• Norepinefrina
• Epinefrina
Fenilalanina hidroxilase
Figura 9 – Esquema da transformação de fenilalanina até adrenalina
Com esse aumento das moléculas de fenilalanina do sangue, ocorre a transformação destas em ácido 
fenilpirúvico, que pode ir para a urina pelo sangue e para outros órgãos, mostrando-se tóxica, inclusive 
no cérebro. Caso a doença não seja diagnosticada com o teste do pezinho (do Programa Nacional de 
Triagem Neonatal do Ministério da Saúde), seu início poderá ser manifestado clinicamente em torno 
do 3o ou 4o mês de vida, quando a criança começa a apresentar atraso global do desenvolvimento 
neuropsicomotor, irritabilidade ou apatia, convulsões, coceiras crônicas, coloração esbranquiçada na 
pele (hipopigmentaçãocutânea), e se não tratada, chega ao retardo mental.
 Observação
Adoçantes artificiais, como sacarina, ciclamato de sódio, aspartame e 
outros, são usados por diabéticos para substituir o açúcar, mas pessoas 
que querem emagrecer utilizam esses produtos também. Alimentos light 
são aqueles que têm uma redução de 25% de um ingrediente em relação 
ao original. Alimentos diet são aqueles que não têm algum componente 
nutricional, como gordura ou açúcar. Dessa forma, diabéticos não deveriam 
consumir produtos light e sim diet. 
25
BIOQUÍMICA METABÓLICA
O aspartame (criado nos Estados Unidos em 1965) é formado pela 
união de dois aminoácidos: ácido aspártico e fenilalanina, resultando 
em um produto doce que substitui o açúcar, mas fenilcetonúricos não 
podem ingerir, pois já possuem fenilalanina no organismo, o que agravaria 
muito sua condição 
Caso faça corretamente a dieta livre de fenilalanina, a criança pode ter desenvolvimento e expectativa 
de vidas normais.
1.7.2 Albinismo
O albinismo provém de falha na produção de melanina. Para que ocorra, tanto o pai como a 
mãe irão passar os genes defeituosos para os filhos (herança autossômica recessiva). Sua natureza 
genética afeta a atividade da enzima tirosinase, podendo ser classificado em: tirosinase-negativo 
(quando não há produção de melanina) e tirosinase-positivo (quando há pequena produção de 
melanina), e por consequência, ausência parcial ou total de pigmentos na pele, nos cabelos e nos 
olhos. Esse pigmento serve como barreira natural contra as radiações solares e sua falta pode 
provocar fotossensibilidade, queimaduras e câncer de pele. Não compromete o desenvolvimento 
físico e mental de seus portadores. 
O albinismo pode ocorrer também em animais (que sofrem mais facilmente o ataque de predadores 
e da energia solar) e plantas (que não produzem pigmento clorofila e vivem com o armazenamento de 
substâncias energéticas que estão presentes nas sementes).
• Fenilalanina
• Tirosina
Tirosinase
Tirosinase
• L-Dopa
Melanina
Figura 10 – Esquema da produção de melanina e criança da raça negra e albina
26
Unidade I
 Lembrete
O albinismo acomete seres humanos, animais e plantas. 
1.7.3 Galactosemia
É a deficiência em enzimas que são usadas na conversão da galactose no sangue, entre elas a 
galactose-1-fosfato-uridil transferase devido à herança autossômica recessiva. Após a amamentação, 
aparecem vômitos, hepatomegalia, crescimento deficiente, letargia, diarreia e disfunção renal, que levam 
à acidose metabólica. A restrição da galactose da dieta, que tem como fonte principal o carboidrato 
lactose, é o tratamento principal.
1.7.4 Doença de von Gierke ou glicogenose tipo I 
Esse distúrbio metabólico hereditário autossômico recessivo leva ao acúmulo de glicogênio por 
causa da deficiência da enzima glicose-6-fosfatase, que é responsável por liberar glicose a partir do 
glicogênio (glicogenólise), acumulando-o no fígado (leva a hepatomegalia) e nos rins (nefromegalia), 
podendo acarretar convulsões, irritabilidade, tremores, desmaios. O diagnóstico ocorre por hipoglicemia, 
aumento de ácido láctico, colesterol, ácidos graxos, triglicérides, fosfolípides e ácido úrico. O tratamento 
é a prevenção da hipoglicemia e da acidose láctica, sendo que a dieta deve ter alimentos ricos em 
glicose ou amido. 
1.7.5 Cretinismo
A ausência do hormônio tiroxina (hormônio proteico com moléculas de iodo) afeta o amadurecimento 
cerebral, levando à deficiência mental pelo hipotireoidismo congênito, que pode ser por deficiência 
enzimática durante o desenvolvimento do hormônio da tireoide. É possível identificar a doença por 
meio do teste do pezinho.
Epiglote
Cartilagem tireóidea
Glândulas 
paratireóideas 
superiores
Glândula tireóidea
Glândulas 
paratireóideas inferiores
Traqueia
Figura 11 – Desenho esquematizado da tireoide
27
BIOQUÍMICA METABÓLICA
2 CARBOIDRATOS
Por que nos alimentamos? Nos alimentamos para gerar energia para nossas células. E de que modo 
nossas células produzem energia? Elas produzem energia na forma de adenosina trifosfato (ATP) a partir 
da oxidação de macronutrientes (carboidratos, lipídios e proteínas) por meio de reações que constituem 
o metabolismo. Essas reações de degradação (catabolismo) dos macronutrientes em moléculas menores 
e de construção (anabolismo) que permitem a formação de macromoléculas são reguladas por enzimas, 
vitaminas, sais minerais e hormônios. Então estudaremos como essas reações químicas de conversão de 
uma molécula em outra ocorrem em nossas células.
Metabolismo
Anabolismo
Construção de moléculas 
complexas a partir de 
moléculas simples
Consumo de ATP
Degradação de moléculas 
mais complexas em 
moléculas simples
Produção de ATP
Catabolismo
Figura 12 – Interdependência do anabolismo e do catabolismo
Em bioquímica estrutural, cita-se como exemplo a ingestão de um café da manhã com pão, biscoitos, 
bolo, mel e leite. Já sabemos como esses carboidratos são classificados quanto à complexidade, agora 
iremos compreender a sua digestão até que possam atingir a corrente sanguínea e serem utilizados por 
todas as células do organismo. Por questões didáticas, iremos estudar a digestão dos macronutrientes 
de forma individualizada, mas ressaltamos que estes são digeridos ao mesmo tempo, às vezes não 
compartilham o mesmo local de digestão e demandam enzimas distintas. 
2.1 Digestão dos carboidratos
Na cavidade bucal, o amido é degradado em dextrinas de amido pela enzima alfa-amilase (ptialina), 
que quebra as ligações α-1,4 da molécula de amido. No intestino, as moléculas de dextrina de amido 
continuam a ser degradadas pela amilase pancreática em moléculas de maltose. E a maltose é hidrolisada 
em duas moléculas de glicose. A glicose (monossacarídeo) pode ser absorvida para a corrente sanguínea 
através das células do intestino delgado. 
A digestão da sacarose (dissacarídeo) ocorre no intestino delgado na presença da enzima sacarase 
e origina produtos como glicose e frutose (monossacarídeo), que são absorvidos para a corrente 
sanguínea. O leite contém outro açúcar, a lactose, que também é um dissacarídeo, e a degradação 
depende da lactase. Nesse caso, os produtos gerados são glicose e galactose. E a digestão da frutose? 
É um monossacarídeo, então ela é prontamente absorvida pelas células intestinais.
28
Unidade I
Lactose
Lactose
Glicose
Glicose
Galactose
Glicose
Amido
Maltose
Sacarose
Sacarose
Glicose
Frutose
Lactase SacaraseAmilase pancreática
α-amilase
Dextrinas de amido
Maltase+
+
+
Moléculas 
simples 
absorvidas
Figura 13 – Digestão de carboidratos
 Saiba mais
Alguns indivíduos apresentam intolerância à lactose. A sua má absorção 
ocorre em virtude da inatividade ou ineficiência da lactase. Os indivíduos 
intolerantes à lactose apresentam flatulência, dores abdominais e diarreia. 
Vale a pena a leitura do artigo:
DENG, Y. et al. Lactose intolerance in adults: biological mechanism 
and dietary management. Nutrients, v. 7, n. 9, 8020-8035, 18 set. 2015. 
Disponível em: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4586575/
pdf/nutrients-07-05380.pdf. Acesso em: 29 jun. 2020.
2.2 Transportadores de glicose
Uma vez na corrente sanguínea, como a glicose entra nas células? Ela não pode difundir-se 
através dos poros da membrana, pois é muito grande. Seu peso molecular é de 180 kDa e o máximo 
das partículas permeáveis é cerca de 100 kDa. Existem dois tipos de mecanismos de transporte de 
glicose através da membrana: facilitado, mediado por transportadores de membrana específicos 
(GLUT, do inglês glucose transporter), e o cotransporte, com o íon sódio (SGLT, do inglês sodium 
glucose transporter).
29
BIOQUÍMICA METABÓLICA
Glicose
Glicose
Célula
Transportador 
de glicose
Sódio-potássio 
ATPase
Na+
Na+
Na+
K+
K+
Figura 14 – Transportador de glicose
Existe uma família de transportadores (atualmente é proposta a existência de doze tipos de 
transportadores) que diferem quanto às características funcionais e distribuiçãotecidual e que podem 
transportar outros monossacarídeos, com estruturas semelhantes à da glicose, incluindo, especialmente, 
a galactose. A maioria das células expressa um número diferente de GLUTs em proporções distintas. E a 
atividade dos GLUTs pode ser regulada ou não pela insulina. Assim, a quantidade de glicose passível de se 
difundir para o interior da maioria das células, na ausência de insulina, é insuficiente para o metabolismo 
energético. Nessas células, o transporte de glicose é dependente de insulina (ver figura a seguir). Nos 
hepatócitos e nos neurônios, a entrada de glicose também é mediada pelos GLUTs, entretanto, não é 
dependente de insulina.
Insulina
Receptor 
de insulina
Glicose
Insulina 
ligada ao 
receptor
Transportador 
de glicose 
aberto
Transportador 
de glicose 
fechado
Célula Célula
Figura 15 – Entrada de glicose na célula mediada pela insulina
No epitélio intestinal e tubular renal, o transporte de glicose ocorre contra gradiente e acoplado 
ao sódio na membrana apical das células através dos cotransportadores (SGLT1-SGLT2), com posterior 
difusão facilitada para o interstício através de GLUTs presentes na membrana basolateral. 
30
Unidade I
Vejamos as características de alguns GLUTs:
•	 O transportador de glicose tipo 1 (GLUT1) está amplamente distribuído pelas células, e realiza 
o transporte basal de glicose celular. Está presente nos tecidos fetais, mas sua expressão está 
diminuída nos tecidos adultos. Não tem atividade alterada pela presença da insulina.
•	 O transportador de glicose tipo 2 (GLUT2) está presente nos hepatócitos, células β pancreáticas, 
mucosa intestinal e rins. Possui alta afinidade com a glicose e não tem atividade modulada pela 
insulina. As células β pancreáticas detectam a variação da glicemia e iniciam automaticamente o 
controle da secreção de insulina, e em reposta o fígado capta ou libera glicose.
•	 O transportador de glicose tipo 4 (GLUT4) é o mais abundante e está nas membranas celulares do 
musculoesquelético, cardíaco e tecido adiposo. É dependente de insulina.
•	 O transportador de glicose tipo 5 (GLUT5) é uma proteína transportadora de frutose, com pequena 
ou nenhuma afinidade pela glicose.
Desse modo, uma vez dentro das células, a glicose será utilizada com diferentes finalidades, 
dependendo do estado metabólico do organismo, ou seja, absortivo, pós-absortivo ou em jejum. 
A variação da glicemia (quantidade de glicose na corrente sanguínea) determina quais hormônios são 
produzidos e quais reações químicas estão favorecidas. 
Agora iremos estudar as vias metabólicas correspondentes ao metabolismo dos carboidratos.
2.3 Glicólise
No balanço geral da glicólise (C6H12O6), ela produz duas moléculas de piruvato ou ácido pirúvico 
(C3H4O3), duas moléculas de ATP e duas moléculas de NADH, mas isso ocorre numa sequência de reações 
no citosol das células.
Glicose
2 Piruvato
10 reações
NAD+
2NADH
2ATP
ADP + Pi
Figura 16 – Esquema simplificado da glicólise
31
BIOQUÍMICA METABÓLICA
O ácido pirúvico é um composto orgânico que contém três átomos de carbono (C3H4O3). Dissocia-se 
em meio aquoso e forma o ânion piruvato, que é a forma sob a qual participa dos processos metabólicos.
C C
O O
O O
OH O–
H+
C C
CH3
Ácido pirúvico Piruvato
CH3
Figura 17 – Diferença entre ácido pirúvico e piruvato
 Observação
ATP é uma sigla usada para indicar a molécula de adenosina trifosfato 
(adenosine triphosphate). A molécula de ATP é formada por uma base 
nitrogenada adenina, uma ribose e por três grupos fosfato. A adenina 
ligada à ribose é chamada adenosina. Quando a adenosina está ligada a 
apenas dois grupos fosfato, temos a adenosina difosfato (ADP). 
O O O
P P P CH2
–O O O
H H
O
H
ATP
H
OH OH
O– O– O–
N N
NN
NH2
O O
P P CH2
–O O
H H
O
H
ADP
H
OH OH
O– O–
N N
NN
O
NH2
Figura 18 – Moléculas de ATP e ADP
Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH), em inglês (nicotinamide adenine dinucleotide) é 
uma coenzima que pode estar no estado: NAD+ (oxidado) ou NADH (reduzido).
32
Unidade I
H H
O
N
O
N+
NH2 NH2
Ribo Ribo
ADP ADP
NAD+ + H+ + 2e+ NADH
Redução
Oxidação
H
Figura 19 – Molécula de NADH; ribose (Ribo)
•	 Reação 1: uma vez dentro da célula, a glicose é modificada para que não possa sair. E isso é 
possível a partir da reação de fosforilação pelo ATP, formando a glicose-6-fosfato. Essa reação é 
catalisada pela enzima hexoquinase ou glicoquinase (ver figura a seguir). O fosfato adicionado 
à glicose confere carga negativa à glicose e assim não permite que ela passe pela membrana 
plasmática. O magnésio é o cofator dessa reação.
CH2OH
Glicose Glicose-6-fosfato
H
H
OH
OH
OH
OH
6
5
4 1
23
H
H
O
CH2O
– P
H
H
OH
OH
OH
OH
6
5
4 1
23
H
H
O
Hexoquinase
ou
glicoquinase
ATP ADP
Figura 20 – Conversão de glicose em glicose-6-fosfato
O P dentro do círculo que aparece nas moléculas corresponde ao grupo fosfato PO4
-3. E a seta para 
cima indica que o ATP está sendo consumido na reação, e a seta para baixo indica que o ADP está sendo 
formado pela reação.
A seta única da reação (→) indica que esta é irreversível. E quando a reação é reversível, pode ser 
representada pelas seguintes setas: ↔ ou ← 
→
•	 Reação 2: ocorre a isomerização da glicose à frutose. Isso é possível pela ação da enzima 
fosfoglicoisomerase, que transforma a aldose da glicose em uma cetose. 
Fosfoglicoisomerase
CH2O
– P
H
H
OH
OH
OH
OH
6
5
4 1
23
H
H
O
P –OCH2 CH2OH
H
HOH
HO OH
5
4
2
3
Glicose-6-fosfato Frutose-6-fosfato
O
16
Figura 21 – Conversão de glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato
33
BIOQUÍMICA METABÓLICA
•	 Reação 3: a frutose-6-fosfato é então fosforilada pelo ATP e se transforma em frutose-1,6-bisfosfato 
com o auxílio da fosfofrutoquinase (FFK). Essa enzima é alostérica e é um dos pontos de regulação 
da glicólise. O magnésio é o cofator dessa reação.
Fosfofrutoquinase
–OCH2 –OCH2CH2OH CH2O–
H H
H HOH OH
HO HOOH OH
5 5
6 6
4 4
2 2
1 1
3 3
Frutose-6-fosfato
ATP ADP
Frutose-1,6-bifosfato
O O
Figura 22 – Conversão de frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato
•	 Reação 4: a frutose-1,6-bisfosfato é clivada em duas moléculas: di-hidroxiacetona fosfato e 
gliceraldeído-3-fosfato. Essa reação é catalisada pela aldolase. 
P –OCH2 CH2O – P
H
HOH
HO OH
5
6
4
2
1
3
Frutose-6-fosfato
O
Aldolase
H
H
C
C
C
CH2O
CH2O
CH2OH
O
O
OH
Di-hidroxiacetona fosfato
Gliceraldeído 3-fosfato
+
P
P
Figura 23 – Quebra da frutose-1,6-bifosfato em gliceraldeído-3-fosfato e di-hidroxiacetona fosfato
•	 Reação 5: apesar de serem formadas duas moléculas, é o gliceraldeído-3-fosfato que é 
utilizado na continuação da glicólise; por isso é necessário que a di-hidroxiacetona seja 
interconvertida a gliceraldeído-3-fosfato. Essa isomerização é catalisada pela triose-fosfato 
isomerase. Observe que existe uma seta com duplo sentido na isomerização, isso indica que 
o gliceraldeído-3-fosfato também pode ser convertido em di-hidroxiacetona, mas para que 
isso não ocorra, ele é prontamente consumido, e a conversão da di-hidroxiacetona para 
aldeído é favorecida. 
34
Unidade I
C
CH2O
CH2OH
O
Di-hidroxiacetona fosfato
P H
H
C
C
CH2O
O
OH
Gliceraldeído 3-fosfato
P
Triose-fosfato
isomerase
Figura 24 – Isomerização da di-hidroxiacetona fosfato
•	 Reação 6: a molécula de gliceraldeído-3-fosfato é transformada em 1,3-disfosfoglicerato 
(1,3-BPG), em uma reação catalisada pelo gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase. Observe 
que uma molécula de NAD+ (coenzima no estado oxidado) foi reduzida a NADH (coenzima no 
estado reduzido). 
H
H
C
C
CH2O
O
OH
Gliceraldeído 3-fosfato 1,3–difosfoglicerato
P
H
C
C
CH2O
O
O
OH
P
PGliceraldeído 3–fosfato
desidrogenase
Pi
NAD+ NADH
Figura 25 – Conversão de gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-difosfoglicerato
•	 Reação 7: é a primeira vez que forma um ATP. O 1,3-disfosfoglicerato se converte em 
3-fosfoglicerato, em uma reação catalisada pelo fosfoglicerato quinase (vejafigura a seguir). 
A fosforilação ocorreu com a transferência do grupo fosfato diretamente do substrato. Essa reação 
forma 2 ATP por molécula de glicose. 
H
COO–
C
CH2O
OH
3-fosfoglicerato1,3–difosfoglicerato
P
H
C
C
CH2O
O
O
OH
P
P Fosfoglicerato 
quinase
ADP ATP
Figura 26 – Conversão do 1,3-difosfoglicerato em 3-fosfoglicerato
•	 Reação 8: o fosfato do 3-fosfoglicerato é transferido do carbono 3 para o carbono 2, formando 
o 2-fosfoglicerato. Isso ocorre por que o composto 3-fosfoglicerato possui baixo potencial de 
transferência de substrato (veja figura a seguir). Para aumentar o seu potencial, o fosfato passa 
da posição 3 para a posição 2.
35
BIOQUÍMICA METABÓLICA
H
COO–
C
CH2O
OH
3-fosfoglicerato
P
H
COO–
C
CH2OH
O
2-fosfoglicerato
P
Fosfoglicerato 
mutase
Figura 27 – Mudança do radical fosfato da posição 3 para a posição 2
•	 Reação 9: para aumentar ainda mais seu potencial de transferência de fosfato, o 2-fosfoglicerato 
se transforma em fosfoenolpiruvato.
H
COO–
C
CH2OH
O
2-fosfoglicerato
P
Fosfoenolpiruvato
COO–
C
CH2
O P
Enolase
Figura 28 – Formação do fosfoenolpiruvato
•	 Reação 10: o fosfoenolpiruvato se transforma em piruvato por ação da piruvato quinase (veja 
figura a seguir). Nessa reação, formam-se 2 ATP a partir do substrato. Essa reação é irreversível, 
devido ao alto valor de ΔG.
Fosfoenolpiruvato
COO–
C
CH2
O P Piruvato quinase
ADP ATP
Piruvato
C
C
CH3
O
O
O–
Figura 29 – Formação do piruvato
Após o estudo individual das reações, podemos agrupá-las em dois momentos distintos: a fase 
preparatória da glicose e a de produção de energia. 
A fase preparatória da glicólise inicia-se na glicose e origina gliceraldeído-3-fosfato e 
di-hidroxiacetona. Nessa fase são gastos ATPs em duas fosforilações. Essa fase termina com a quebra da 
hexose em duas trioses. 
36
Unidade I
Glicose
Glicose 6-fosfato
Frutose 6-fosfato
Frutose 1,6-dfosfato
Gliceraldeído
3-fosfato
Di-hidroxiacetona 
fosfato
Hexoquinase ou glicoquinase 
Gasto de ATP
Fosfoglicoisomerase
Fosfofrutoquinase 
Gasto de ATP
Fase preparatória
Aldose
Gliceraldeído 
3-fosfato
Triose-fosfato 
isomerase
Gasto de 2 moléculas de ATP
Figura 30 – Fase preparatória da via glicolítica
Na de produção de energia: do gliceraldeído-3-fosfato até piruvato ocorrem duas reações de 
fosforilação em nível de substrato. Isso significa que a reação transfere não só energia livre ao ADP, mas 
também o próprio fosfato, necessário à síntese de 1 ATP.
2 (gliceraldeído 3-fosfato)
2 (1,3-difosfoglicerato)
2 (3-fosfoglicerato)
2 (2-fosfoglicerato)
2 (2-fosfoenolpiruvato)
2 (Piruvato)
Gliceraldeído 3-fosfato 
desidrogenase
Produção de 2NADH
Fosfoglicerato quinase
Produção de 2 ATP
Fosfoglicerato 
mutase
Enolase
Piruvato 
Quinase
Produção de 2 ATP 
Fase de produção 
Produção de 2 moléculas de 
ATP e de 2 moléculas de NADH
Figura 31 – Fase de produção de energia
37
BIOQUÍMICA METABÓLICA
Observe que são formadas duas moléculas de NADH, que é um aceptor intermediário dos elétrons 
formados nas reações de oxidação da via. O NADH é constantemente regenerado. E quando isso ocorre? 
Nas próximas etapas de metabolização do piruvato.
O piruvato possui três destinos distintos dependendo da presença ou ausência de oxigênio. Na 
presença de oxigênio (aerobiose), o piruvato produz dióxido de carbono, e em aerobiose os produtos 
podem ser etanol ou ácido lático.
Glicose
2 Piruvato
2 Acetil-CoA
2 Lactato2 Etanol + 2CO2
4CO2 + 4H2O
Glicose
Condições 
aeróbias
Condições 
anaeróbias
Condições 
anaeróbias
Ciclo de Krebs
Figura 32 – Destinos do piruvato nas células na presença ou ausência de oxigênio
Na respiração anaeróbica, ou fermentação, ocorre uma série de reações de degradação da glicose 
para a obtenção de energia sem a utilização de O2. Esse processo irá ocorrer no citoplasma das células 
e a formação de ATP não é eficiente, ou seja, menor quantidade de ATP é produzida em comparação com a 
respiração aeróbica. Nesses casos, um mol de glicose irá gerar somente dois mols de ATP. Existem dois 
tipos de fermentação: alcoólica e láctica (vejas as figuras a seguir).
C6H12O6
Glicólise
2 +4H+ + 4e– → +2CO2
Ácido pirúvico
Álcool etílico
(Etanol)
O
C
C
C
O
H3
OH
OH
CH2
CH3
Figura 33 – Fermentação alcoólica
38
Unidade I
C6H12O6
Glicólise
2 2+4H+ + 4e– →
Ácido pirúvico Ácido lático
O
C
C
CH3
O
OH
O
C
CH
CH3
OH
OH
Figura 34 – Fermentação lática
Na fermentação alcoólica que ocorre principalmente nas leveduras e em vários outros 
microrganismos, é possível a produção de vinho e cerveja, por exemplo. Na primeira etapa, o piruvato 
é descarboxilado pela ação da piruvato descarboxilase, gerando aldeído acético, que na sequência é 
reduzido a etanol pela ação da enzima álcool desidrogenase, com a concomitante formação de NAD+, 
por meio da regeneração de um NADH.
Na respiração aeróbica, o processo é mais eficiente e acontece nas mitocôndrias das células. Vamos 
relembrar a estrutura dessa organela.
Matriz ou 
estroma
Crista 
mitocondrial
Membrana 
externa
Membrana 
interna
Ribossomo
Figura 35 – Mitocôndria
Nessa forma de obtenção de energia, ocorre a produção de 38 mols de ATP com apenas 1 mol de glicose. 
Quase todos os seres vivos utilizam a respiração celular aeróbica como processo de obtenção de energia para 
suas diversas atividades.
39
BIOQUÍMICA METABÓLICA
2.4 Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs (CK) também é conhecido como ciclo dos ácidos tricarboxílicos ou ciclo do ácido 
cítrico e ocorre na matriz mitocondrial. É uma sequência de reações nas quais acontece a oxidação de 
moléculas e como consequência ocorre a liberação de elétrons que serão utilizados na cadeia respiratória 
para a obtenção de ATP. A representação das reações está em forma de um ciclo.
Cada volta do ciclo de Krebs produz 3 moléculas de NADH, 1 FADH2 e 1 GTP. Entretanto, quando uma 
molécula de glicose inicia a glicólise aeróbia, são geradas 2 moléculas de piruvato, que se convertem em 
acetil-CoA e, por isso, consideramos que duas moléculas de acetil-CoA iniciam esse ciclo.
Acetil-CoA
Oxaloacetato Citrato
IsocitratoMalato
Fumarato
Succinato
α-cetoglutarato
Succinil-CoA
Figura 36 – Intermediários do ciclo de Krebs
 Saiba mais
O funcionamento do ciclo de Krebs foi descrito pelo biólogo, médico 
e químico alemão Hans Adolf Krebs, o que lhe rendeu o Prêmio Nobel em 
1953. Você pode conhecer sua história na indicação a seguir:
HANS KREBS. Biográfico. The Nobel Prize. Nobel Media AB, 2020. 
Disponível em: https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1953/krebs/
biographical/. Acesso em: 30 jun. 2020.
40
Unidade I
Figura 37 – Hans Adolf Krebs
É importante que o processo global de produção de energia que está na forma de moléculas de NADH 
e FADH2 seja compreendido. Agora observe em quais etapas ocorrerá a produção dessas coenzimas no 
estado reduzido.
Acetil-CoA
NADH
FADH2 NADH
NADH
CO2
CO2
GTP
Oxaloacetato Citrato
IsocitratoMalato
Malato
desidrogenase
Succinato
desidrogenase
Isocitrato
desidrogenase
Aconitase
Citrato sintase
Succinil-CoA
sintetase
Complexo 
α-cetoglutarato 
desidrogenase
Fumarase
Fumarato
Succinato
α-cetoglutarato
Succinil-CoA
Figura 38 – Produção de coenzimas (NADH e FADH2), GTP e CO2 no ciclo de Krebs
Para que ocorra o ciclo de Krebs, é necessário que a molécula de piruvato sintetizada na glicólise seja 
transformada em acetil-CoA na mitocôndria por ação da piruvato desidrogenase. 
41
BIOQUÍMICA METABÓLICA
Piruvato
C
C
CH3
O
O
O–
Acetil-CoA
Coenzima A
C
CH3
O
CO2
CoA NAD+ NADH
Figura 39 – Conversão de piruvato em acetil-CoA
Agora vejamos detalhadamente as oito reações que compõem o ciclo de Krebs.
•	 Reação 1: síntese do citrato. O acetil-CoA inicia o ciclo de Krebs, reage com o oxaloacetato, 
na presença do citrato sintase e forma citrato. Observe a soma de carbonos. O citrato tem seis 
carbonos, quatro carbonos provenientes do oxaloacetato e dois carbonos do acetil-CoA.Acetil-CoA
Coenzima A
C
CH3
O
Oxaloacetato
Coenzima A
Citrato 
sintase
H2O
CH2
C
COO–
COO–
O
Citrato
C
C
H2C
H2C COO
–
COO–HO
COO–H+
Figura 40 – Formação do citrato
•	 Reação 2: isomerização do citrato em isocitrato. O citrato formado é então isomerizado a 
isocitrato, o que facilita sua descarboxilação em uma reação catalisada pela aconitase.
Aconitase
Citrato
C
C
H2C
H2C COO
–
COO–HO
COO–H
Isocitrato
C
C
OH
H2C COO
–
COO–HO
COO–H
Figura 41 – Isomerização do citrato
•	 Reação 3: descarboxilação oxidativa do isocitrato. O isocitrato formado sofre descarboxilação, 
catalisada pelo isocitrato desidrogenase, para formar o α-cetoglutarato. Utiliza o NADH como 
transportador de dois hidrogênios liberados na reação, havendo o desprendimento de uma 
molécula de CO2.
42
Unidade I
Isocitrato 
desidrogenase
CO2
NAD+ NADH
Isocitrato
C
C
OH
H2C COO
–
COO–HO
COO–H
α-cetoglutarato
C
C
O
H2C COO
–
HH
COO–
Figura 42 – Descarboxilação oxidativa do isocitrato
•	 Reação 4: descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato a succinil-CoA. O a-cetoglutarato também 
sofre descarboxilação, catalisada pelo complexo a-cetoglutarato desidrogenase, formando um 
intermediário, o succinilcoenzima-A (succinil-CoA). Esse complexo também utiliza o NADH como 
transportador de dois hidrogênios liberados na reação, havendo o desprendimento de mais uma 
molécula de dióxido de carbono.
Complexo de α-cetoglutarato 
desidrogenase
CoA-SH
NAD+ NADH
Succinil-CoA
C
C
O
H2C COO
–
H + CO2H
S-CoA
α-cetoglutarato
C
C
O
H2C COO
–
HH
COO–
Figura 43 – Descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato
•	 Reação 5: formação de um GTP a partir do substrato. A enzima succinil-CoA catalisa a quebra da 
succinil-CoA, o que permite a liberação de energia na forma de um GTP (figura anterior). O GTP 
pode transferir o seu Pi para um ADP, formando um ATP. Essa é a única etapa do ciclo em que 
ocorre a formação de um composto pronto de alta energia.
Succinil-CoA
Isocitrato 
desidrogenase
Coenzima A
GDP GTP
Succinato
C
C
H2C COO
–
COO–
HH
H HC
C
O
H2C COO
–
HH
S-CoA
Figura 44 – Formação de GTP
•	 Reação 6: desidrogenação do succinato. É formado o fumarato, pela ação do succinato 
desidrogenase, que utiliza o FADH2 como transportador de dois hidrogênios liberados na reação. 
A coenzima A retorna ao pool inicial da mitocôndria. E finalmente ocorrem reações que permitem 
43
BIOQUÍMICA METABÓLICA
a regeneração do oxaloacetato. O succinato sofre uma série de reações de oxidação, hidratação e 
uma segunda oxidação para a formação do oxaloacetato.
Fumarato
Succinato 
desidrogenase
FAD FADH2
Succinato
C
C
H2C COO
–
COO–
HH
H H C
C
O
COO–
H
H
Figura 45 – Desidrogenação do succinato
•	 Reação 7: hidratação do fumarato. A fumarase catalisa a hidratação do fumarato e ocorre a 
produção do malato.
Fumarato
Fumarase
Malato
C
C
COO–
COO–
HH
H OHC
C
COO-
COO–
H
H
Figura 46 – Hidratação do fumarato
•	 Reação 8: desidrogenação do malato. A malato desidrogenase catalisa a oxidação do malato em 
oxalacetato e utiliza o NADH como transportador de dois hidrogênios liberados na reação.
Malato
desidrogenase
Malato
C
C
COO–
COO–
HH
H OH
Oxaloacetato
C
C
O
H
COO–
COO–
H
NAD+ NADH
Figura 47 – Desidrogenação do malato
Agora, vamos entender a quantidade de moléculas de ATP, NADH e FADH2 produzidas considerando 
uma molécula de glicose em glicólise aeróbia.
44
Unidade I
Quadro 2 – Produtos formados a partir de uma 
molécula de glicose em glicólise aeróbia
Etapa Combustão aeróbia de 1 molécula de glicose
Glicólise 2 ATP2 NADH
Conversão do piruvato em acetil-AcoA 2 NADH
Ciclo de Krebs
6 NADH
2 FADH2
2 GTP
 Lembrete
Cada volta do ciclo de Krebs produz 3 moléculas de NADH, 1 FADH2 
e 1 GTP. Entretanto, quando uma molécula de glicose inicia a glicólise 
aeróbia, são geradas 2 moléculas de piruvato. Estas se convertem em acetil-
CoA e por isso consideramos que duas moléculas de acetil-CoA iniciam 
o ciclo de Krebs.
E como a atividade do ciclo de Krebs é controlada? A partir da razão NAD/NADH, que, por sua vez, 
é dependente da quantidade de ADP e ATP celular. Além disso, algumas enzimas do ciclo também são 
reguladas, como é o caso do citrato sintetase, que é inibido alostericamente pelo ATP, e do isocitrato 
desidrogenase, que é ativado pelo ADP e inativado pelo ATP e o NADH. A succinato desidrogenase é 
inibida pelo oxaloacetato, e a sua disponibilidade é controlada pela malato desidrogenase, que depende 
da razão NADH/NAD. 
Você deve ter percebido que no ciclo de Krebs houve produção de muitas moléculas de NADH e 
FADH2, mas como elas irão originar ATP? Essa produção irá acontecer na cadeia respiratória, que é nosso 
próximo assunto.
2.5 Cadeia respiratória
Os componentes da cadeia respiratória são denominados complexos (I, II, III e IV) e estão 
localizados na membrana interna da mitocôndria. Na figura a seguir estão representados: o complexo I 
(NADH-ubiquinona oxidorredutase), o complexo II (succinato-ubiquinona oxidoreductase), o 
complexo III (ubiquinol-citocromo-c oxidoreductase) e, finalmente, o complexo IV (citocromo-c oxidase). 
Os complexos I e II estão conectados pela coenzima Q (CoQ), e o citocromo c conecta os complexos III e IV.
45
BIOQUÍMICA METABÓLICA
I
II
IVIII
CoQ
C
Espaço intermembranas
Matriz mitocondrial
Membrana 
interna
Figura 48 – Representação esquemática dos complexos da cadeia respiratória 
mitocondrial; complexos I, II, III e IV, coenzima Q (CoQ) e citocromo C
Os complexos I, III e IV funcionam como uma bomba de prótons. Estes acumulam-se no espaço 
intermembranas e geram uma diferença de potencial eletroquímico, que é utilizado pela ATP sintase 
na formação de ATP, a partir de ADP e Pi. Esses componentes, bem como a bomba de ATP sintetase, 
formam o sistema de fosforilação oxidativa que sintetiza ATP. A função geral da cadeia respiratória 
é a oxidação de NADH e FADH2, provenientes das diversas vias metabólicas (carboidratos, lipídios e 
proteínas), bem como o transporte de equivalentes reduzidos ao longo de uma série de transportadores 
para o aceitador final, o oxigênio. Como os elétrons são transportados ao longo da cadeia? Os elétrons 
ao serem transportados, e muitos dos complexos, utilizam a energia para bombear prótons da matriz 
mitocondrial para o espaço intermembranar, formando um gradiente de prótons.
Todos os elétrons que entram na cadeia de transporte vêm das moléculas de NADH e FADH. O NADH 
doa eficientemente seus elétrons em reações redox, isto é, seus elétrons estão em um alto nível de energia, 
portanto ele pode transferir seus elétrons diretamente para o complexo I, voltando a ser NAD+. Conforme 
os elétrons percorrem o complexo I em uma série de reações redox, energia é liberada e o complexo usa 
essa energia para bombear prótons da matriz para o espaço intermembranar. O FADH não é bom doador 
de elétrons em comparação ao NADH, isto é, seus elétrons estão em um nível de energia mais baixa, então 
não pode transferir seus elétrons para o complexo I. Em vez disso, ele os leva pela cadeia de transporte 
até o complexo II, que não bombeia prótons através da membrana. Isso justifica porque cada molécula de 
FADH faz com que menos prótons sejam bombeados do que cada molécula de NADH.
I
II
IVIII
Espaço intermembranasMenor potencial de redução
Maior potencial de redução
Matriz mitocondrial
NADH Succinato
Membrana 
interna
CoQ
C
e– e– e
– e–
e–
e–e–
Figura 49 – Transferência de elétrons na cadeia respiratória
46
Unidade I
À exceção desses dois primeiros complexos, NADH e FADH, os elétrons percorrem exatamente 
a mesma rota. Tanto o complexo I quanto o complexo II passam seus elétrons para a ubiquinona 
(Q), que é reduzida e forma QH. Essa molécula atravessa a membrana e entrega os elétrons ao 
complexo III. Conforme os elétrons percorrem o complexo III, mais íons H+ são bombeados através da 
membrana, e os elétrons são finalmente entregues a outro carreador