trabalho de bioquimica metabolismo dos carboidratos

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Índice
Introdução ao Metabolismo de Carboidratos	1
OBJECTIVOS	1
Objectivos gerais	1
Objectivos específicos	3
Glicogenólise	4
Transporte da Glicose através da Membrana Celular	4
Metabolismo dos Carboidratos	5
CONCEITOS BÁSICOS	5
Glicose	6
A equação geral da glicólise	6
FASES DA GLICOLISE	7
Primeira Fase Preparatória	7
Segunda fase de pagamento	7
Vias alimentadoras da glicólise	10
Destinos do piruvato	11
Via anaeróbica	12
Metabolismo do Etanol	13
Metabolismo do Lactato	13
Gliconeogênese	14
Síntese de carboidratos a partir de precursores simples	15
Vias opostas da glicólise e da gliconeogênese	17
Via das pentoses-fosfato	18
A fase não oxidativa recicla as pentoses-fosfato a glicose-6-fosfato	20
Ciclo do Ácido Cítrico	22
Síntese do Acetil₋CoA	24
As principais etapas do ciclo do ácido cítrico	25
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA	28
PARES REDOXES CONSTITUINTES DA CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS	29
REAÇÕES DE TRANSFERÊNCIA DE ELÉTRONS NAS MITOCÔNDRIAS	30
SÍNTESE DO ATP	31
RENDIMENTO ENERGÉTICO A PARTIR DA OXIDAÇÃO COMPLETA DE UMA MOLÉCULA DE GLICOSE	32
Princípios da Regulação Metabólica	33
REGULAÇÃO DO CICLO DE KREBS	34
REGULAÇÃO DA FOSFORILAÇÃO	34
Conclusão	36
REFERÊNCIAS	38
Introdução ao Metabolismo de Carboidratos
Após a absorção dos carboidratos nos intestinos, a veia porta hepática fornece ao fígado uma quantidade enorme de glicose que vai ser liberada para o sangue e suprir as necessidades energéticas de todas as células do organismo. As concentrações normais de glicose plasmática (glicemia) situam-se em torno de 70 - 110 mg/dL, sendo que situações de hiperglicemia tornam o sangue concentrado alterando os mecanismos de troca da água do líquido intracelular com o líquido extra celular, além de ter efeitos degenerativos no sistema nervoso central (SNC). Sendo assim, um sistema hormonal apurado entra em acção para evitar que o aporte sanguíneo de glicose exceda os limites de normalidade. Os hormônios pancreáticos insulina e glucagon possuem acção regulatória sobre a glicemia plasmática. Não são os únicos envolvidos no metabolismo dos carboidratos (os hormônios sexuais, epinefrina, glicocorticóides, tireoidianos e outros também influenciam a glicemia), porém, sem dúvida, esses são os mais importantes. A insulina é produzida nas células das ilhotas de Langerhans e é armazenada em vesículas do Aparelho e Golgi em uma forma inactiva (pró-insulina). Nessas células existem receptores celulares que detectam níveis de glicose plasmáticos (hiperglicemia) após uma alimentação rica em carboidratos. Há a activação da insulina com a retirada do peptídeo C de ligação, com a liberação da insulina na circulação sanguínea. Como efeito imediato, a insulina possui três efeitos principais:
 1. Estimula a captação de glicose pelas células (com excepção dos neurônios e hepatócitos);
 2. Estimula o armazenamento de glicogênio hepático e muscular (glicogênese); 
3. Estimula o armazenamento de aminoácidos (fígado e músculos) e ácidos graxos (adipócitos). 
OBJECTIVOS
Objectivos gerais 
· Explicar os mecanismos da absorção/captação da glucose pelas células 
· Descrever uma três vias metabólicas principais nos animais e plantas vasculares: armazenado como polissacárido, oxidação para piruvato e oxidação via pentose fosfato.
Objectivos específicos
· Descrever as fase da respiração celular
· Descrever uma das três vias metabólicas principais nos animais e plantas vasculares: armazenado como polissacárido, oxidação para piruvato e oxidação via pentosas fosfato;
· Descrever as etapas da glicólise ,via pentose fosfato ,gliconeogenese ,ciclo de acido cítrico, fosforilação oxidativa e,
· Descrever a regulação do metabolismo dos carboidratos.
Glicogenólise
Quando há a necessidade de glicose, o glicogênio é mobilizado a partir de uma seqüência de reações que não são o inverso da glicogênese, mas uma via metabólica complexa que se inicia a partir de estímulos hormonais reflexos da hipoglicemia (p.ex.: glucagon, adrenalina, glicocorticóides). Esses estímulos possuem como segundo mensageiro o AMP cíclico (AMPc), que é formado a partir do ATP sob acção da enzima adenilato-ciclase (inativa até que haja o estímulo hormonal).
Transporte da Glicose através da Membrana Celular
 Antes que a glicose possa ser utilizada pelas células dos tecidos do corpo, ela deve ser transportada através da membrana para o citoplasma celular. No entanto, a glicose não pode se difundir facilmente pelos poros da membrana celular, porque o peso molecular máximo das partículas com difusão imediata se situa em torno de 100, e a glicose apresenta peso molecular de 180. Ainda assim, a glicose chega ao interior das células com certo grau de facilidade, devido ao mecanismo de difusão facilitada. Permeando a matriz lipídica da membrana celular existe grande quantidade de moléculas de proteínas carreadoras, que podem se ligar à glicose. A glicose nessa forma ligada pode ser transportada pelo carreador, de um lado para o outro da membrana, quando é então liberada. Consequentemente, se a concentração de glicose for maior de um lado da membrana do que do outro lado, mais glicose vai ser transportada a partir da área de alta concentração para a área de baixa concentração do que na direção oposta. O transporte de glicose através das membranas da maioria das células é bem diferente do que ocorre através da membrana gastrointestinal ou através do epitélio dos túbulos renais. Nesses dois casos, a glicose é transportada pelo mecanismo de cotransporte cativo de sódio e glicose, em que o transporte activo do sódio fornece energia para absorver a glicose contra diferença de concentração. Esse mecanismo de cotransporte de sódio-glicose só funciona em algumas células epiteliais especiais que são especificamente adaptadas para a absorção ativa de glicose. Em outras membranas celulares, a glicose só é transportada da concentração mais elevada para concentração inferior por meio de difusão facilitada, tornada possível pelas propriedades especiais de ligação da membrana da proteína arreadora de glicose.
Metabolismo dos Carboidratos
Todo alimento depois que é digerido e suas unidades absorvidas e metabolizadas, a energia produzida é aproveitada na forma de ATP .
CONCEITOS BÁSICOS
Metabolismo é o conjunto de reações químicas que ocorrem nas células e que lhe permitem manter-se viva, crescer e dividir-se. O metabolismo divide-se classicamente em:
 • Catabolismo - obtenção de energia e poder redutor a partir de macromoléculas como proteínas, triacilgliceróis.
 • Anabolismo - produção de novos componentes celulares, em processos que geralmente utilizam a energia e o poder redutor a partir de moléculas menores como aminoácidos. 
· Bioquímica Metabólica - Trata do anabolismo e catabolismo: degradação de aminoácidos e do ciclo da uréia, metabolismo dos ácidos graxos, glicólise, ciclo de Krebs, síntese e degradação do glicogênio, via das pentoses-fosfato e vias metabólicas. Existe uma grande variedade de vias metabólicas. Em humanos, as vias metabólicas de carboidrato mais importantes são:
· Glicose - oxidação da glicose a fim de obter ATP. 
· Gliconeogênese ‐é um processo que só ocorre no fígado, pelo qual o organismo sintetiza glicose a partir de moléculas não glagolíticas, para utilização principalmente pelos órgãos glicodependentes como o cérebro e miocárdio.
· Via das pentoses-fosfato - síntese de pentoses e obtenção de poder redutor para reações anabólicas.
· Ciclo de Krebs - oxidação do acetil-CoA a fim de obter energia. 
· Fosforilação oxidativa - eliminação dos elétrons libertados na oxidação da glicose e do acetil-CoA. Grande parte da energia libertada neste processo pode ser armazenada na célula sob a forma de ATP. 
Glicose	
A glicose ocupa posição central no metabolismo de plantas, animais e muitos microrganismos. Ela é relativamente rica em energia potencial e, por isso, é um bom combustível.
Na glicólise (do grego glykys, “doce” ou “açúcar”, e lysis, “quebra”), uma molécula de glicose é degradada em uma série de reações catalisadaspor enzimas, gerando duas moléculas do composto de três átomos de carbono, o piruvato. Durante as reações sequenciais da glicólise, parte da energia livre da glicose é conservada na forma de ATP e NADH.
 A glicólise foi a primeira via metabólica a ser elucidada e provavelmente seja a mais bem entendida. Desde a descoberta da fermentação, em 1897 por Eduard Buchner, em extractos de células de levedura, até a elucidação da via completa em leveduras (por Otto Warburg e Hans von Euler-Chelpin) e em músculo (por Gustav Embden
 A cisão do açúcar em CO2 e álcool não é mais o efeito de um “princípio vital”, mas sim a quebra do açúcar da cana pela invertase. 
A equação geral da glicólise 
 Glicose ⁺₊ 2NAD1 1 2ADP ₊ 2Pi¡ → piruvato ₊ 2NADH ₊ 2H1 ₊ 2ATP ₊ 2H2O
 As principais vias de utilização da glicose ⁽Figura 1⁾
FASES DA GLICOLISE
 A glicólise tem duas fases׃
 A quebra da glicose, formada por seis átomos de carbono, em duas moléculas de piruvato, cada uma com três carbonos, ocorre em 10 etapas, sendo que as primeiras 5 constituem a fase preparatória . 
Primeira Fase Preparatória
Nessas reações, a glicose é inicialmente fosforilada no grupo hidroxil ligado ao C-6 (etapa ➊). A D-glicose-6- -fosfato assim formada é convertida a D-frutose-6-fosfato (etapa ➋), a qual é novamente fosforilada, desta vez em C-1, para formar D-frutose-1,6-bifosfato (etapa ➌). Nas duas reações de fosforilação, o ATP é o doador de grupos fosforil. Como todos os açúcares formados na glicólise são isômeros D, omite-se a designação D, exceto quando o objectivo é enfatizar sua estereoquímica. A frutose-1,6-bifosfato é dividida em duas moléculas de três carbonos, a di- -hidroxiacetona-fosfato e o gliceraldeído-3-fosfato (etapa ➍); essa é a etapa de “lise” que dá nome à via. A di-hidroxiacetona-fosfato é isomerizada uma segunda molécula de gliceraldeído-3-fosfato (etapa ➎), finalizando a primeira fase da glicólise.
 Note que duas moléculas de ATP são consumidas antes da clivagem da glicose em duas partes de três carbonos; haverá depois um bom retorno para esse investimento. Resumindo: na fase preparatória da glicólise, a energia do ATP é consumida, aumentando o conteúdo de energia livre dos intermediários, e as cadeias de carbono de todas as hexoses metabolizadas são convertidas a um produto comum, o gliceraldeído-3-fosfato.
Segunda fase de pagamento
O ganho de energia provém da fase de pagamento da glicólise . Cada molécula de gliceradeído-3- -fosfato é oxidada e fosforilada por fosfato inorgânico (não por ATP) para formar 1,3-bifosfoglicerato (etapa ➏). Ocorre liberação de energia quando as duas moléculas de 1,3-bifosfoglicerato são convertidas a duas moléculas de piruvato (etapas ➐ a ➓). Grande parte dessa energia é conservada pela fosforilação acoplada de quatro moléculas de ADP a ATP. O rendimento líquido são duas moléculas de ATP por molécula de glicose utilizada, já que duas moléculas de ATP foram consumidas na fase preparatória. A energia também é conservada na fase de pagamento com a formação de duas moléculas do transportador de elétrons NADH por molécula de glicose. Nas reações seguintes da glicólise, três tipos de transformações químicas são particularmente notáveis: (1) a degradação do esqueleto carbônico da glicose para produzir piruvato; (2) a fosforilação de ADP a ATP pelos compostos com alto potencial de transferência de grupos fosforil, formados durante a glicólise; e (3) a transferência de um íon hidreto para o NAD1, formando NADH. 
Figura 2. Fases e reações da glicólise 
Vias alimentadoras da glicólise 
 O glicogênio e o amido endógenos, as formas de armazenamento da glicose, entram na glicólise em um processo de duas etapas. A clivagem fosforolítica de um resíduo de glicose de uma extremidade do polímero, formando glicose-1-fosfato, é catalisada pela glicogênio-fosforilase ou pela amido-fosforilase. A fosfoglicomutase então converte a glicose-1-fosfato em glicose-6-fosfato, que pode entrar na glicólise. 
glicogênese Corresponde a síntese de glicogênio que ocorre no fígado e músculos (os músculos apresentam cerca de 4 vezes mais glicogênio do que o fígado em razão de sua grande massa).
 O glicogênio é uma fonte imediata de glicose para os músculos quando há a diminuição da glicose sanguínea (hipoglicemia).
 A primeira reação do processo glicolítico é a formação de glicose-6-fosfato (G6P) a partir da fosforilação da glicose. A insulina induz a formação de glicose-1-fosfato pela acção da enzima fosfoglicomutase que isomerisa a G6P. A partir daí, há a incorporação da uridina-tri-fosfato (UTP) que proporciona a ligação entre o C1 de uma molécula com o C4 de outra ligação (catalisada pela enzima glicogênio‐sintase), formando uma maltose inicial que logo será acrescida de outras, formando um polímero a (1- 4). A ramificação da cadeia ocorre pela ação da enzima ramificadora (amido-1-4,1-6-transglucosidase) que transfere cadeias inteiras para um C6, formando ligações a(1- 6). O glicogênio fica disponível no fígado e músculos, sendo consumido totalmente cerca de 24 horas após a última refeição.
Como resultado dessas acções, há queda gradual da glicemia (hipoglicemia) que estimula as células a-pancreáticas a liberar o glucagon. Este hormônio possui ação antagônica à insulina, com três efeitos básicos: 
1. Estimula a mobilização dos depósitos de aminoácidos e ácidos graxos;
 2. Estimula a glicogenólise
 3. Estimula a neoglicogênse.
 Esses efeitos hiperglicemiantes possibilitam nova acção insulínica, o que deixa a glicemia de um indivíduo normal em torno dos níveis normais de 70 - 110 mg/dl . A captação de glicose pela célula se dá pelo encaixe da insulina com o receptor celular para insulina. Esse complexo sofre endocitose, permitindo a entrada de glicose, eletrólitos e água para a célula; a glicose é metabolizada [através da glicólise e Ciclo de Krebs], a insulina degradada por enzimas intracelulares e o receptor é regenerado, reiniciando o processo (Figura 1). Quanto mais complexo insulina/receptor é endocitado, mais glicose entra na célula, até que o plasma fique hipoglicêmico. Esta hipoglicemia, entretanto, não é imediata, pois a regeneração do receptor é limitante da entrada de glicose na célula, de forma a possibilitar somente a quantidade de glicose necessária evitando, assim, o excesso glicose intracelular.
 Os polissacarídeos e os dissacarídeos ingeridos são convertidos a monossacarídeos por enzimas hidrolíticas intestinais, e os monossacarídeos então entram nas células intestinais e são transportados para o fígado ou para outros tecidos. 
 Várias D-hexoses, incluindo a frutose, a galactose e a manose, podem entrar na glicólise. Cada uma delas é fosforilada e convertida a glicose-6-fosfato, frutose-6- -fosfato ou frutose-1-fosfato. 
 A conversão de galactose-1-fosfato a glicose-1-fosfato envolve dois derivados nucleotídicos: UDP-galactose e UDP-glicose. Defeitos genéticos em qualquer das três enzimas que catalisam a conversão de galactose em glicose-1-fosfato resultam em galactosemias de severidade variada. 
Destinos do piruvato	
 Com excepção de algumas variações interessantes entre as bactérias, o piruvato formado na glicólise é mais adiante metabolizado por três rotas catabólicas. Em organismos aeróbios ou em tecidos em condições aeróbias, a glicólise é apenas o primeiro estágio da degradação completa da glicose .
1. O piruvato é oxidado, com a perda de seu grupo carboxil na forma de CO2, para gerar o grupo acetil da acetil-coenzima A; o grupo acetil é então completamente oxidado a CO2 no ciclo do ácido cítrico . Os elétrons originados dessas oxidações são transferidos ao O2 por uma cadeia de transportadores na mitocôndria, formando H2O. A energia liberada nas reações de transferência de elétrons impulsiona a síntese de ATP na mitocôndria. 
2. O segundo destino do piruvato é a sua redução a lactato por meio da fermentação láctica. Quando em contração vigorosa, o músculo esquelético trabalha em condições de baixa pressão de oxigênio (hipoxia), em que NADH não pode ser reoxidado a NAD1, mas NAD1 é necessáriocomo aceptor de elétron para a oxidação do piruvato. Sob essas condições, o piruvato é reduzido a lactato, recebendo os elétrons do NADH, dessa forma regenerando o NAD1 necessário para continuar a glicólise
Figura 3. Reacao de conversão de piruvato a L₋Lactato
3.A terceira rota principal do catabolismo do piruvato leva à produção de etanol. Em alguns tecidos vegetais e em certos invertebrados, protistas e microrganismos como levedura da fabricação da cerveja e do pão, o piruvato é convertido, em hipoxia ou condições anaeróbias, em etanol e CO2, um processo chamado de fermentação etanólica
Figura 4. Formação do lactato e do etanol a partir do piruvato no citosol 
Via anaeróbica	
O piruvato originado da glicólise não entra na mitocôndria e, portanto, não é transformado em Acetil-CoA. No citosol das células musculares, o piruvato é transformado em lactato, e em etanol, nas leveduras. Essas duas situações são processadas pela fermentação, onde o NADH+H+ formado no citosol é aí mesmo utilizado: 
Piruvato +NADH+H+ → Lactato +NAD+
Piruvato +NADH+H+ → Etanol +NAD+
Portanto, o NADH+H+ no citosol é consumido e o saldo energético em relação à via glicolítica é de 2 ATP.
Metabolismo do Etanol 
Do metabolismo do etanol, todo NADH+H+ que é produzido no citosol é gasto nesse mesmo compartimento logo, o saldo energético é também de 2 ATP. No fígado, os níveis altos de NADH e Acetil-CoA, que são resultados do metabolismo de etanol, inibem a atividade do ciclo do ácido cítrico e cetogênese. Por outro lado, mostram um efeito estimulador na síntese de gorduras neural e colesterol. Ocorre então, um armazenamento de lipídeos no fígado. Este aumento no conteúdo gorduroso do fígado chegando a menos que 5% e a mais que 50% do peso da matéria seca é normalmente reversíveis.
 O alcoolismo se torna um problema severo quando as células do fígado começam a morrer. Uma vez que a cirrose do fígado começa, os danos chegam a um estado irreversível que é caracterizado por perda progressiva de função do fígado.
 Metabolismo do Lactato
 O ciclo de Cori (Figura abaixo) é uma cooperação metabólica entre músculos e fígado. Com um trabalho muscular intenso, o músculo usa o glicogênio de reserva como fonte de energia. Ao contrário do que muitos pensam não é o acúmulo de lactato no músculo que causa dor e fadiga muscular, mas o acúmulo do acetato gerado glicolidicamente. Os músculos são capazes de manter a carga de trabalho na presença de lactato, se o pH for mantido constante. Para obtenção de energia sob a forma de adenosina trifosfato (ATP), a glicose é convertida a piruvato através da glicólise. Durante o metabolismo aeróbio normal, o piruvato é então oxidado pelo oxigênio, onde o produto gerado é CO2 e H2O. Durante um curto período de intenso esforço físico, a distribuição de oxigênio aos tecidos musculares pode não ser suficiente para oxidar totalmente o piruvato. Nestes casos, a glicose é convertida a piruvato e depois a lactato, através da via da fermentação láctica, onde os músculos obtêm ATP sem recorrer ao oxigênio.
Figura 5. Representação do Ciclo de Cori. A seta laranja mostra a direção das reações metabólicas envolvidas no ciclo numa situação de esforço físico. A vermelha, as reações que ocorrem no período de reoxigenação no estado de descanso.
 
Gliconeogênese 
A gliconeogênese é um processo ubíquo e de múltiplas etapas em que a glicose é produzida a partir de lactato, piruvato ou oxaloacetato, ou qualquer composto (incluindo os intermediários do ciclo do ácido cítrico) que possa ser convertido a um desses intermediários. Sete etapas da gliconeogênese são catalisadas pelas mesmas enzimas usadas na glicólise; essas são as reações reversíveis. 
 Três etapas irreversíveis na glicólise são contornadas por reações catalisadas pelas enzimas gliconeogênicas: (1) a conversão de piruvato em PEP via oxaloacetato, catalisada pela piruvato-carboxilase e pela PEP-carboxicinase; (2) a desfosforilação da frutose-1,6-bifosfato pela FBPase-1; e (3) a desfosforilação da glicose-6-fosfato pela glicose-6-fosfatase. 
 A formação de uma molécula de glicose a partir de piruvato requer 4 ATP, 2 GTP e 2NADH, o que é dispendioso. 
 Em mamíferos, a gliconeogênese no fígado, nos rins e no intestino delgado gera glicose para uso pelo cérebro, músculos e eritrócitos. 
 A piruvato-carboxilase é estimulada por acetil-CoA, aumentando a taxa da gliconeogênese quando as células dispõem do fornecimento adequado de outros substratos (ácidos graxos) para a produção de energia. 
 Os animais não conseguem converter acetil-CoA, derivado dos ácidos graxos, em glicose; vegetais e microrganismos, sim. 
 A glicólise e a gliconeogênese são mutuamente reguladas para prevenir o gasto operacional com as duas vias ao mesmo tempo. 14.5 Oxidação da glicose pela via
	
Síntese de carboidratos a partir de precursores simples
 A via a partir de fosfoenolpiruvato até glicose-6-fosfato é comum para a conversão biossintética de muitos precursores diferentes de carboidratos de animais e plantas. 
Figura 6. Síntese de carboidratos a partir de precursores simples
Vias opostas da glicólise e da gliconeogênese 
Em fígado de rato. As reações da glicólise estão do lado esquerdo; a via oposta, a gliconeogênese, está mostrada do lado direito.
 Glicólise e Gliconeogênese
Figura 7. Gliconeogenese
Via das pentoses-fosfato
Oxidação da glicose pela via das pentoses-fosfato Na maioria dos tecidos animais, o principal destino catabólico da glicose-6-fosfato é a degradação glicolítica até piruvato, cuja maior parte é então oxidada pelo ciclo do ácido cítrico, levando enfim à formação de ATP. No entanto, a glicose-6-fosfato tem outros destinos catabólicos, que levam a produtos especializados, necessários para a célula. De grande importância em alguns tecidos é a oxidação da glicose-6-fosfato até pentoses-fosfato pela via das pentoses-fosfato (também chamada de via do fosfogliconato ou via da hexose-monofosfato; Nessa via de oxidação, NADP1 é o aceptor de elétrons, gerando NADPH.
 As células que se dividem rapidamente, como aquelas da medula óssea, da pele e da mucosa intestinal, assim como aquelas de tumores, utilizam a pentose ribose-5-fosfato para fazer RNA, DNA e coenzimas como ATP, NADH, FADH2 e coenzima A.
 Em outros tecidos, o produto essencial da via das pentoses-fosfato não é pentose, mas o doador de elétrons NADPH, necessário para as reduções biossintéticas ou para contrapor os efeitos deletérios dos radicais de oxigênio. Os tecidos em que ocorre a síntese de grande quantidade de ácidos graxos (fígado, tecido adiposo, glândulas mamárias durante a lactação) ou a síntese muito activa de colesterol e hormônios esteroides (fígado, glândulas suprarrenais e gônadas) utilizam o NADPH produzido por essa via. Os eritrócitos e as células da córnea e do cristalino estão diretamente expostos ao oxigênio e, por isso, aos efeitos danosos dos radicais livres gerados pelo oxigênio.
A fase oxidativa produz pentoses-fosfato e NADPH A
 primeira reação da via das pentoses-fosfato é a oxidação da glicose-6-fosfato pela glicose-6-fosfato-desidrogenase (G6PD) para formar 6-fosfoglicona--d-lactona, um éster intramolecular. NADP1 é o aceptor de elétrons, e o equilíbrio global está muito deslocado no sentido da formação de NADPH. A lactona é hidrolisada ao ácido livre 6-fosfogliconato por uma lactonase específica, que sofre oxidação e descarboxilação pela 6-fosfogliconato-desidrogenase para formar a cetopentose ribulose-5- -fosfato; a reação gera uma segunda molécula de NADPH. (Essa ribulose-5-fosfato é importante na regulação da glicólise e da gliconeogênese, como será visto no Capítulo 15.) A fosfopentose-isomerase converte a ribulose-5-fosfato ao seu isômero aldose, ribose-5-fosfato. Em alguns tecidos, 
Figura 8.Via Pentose fosfato
A fase não oxidativa recicla as pentoses-fosfato a glicose-6-fosfato 
Em tecidos que requerem principalmente NADPH, as pentoses-fosfato produzidas na fase oxidativa da via são recicladas em glicose-6-fosfato. Nessa fase não oxidativa, aribulose-5-fosfato é primeiro epimerizada. A seguir, em uma série de rearranjos dos esqueletos de carbono (Figura 14-23), seis moléculas de açúcar-fosfato de cinco átomos de carbono são convertidas a cinco moléculas de açúcar-fosfato com seis átomos de carbono, completando o ciclo e permitindo a oxidação contínua de glicose-6-fosfato com a produção de NADPH.
 A reciclagem contínua leva finalmente à conversão de glicose-6-fosfato a seis CO2. Duas enzimas exclusivas da via das pentoses- -fosfato agem nessas interconversões de açúcares: a transcetolase e a transaldolase. A transcetolase catalisa a transferência de um fragmento de dois carbonos de uma cetose doadora a uma aldose aceptora (Figura 14-24a). Em sua primeira aparição na via das pentoses-fosfato, a transcetolase transfere C-1 e C-2 da xilulose-5-fosfato para a ribose-5-fosfato, formando o produto de sete carbonos sedoeptulose-7-fosfato (Figura 14-24b). O fragmento de três carbonos remanescente da xilulose é o gliceraldeído-3-fosfato. Em seguida, a transaldolase catalisa uma reação semelhante à reação da aldolase na glicólise: um fragmento de três carbonos é removido da sedoeptulose-7-fosfato e condensado com o gliceraldeído-3-fosfato, formando frutose-6-fosfato e a tetrose eritrose-4-fosfato. Neste ponto, a transcetolase age novamente, formando frutose-6-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato a partir de eritrose-4-fosfato e xilulose-5-fosfato. Duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato formadas por duas repetições dessas reações podem ser convertidas a uma molécula de frutose-1,6-bifosfato como na gliconeogênese, e finalmente a FBPase-1 e a fosfo-hexose-isomerase convertem frutose-1,6-bifosfato a glicose-6-fosfato. No total, seis pentoses-fosfato são convertidas a cinco hexoses-fosfato, agora o ciclo está completo. 
Figura 9. Via Pentose Fosfato
 Figura 10.
 Ciclo do Ácido Cítrico
O ciclo do ácido cítrico, ciclo de Krebs ou do tricarboxílico, corresponde à uma série de reações químicas que ocorrem na vida da célula e seu metabolismo. Descoberto por Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981).
 O ciclo do ácido cítrico é executado na mitocôndria dos eucariotes e no citoplasma dos procariote. Trata-se de uma parte do metabolismo dos organismos aeróbicos (utilizando oxigênio da respiração celular); organismos anaeróbicos utilizam outro mecanismo, como a glicólise - outro processo de fermentação independente do oxigênio.
 O ciclo do ácido cítrico é uma rota anfibólica, catabólica e anabólica , com a finalidade de oxidar a acetil-CoA (acetil coenzima A), que se obtém da degradação de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos a duas moléculas de CO2 .
 Funções anfibólicas do ciclo do ácido cítrico e várias vias biossintéticas que utilizam os intermediários do ciclo como reagentes para reações anabólicas, mas o ciclo está envolvido na degradação e é o principal sistema de conservação de energia livre na maioria dos organismos e intermediários que são necessários para a manutenção da função de degradação 
A respiração celular acontece em três estágios principais . No primeiro, moléculas combustíveis orgânicas – glicose, ácidos graxos e alguns aminoácidos – são oxidadas para produzirem fragmentos de dois carbonos, na forma do grupo acetil da acetil-coenzima A (acetil-CoA). No segundo estágio, os grupos acetil entram no ciclo do ácido cítrico, que os oxida enzimaticamente a CO2; a energia liberada é conservada nos transportadores de elétrons reduzidos NADH e FADH2. No terceiro estágio da respiração, estas coenzimas reduzidas são oxidadas, doando prótons (H1 ) e elétrons. Os elétrons são transferidos ao O2 – o aceptor final de elétrons – por meio de uma cadeia de moléculas transportadoras de elétrons, conhecida como cadeia respiratória
 Figura 11. Catabolismo de proteínas, gorduras e carboidratos durante os três estágios da respiração celular
Primeiro será abordada a conversão de piruvato a grupos acetil e, então, a entrada destes grupos no ciclo do ácido cítrico, também chamado de ciclo do ácido tricarboxílico (TCA, de tricarboxylic acid) ou ciclo de Krebs (em homenagem ao seu descobridor, Hans Krebs). A seguir, serão examinadas as reações do ciclo e as enzimas que as catalisam. Já que os intermediários do ciclo do ácido cítrico também são desviados como precursores biossintéticos, serão consideradas algumas maneiras pelas quais esses intermediários são repostos. 
Síntese do Acetil₋CoA	
O piruvato é oxidado a acetil-CoA e CO2.
A reação geral catalisada pelo complexo da piruvato-desidrogenase é uma descarboxilação oxidativa, um processo de oxidação irreversível no qual o grupo carboxil é removido do piruvato na forma de uma molécula de CO2, e os dois carbonos remanescentes são convertidos ao grupo acetil da acetil-CoA
A acetil-CoA é sintetizada a partir da descarboxilação oxidativa do piruvato, realizada pela piruvato desidrogenase (PDH) que é um (complexo multienzimático de 3 enzimas) 5 cofatores , na matriz mitocondrial:
 As 3 enzimas Desidrogenase pirúvica (grupo prostético TPP), Dihidrolipoiltranscetilase (grupo prostético Lipoamida) e Dihidrolipoildesidrogenase (grupo prostético FAD).
 Os 5 cofatotes Tiamina pirofosfato (TPP) – reage com o piruvato, Lipoamida – aceita grupo acetil e transfere-o para o CoA, CoA – aceita grupo acetil, FAD – aceita equivalentes redutores e NAD+ – aceita equivalentes redutores Síntese de Acetil-CoA 
Figura 12.Reação geral catalisada pelo complexo da piruvato- -desidrogenase
As principais etapas do ciclo do ácido cítrico
 1°: Oxalacetato (4 carbonos) → Citrato (6 carbonos) O ácido acético proveniente das vias de oxidaçao de glicídios, lipídios e proteínas, combinam-se com a coenzima a formando o Acetil - CoA. A entrada deste composto no ciclo de Krebs ocorre pela combinação do ácido acético com o oxalacetato presente na matriz mitocondrial. Esta etapa resulta na formação do primeiro produto do ciclo de Krebs, o citrato. O coenzima A, sai da reação como CoASH.
 2°: Citrato (6 carbonos) → Isocitrato (6 carbonos) O citrato sofre uma desidratação originando o isocitrato. Esta etapa acontece, para que a molécula de citrato seja preparada para as reações de oxidação seguintes
 3°: Isocitrato → á cetoglutarato (5 carbonos) Nesta reação há participaçao de NAD, o isocitrato sofre uma descaborxilação e uma desidrogenação transformando o NAD em NADH, liberando um CO2 e origina como produto o alfacetoglutarato
 4°: á cetoglutarato → Succinato (4 carbonos) O á-cetoglutarato sofre uma descarboxilação, liberando um CO2 . Também ocorre uma desidrogenação com um NAD originando um NADH, e o produto da reação acaba sendo o Succinato
 5°: Succinato → Succinil - CoA O succinato combina-se imediatamente com a coenzima A, originando um composto de potencial energético mais alto, o succionil-CoA.
 6°: Succinil-CoA → Succinato Nesta reação houve entrada de GDP+Pi, e liberação de CoA-SH O succinil-CoA libera grande quantidade de energia quando perde a CoA, originando succinato. A energia liberada é aproveitada para fazer a ligação do GDP com o Pi (fosfato inorgânico), formando o GTP, como o GTP não é utilizado para realizar trabalho deve ser convertido em ATP, assim esta é a única etapa do ciclo de Krebs (CK) que forma ATP.
 7°: Succinato → Fumarato Nesta etapa entra FAD O succinato sofre oxidaçao através de uma desidrogenação originando fumarato e FADH2. O FADH2 é formado a partir da redução do FAD.
 8°: Fumarato → Malato O fumarato é hidratado formando malato.O Malato → Oxalacetato Nesta etapa entra NAD O malato sofre uma desidrogenacão originando NADH, a partir do NAD, e regenerando o oxalacetato.Reiniciando o ciclo.
 
 
	
Figura 13. Reações do ciclo do ácido cítrico
Tabela 1 - Reações que armazenamento de energia na forma de GTP, NADH e FADH2. NADH e FADH2.
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
 conceito
A cadeia transportadora de elétrons é a etapa de maior síntese de ATP celular. Nesse processo ocorre reoxidação de NADH+ H+ e FADH em NAD+ e FAD+ e outros pares redoxes compostos de coenzima Q, citocromosb, c, c1, a, a3 os quais são apresentados nas suas formas oxidadas e reduzidas no processo de transporte de elétrons. O transporte de elétrons ocorre no espaço intermembrana e a fosforilação oxidativa ocorre na matriz mitocondrial em conjunto com a ATP sintetase (Figura ).
A fosforilação oxidativa é a culminação do metabolismo produtor de energia em organismos aeróbios. Todos os passos oxidativos na degradação de carboidratos, gorduras e aminoácidos convergem para esse estágio final da respiração celular, onde a energia da oxidação governa a síntese de ATP.Em eucariotos, a fosforilação oxidativa ocorre nas mitocôndrias
Figura 14- Compartimentalização mitocondrial onde a parte vermelha representa as porções F1 e F0 da ATP sintetase, ligada na membrana mitocondrial interna
Todos o elétrons capturados pelo NAD+ ou pelo FAD+ no processo de oxidação de macromoléculas como carboidratos, lipídeos e proteínas são levados por essas mesmas moléculas nas formas reduzidas, NADH+ H+ e FADH2, para serem transportados com ajuda de outros pares redox na cadeia de transporte de elétrons
 PARES REDOXES CONSTITUINTES DA CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS
Os elétrons passam através de uma série de pares redoxes pelos quais os elétrons são transportados até ½O2 que é reduzido em H2O. Partindo do complexo 1, esses pares são: NADH+H+ /NAD, Fe-S, CoQ/CoQH2, citb2+,/ citb, citc2+/ citc citc12+/ citc1, cita3 2+/ cita3 1/2O2/H2O Onde a razão entre o número de moléculas de ATP sintetizadas por 1/2O2 reduzida em H2O (a razão P/O) é de aproximadamente 2,5 (rende 2,5ATP) ou, partindo do complexo 2 são: FADH2/FAD, Fe-S, CoQ/CoQH2, citb2+,/ citb, citc2+/ citc citc12+/ citc1, cita3 2+/ cita3 1/2O2/H2O Nesse caminho eles se conectam na CoQ onde a razão entre o número de moléculas de ATP sintetizadas por 1/2O2 reduzida em H2O (a razão P/O) é de aproximadamente 1,5 (rende 1,5ATP).
 O transporte de elétrons é favorecido pela força protomotriz proveniente do transporte de íons H+ da matriz para o espaço intermembrana, pelos complexos I, III e IV, invertendo assim, a diferença de gradiente de pH inicial onde a matriz se encontrava mais rica em H+ . O complexo 2 não faz parte desse transporte por não atravessar totalmente a membrana, encontrando-se deslocado para a matriz. A necessidade do equilíbrio de íons H+ entre a matriz mitocondrial e o espaço intermembranas redireciona a passagem do H+ para a matriz através da proteína ATP sintase o que induz à fosforilação do ADP pelo Pi dando o ATP.
 A fosforilação oxidativa é a etapa onde ADP + Pi se transformam em ATP. Assim, a energia liberada pelos elétrons de alta energia a partir de glicose, pode formar ATP e o processo de fosforilação está sempre acoplado ao transporte de elétrons
 REAÇÕES DE TRANSFERÊNCIA DE ELÉTRONS NAS MITOCÔNDRIAS
 A teoria quimiosmótica fornece dados para a compreensão de muitas transformações biológicas da energia, incluindo-se nelas a fotoforilação oxidativa e a fotofosforilação. O mecanismo de acoplamento de energia é similar em ambos os casos: a energia liberada pelo fluxo de elétrons é conservada pelo bombeamento concomitante de prótons através de uma membrana, isto produz um gradiente eletroquímico: a força protomotriz ou protomotiva.
 Na mitocôndria, os íons hidreto são removidos dos substratos para a desidrogenases que operam com o NAD e doam elétrons para a cadeia respiratória ou de transferência de elétrons, onde são transportados até o oxigênio molecular, que é reduzido com a formação de água.
 Sistemas de transporte conduzem os equivalentes redutores de NADH citosólico para o NADH mitocondrial. Os equivalentes redutores oriundos de todas as desidrogenases ligadas ao NAD são transferidos para a NADH desidrogenase mitocondrial (complexo 1). Os equivalentes redutores são então passados para as ubiquinonas através de uma série de centros Fe-S, a ubiquinona transfere os elétrons para o citocromo b, o primeiro transportador do complexo 3. Nesse complexo, os elétrons tomam duas vias separadas através de dois citocromos, do tipo b e do tipo c1, até um centro de Fe-S. Esse centro passa os elétrons, um de cada vez, através do citocromo c e para o interior do complexo 4, a citocromo oxidase. Essa enzima, que cobre também os citocromos a e a3, acumula os elétrons e, então, os transfere para o O2, reduzindo-o em H2O. Alguns elétrons entram nessa cadeia de transportadores através de vias alternativas. O succinato é oxidado pela succinato desidrogenase (complexo 2), a qual contém uma flavoproteína que passa os elétrons para a ubiquinona através de vários centros Fe-S. Os elétrons provenientes da oxidação dos ácidos graxos também passam para a ubiquinona através de uma flavoproteína transferidora de elétrons.
SÍNTESE DO ATP
A ATP sintetase é uma estrutura protéica composta da interação de diferentes unidades. Através desse fluxo de prótons que atravessam o eixo central, a unidade Fo (γ) faz com que haja uma interação com a unidade F1 (α e β). Isso induz à uma forma conformacional favorecendo a ligação e o ciclo de formação do ATP através do ADP + Pi. A formação do ATP na superfície da enzima requer pouca energia; o papel da força próto-motiva é deslocar o ATP do seu sítio de ligação na sintase.
O fluxo de elétrons através dos complexos 1, 3 e 4 resulta no bombeamento de prótons através da membrana mitocondrial interna, isso torna a matriz alcalina em relação ao espaço intermembrana. Este gradiente de prótons fornece a energia conhecida como força protomotiva. O acoplamento do transporte de elétrons com fosforilação oxidativa requer uma enzima com multissubunidades ligadas à membrana, a ATP sintase. Essa enzima tem um canal para que os prótons fluam do espaço intermembrana para a matriz mitocondrial. O fluxo de elétrons está acoplado à produção de ATP em um processo que parece envolver a alteração conformacional da enzima. A ATP sintase executa a “catálise rotativa” nela, ocorre o fluxo de prótons através da Fo, fazendo com que cada um dos três sítios de ligação em F1 execute um ciclo entre a conformação de ATP pela ligação do ADP +Pi. A formação do ATP na superfície da enzima requer pouca energia; o papel da força protomotiva é deslocar o ATP do seu sítio de ligação na sintase.
FG Cadeia Respiratória e Fosforilação oxidativa
Figura 15. Fosforilação oxidativa
RENDIMENTO ENERGÉTICO A PARTIR DA OXIDAÇÃO COMPLETA DE UMA MOLÉCULA DE GLICOSE 
Para a contagem de energia produzida deve ser levado em conta que uma molécula de NADH+H+ corresponda a 2,5 ATPs e a molécula de FADH2 a 1,5 ATPs pela razão P/O; assim como a duplicidade de todo o processo a partir do gliceraldeido 3-P. A glicólise no citosol gera 7 ATPs quando o NADH+H+ proveniente dessa via é transportado nessa mesma forma para a matriz mitocondrial e faz parte da cadeia de transporte. Na reação de piruvato a partir do acetilCoA é produzida uma molécula de NADH + H+. Das reações do Ciclo de Krebs são produzidos 3 NADH + H+, um FADH2 e um GTP. Então, o rendimento total a partir de 1 glicose é de 32 ATPs.
Princípios da Regulação Metabólica
A regulação metabólica, tema central em bioquímica, é um dos aspectos mais marcantes dos organismos vivos. Entre os milhares de reações catalisadas por enzimas que ocorrem nas células, é provável que não exista uma que escape de alguma forma de regulação
 Os níveis de ATP e de AMP são um reflexo sensível do estado energético da célula, e quando a razão [ATP]/ [AMP] diminui, a proteína-cinase ativada por AMP (AMPK) desencadeia uma grande variedade de respostas celulares para elevar a [ATP] e reduzir a [AMP]. 15.2 Análise do controle metabólico
A gliconeogênese e a glicólise compartilham sete enzimas que catalisam as reações livremente reversíveis das vias. Nas outras três etapas, a reação directa e a inversa são catalisadas por enzimas diferentes, e esses são os pontos de regulação das duas vias. 
· A hexocinase IV (glicocinase) tem propriedades cinéticas relacionadas com seu papel especial no fígado: liberar glicose para o sangue quando a glicose sanguínea está baixa, alémde captar e metabolizar a glicose quando ela estiver alta no sangue. 
· A PFK-1 é inibida alostericamente por ATP e citrato. Na maioria dos tecidos dos mamíferos, incluindo o fígado, a frutose-2,6-bifosfato é um ativador alostérico dessa enzima. 
· A piruvato-cinase é inibida alostericamente por ATP, e a isoenzima do fígado também é inibida por fosforilação dependente de cAMP. 
· A gliconeogênese é regulada no nível da piruvato-carboxilase (ativada por acetil-CoA) e da FBPase-1 (inibida por frutose-2,6-bifosfato e AMP). 
· Para limitar a alternância de substrato entre a glicólise e a gliconeogênese, as duas vias estão sob controle alostérico recíproco, obtido principalmente pelos efeitos opostos da frutose-2,6-bifosfato sobre a PFK-1 e a FBPase-1. 
· O glucagon ou a adrenalina reduzem a [frutose-2,6-bifosfato] pela elevação da [cAMP] e promoção da fosforilação da enzima bifuncional PFK-2/FBPase-2. A insulina aumenta a [frutose-2,6-bifosfato] pela ativação da fosfoproteína-fosfatase que desfosforila e assim ativa a PFK-2
 Figura 16.Regulacao da gglicolise e gliconeogenese pela ezima PFK₋2
 REGULAÇÃO DO CICLO DE KREBS
 O ciclo de Krebs é controlado fundamentalmente pela disponibilidade de substratos, inibição pelos produtos e por outros intermediários do ciclo. 
 Piruvato desidrogenase: é inibida pelos próprios produtos, acetil-CoA e NADH. 
Citrato sintase: é inibida pelo próprio produto, citrato. Também inibida por NADH e succinil-CoA que sinalizam a abundância de intermediários do ciclo de Krebs. 
 Isocitrato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase: tal como a citrato sintase, são inibidas por NADH e succinil-CoA. A isocitrato desidrogenase também é inibida por ATP, e estimulada por ADP. Todas as desidrogenases mencionadas são estimuladas pelos íons cálcio.
REGULAÇÃO DA FOSFORILAÇÃO
 A fosforilação é regulada pelas necessidades de energia da célula. A [ADP] intracelular e a razão de ação das massas [ ATP]/ [ ADP] [Pi] são parâmetros do estado de energia da célula. Nas células em privação parcial ou total de oxigênio como os tecidos isênquimos, um inibidor protéico bloqueia a hidrólise do ATP pela operação da ATP sintase em sentido invertido, impedindo uma queda drástica na [ ATP]. No tecido adiposo marrom especializado na produção de calor metabólico, a transferência de elétrons é desacoplada da síntese de ATP e a energia de oxidação dos ácidos graxos é dissipada como calor. As concentrações de ATP e ADP estabelecem a velocidade de transferência de elétrons através da cadeia respiratória por meio de uma série de controles interligados agindo na respiração, na glicólise e no ciclo do ácido cítrico.
Conclusão 
O cérebro utiliza normalmente apenas glicose como fonte de energia. Armazena muito pouco glicogênio, pelo que necessita de um fornecimento constante de glicose. Em jejuns prolongados, adapta-se à utilização de corpos cetônicos
 A glicólise é uma via quase universal pela qual uma molécula de glicose é oxidada a duas moléculas de piruvato, com energia conservada na forma de ATP e NADH. As 10 enzimas glicolíticas estão no citosol, e os 10 intermediários são compostos fosforilados de três ou seis carbonos. Na fase preparatória da glicólise, ATP é consumido para a conversão de glicose em frutose-1,6-bifosfato. A ligação entre C-3 e C-4 é então clivada para gerar duas moléculas de triose-fosfato. Na fase de pagamento, cada uma das duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato derivada da glicose sofre oxidação em C-1; a energia dessa reação de oxidação é conservada na forma de um NADH e dois ATP, por triose- -fosfato oxidada. A equação para o processo global é Glicose ₊ 2NAD1 → 2ADP ₊ 2Pi→ 2 piruvato ₊ 2NADH ₊ 2H1 ₊ 2ATP ₊ 2H2O 
 A glicólise é rigidamente regulada de forma coordenada com outras vias geradoras de energia para garantir um suprimento constante de ATP. c No diabetes tipo 1, a captação deficiente de glicose pelo músculo e tecido adiposo tem efeitos profundos sobre o metabolismo de carboidratos e gorduras.
O NADH formado na glicólise deve ser reciclado para regenerar NAD1, necessário como receptor de elétrons na primeira etapa da fase de pagamento. Em condições aeróbias, os elétrons passam do NADH para o O2 na respiração mitocondrial. 
 A gliconeogênese é um processo ubíquo e de múltiplas etapas em que a glicose é produzida a partir de lactato, piruvato ou oxaloacetato, ou qualquer composto (incluindo os intermediários do ciclo do ácido cítrico) que possa ser convertido a um desses intermediários. 
Três etapas irreversíveis na glicólise são contornadas por reações catalisadas pelas enzimas gliconeogênicas: (1) a conversão de piruvato em PEP via oxaloacetato, catalisada pela piruvato-carboxilase e pela PEP-carboxicinase; (2) a desfosforilação da frutose-1,6-bifosfato pela FBPase-1; e (3) a desfosforilação da glicose-6-fosfato pela glicose-6-fosfatase. 
 Piruvato, o produto da glicólise, é convertido a acetil- -CoA, o material de partida para o ciclo do ácido cítrico, pelo complexo da piruvato-desidrogenase. O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs, ciclo do ácido tricarboxílico [TCA]) é uma via catabólica central e praticamente universal por meio da qual os compostos derivados da degradação de carboidratos, gorduras e proteínas são oxidados a CO2, com a maior parte da energia da oxidação temporariamente armazenada nos transportadores de elétrons FADH2 e NADH. Durante o metabolismo aeróbio, esses elétrons são transferidos ao O2, e a energia do fluxo de elétrons é capturada na forma de ATP
Para cada acetil-CoA oxidada pelo ciclo do ácido cítrico, o ganho de energia consiste em três moléculas de NADH, uma de FADH2 e um nucleosídeo trifosfatado (ATP ou GTP)
 REFERÊNCIAS
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