AULA 1 - Introdução ao Metabolismo Celular

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02/03/2022
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INTRODUÇÃO AO 
METABOLISMO CELULAR
BIOQUÍMICA METABÓLICA E CLÍNICA
3º PERÍODO 
Prof.ª Me. JANAÍNA LOPES CÂMARA
Introdução ao Metabolismo
Metabolismo – é o conjunto das reações 
bioquímicas que ocorrem em um organismo
Metabolismo energético 
parte do metabolismo que diz respeito ao 
armazenamento e utilização de energia
Metabolismo de lipídios 
diz respeito a síntese e degradação de lipídios
Metabolismo de glicídios
diz respeito a síntese e degradação açúcares
A unidade do metabolismo é a via metabólica:
✓Cada via metabólica tem uma função
Para que serve na célula?
✓Cada via metabólica tem sua regulação
Como é ligada e desligada?
✓Cada via metabólica tem suas conexões
Com que outras vias se conecta?
Mapa 
metabólico 
v
v
Tipos de metabolismo
 Energético: fornece e armazena energia.
✓ Glicose (participa da respiração celular) produzindo
energia na forma de ATP.
✓ Lipídios e carboidratos também participam do
metabolismo energético.
 Plástico ou de Construção
✓ Relacionado à formação de novas células gerando
crescimento ou renovação de tecidos.
✓ As proteínas e os lipídios atuam nesse metabolismo
(membranas celulares são lipoprotéicas).
 Metabolismo de controle.
✓ O DNA controla todas as atividades celulares e também
produz o RNA, o qual produz as proteínas, como as
enzimas, que aceleram as reações do metabolismo.
Conjunto altamente organizado e complexo de
reações bioquímicas, catalisadas e reguladas por
enzimas.
Estas reações se organizam em sequências
enzimáticas denominadas VIAS METABÓLICAS.
O metabolismo celular, apesar de ser muito
complexo, possui vias metabólicas centrais.
Metabolismo Celular
Ti
p
o
s 
d
e
 V
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M
et
ab
ó
lic
a
s
S B C D P
Substrato 
Inicial
Intermediários Metabólicos Produto 
Final
B
S
C
D
P
E
Substrato Inicial
Intermediários
Metabólicos
Produto 
Final
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Algumas vias metabólicas centrais:
❖ Glicólise - oxidação da glicose para obter ATP;
❖ Ciclo de Krebs - oxidação do acetil-CoA para obter energia;
❖ Fosforilação oxidativa - síntese de ATP a partir da energia
liberada pelo transporte de elétrons na cadeia respiratória;
❖ Via das pentoses-fosfato - síntese de pentoses e obtenção
de poder redutor para reações anabólicas.
❖ Ciclo da uréia - eliminação de NH4
+ sob formas menos
tóxicas;
❖ -oxidação dos ácidos graxos - transformação de ácidos
graxos em acetil-CoA, para utilização no ciclo de Krebs;
❖ Gliconeogênese - síntese de glicose a partir de moléculas
mais pequenas, para utilização no cérebro.
Vias Metabólicas Organização em vias metabólicas
As vias consistem numa sequência de passos catalisados por
enzimas;
Enzimas podem encontra-se separadas ou formar complexos
multienzimáticos ou formar sistemas associados a membranas.
Enzimas Separadas
Complexo multienzimático
Sistema ligado
à membrana
As vias metabólicas são reguladas em 3 níveis:
1- Controle alostérico reversível: Ex: A primeira reação de
muitas vias de biossíntese sofre inibição alostérica pelo último
produto da via;
2- Regulação hormonal: coordenam as relações metabólicas
entre tecidos diferentes;
3- Controle da velocidade de uma dada reação enzimática pela
regulação da concentração celular da enzima responsável pela
mesma: Em qualquer tempo, a concentração de uma enzima é
o resultado de um equilíbrio entre a sua velocidade de síntese
e sua velocidade de degradação.
Regulação do Metabolismo
S
C
D
R
Enzima 3
Enzima 2
Enzima 1
Enzima 6
Enzima 5
D
Q
Enzima 4
Síntese e degradação de
uma molécula não pode
ocorrer
simultaneamente numa
mesma célula ou tecido;
Para que as rotas sejam
controladas devem
utilizar enzimas distintas
e compartimentos
celulares diferentes.
Outra 
rota
metabólica
Compartimento A
Compartimento B
PP
Regulação do Metabolismo
➢Rotas oxidativas de substratos energéticos;
➢Rotas de armazenamento e mobilização de 
substratos energéticos;
➢Rotas biossintéticas;
➢Rotas de detoxificação e excreção de resíduos.
Rotas Metabólicas Termodinâmica
Energia
(Calor)
Trabalho
(movimento)
Máquina à vapor
Leis:
1ª Lei:
Princípio da conservação da
energia:
A energia não pode ser criada
nem destruída. Pode somente
mudar a forma ou o local em que
ela se apresenta
2ª Lei:
Princípio da “desordem
crescente”
Nos processos espontâneos há
uma tendência a aumentar o
grau de desordem. o universo
sempre tende para a desordem
crescente: em todos os
processos, naturais a entropia
do universo aumenta.
“Termodinâmica é o conjunto de princípios 
que regem as transformações de energia”
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Anabolismo e catabolismo
A energia utilizada pelo o ser humano para manter suas
atividades celulares, provém da modificação das moléculas
celulares. Esse processo nos chamamos de metabolismo.
Reações de síntese: São aquelas onde partículas simples são
unidas, para forma compostos mais complexos.
As reações onde as moléculas de aminoácidos se unem para
forma as proteínas é uma reação de anabolismo.
Reações de degradação: São aquelas que partículas mas
complexas são quebradas e transformada em compostos
simples.
As reações de degradação que ocorre na molécula de
glicogênio para forma a glicose é uma reação catabólica.
Metabolismo Celular
Catabolismo Anabolismo
Energia
Energia
Reações endergônicas e exergônicas
➢ A reação química é mudança em que um ou mais
compostos químicos, os reagentes, formam novos
tipos de compostos, os produtos.
➢ Reações endergônicas: São aquelas que a
quantidade de energia presente nas ligações
químicas do produto, são maiores que as do
reagente.
➢ Reações exergônicas: São aquelas que a
quantidade de energia presentes nas ligações
químicas dos reagente é maior do que as do
produto .
Mas seria muito complicado pra célula se ela usasse diretamente essas
fontes para conseguir energia, pois precisariam de muitas enzimas em seu
interior para poder quebrar as moléculas desses compostos e transformar
em energia. As células, sozinhas, teriam que ter uma quantidade enorme
de enzimas pra isso e seria um processo lento demais pra quantidade de
energia que as células precisam.
O que elas fazem então?
Elas convertem a energia presente nessas moléculas de carboidratos, assim
como proteínas e lipídios, em um único tipo de molécula de energia,
chamada de ATP.
Dessa forma, ao invés de ter de lidar com vários tipos de moléculas como
carboidratos, proteínas e lipídios, a célula lida só com uma, que é a ATP.
Ou seja, a função da Respiração Celular é transformar energia contida em
compostos orgânicos em ATP para este fornecer energia para a célula.
Nos alimentamos diariamente de inúmeros compostos orgânicos 
como:
• Carboidratos
• Proteínas
• Lipídios
Que podem servir como fonte
de energia para as células.
Catabolismo X Anabolismo
✓Catabolismo é a fase de
degradação do
metabolismo em que
moléculas orgânicas de
nutrientes (carboidratos,
gorduras e proteínas) são
convertidos em moléculas
menores e mais simples:
produtos (como o ácido
láctico, CO2, NH3).
✓As vias Catabólicas
liberam energia. Parte
dessa energia é
aprisionada:
•na molécula de ATP
•nos transportadores de
elétrons (NADH, NADPH e
FADH2),
•o restante é perdida
como calor.
✓No anabolismo
(biossíntese) moléculas
complexas (lipídios,
polissacarídeos,
proteínas, ácidos
nucléicos) são
produzidos à partir de
precursores simples ;
✓As reações anabólicas
exigem uma entrada
de energia, geralmente
sob a forma :
❖ das ligações
fosfoanidrido do ATP
❖ do poder redutor do
NADH, NADPH e
FADH2
Macromoléculas
•Proteínas
•Polissacarídeos
•Lipídeos
•Ácidos nucléicos
A
n
ab
o
lis
m
o
C
atab
o
lism
o
Nutrientes
•Carboidratos
•Gorduras
•Proteínas
Energia 
química
Produtos 
finais
•CO2
•H2O
•NH3
Moléculas
Precurssoras
•Aminoácidos
•Açúcares
•Ácidos graxos
•Bases nitrogenadas
As fases catabólicas e anabólicas do metabolismo 
energético
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Como a energia é armazenada na célula?
Nas ligações fosfato da molécula de ATP.
ATP
➢ATP = Adenosina trifosfato
➢Armazena nasligações fosfatos a energia liberada
na quebra da glicose.
➢Quando a célula precisa de energia para realizar
alguma reação química, as ligações entre os
fosfatos são quebradas, energia é liberada e
utilizada no metabolismo celular.
ATP – um carreador de grupamentos fosfato e de 
energia quimica
Via glicolítica
Fosforilação 
oxidativa
Biossínteses
Formação de gradientes (transporte)
Movimentação celular
Glicose
Piruvato
O2 + H+ + e-
H2O
ATP 
ADP + Pi
Fosforilações
Estrutura do Trifosfato de adenosina (ATP)
P
P
Ribose
Base
P
ATP
Pensando simples
Vias exergônicas
(oxidações)
Vias endergônicas
Como sistema ATP—ADP funciona 
Quantidade
de
Energia
Contida na 
molécula
P
fosfato
P
P
Ribose
Base
ADP
a
b
P
P
Ribose
Base
P
ATP
g
a
b
Quando o fosfato se liga ao ADP absorve 
grande quantidade de energia, que fica 
armazenada na forma de uma ligação de 
alta energia ( )
Quando a ligação é 
quebrada essa energia é liberada
Energia
Adenina
Pentose
Fosfato
A
NUCLEOSÍDEO
NUCLEOTÍDEO = AMP 
(Adenosina Monofosfato)
ADP (Adenosina 
Difosfato)
ATP (Adenosina 
Trifosfato)
AMP , ADP & ATP Aceptores intermediários de H
➢NAD (nicotinamida-adenina-dinucleotídeo);
➢FAD (flavina-adenina-dinucleotídeo)
São aceptores intermediários de hidrogênio,
ligando-se a prótons H+ “produzidos” durante
as etapas da respiração e cedendo-os para o
oxigênio, que é o aceptor final de hidrogênios.
Diferença entre NAD e FAD = quantidade de ATP que pode
ser produzida através de cada um / NAD = 3 moléculas / FAD
= 2 moléculas
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NAD
FAD
REDUÇÃO
FAD
NAD
OXIDAÇÃO
H
REDUÇÃO
H
Quando examinamos uma molécula ou grupamento químico:
✓Oxigênio é um indicador de oxidação
✓Hidrogênio é um indicador de redução
O NAD+ e FAD+ recolhem elétrons libertados no catabolismo;
Catabolismo é oxidativo – substratos perdem H+;
Anabolismo é redutivo - o NADPH e FADH fornecem elétrons para os processos
anabólicos.
H + H
H2
Um exemplo de reação redox
Lactato
(álcool)
Piruvato
(cetona)
Lactato desidrogenase
❖ Oxidação do lactato a piruvato:
✓Desidrogenação:
dois elétrons e dois íons de hidrogênio (o equivalente a dois átomos
de hidrogênio) são removidos do C-2 de lactato, um álcool, para
formar piruvato, uma cetona.
✓Nas células a reação é catalisada pela enzima lactato desidrogenase e os
elétrons são transferidos para um cofator chamado nicotinamida adenina
dinucleotídeo (NAD+).
NAD (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo)
H+
●¯ + H+
❖ Composto orgânico, forma ativa da coenzima B3;
❖ Encontrado nas células dos seres vivos;
❖ Transportador de elétrons nas reações metabólicas de oxirredução;
❖ Importante papel na produção de energia para a célula.
NADH e NADPH - transportadores solúveis de elétrons
No NADP este grupo 
hidroxila
é esterificado com fosfato
P
P
Ribose
Base
Base
P
Fórmula esquemática 
do NAD(P)+
+
NAD+
(NAD oxidado) NADH
(NAD reduzido)
nicotinamida
adenina
✓Capacidade de se oxidar e se reduzir
✓A nicotinamida é o grupamento funcional
✓Incorpora um íon hidreto (H2
-)
Ribose
Funções do NAD e do NADP
NAD → oxidação de 
combustíveis
NADP → biossíntese
Via glicolítica
Ciclo de Krebs
Oxidação de 
ácidos graxos Cadeia de 
transporte de 
elétronsNAD+
NADH
O2
H2O
Biossíntese 
de lipídeos
Outras 
biossínteses
Via das 
pentoses
NADPH
NADP+
Glicose (C6)
Pentose (C5)
Vias Anabólicas
Vias Catabólicas
Outras vias 
oxidativas
Deficiência em niacina causa a Pelagra
✓Pelagra – do italiano “pele áspera”
✓Sintomas (3 Ds)
•Dermatite
•Diarréia
•Demência
✓Nos EUA entre 1912 e 1916, 100.000 
pessoas foram afligidas pela pelagra, 
ocorreram 10.000 mortes
✓Em 1920 Joseph Goldberguer
mostrou que a pelagra era dívida à 
uma deficiência nutricional
✓Em 1937 um grupo de pesquisadores 
identificou a niacina como agente 
curativo para essa doença 
✓O ácido nicotínico foi produzido pela 
primeira vez em laboratório à pratir da 
nicotina, daí seu nome.
✓Mas a ingestão de nicotina não tem 
nenhum efeito curativo sobre a pelagra
Niacina
(ácido nicotínico)
Nicotinamida
Nicotina
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FAD (Flavina Adenina Dinucleotídeo)
H+
H+
❖ Composto orgânico, forma ativa da coenzima B2;
❖ Capazes de aceitar reversivelmente 2 átomos de H+, formando FADH2;
❖ Ligadas fortemente a flavoenzimas que catalisam oxidação ou redução de um
substrato.
FAD e FMN
transportadores de elétrons associados à proteínas
Isoaloxazina (flavina)
FADH• (FMNH• )
(Semiquinona)
FADH2 (FMNH2)
(Totalmente reduzido)
FMN
FAD
Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) e
Flavina mononucleotídeo (FMN)
P
P
Ribose
R
ib
o
s
e
Base
Base
P
R
ib
o
s
e
Base
Pensando simples
FAD
FMN
✓Capacidade de 
oxirredução
✓Flavina é o 
grupamento 
funcional
✓Incorpora H2
1-Moléculas complexas são
quebrados até a formação
de seus blocos constituintes.
2- Oxidação das unidades
monoméricas até a formação
de ACETIL- CoA
3-Formação de ATP, NADH e
FADH2 a partir de ACETIL-
CoA
4- Síntese de ATP a partir de
NADH e FADH2
glicose
Ácidos graxos
aminoácidos
Ciclo de 
krebs
Cadeia 
transportadora de 
elétrons
Fase 1 da 
respiração
Oxidação de 
substratos 
energéticos
Fase 2 da 
respiração
Produção de ATP a 
partir da 
fosforilação 
oxidativa
Respiração Celular
 Processo pelo qual a glicose é degradada
em CO2 e H2O na presença de oxigênio.
 Rendimento → 38 ATPs por molécula de
glicose quebrada.
 Daqui pra frente, é um resumão do que
será mostrado de forma mais detalhada
nas próximas aulas, ok.
Glicólise (Citosol)
Ciclo de Krebs ou Ciclo do ácido 
cítrico ou Ciclo do ácido 
tricarboxílico 
(Mitocôndria)
Cadeia transportadora de 
elétrons e Fosforilação oxidativa
(Mitocôndria)
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ETAPAS DA RESPIRAÇÃO NA MITOCÔNDRIA Respiração Celular
 Fases:
✓ Anaeróbia (glicólise): não necessita de
oxigênio para ocorrer e é realizada no
citoplasma.
✓ Aeróbia (ciclo de Krebs e cadeia
transportadora de elétrons): requer a
presença de oxigênio e ocorre dentro das
mitocôndrias.
Respiração Celular
 Equação geral:
C6H12O6 + 6O2→ 6CO2 + 6H2O + 38 ATP
Mitocôndria
 Formada por 2 membranas.
 Membrana externa é lisa e controla a
entrada/saída de substancias da organela.
 Membrana interna contém inúmeras pregas
chamadas cristas mitocondriais, onde ocorre a
cadeia transportadora de elétrons.
 Cavidade interna é preenchida por uma matriz
viscosa, onde podemos encontrar várias
enzimas envolvidas com a respiração celular,
DNA, RNA e pequenos ribossomos. É nessa
matriz mitocondrial que ocorre o ciclo de Krebs.
Mitocôndria Glicose - proveniente da dieta ou produção endógena é
degradada pelo organismo com o principal propósito de
liberar energia.
Glicólise aeróbica: é a degradação da glicose na presença de
O2, produto final o piruvato que é transportado para
dentro da mitocôndria para completar sua oxidação até
CO2 e H2, ativando o ciclo de krebs e a cadeia
respiratória.
Glicólise anaeróbica: degradação da glicose sem a
necessidade de O2, produto final ácido lático.
Utilizada quando exercícios rigorosos são realizados.
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É a sequência metabólica de várias reações
enzimáticas, na qual a glicose é oxidada
produzindo:
2 moléculas de Ácido Pirúvico (Piruvato)
2 moléculas de ATP
2 equivalentes reduzidos de NAD+,
que serão introduzidos na cadeia respiratória ou na
fermentação.
GLICÓLISE
glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi
2 NADH + 2 ácido pirúvico + 2 ATP + 2 H2O
Funções da Via Glicolítica
➢ Transformar glicose em piruvato.
➢ Sintetizar ATP com ou sem oxigênio.
➢ Preparar a glicose para ser degradada totalmente em CO2
e H2O.
➢ Permitir a degradação parcial da glicose em anaerobiose.
➢ Alguns intermediários são utilizados em diversos 
processos biossintéticos.
Ciclo de Krebs
 Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico.
 Mentor: Hans Adolf Krebs, 1953.
 Local: matriz mitocondrial
 Procedimento:
◦ Piruvato→ acetil: liberação de CO2 e H.
◦ Acetil → Acetil-coenzima A (acetil-CoA) : entra no ciclo
de Krebs.
◦ Ciclo de Krebs: liberação de CO2, ATP, NADH, FADH2
 Obs.: todo o gás carbônico liberado na respiração provém
da formação do acetil e do ciclo de Krebs.
 Todo carbono responsável pela formação do acetilCoA é
degradado em CO2 que é então liberado pela célula, caindo
na corrente sanguínea.
Ciclo de Krebs
 São liberados vários hidrogênios, que são
então capturados pelos NAD e FAD,
transformando-se em NADH e FADH2.
 Ocorre também liberação de energia
resultando na formação de ATP.
Cadeia respiratória
 Função: formação de ATP
 Local: crista mitocondrial
 Procedimento:
Fosforilação oxidativa: transferência de
hidrogênios pelos citocromos, formando
ATP e tendo como aceptor final o oxigênio e
a formação de água
 Obs.: O rendimento energético para cada
molécula de glicose é de 38 moléculas de
ATP.
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Glossário – responder no caderno!!!
1) Defina os seguintes termos: metabolismo, catabolismo,
anabolismo, reações endergônicas e exergônicas, reações de
oxidação e redução.
Metabolismo:
Catabolismo:
Anabolismo:
Reações exergônicas:
Reações endergônicas:
Reações de oxidação:
Reações de redução:
Reações de oxidação-redução:
Estudo Dirigido
1) De que forma as reações do catabolismo e do anabolismo estão
relacionadas?
2) Como a energia fica armazenada na molécula do ATP? (Que tipo de
energia é essa: térmica, mecânica, química, elétrica?)
3) Qual a função do NAD+? Que outra molécula tem a mesma função que o
NAD+ nos organismos vivos?
4) O que é metabolismo aeróbico? E anaeróbico?
5) Descreva a morfologia da mitocôndria, dizendo qual é o papel dela na
célula e cite exemplo de célula que não contém mitocôndria:
6) O que é glicólise? Quais são os produtos obtidos ao final da glicólise? Em
que local da célula ocorre a glicólise?
7) O que ocorre na primeira etapa da glicólise? E na segunda?
8) Como é regulada a via glicolítica?
9) Qual o destino do piruvato em anaerobiose? E qual a importância dessa
transformação?
REFERÊNCIAS
1. DEVLIN, T.M. Manual de bioquímica com correlações 
clínicas. 7. ed. São Paulo: Blücher, 2011. 
2. MOTTA, V.T. Bioquímica. 2. ed. Rio de Janeiro: 
MedBook, 2011
3. NELSON, D.L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de 
Lehninger. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2019. 
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