Metabolismo e Glicólise

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Prof. Valéria S Tanasov 
 
METABOLISMO 
 
Metabolismo é a soma total das reações químicas, envolvendo as biomoléculas. Pode ser 
dividido em: 
Catabolismo é quebra de moléculas grandes, liberando energia e transferindo elétrons 
para aceptores (oxidativo). Algumas características do catabolismo são: 
- ocorre em estágios; 
- libera energia (processo espontâneo); 
- requer coenzimas (formas oxidadas). 
O catabolismo por liberar energia é também chamado de processo exergônico, por 
exemplo a quebra da molécula de ATP com formação de um grupo fosfato e uma 
molécula de ADP. Quando ocorre o catabolismo dizemos que o sistema liberou energia e 
representamos da seguinte maneira (ΔG < 0). 
 
Anabolismo é a reação de moléculas pequenas para formar moléculas maiores, requer 
energia e envolve captação de elétrons a partir de uma variedade de doadores (redutivo). 
Assim, algumas características do anabolismo são: 
- ocorre em estágios; 
- requer energia (processo não-espontâneo); 
- requer coenzimas (formas reduzidas). 
O anabolismo por requerer energia é também chamado de processo endergônico, por 
exemplo a reação de fosforilação do ADP para fornecer ATP. 
 
O catabolismo e o anabolismo são vias separadas, não são simples reversão uma da outra. 
 
Para o entendimento das vias metabólicas, é necessário entender alguns conceitos, 
resumidos a seguir. 
 
Oxidação e redução 
Reações também chamadas redox em que os elétrons são transferidos de um doador 
(agente redutor) para um aceptor (agente oxidante). 
Oxidação é a perda de elétrons. 
Redução é o ganho de elétrons. 
 
Enzimas 
Nos processos metabólicos, seis classes principais catalisam as reações enzimáticas: 
1. oxidos redutases  óxido redução; 
2. transferases  transferência de grupos; 
3. hidrolases  hidrólise; 
4. liases  adição de grupos a duplas ligações ou remoção de grupos, deixando dupla 
ligação; 
5. isomerases  rearranjos intramoleculares; 
6. ligases  condensação de duas moléculas, associada ao consumo de ATP. 
 
 
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Coenzimas 
 
As coenzimas são substâncias não proteicas, geralmente vitaminas, e seus derivados 
participam das reações enzimáticas, sendo regeneradas para uso futuro. As mais 
importantes são: 
 
1. NADH: dinucleotídeo de nicotinamida adenina. A porção nicotinamida é derivada do 
ácido nicotínico, niacina, uma das vitaminas do complexo B. Pode apresentar-se sob dois 
estados: 
NADH – forma reduzida; 
NAD+ - forma oxidada. 
 
2. NADPH dinucleotídeo de nicotinamida adenina, porém contém um grupo fosfato 
adicional. Pode apresentar-se sob dois estados: 
NADPH – forma reduzida; 
NADP+ - forma oxidada. 
 
3. FADH2 dinucleotídeo de flavina adenina. A porção flavina é derivada da vitamina B2 
- riboflavina. Pode apresentar-se como: 
FADH2 – forma reduzida; 
FAD – forma oxidada. 
 
4. CoA (Coenzima A): uma porção derivada da adenosina com grupo fosfato mais um 
derivado da vitamina do ácido pantotênico e um grupo tiol CoA- SH. 
 
Papel das coenzimas: 
 
Ativação: formação de uma substância mais reativa. Por exemplo: 
X = metabólito 
 
X + coenzima  Xcoenzima (etapa de ativação) 
Xcoenzima + Y  XY + Coenzima 
 
 
 
ACOPLAMENTO ENTRE PRODUÇÃO E USO DE ENERGIA 
 
O acoplamento entre reações, que produzem energia, com as reações que requerem 
energia, é uma característica central do metabolismo de todos os organismos. 
 
ADP(difosfato de adenosina)  ATP (trifosfato de adenosina) 
Fosforilação requer energia que é fornecida pela oxidação dos nutrientes. 
 
ATP (trifosfato de adenosina)  ADP (difosfato de adenosina) 
Hidrólise: liberação de energia (ocorre quando é necessário). 
 
 
 
 
 
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GLICÓLISE 
 
Definição: É a conversão da molécula de glicose (6C) a duas moléculas de piruvato (3C). 
Ocorre no citoplasma das células eucarióticas. 
 
Passos da Glicólise: 
 Mg 2+ 
1. Fosforilação: glicose + ATP glicose-6-fosfato + ADP 
Enzima: hexoquinase. 
 
 
2. Isomerização: glicose-6-fosfato frutose-6-fosfato 
Enzima: glicosefosfatoisomerase. 
 
 Mg 2+ 
3. Fosforilação: frutose-6-fosfato + ATP frutose-1,6-bisfosfato + ADP 
Enzima: fosfofrutoquinase (principal enzima para controle da glicólise). 
Aumento de ATP: diminui a velocidade da reação 
Diminuição de ATP: aumenta a velocidade da reação. 
 
 
4. Quebra da molécula: frutose-1,6-bisfosfato gliceraldeído-3-fosfato + 
Enzima:aldolase. diidroxiacetona fosfato 
 
 
5. Isomerização: diidroxiacetona fosfato gliceraldeído-3-fosfato 
Enzima: triosefosfatoisomerase. 
 
 
6. Oxidação e fosforilação: 
gliceraldeído-3-fosfato + NAD+ + Pi 1,3-bisfosfoglicerato + NADH + H+ 
Enzima: gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase (reação característica da glicólise). 
 
 Mg 2+ 
7. Transferência: 1,3-bisfosfoglicerato + ADP 3-fosfoglicerato + ATP 
Enzima: fosfoglicerato-quinase. 
 
 Mg 2+ 
8. Isomerização: 3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato 
Enzima: fosfogliceromutase. 
 
 Mg 2+ 
9. Desidratação: 2-fosfoglicerato fosfoenolpiruvato (PEP) + H2O 
Enzima: enolase. 
 
 
10. Transferência: fosfoenolpiruvato + ADP piruvato + ATP 
Enzima: piruvatoquinase. 
 
 
 
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Enzimas: apresentam terminologia que indica sua função química. 
 
 Quinases: transferem um grupo fosfato do ATP para o substrato. 
 Mutases: transferem um grupo fosfato de um lugar para outro na mesma molécula. 
 Isomerases: resultam na formação de um isômero do substrato. 
 Desidrogenases: envolvem a retirada de H+ na reação. 
 
 
Metabolismo aeróbico: 
 
Glicólise aeróbica: Após a formação do piruvato, ocorre a perda de dióxido de carbono, 
e os dois átomos de carbono restantes são ligados à Coenzima A, como um grupo acetil 
para formar Acetil – CoA. A molécula de Acetil-CoA, por sua vez, fica disponível para 
outras vias metabólicas, como o ciclo de Krebs e a Cadeia Respiratória que exige a 
presença do O2. 
 
 
 
Metabolismo anaeróbico: 
 
Glicólise anaeróbica: o piruvato é reduzido a lactato (realizado, por exemplo, nas fibras 
musculares). 
Piruvato + NADH + H+ lactato + NAD+ 
Enzima: lactato-desidrogenase (LDH). 
 
 
OUTRAS VIAS METABÓLICAS RELACIONADAS À GLICOSE 
 
Gliconeogênese 
 
Definição: Conversão de piruvato em glicose. Não ocorre exatamente de maneira inversa 
a glicólise, porque esta apresenta reações irreversíveis, o que exige a participação de 
enzimas diferentes na gliconeogênese. Assim, a gliconeogênese ocorre na seguinte 
sequência de reações 
 
Piruvato  oxaloacetato  fosfoenolpiruvato  2 fosfoglicerato  
3-fosfoglicerato  1,3-bisfosfoglicerato  gliceraldeído-3-fosfato  frutose-1,6- 
bisfosfato  frutose-6-fosfato  glicose-6-fosfato  glicose 
 
 
Ciclo de Cori 
 
O lactato produzido nos músculos pela glicólise é transportado pelo sangue até o fígado. 
No fígado, a gliconeogênese converte o lactato novamente em glicose, que pode ser 
transportada de volta aos músculos pelo sangue. Lá, a glicose pode ser estocada como 
glicogênio até que este seja degradado pela glicogenólise. 
 
 
 
Prof. Valéria S TanasovSíntese e Degradação do Glicogênio 
 
O Glicogênio é um polímero constituído de glicose encontrado no fígado e nos músculos 
principalmente. 
 
No fígado: glicogênio  glicose-6-fosfato  glicose  sangue. 
No músculo: glicogênio  glicose-6-fosfato  via glicolítica. 
 
Formação do glicogênio a partir da glicose 
 
Para ocorrer a formação de glicogênio, é necessário energia que é obtida da hidrólise de 
um nucleotídeo trifosfato (UTP-trifosfato de uridina). A síntese do glicogênio apresenta 
um gasto de 2 ATP para cada molécula de glicose que é incorporada à molécula de 
glicogênio. 
 
 
Etapas 
 
1. Glicose + ATP Glicose-6-fosfato + ADP + H+ 
 
2. Glicose-6-fosfato glicose-1-fosfato 
 
3. Glicose-1-fosfato + UTP difosfato de uridina glicose + pirofosfato 
 (UDP-glicose ou UDPG) (PPi) 
 
 
 
A UDP-glicose é adicionada à cadeia crescente de glicogênio por ação da enzima 
glicogênio-sintase para ligações  (14), e a enzima ramificadora, para ligações  
(16). A enzima ramificadora transfere um segmento de mais ou menos sete resíduos 
de comprimento do final da cadeia crescente para o ponto de ramificação, onde ela 
catalisa a formação da ligação glicosídica necessária. Cada segmento transferido deve vir 
de uma cadeia de, no mínimo, 11 resíduos de comprimento, e cada novo ponto de 
ramificação deve estar, no mínimo, a quatro resíduos de distância do ponto mais próximo 
de ramificação existente. 
 
A cadeia inicial de glicogênio é formada a partir da hidroxila de uma tirosina específica 
da proteína glicogenina. O resíduo de glicose é ligado a essa hidroxila e recebe 
sucessivamente outros resíduos de glicose. 
 
 
Degradação do Glicogênio 
 
A degradação do glicogênio se dá quando a célula necessita de energia e ocorre nas 
seguintes etapas: 
 
Fosforólise: 
Glicogênio + Pi Glicose-1-fosfato + restante do glicogênio 
Enzima: glicogêniofosforilase - cliva ligações  (14) 
 
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Isomerização: 
Glicose-1-fosfato glicose-6-fosfato 
Enzima: fosfoglicomutase 
 
Desramificação: 
Tem como objetivo hidrolisar as ligações glicosídicas dos resíduos de glicose nos pontos 
ramificados da estrutura do glicogênio. Envolve a transferência de um “ramo limite”. 
Enzima desramificadora – cliva ligações  (16) 
Obs: Ramo limite – três resíduos de glicose são transferidos para outra ramificação 
(enzima desramificadora). 
 
Quando a glicose-6-fosfato vem da degradação do glicogênio e segue a via glicolítica, há 
um rendimento aumentado de ATP, nesse caso a glicólise forma 3 ATPs. 
 
 
Controle do metabolismo do glicogênio 
 
Síntese e degradação não podem ocorrer simultaneamente. 
 
Enzima glicogeniofosforilase: controle alostérico 
Diminuição de ATP aumenta a ação enzimática  há degradação de glicogênio 
Aumento de ATP diminui a ação enzimática não há degradação de glicogênio 
 
Enzima glicogeniosintase: controle alostérico 
Diminuição de ATP diminui a ação enzimática não há formação de glicogênio 
Aumento de ATP  aumenta a ação enzimática  há formação de glicogênio. 
 
 
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO ou CICLO DE KREBS 
 
 
Definição: Sequência de reações químicas com liberação de CO2 e formação de NADH 
e FADH2. 
 
Aspectos gerais: 
O ciclo envolve quatro reações de oxidação. O NAD é o agente oxidante em três reações, 
e o FAD é o agente oxidante em uma reação. 
 
A reação de conversão do succinato em fumarato ocorre na membrana mitocondrial 
interna, as demais ocorrem na matriz mitocondrial, nas células eucarióticas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Reação intermediária entre a glicólise e o ciclo do ácido cítrico – Conversão de 
piruvato a Acetil-CoA 
 
 
O complexo da piruvato desidrogenase (três enzimas responsáveis – localizadas nas 
mitocôndrias dos eucariontes e no citosol dos procariontes) promove a oxidação do 
piruvato para liberar Acetil-CoA e CO2. 
Piruvato  Acetil CoA + NADH + CO2 
 
Cinco coenzimas participam desse processo, sendo todas elas derivadas de vitaminas. 
 
A reação é de descarboxilação oxidativa – um grupo carboxila é removido do piruvato na 
forma de uma molécula de CO2. Dois carbonos tornam-se o grupo acetila do Acetil-CoA. 
O NAD é reduzido a NADH. 
 
Enzimas: o complexo da piruvato desidrogenase envolve três enzimas: 
- Piruvato desidrogenase (TPP); 
- Diidrolipoil transacetilase (lipoato, CoA); 
- Diidrolipoil desidrogenase (FAD, NAD). 
 
Coenzimas: 
- Tiamina pirofosfato (TPP) - une-se covalentemente ao acetil; 
- Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) – transporta elétrons; 
- Coenzima A (Co A) – grupo reativo SH – transporta grupos acetila; 
- Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) – transporta elétrons; 
- Lipoato – pode agir como agente oxidante ou pode participar da formação de uma 
ligação tioéster com o grupo acetila, antes de ser transferido à CoA. 
 
Observação: A deficiência em tiamina provoca a impossibilidade de oxidar o piruvato, 
diminuindo a produção de energia principalmente no cérebro, onde a fonte de energia é a 
oxidação aeróbica da glicose. A beribéri é a consequência com perda de funções neurais. 
Uma alimentação baseada em arroz branco (sem casca) e álcool em excesso contribuem 
para essa carência. 
 
 
REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO 
 
1. Condensação: 
Oxaloacetato + Acetil CoA + H2O  citrato + CoA – SH 
Enzima: citratosintase (alostérica – ponto de controle do metabolismo). 
 
2. Isomerização: 
Citrato  isocitrato 
Enzima: aconitase. 
 
3. Oxidação: 
Isocitrato + NAD+   cetoglutarato + CO2 + NADH + H+ 
Enzima: isocitratodesidrogenase. 
 
 
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4. Oxidação: 
 cetoglutarato + NAD+ + CoA-SH  succinil – CoA + CO2 + NADH + H+ 
Enzima:  cetoglutaratodesidrogenase. 
 
5. Hidrólise e fosforilação: 
Succinil – CoA + GDP + Pi  succinato + GTP + CoA – SH 
Enzima: succinil-CoA-sintetase. 
 
6. Oxidação: 
Succinato + FAD  fumarato + FADH2 
Enzima: succinato desidrogenase. 
 
7. Hidratação: 
Fumarato + H2O  malato 
Enzima: fumarase. 
 
8. Oxidação: 
Malato + NAD+  oxaloacetato + NADH + H+ 
Enzima: malatodesidrogenase 
 
 
Observações sobre o Ciclo de Krebs: 
 
- A via metabólica do Ciclo é anfibólica, quer dizer, serve para processos catabólicos e 
anabólicos; 
- Alguns produtos intermediários das reações são precursores de aminoácidos; 
- A Biotina é a vitamina que atua nas reações de descarboxilação, por isso pode ocorrer 
a carência em pessoas que consomem muito ovo cru, pois a ovidina, que é uma 
proteína presente no ovo, causa a diminuição da absorção da vitamina. 
 
 
CADEIA RESPIRATÓRIA - 
TRANSPORTE DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
 
A cadeia respiratória envolve dois processos: o transporte de elétrons e a fosforilação 
oxidativa. 
 
O ATP é gerado como resultado do transporte de elétrons ao longo da membrana interna 
da mitocôndria, acoplado à fosforilação oxidativa do ADP, obtendo-se ATP. 
 
O resultado do transporte de elétrons é que eles se combinam com o O2 e formam 2H2O. 
Assim, O2 é o aceptor final de elétrons. 
 
 
 
 
 
 
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TRANSPORTE DE ELÉTRONS NO METABOLISMO 
 
A cadeia transportadora de elétrons conduz a um bombeamento de prótons (íons 
hidrogênio) através da membrana mitocondrial interna, criando um gradiente de pH que 
proporciona a base do mecanismo de acoplamento. 
 
Transporte de elétrons (oxidoredução)Fosforilação 
oxidativa (ADP é fosforilado, obtendo-se ATP). 
 
O transporte ocorre porque moléculas de NADH e de FADH2 transferem os elétrons para 
o oxigênio. Essas moléculas são oxidadas a NAD e FAD e são reutilizadas. O Oxigênio 
forma 2H2O, completando o processo de oxidação da glicose formando CO2 e H2O. 
 
Visão geral  O NADH e o FADH2 transferem os elétrons à coenzima Q, ubiquinona. 
Os elétrons passam da coenzima Q a uma série de proteínas denominadas citocromos 
(macromoléculas encontradas na membrana da mitocôndria) e finalmente ao O2. Cada 
NADH forma 2,5 ATPs e cada FADH2 forma 1,5 ATP. 
 
 
Esquema geral da cadeia respiratória 
 
 NADH FADH2 
 
 
 CoQ – coenzima Q - Ubiquinona 
 
 
 
 Citocromos 
 
 
 
 O2 2H2O 
 
 
 
 
ACOPLAMENTO DA OXIDAÇÃO À FOSFORILAÇÃO 
 
 O bombeamento de prótons, que ocorre da matriz mitocondrial para o espaço 
intermembranoso da mitocôndria, promove uma diferença no gradiente de pH, que é 
responsável pelo acoplamento do transporte de elétrons à fosforilação. 
 
 O acoplamento ocorre em função da presença de um complexo proteico oligomérico 
que se projeta para dentro da matriz. A porção F1 desse complexo é o sítio da síntese de 
ATP. 
 
 O complexo oligomérico é chamado de ATP sintase ou ATPase mitocondrial, já que 
é responsável pela fosforilação e também pela hidrólise do ATP. 
conduz 
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Desacopladores 
 
Os desacopladores são substâncias que inibem a fosforilação do ADP sem afetar o 
transporte de elétrons (O2 é reduzido a H2O, mas não se produz ATP). 
Exemplos: antibióticos, como valinomicina e gramicidina A, que contêm 2, 4 diitrofenol. 
Observação: o tecido adiposo marrom contém uma proteína chamada termogenina que 
atua como desacoplador. Como consequência ocorre uma menor produção de ATP, mas 
uma maior liberação de calor pela célula. 
 
Inibidores 
 
São substâncias que bloqueiam a cadeia transportadora de elétrons. 
Exemplos: Barbiturados (amital), rotenona (inseticida), antibiótico antimicina A, 
cianetos, monóxido de carbono.