ANÁLISE-BIOENERGÉTICA-TEORIA-E-PRÁTICA-COM-ÊNFASE-EM-NUTRIÇÃO

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SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................... 4 
2 INTRODUÇÃO À BIOENERGÉTICA ................................................ 5 
2.1 Fontes de Energia ........................................................................... 6 
2.2 Aspectos Biofísicos da Bioenergética ............................................. 7 
3 O METABOLISMO ............................................................................ 9 
3.1 As vias metabólicas ....................................................................... 10 
3.2 Metabolismo: vias catabólicas e vias anabólicas .......................... 11 
3.3 Regulação do metabolismo ........................................................... 13 
3.4 Enzimas......................................................................................... 15 
3.5 A molécula de ATP ........................................................................ 15 
3.6 O NADPH transporta energia na forma de força redutora ............. 19 
4 GLICÓLISE ...................................................................................... 20 
4.1 Visão geral da geração de energia ................................................ 20 
4.2 A geração de energia bioquímica é um processo em dois estágios
 21 
4.3 Via glicolítica ................................................................................. 23 
5 O CICLO DE KREBS....................................................................... 32 
5.1 Funções do ciclo do ácido cítrico .................................................. 32 
5.2 Ciclo do ácido cítrico ..................................................................... 34 
6 FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA ........................................................ 39 
6.1 A transferência de elétrons ao longo da cadeia de transporte de 
elétrons .................................................................................................. 41 
6.2 Síntese de ATP ............................................................................. 44 
6.3 Saldo de ATP ................................................................................ 44 
6.4 Controle da síntese de ATP .......................................................... 45 
6.5 Inibidores da cadeia transportadora de elétrons ........................... 45 
6.6 Desacopladores da transferência de elétrons e termogênese ...... 46 
7 Metabolismo dos lipídeos ............................................................. 47 
 
3 
 
7.1 Degradação de Triacilgliceróis: (do depósito) ............................... 48 
7.2 Degradação de ácidos graxos ....................................................... 48 
7.3 Sistema utilizado para transporte de radicais acila ....................... 49 
7.4 β-Oxidação ou ciclo de Lynen ....................................................... 49 
7.5 Corpos cetônicos: Acetona, Acetoacetato, β-Hidroxibutirato ........ 52 
8 Metabolismo de proteínas ............................................................. 53 
8.1 Metabolismo dos aminoácidos e das proteínas............................. 54 
8.2 Transaminação e Desaminação .................................................... 57 
8.3 Síntese da ureia ............................................................................ 58 
8.4 Catabolismo da cadeia carbonada dos aminoácidos .................... 61 
9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................... 63 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 INTRODUÇÃO 
Prezado aluno! 
 
O Grupo Educacional FAVENI, esclarece que o material virtual é 
semelhante ao da sala de aula presencial. Em uma sala de aula, é raro – quase 
improvável - um aluno se levantar, interromper a exposição, dirigir-se ao 
professor e fazer uma pergunta, para que seja esclarecida uma dúvida sobre o 
tema tratado. O comum é que esse aluno faça a pergunta em voz alta para todos 
ouvirem e todos ouvirão a resposta. No espaço virtual, é a mesma coisa. Não 
hesite em perguntar, as perguntas poderão ser direcionadas ao protocolo de 
atendimento que serão respondidas em tempo hábil. 
Os cursos à distância exigem do aluno tempo e organização. No caso da 
nossa disciplina é preciso ter um horário destinado à leitura do texto base e à 
execução das avaliações propostas. A vantagem é que poderá reservar o dia da 
semana e a hora que lhe convier para isso. 
A organização é o quesito indispensável, porque há uma sequência a ser 
seguida e prazos definidos para as atividades. 
 
Bons estudos! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2 INTRODUÇÃO À BIOENERGÉTICA 
A bioenergética se refere ao estudo das transformações de energia que 
ocorrem nas células. Como as células são compostas por substâncias químicas, 
cada transformação realizada por elas, seguindo os princípios físico-químicos, 
obedece às leis da termodinâmica. Isso inclui transformações de energia em 
átomos, como a transferência de elétrons, e a formação de ligações químicas 
que geram compostos mais complexos. 
Para permanecer viva, a célula precisa obter energia e manter o equilíbrio. 
Para atingir esse objetivo, ela realiza diferentes tipos de trabalho, como o 
químico, exemplificado pela síntese proteica; o osmótico, representado pela 
regulação do conteúdo hídrico; e o mecânico, característico de alguns tipos 
celulares, como o trabalho de movimentação. 
Para obter energia e manter a vida, os organismos são interdependentes, 
tendo como origem inicial a energia derivada da luz solar. Essa interdependência 
permite a troca de energia entre os seres vivos e a matéria através do meio 
ambiente. A energia pode ser adquirida pelos nutrientes, que são alimentos 
fornecidos pela natureza e, após processados, podem gerar ATP. Por sua vez, 
os seres humanos, ao produzirem energia, geram calor que é compartilhado com 
o meio ambiente. Outro exemplo dessa interdependência é a necessidade da 
fotossíntese para a eliminação do excesso de dióxido de carbono produzido 
durante o metabolismo aeróbico. Durante a fotossíntese, o CO2 é consumido e, 
em troca, é produzido o oxigênio (GALANTE; ARAÚJO, 2019). 
De acordo com a maneira de obtenção de energia, os seres vivos podem 
ser classificados como: 
• Fototróficos: conseguem retirar a energia de que necessitam 
diretamente da luz solar; 
• Quimiotróficos: obtêm a sua energia pela oxidação de compostos 
encontrados no meio ambiente; 
 
6 
 
• Quimiolitotróficos: organismos quimiotróficos que conseguem oxidar 
compostos inorgânicos; 
• Quimiorganotróficos: seres vivos que conseguem oxidar compostos 
orgânicos. 
2.1 Fontes de Energia 
De acordo com as leis da física, a energia não pode ser criada do nada, 
apenas transformada de uma forma para outra. Sem energia, não é possível 
realizar trabalho; assim, se uma célula não dispõe de energia, ela perde suas 
funções vitais, o que pode levar à sua morte. Existem diversas fontes de energia, 
entre as quais se destacam: 
 
Fonte: Corsino, 2019. 
Essas moléculas que fornecem energia atuam em conjunto com enzimas, 
facilitando as interações moleculares necessárias para desempenhar diversas 
funções biológicas essenciais. Elas estão presentes em diferentes ciclos 
metabólicos, como o ciclo da ureia, o ciclo de Krebs e até mesmo em processos 
mais especializados, como o da rodopsina. 
O ATP é, sem dúvida, a molécula de energia mais importante, formando 
um sistema vital com o ADP para o transporte e armazenamento de energia. 
 
7 
 
Essa molécula é gerada por três processos principais que atuam como 
“produtores” de energia, contribuindo para a sua síntese: 
1. O sistema ATP-PC ou sistema de FOSFOGÊNIO; 
2. Glicólise anaeróbica; 
3. O sistema aeróbico. 
No ciclo de Krebs, os três processos principais de produção de energia 
aparecem de forma integrada. A energia liberada durante a quebra das 
substâncias alimentares, bemanimais, que, portanto, não conseguem utilizar a acetil-CoA como 
um precursor gliconeogênico. Nos animais, a oxidação peroxissômica é 
responsável pelo encurtamento de ácidos graxos muito longos (com mais de 20 
carbonos). Os ácidos graxos de cadeia longa entram nos peroxissomos sem a 
necessidade de carnitina e são convertidos em suas respectivas acil-CoA. A 
oxidação dessas acil-CoA longas é catalisada por uma acil-CoA oxidase, que 
reduz o oxigênio a água oxigenada, a qual é posteriormente decomposta em 
água e oxigênio pela ação da catalase. 
 
52 
 
7.5 Corpos cetônicos: Acetona, Acetoacetato, β-Hidroxibutirato 
Na ausência de carboidratos suficientes, o organismo utiliza quantidades 
maiores de gordura para gerar energia, superando a capacidade de 
processamento, o que resulta em uma oxidação incompleta. Isso ocorre porque 
os mamíferos não possuem uma via metabólica que converta ácidos graxos, 
especialmente aqueles armazenados como lipídios, em glicose. O acúmulo de 
intermediários ácidos pode levar à acidose, desequilíbrio eletrolítico e 
desidratação. 
A cetogênese, um processo que ocorre principalmente nas mitocôndrias 
do fígado, converte a acetil-CoA em acetoacetato ou β-hidroxibutirato. O 
acetoacetato pode sofrer descarboxilação espontânea, gerando acetona. Esses 
compostos são conhecidos como corpos cetônicos, e sua formação é chamada 
de cetogênese. Os corpos cetônicos são fontes de energia metabólica 
importantes para diversos tecidos periféricos, especialmente para o coração e 
os músculos esqueléticos. 
Em condições normais, o cérebro utiliza exclusivamente a glicose como 
fonte de energia, uma vez que os ácidos graxos não conseguem atravessar a 
barreira hematoencefálica. No entanto, durante períodos prolongados de jejum, 
os corpos cetônicos se tornam a principal fonte de energia para o cérebro. Esses 
corpos cetônicos são formas hidrossolúveis dos ácidos graxos. Eles são 
liberados na corrente sanguínea, e tanto o acetoacetato quanto o β-
hidroxibutirato são utilizados como fontes de energia pelos tecidos fora do fígado, 
especialmente pelo coração e pelos músculos esqueléticos. A acetona, por outro 
lado, é eliminada pelos pulmões. Os corpos cetônicos funcionam como 
transportadores de carbonos oxidáveis (provenientes da acetil-CoA) do fígado 
para outros órgãos. 
Quando a glicose não está disponível, o organismo recorre à 
gliconeogênese, que utiliza principalmente o oxaloacetato derivado de 
aminoácidos. Isso impede a oxidação da acetil-CoA pelo ciclo de Krebs, levando 
ao acúmulo de acetil-CoA, que se condensa para formar corpos cetônicos. Essa 
 
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situação ocorre em casos de ingestão drástica de carboidratos (como em jejum 
ou dietas restritivas) ou em distúrbios do metabolismo dos carboidratos, como 
no diabetes. Quando a produção de corpos cetônicos excede a capacidade de 
utilização pelos tecidos fora do fígado, ocorre uma condição chamada cetose, 
caracterizada por altos níveis de corpos cetônicos no plasma (cetonemia) e na 
urina (cetonuria). Um sintoma típico em indivíduos com cetose é o hálito com 
odor de acetona. Como os outros dois corpos cetônicos são ácidos, a cetonemia 
pode levar à acidose, resultando em uma diminuição do pH sanguíneo. Em casos 
de cetose severa, o cérebro pode obter uma parte significativa da energia que 
necessita por meio da oxidação dos corpos cetônicos. 
8 METABOLISMO DE PROTEÍNAS 
As proteínas são as moléculas orgânicas mais abundantes nas células, 
representando cerca de 50% ou mais do peso seco delas. Estão presentes em 
todas as partes das células e desempenham funções essenciais para a lógica 
celular. Devido à sua relevância tanto qualitativa quanto quantitativa, as 
proteínas têm sido extensivamente estudadas, revelando segredos sobre sua 
síntese e utilização metabólica. 
Os α-aminoácidos que compõem peptídeos e proteínas possuem um 
grupo funcional ácido carboxílico (-COOH), um grupo amino (-NH2) e um 
hidrogênio (-H) ligados ao carbono-α. Além disso, grupos-R (cadeias laterais) 
distintos estão associados a esse carbono, o que torna o carbono-α dos 
aminoácidos tetraédrico ou assimétrico, exceto no caso da glicina, onde o grupo-
R é um hidrogênio. A diferença entre os aminoácidos reside exatamente em suas 
cadeias laterais (grupos-R). 
 
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As proteínas são macromoléculas de alto peso molecular, formadas por 
polímeros de compostos orgânicos simples conhecidos como α-aminoácidos. 
Nas moléculas de proteínas, os aminoácidos se conectam covalentemente, 
formando longas cadeias não ramificadas por meio de ligações peptídicas, que 
ocorrem entre o grupo amino (-NH2) de um aminoácido e o grupo carboxílico (-
COOH) de outro, com a liberação de uma molécula de água durante a reação. 
(NELSON; COX, 2014). 
Existem 20 aminoácidos conhecidos (Alanina, Arginina, Aspartato, 
Asparagina, Cisteína, Fenilalanina, Glicina, Glutamato, Glutamina, Histidina, 
Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Prolina, Serina, Tirosina, Treonina, 
Triptofano e Valina) que compõem as proteínas. A síntese desses aminoácidos 
é controlada por mecanismos genéticos, que envolvem a replicação do DNA e a 
transcrição do RNA. 
Metade dos aminoácidos é sintetizada pelo organismo para atender às 
necessidades celulares. Aqueles que não podem ser produzidos pelo corpo 
devem ser obtidos através da dieta e são chamados de aminoácidos essenciais, 
enquanto os que são sintetizados internamente são conhecidos como 
aminoácidos não essenciais. 
8.1 Metabolismo dos aminoácidos e das proteínas 
A fração de energia metabólica obtida a partir de aminoácidos, sejam eles 
provenientes da dieta proteica ou de proteínas teciduais, varia muito de acordo 
com o tipo de organismo e as condições metabólicas. Carnívoros podem obter 
até 90% de suas necessidades energéticas imediatamente após uma refeição 
 
55 
 
por meio da oxidação de aminoácidos, enquanto herbívoros podem suprir 
apenas uma pequena parcela de suas necessidades energéticas por essa via. 
A maioria dos microrganismos é capaz de absorver aminoácidos do 
ambiente e utilizá-los como combustível, quando necessário pelas condições 
metabólicas. No entanto, as plantas raramente ou nunca oxidam aminoácidos 
para fornecer energia, sendo os carboidratos produzidos a partir de CO2 e 
H2O durante a fotossíntese geralmente sua única fonte de energia. (NELSON; 
COX, 2014). 
Nos animais, os aminoácidos sofrem degradação oxidativa em três 
diferentes circunstâncias metabólicas: 
1. Durante o processo habitual de síntese e degradação de proteínas nas 
células, alguns aminoácidos liberados da degradação proteica que não 
são necessários para a nova síntese proteica passam por degradação 
oxidativa. 
2. Quando a dieta é rica em proteínas e aminoácidos, e a ingestão excede 
as necessidades do organismo para a síntese proteica, o excesso é 
submetido ao catabolismo, pois os aminoácidos não podem ser 
armazenados. 
3. Durante períodos prolongados de jejum ou em casos de diabetes mellitus 
descontrolada, quando os carboidratos estão indisponíveis ou não são 
utilizados de forma adequada, as proteínas celulares são empregadas 
como fonte de energia. Nessas condições metabólicas, os aminoácidos 
perdem seus grupos amino, resultando na formação de α-cetoácidos, que 
são os "esqueletos de carbono" dos aminoácidos. Os α-cetoácidos são 
então oxidados a CO2 e H2O ou, mais frequentemente, fornecem 
unidades de três e quatro carbonos que podem ser convertidas em glicose 
por meio da gliconeogênese, servindo como combustível para o cérebro, 
músculos esqueléticos e outros tecidos. 
Assim como no catabolismo de carboidratos e ácidos graxos, os 
processos de degradação de aminoácidos convergem em vias catabólicas 
 
56 
 
centrais, com os esqueletos de carbono da maioria dos aminoácidos 
encontrando seu caminho para o ciclo do ácido cítrico. 
Uma característica importante que distingue osaminoácidos de outros 
processos catabólicos é que cada aminoácido contém um grupo amino. 
Portanto, as vias de degradação de aminoácidos incluem uma etapa-chave na 
qual o grupo α-amino é separado do esqueleto de carbono e direcionado para 
as vias metabólicas do grupo amino. 
Figura 25 – Visão geral do catabolismo dos aminoácidos nos mamíferos 
 
Fonte: Brown, 2018. 
Embora os aminoácidos sejam importantes fontes de energia para o 
metabolismo celular, eles são utilizados apenas em situações de extrema 
carência energética ou durante exercícios físicos intensos. É crucial destacar 
que carboidratos e lipídios são melhores produtores de energia, e a mobilização 
 
57 
 
de aminoácidos pode estar relacionada à degradação de proteínas musculares 
ou plasmáticas, levando o organismo a uma depleção dessas proteínas, o que 
pode acarretar consequências desastrosas, como atrofia muscular e 
hipoalbuminemia. 
A síntese da ureia é um dos processos metabólicos mais importantes, pois 
impede a formação de amônia tóxica a partir do nitrogênio proteico. Esse 
processo é exclusivo do fígado, tornando-o o centro da degradação de 
aminoácidos. Os músculos precisam ajustar o consumo de aminoácidos com a 
exportação de amônia para o fígado na forma dos aminoácidos glutamina ou 
alanina, em uma via metabólica extremamente importante que permite o 
equilíbrio fisiológico, especialmente durante a realização de exercícios físicos. 
A ureia é a principal forma de excreção do nitrogênio proteico em 
vertebrados terrestres. Em aves e répteis, o ácido úrico é a principal forma de 
excreção do nitrogênio proteico; em peixes e larvas de anfíbios, a amônia é 
excretada intacta, permanecendo em altas concentrações plasmáticas em 
peixes de água salgada para manter o equilíbrio osmótico. 
8.2 Transaminação e Desaminação 
A maior parte do nitrogênio proteico não é utilizada em vias metabólicas 
nos seres humanos. Portanto, a remoção do grupo amino (−NH3
+) dos 
aminoácidos é o primeiro passo metabólico, resultando na formação de amônia 
(NH3), um composto altamente tóxico que é excretado na forma de ureia pelos 
rins. O processo de síntese da ureia envolve enzimas tanto citoplasmáticas 
quanto mitocondriais. A remoção do grupo amino é a reação preparatória para 
essa síntese e ocorre em todos os tecidos por meio de dois processos diferentes: 
a transaminação e a desaminação. 
A transaminação ou aminotransferência é catalisada por enzimas 
chamadas transaminases ou aminotransferases, que têm como cofator o 
piridoxal-fosfato, a forma ativa da vitamina B6. (NELSON; COX, 2014). 
 
58 
 
Esse processo metabólico consiste na transferência do grupo amino para 
o α-cetoglutarato (um cetoácido), formando outro cetoácido e o aminoácido 
glutamato. Dependendo do aminoácido transaminado, um tipo diferente de 
cetoácido será formado (por exemplo, a alanina forma o piruvato; o aspartato 
forma o oxaloacetato), mas sempre o mesmo aminoácido glutamato é produzido. 
Isso faz com que, após essa reação, uma grande quantidade de glutamato seja 
gerada no fígado. 
As principais transaminases presentes nos hepatócitos são a 
transaminase glutâmico-pirúvica (TGP), também conhecida como alanina 
aminotransferase (ALT), e a transaminase glutâmico-oxalacética (TGO), ou 
aspartato aminotransferase (AST). Essas enzimas realizam a transaminação da 
alanina e do aspartato, respectivamente, mas também atuam sobre outros 
aminoácidos, embora exista uma transaminase específica para cada tipo de 
aminoácido. 
8.3 Síntese da ureia 
No fígado, ocorre a produção de uma grande quantidade de um composto 
nitrogenado atóxico, formado pela conjugação de duas moléculas de amônia 
com CO2 - a ureia. Essa reação se processa parcialmente no citoplasma e 
parcialmente na mitocôndria do hepatócito. Na sequência de reações envolvidas 
na síntese da ureia (Figura 26), há a síntese do aminoácido arginina e a 
participação dos aminoácidos não codificados ornitina e citrulina. 
A arginina é consumida em grande quantidade durante a produção de 
ureia, o que faz com que seja necessária na alimentação de animais jovens, em 
fase de crescimento. Portanto, embora esse aminoácido seja sintetizado, ele se 
torna essencial na dieta. 
As reações do ciclo da ureia podem ser agrupadas da seguinte forma: 
• Formação do carbamoil-fosfato: Na mitocôndria, ocorre a hidratação de 
uma molécula de CO2 e uma de NH3 (proveniente da desaminação do 
 
59 
 
glutamato), com o consumo de 2 ATPs, catalisada pela carbamoil-fosfato 
sintetase I. 
• Formação da citrulina: O carbamoil-fosfato doa seu grupo carbamoil 
para a ornitina, que entra na mitocôndria através de um transportador 
específico, resultando na formação de citrulina. A citrulina é então 
transportada para fora da mitocôndria pelo mesmo transportador utilizado 
pela ornitina, em uma reação catalisada pela ornitina transcarbamilase. 
• Formação do arginino-succinato: No citoplasma, a citrulina incorpora 
aspartato, com o consumo de 1 ATP. O aspartato é transportado da 
mitocôndria através do mesmo transportador que facilita a entrada do 
glutamato, em uma reação catalisada pela arginino-succinato sintase. 
• Síntese da arginina: O arginino-succinato é clivado, liberando uma 
molécula de fumarato e uma molécula de arginina. O fumarato gerado é 
utilizado no Ciclo de Krebs, promovendo uma ativação conjunta do ciclo 
e da síntese de ureia, um processo frequentemente denominado "Bicicleta 
de Krebs", catalisado pela arginino-succinato liase. 
• Síntese da Ureia: A arginina formada sofre a ação da enzima arginase, 
que catalisa a síntese da ureia e a liberação de uma molécula de ornitina. 
Essa ornitina retorna à mitocôndria, reiniciando o ciclo. 
Figura 26 – Ciclo da ureia 
 
60 
 
 
Fonte: Nelson; Cox, 2014. 
 
61 
 
8.4 Catabolismo da cadeia carbonada dos aminoácidos 
Diariamente, ocorre uma renovação de aproximadamente 400g de 
proteínas, o que significa que, ao longo do dia, essa mesma quantidade de 
proteínas é degradada, enquanto uma quantidade equivalente é produzida, 
garantindo assim uma certa estabilidade na quantidade total de proteínas no 
organismo. 
Essa taxa de renovação, conhecida como taxa de turnover, implica na 
necessidade de obter aminoácidos essenciais por meio da dieta, além da síntese 
dos aminoácidos não essenciais. Embora o organismo consiga sintetizar 11 
aminoácidos, a arginina, embora produzida, é completamente utilizada no ciclo 
da ureia, tornando-a indispensável na alimentação. Além disso, a cisteína e a 
tirosina são sintetizadas a partir da metionina e da fenilalanina (que são 
aminoácidos essenciais), o que significa que apenas nove aminoácidos são 
verdadeiramente independentes da dieta (NELSON; COX, 2014). 
Entretanto, uma dieta balanceada fornece uma quantidade significativa de 
aminoácidos, sejam eles essenciais ou não, ou favorece uma absorção que 
sempre supera as necessidades diárias. 
Assim, o catabolismo dos aminoácidos se intensifica após uma refeição 
rica em proteínas, resultando na produção significativa de ureia, que é um 
subproduto da degradação do grupo amino, conforme discutido anteriormente. 
Os cetoácidos gerados nas reações de transaminação e desaminação 
têm vários destinos metabólicos, que podem ser classificados em duas 
categorias principais: 1) cetogênicos e 2) glicogênicos. O grupo cetogênico inclui 
aqueles que são degradados em acetil-CoA (seja de forma direta ou indireta, na 
forma de acetoacetil-CoA) e que fornecem energia rapidamente no ciclo de 
Krebs. Os aminoácidos que pertencem a esse grupo incluem fenilalanina, 
tirosina, triptofano, lisina, isoleucina, treonina e leucina. 
A acetil-CoA gerada a partir dos aminoácidos cetogênicos não pode ser 
convertida em glicose, o que a leva a entrar obrigatoriamente no ciclo de Krebs 
para a produção de energia. Dessa forma, um excesso no catabolismo desses 
 
62 
 
aminoácidos podedesviar a acetil-CoA para a produção de ácidos graxos, 
colesterol e corpos cetônicos, de maneira semelhante ao que ocorre com um 
excesso de acetil-CoA proveniente do catabolismo de carboidratos e lipídios. Os 
aminoácidos glicogênicos, por outro lado, fornecem intermediários do ciclo de 
Krebs, como oxaloacetato, fumarato, succinil-CoA e α-cetoglutarato, além do 
piruvato. 
Esses produtos podem ser convertidos em glicose por meio da 
gliconeogênese e, assim, gerar energia para as reações metabólicas celulares. 
Por esse motivo, os aminoácidos que os produzem são chamados de 
glicogênicos. Alguns aminoácidos cetogênicos (fenilalanina, tirosina, triptofano, 
isoleucina e treonina) podem ser utilizados como substratos para a 
gliconeogênese, além de produzir acetil-CoA, sendo, portanto, classificados 
como glicocetogênicos. A Figura 27 demonstra esquematicamente a entrada dos 
aminoácidos no metabolismo energético (NELSON; COX, 2014). 
Figura 27 – Resumo do catabolismo dos aminoácidos 
 
63 
 
 
Fonte: Nelson; Cox, 2014. 
 
9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
BROWN, T. A. Bioquímica. 1. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2018. 
CAMPBELL, M. K.; FARRELL, S. O. Bioquímica. 2. ed. São Paulo: Cengage 
Learning, 2015. 
CORSINO, J. Bioquímica. Campo Grande, MS: Ed. UFMS, 2009. 
GALANTE, F; ARAÚJO, M. V. F. Princípios da bioquímica. 1. ed. São Paulo: 
Rideel, 2019. 
KOWALTOWSKI, A. O que é metabolismo?. 1. ed. São Paulo: Oficina de 
Textos, 2015. 
LIBERATO, M. C. T. C.; OLIVEIRA, M. S. C. Bioquímica. 2º edição, Fortaleza, 
 
64 
 
2019. 
MAGALHÃES, A. C.; OLIVEIRA, R. C.; BUZALAF, M. A. R. Bioquímica básica 
e bucal. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. 
MARQUES, M. R. F. Bioquímica. 1. ed. revisada — Florianópolis: 
BIOLOGIA/EAD/UFSC, 2014. 
MARZZOCO, A.; TORRES, B. B. Bioquímica básica. 4. ed. Rio de Janeiro: 
Guanabara Koogan, 2022. 
MCARDLE, W.; KATCH, F. I.; KATCH, V. L. D. Nutrição para o esporte e 
exercício. 4. ed. - Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2016. 
MOTTA, V. T. Bioquímica. 2.ed. – Rio de Janeiro: MedBook, 2011. 
NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger; 
[tradução: Ana Beatriz Gorini da Veiga ... et al.]. 6. ed. – Porto Alegre: Artmed, 
2014. 
PINTO, W. I. Bioquímica clínica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. 
SOHN, J. M. B; LIMA, C. P; SILVA FILHO, B. F. Bioquímica geral: moléculas, 
reações e processos químicos na manutenção do organismo. 1. ed. Curitiba, PR: 
Intersaberes, 2022. 
VOET, D.; VOET, I. G. Bioquímica. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2013.como a energia liberada quando a ligação do 
fosfato de alta energia da fosfocreatina (PC) é rompida, são utilizadas para 
resintetizar a molécula de ATP. 
2.2 Aspectos Biofísicos da Bioenergética 
Os seres vivos, em condições normais, podem ser vistos sob a 
perspectiva da termodinâmica como sistemas abertos, pois permitem a troca de 
energia com o ambiente. Esses organismos operam por meio de transformações 
cíclicas, nas quais o estado inicial e o estado final são idênticos, mas o processo 
é irreversível. Isso significa que, embora os estágios iniciais e finais sejam os 
mesmos, os estados termodinâmicos ao longo do ciclo não são equivalentes. 
Assim, ao final de cada ciclo ou função vital, o organismo retorna às mesmas 
condições termodinâmicas, pronto para repetir o processo (CORSINO, 2009). 
As trocas e transformações de energia nos organismos são regidas pelos 
três princípios da termodinâmica, que governam os fenômenos da vida. 
1º Princípio de Meyer (ENTALPIA), estabelece-se que a energia é 
indestrutível e não pode ser criada, podendo apenas ser transformada. A maioria 
das reações biológicas ocorre sob pressão constante, e a quantidade de energia 
envolvida é representada pela variação de entalpia (H). Quando o volume 
permanece constante, a transformação é considerada exergônica e exotérmica, 
o que a torna espontânea; por convenção, a variação de entalpia é indicada por 
um sinal negativo (-). Dependendo do tipo de reação, o calor liberado pode ser 
 
8 
 
classificado como calor de combustão, calor de reação ou calor de hidrólise, 
como ocorre, por exemplo, na combustão da glicose. 
C6 H12 O6 + 6O2 ⇒ 6CO2 + H= - 637 Kcal/mol 
Por outro lado, quando a transformação é endergônica ou a reação é 
endotérmica, ela não ocorre de forma espontânea, sendo representada pelo 
sinal positivo (+). Em todos os organismos vivos, é possível observar 
transformações energéticas, como a conversão de energia química dos 
alimentos em energia térmica (aumento de temperatura), a transformação de 
energia mecânica (contração muscular) em calor, e a geração de eletricidade 
(bioeletrogênese). Além disso, a energia luminosa é convertida em energia 
elétrica no aparelho visual, através do estímulo nervoso pelo nervo óptico. A 
energia elétrica, por sua vez, pode ser transformada em energia mecânica 
(contração muscular), enquanto a energia sonora (audição) se transforma em 
energia elétrica. A energia mental, associada a cálculos e pensamentos, também 
se converte em energia elétrica, como evidenciado por ondas encefalográficas. 
Outra forma de energia que pode ser identificada é a energia de concentração, 
que se manifesta na difusão por osmose (CORSINO, 2009). 
Todo ser vivo se esforça para manter sua energia interna e, idealmente, 
sua entalpia em níveis constantes. Os gastos energéticos necessários para o 
funcionamento dos órgãos são compensados pela ingestão de alimentos, 
garantindo um equilíbrio entre a energia obtida através da alimentação e o 
trabalho realizado pelo organismo. 
2º Princípio ou Princípio de Carnot (ENTROPIA), esse princípio define as 
condições necessárias para que uma transformação ocorra e as consequências 
resultantes. Em essência, toda evolução termodinâmica requer um transporte ou 
uma transformação de energia. Qualquer um desses aspectos pressupõe a 
presença de uma fonte de energia rica e outra pobre. Assim, não haverá 
transporte de materiais para dentro ou para fora da célula sem uma diferença de 
concentração entre os meios. Essa diferença na energia disponível para realizar 
trabalho (transporte) é denominada energia livre. 
 
9 
 
Todas as transformações energéticas que ocorrem em um ser vivo 
simbolizam a própria vida, exigindo necessariamente uma fonte rica e outra 
pobre em energia. 
A entropia se manifesta de diferentes maneiras ao longo do ciclo vital. 
Durante o anabolismo, há um armazenamento de energia, resultando em uma 
entropia negativa. Em um estágio de equilíbrio, com um gasto de energia igual à 
receita, a entropia é nula. Já no catabolismo, quando o gasto de energia é maior 
que a receita, a entropia é positiva. 
3º Principio de Wernst (ORDEM E DESORDEM), esse princípio destaca 
principalmente o valor das estruturas na utilização da energia, permitindo que 
extensas e intensas transformações bioenergéticas ocorram com o mínimo de 
perda energética e o máximo de rendimento. A natureza emprega moléculas que 
atuam como tradutoras, transportadoras e transformadoras de energia. 
(CORSINO, 2009). 
3 O METABOLISMO 
O metabolismo é considerado uma atividade celular altamente 
direcionada e coordenada, na qual participam diversos sistemas 
multienzimáticos. Ele representa a soma de todas as transformações químicas 
que ocorrem em uma célula ou organismo. 
As principais funções do metabolismo são: 
• obter energia química do sol ou de nutrientes do ambiente; 
• converter as moléculas dos nutrientes e da própria célula em precursores 
das macromoléculas; 
• polimerizar os precursores em macromoléculas; 
• sintetizar e degradar as biomoléculas de acordo com a necessidade 
celular. 
O metabolismo desempenha um papel fundamental, pois ajuda os 
organismos a obter a energia necessária para sua sobrevivência e contribui para 
a contínua renovação de suas estruturas (GALANTE; ARAÚJO, 2019). 
 
10 
 
3.1 As vias metabólicas 
Os organismos vivos podem ser classificados em dois grandes grupos 
com base na forma química do carbono que requerem do ambiente. As células 
autotróficas são capazes de utilizar o dióxido de carbono da atmosfera como sua 
única fonte de carbono, construindo todas as suas biomoléculas a partir dele. 
Exemplos desse grupo incluem as bactérias fotossintetizantes e as células das 
folhas verdes das plantas. Alguns autotróficos, como as cianobactérias, também 
podem utilizar nitrogênio atmosférico para sintetizar seus compostos 
nitrogenados. 
Em contraste, as células heterotróficas não conseguem utilizar o dióxido 
de carbono atmosférico e precisam obter átomos de carbono na forma de 
moléculas orgânicas mais complexas, como a glicose. As células de animais 
superiores e a maioria dos microrganismos são heterotróficas. Enquanto as 
células autotróficas são relativamente autossuficientes, as células heterotróficas 
dependem de produtos gerados por outros organismos, devido à sua 
necessidade de carbono em formas mais elaboradas. 
Muitos organismos autotróficos realizam a fotossíntese, obtendo energia 
da luz solar, enquanto as células heterotróficas adquirem a energia necessária 
por meio da degradação de nutrientes orgânicos que foram sintetizados pelos 
autotróficos. 
Esses dois grupos de organismos coexistem na biosfera, participando de 
um ciclo vasto e interdependente. Os autotróficos utilizam o dióxido de carbono 
da atmosfera para formar suas biomoléculas e, durante esse processo, alguns 
deles liberam oxigênio gasoso, que é expelido para a atmosfera. Em 
contrapartida, os heterotróficos utilizam os produtos orgânicos dos autotróficos 
como fonte de nutrientes e devolvem o CO2 para a atmosfera. Dessa forma, o 
carbono e o oxigênio são constantemente reciclados na biosfera, em um 
processo que envolve grandes quantidades de matéria e é impulsionado pela 
energia solar. 
 
11 
 
Além disso, muitas células, como as leveduras, podem viver de maneira 
aeróbica (na presença de oxigênio) ou anaeróbica (na ausência de oxigênio); 
esses organismos são chamados de facultativos. A maioria das células 
heterotróficas, especialmente as de organismos superiores, é também 
facultativa, mas sempre que o oxigênio está disponível, elas preferem utilizar as 
vias aeróbicas para oxidar os nutrientes. 
Nem todas as células de um organismo pertencem à mesma classe. Por 
exemplo, nas plantas superiores, as células verdes que contêm clorofila são 
autotróficas e realizam a fotossíntese, enquanto as células das raízes, que nãopossuem clorofila, são heterotróficas. Além disso, as células verdes das folhas 
atuam como autotróficas durante o dia, quando realizam a fotossíntese, mas à 
noite se comportam como heterotróficas, obtendo energia pela oxidação dos 
carboidratos que foram sintetizados durante o dia. 
3.2 Metabolismo: vias catabólicas e vias anabólicas 
O metabolismo consiste em uma série de reações bioquímicas que 
ocorrem de maneira coordenada e pode ser dividido em duas fases: 
catabolismo e anabolismo. 
O catabolismo é a fase degradativa do metabolismo, na qual moléculas 
orgânicas como carboidratos, lipídios e proteínas, que podem vir do ambiente ou 
dos reservatórios internos da célula, são quebradas por meio de reações 
sequenciais. Esse processo resulta na formação de produtos finais menores e 
mais simples, como ácido láctico, CO2 e amônia. 
Durante o catabolismo, há uma liberação de energia livre associada à 
estrutura complexa das grandes moléculas orgânicas. Em determinados pontos 
de uma via catabólica, a maior parte dessa energia livre é retida na forma de 
adenosina trifosfato (ATP), uma molécula transportadora de energia química. 
Isso ocorre por meio do acoplamento de reações enzimáticas, que permite que 
a energia liberada em reações exergônicas seja utilizada para fosforilar 
adenosina difosfato (ADP), resultando na formação de ATP. 
 
12 
 
Dessa forma, o ATP atua como uma forma de armazenamento de energia 
química na célula, podendo ser utilizado conforme necessário, como será 
discutido na fase do anabolismo. Além disso, parte da energia também pode ser 
armazenada na forma de átomos de hidrogênio ricos em energia (poder redutor), 
que são transportados pela coenzima nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato 
(NADPH em sua forma reduzida). 
Figura 1 – Catabolismo e anabolismo: as vias de degradação e síntese, 
respectivamente, do metabolismo celular 
 
 
Fonte: Marques, 2014. 
O anabolismo, também conhecido como reações de biossíntese ou fase 
biossintetizadora do metabolismo, envolve a união de pequenas moléculas 
precursoras, ou unidades fundamentais, para formar polímeros, que são as 
macromoléculas essenciais das células, como proteínas e ácidos nucleicos. 
Como a biossíntese resulta em uma maior complexidade em termos de tamanho 
e estrutura molecular, ela exige átomos de hidrogênio ricos em energia, 
fornecidos pelo NADPH. Tanto o catabolismo quanto o anabolismo ocorrem 
 
13 
 
simultaneamente nas células, e a taxa de cada um desses processos é regulada 
de forma independente. 
3.3 Regulação do metabolismo 
Para garantir um controle eficiente do metabolismo, é essencial que o 
anabolismo e o catabolismo ocorram em compartimentos celulares distintos. Isso 
permite que as enzimas envolvidas em processos biológicos atuem de maneira 
eficaz. Assim, o anabolismo e o catabolismo podem ocorrer simultaneamente, 
com velocidades diferentes e em locais separados dentro da célula. 
Um dos fatores que ajudam a regular o metabolismo é a presença de 
enzimas de controle, que desempenham a função de regular a velocidade das 
reações bioquímicas em uma determinada via metabólica. A atividade dessas 
enzimas pode ser influenciada por diversos fatores, como modificações 
covalentes, efetores alostéricos e repressão gênica, entre outros. 
Os seres humanos têm a capacidade de oxidar os nutrientes disponíveis 
no ambiente, incluindo carboidratos, proteínas e lipídios (Figura 2). Durante a 
oxidação desses nutrientes, são liberados prótons que são utilizados na síntese 
de compostos energéticos, como NADH + H⁺ e FADH₂, além de moléculas 
energéticas que podem ser utilizadas diretamente, como o ATP). 
 
 
 
 
Figura 2 – Apresentação do metabolismo 
 
14 
 
 
Fonte: Galante; Araújo, 2019. 
Os processos metabólicos podem ser organizados em etapas, que variam 
de acordo com a quantidade de nutrientes disponíveis, as condições ambientais 
(aeróbicas ou anaeróbicas) e o organismo em questão. No caso dos seres 
humanos, focaremos nos seguintes processos: 
• Glicólise 
Essa é a via de degradação da glicose (catabolismo) para a produção de 
energia, na forma de ATP, que serve como reserva energética para o organismo. 
O produto gerado pela glicólise, o piruvato, pode passar por um processo 
químico de descarboxilação, resultando na formação de acetil-CoA, que pode 
ser utilizado no Ciclo de Krebs. 
• Ciclo de Krebs 
Nesta etapa do metabolismo, ocorre o consumo do composto acetil-CoA, 
que pode ser obtido por meio da degradação de moléculas de glicose, ácidos 
graxos e aminoácidos. Este processo é considerado uma via anfibólica, pois 
pode ser utilizado tanto no sentido do anabolismo quanto do catabolismo. 
• Respiração celular 
A respiração celular é um processo que permite a transferência e 
utilização da energia solar, armazenada nos carboidratos, pelos organismos 
 
15 
 
vivos. Esse processo extrai a energia contida nos carboidratos, que é originária 
da luz solar, e a converte em moléculas de ATP, que são mais facilmente 
acessíveis para uso energético. 
3.4 Enzimas 
As enzimas são proteínas produzidas pelo próprio organismo e têm a 
função de catalisar reações biológicas. A sobrevivência de uma célula depende 
diretamente da realização de reações químicas que devem ser específicas, 
resultando em produtos determinados e ocorrendo a velocidades adequadas. 
Os catalisadores são substâncias que aceleram a taxa das reações 
químicas sem se consumirem durante o processo. Eles atuam na transformação 
do reagente, conhecido como substrato, em produtos e, após a reação, são 
regenerados. Devido à sua capacidade de regeneração, não é necessário que 
estejam presentes em grandes quantidades. 
A ação catalítica das enzimas, assim como a de outros catalisadores, 
envolve a redução da energia de ativação necessária para que as reações 
ocorram. Dentro da enzima, existe uma região específica que participa 
diretamente da conversão do substrato em produto, chamada de centro ou sítio 
ativo da enzima (C.A.) (Figura 3). 
Figura 3 – Ação de uma enzima sobre um substrato 
 
Fonte: Galante; Araújo, 2019. 
3.5 A molécula de ATP 
As células realizam três tipos principais de trabalho: químico, que envolve 
a ativação de reações que não ocorreriam espontaneamente; de transporte, que 
 
16 
 
se refere ao movimento de substâncias através da membrana; e mecânico, que 
inclui a movimentação de cílios. 
A molécula de adenosina trifosfato (ATP) atua como a unidade de 
armazenamento e geração de energia para as atividades biológicas nas células. 
O ATP é composto por uma base nitrogenada (adenina), um açúcar (ribose) e 
uma cadeia de três grupos fosfato. A hidrólise do ATP ocorre quando a ligação 
entre os grupos fosfato é rompida, resultando na liberação de energia livre, além 
de formar ADP (adenosina difosfato) e um íon fosfato (HPO₄²⁻), frequentemente 
chamado de P𝑖. Essa reação é considerada exergônica, pois libera energia. 
A síntese de ATP pode ocorrer de várias maneiras, mas a formação dessa 
molécula a partir de ADP e P𝑖 requer energia, caracterizando a reação como 
endergônica. Esse ciclo de produção e hidrólise do ATP é fundamental para o 
metabolismo celular: a energia capturada na conversão de ADP em ATP provém 
de reações exergônicas, e a liberação dessa energia ocorre por meio da hidrólise 
do ATP, que fornece energia nos locais necessários dentro da célula. 
Figura 4 – Representação da molécula de ATP (adenosina trifosfato). 
 
 
A energia liberada pela hidrólise do ATP geralmente é utilizada na 
transferência de um grupo fosfato dessa molécula para outra, resultando em uma 
 
17 
 
nova molécula que agora é considerada fosforilada. Esse intermediário 
fosforilado é menos estável e mais reativo do que a molécula original. A formação 
desse intermediário é crucial para o acoplamento de energia necessário para a 
realização do trabalho celular, permitindo que um processoexergônico viabilize 
um processo endergônico (KOWALTOWSKI, 2018). 
 
Onde e quando o ATP é formado? 
A maior parte da produção de ATP ocorre nas mitocôndrias e nos 
cloroplastos, que estão presentes nas plantas verdes. Essas organelas possuem 
uma estrutura de membrana dupla (com uma membrana externa e uma interna) 
que é essencial para a síntese de ATP. Nos organismos procarióticos, a 
produção de ATP ocorre de maneira semelhante, mas acontece nas dobras da 
membrana plasmática. 
Em ambos os casos, a produção de ATP depende do fluxo ou transporte 
de elétrons através de uma cadeia transportadora de elétrons. Na mitocôndria, 
durante a respiração celular, os elétrons gerados a partir do catabolismo das 
biomoléculas se movem através desses transportadores até o aceptor final, e o 
oxigênio, sendo este reduzido a água (H₂O). Esse movimento de elétrons 
através de uma série de transportadores na mitocôndria é conhecido como 
cadeia respiratória. O transporte de elétrons está acoplado à fosforilação do 
ADP, e a produção de ATP associada a esse transporte é chamada de 
fosforilação oxidativa. 
De maneira similar, o fluxo de elétrons em uma cadeia transportadora de 
elétrons também ocorre no cloroplasto. Nesse processo, os elétrons são 
originados da excitação do pigmento clorofila pela luz solar, durante a fase clara 
da fotossíntese, o que também gera a produção de ATP. Esse tipo de produção 
de ATP dependente de luz é chamado de fotofosforilação. 
Além desses dois mecanismos principais de produção de ATP, uma 
pequena quantidade é gerada no citoplasma celular. Esse tipo de produção 
geralmente ocorre em algumas vias metabólicas, como a via glicolítica, a partir 
 
18 
 
de sutis modificações químicas em uma molécula intermediária da via. Nesse 
caso, a produção de ATP é independente da presença de oxigênio ou da luz 
solar. Esse mecanismo de produção é chamado de fosforilação no nível do 
substrato. Essa produção de ATP é importante quando células, como as 
musculares, estão operando em condições anaeróbicas. Em condições normais, 
essa produção representa apenas uma pequena proporção da energia total 
requerida pela célula eucariótica (MARQUES, 2014). 
O ATP pode ser produzido a partir de diferentes estratégias metabólicas, 
conforme ilustrado na Figura 5. 
Figura 5 – Diferentes estratégias de produção de ATP nas células 
 
 
Fonte: Marques, 2014. 
 
19 
 
3.6 O NADPH transporta energia na forma de força redutora 
Outra maneira de transportar energia química das reações catabólicas 
para as reações biossintéticas que necessitam de energia é na forma de átomos 
de hidrogênio ou elétrons. 
Quando a glicose é formada a partir de CO2 durante a fotossíntese, ou 
quando os ácidos graxos são sintetizados a partir de grupos acetil (acetato) no 
fígado de um animal, é necessária a atuação de um agente redutor na forma de 
átomos de hidrogênio para reduzir as duplas ligações a ligações simples. Para 
serem efetivos como agentes redutores, os átomos de hidrogênio devem possuir 
uma considerável energia livre. Esses átomos de hidrogênio ricos em energia 
são obtidos de compostos celulares pela ação das desidrogenases, que 
catalisam a remoção de átomos de hidrogênio das moléculas combustíveis e sua 
transferência para a forma oxidada da coenzima nicotinamida adenina 
dinucleotídeo fosfato (NADP+). Essa transferência de elétrons reduz o NADP+. 
A forma reduzida, ou transportadora de hidrogênio, dessa coenzima é 
chamada NADPH e é um transportador de elétrons rico em energia para as 
reações biossintéticas que requerem esses elétrons. Nesse sentido, a atuação 
do NADPH é semelhante à do ATP, servindo como transportador de grupos 
fosfato ricos em energia (MARQUES, 2014). 
Figura 6 – Transporte de energia química na forma de átomos de hidrogênio, 
através da NADP+ e da NAD+ (oxidadas), e da NADPH e da NADP 
(reduzidas). 
 
20 
 
 
Fonte: Marques, 2014. 
4 GLICÓLISE 
As reações metabólicas que fornecem a energia necessária para que uma 
célula possa realizar suas atividades fisiológicas, crescer e se dividir são de 
extrema importância. Os seres humanos e outros animais obtêm sua energia por 
meio da degradação de moléculas orgânicas ingeridas na forma de alimentos. 
Carboidratos (especialmente a glicose), lipídios e aminoácidos podem ser 
utilizados como fontes de energias. 
4.1 Visão geral da geração de energia 
A degradação completa de uma molécula de glicose produz seis 
moléculas de dióxido de carbono e seis de água: 
𝑪𝟔𝑯𝟏𝟐𝑶𝟔 + 𝟔𝐎𝟐 → 𝟔𝑪𝑶𝟐 + 𝟔𝑯𝟐 𝑶 
O oxigênio é utilizado durante a reação, de modo que, em termos 
químicos, o processo é uma oxidação. 
A oxidação da glicose é uma reação altamente exergônica, produzindo 
2.870 kJ de energia para cada mol de glicose degradado. Em termos 
 
21 
 
bioquímicos, isso representa uma quantidade substancial de energia; uma 
reação endergônica típica catalisada por enzima requer apenas cerca de 10 kJ 
de energia para converter um mol de substrato em um mol de produto. Portanto, 
a célula degrada a glicose de modo gradual, liberando menores unidades de 
energia em diferentes estágios do processo. Esses pacotes de energia são 
armazenados em moléculas transportadoras ativadas. 
4.2 A geração de energia bioquímica é um processo em dois estágios 
A série de reações que libera a energia armazenada em uma molécula de 
glicose por meio de etapas sequenciais, transferindo essa energia para 
moléculas de ATP, pode ser descrita como um processo em duas fases. A 
primeira fase é chamada de glicólise. Durante essa etapa, cada molécula de 
glicose, que possui seis carbonos, é degradada em duas moléculas de um 
composto de três carbonos conhecido como piruvato. A glicólise não requer 
oxigênio, permitindo que ocorra em todas as células de todos os organismos. No 
entanto, ela libera menos de 7% da energia total disponível na glicose. A energia 
liberada é utilizada para sintetizar duas moléculas de ATP, além de gerar duas 
moléculas de NADH para cada molécula de glicose metabolizada (BROWN, 
2018). 
O segundo estágio do processo requer oxigênio e, portanto, ocorre 
apenas em condições aeróbicas, em células que realizam respiração. Esse 
estágio é composto por duas vias interconectadas. A primeira delas é o ciclo do 
ácido tricarboxílico (ATC), também conhecido como ciclo de Krebs, que completa 
a degradação das moléculas de piruvato geradas na glicólise. Antes de entrar no 
ciclo do ATC, o piruvato é convertido em acetil CoA, resultando na produção de 
mais uma molécula de NADH. Em seguida, o ciclo do ATC degrada o acetil CoA, 
gerando uma molécula de ATP para cada molécula de acetil CoA, além de três 
moléculas de NADH e uma de FADH2. O acetil CoA também pode ser derivado 
da degradação de gorduras armazenadas, permitindo que o ciclo do ATC utilize 
essa outra fonte de energia. A segunda via é a cadeia de transporte de elétrons, 
 
22 
 
que aproveita a energia contida nas moléculas de NADH e FADH2 para sintetizar 
três moléculas de ATP para cada NADH e duas moléculas de ATP para cada 
FADH2. 
Figura 7 – Os dois estágios do processo bioquímico de geração de energia 
 
Fonte: Brown, 2018. 
Por conseguinte, em resumo, cada molécula de glicose produz 38 
moléculas de ATP: 
• A glicólise produz um total de oito moléculas de ATP: duas moléculas são 
geradas diretamente durante o processo glicolítico, enquanto as outras 
seis provêm das moléculas de NADH formadas durante a glicólise. 
• Mais seis moléculas de ATP são geradas a partir das duas moléculas de 
NADH produzidas durante a conversão dos dois piruvatos formados na 
glicólise em duas moléculas de acetil CoA. 
• Durante o ciclo de Krebs (ATC), são geradas mais duas moléculas de 
ATP, sendo uma proveniente de cada uma das duas moléculas de acetil 
CoA. 
• As 22 moléculas finais de ATP são produzidas a partir das moléculas de 
NADH e 𝐹𝐴𝐷𝐻2 que também são geradasdurante o ciclo de Krebs (ATC). 
As 38 moléculas de ATP correspondem a 38 × 30,84 = 1.173 kJ mol–1 de 
energia. Esta quantidade representa apenas 41% da energia total contida na 
 
23 
 
glicose. O que acontece com o restante? Essa energia é perdida na forma de 
calor, que, nas criaturas de sangue quente, como os seres humanos, ajuda 
manter a temperatura corporal (BROWN, 2018). 
4.3 Via glicolítica 
A glicose fornece ATP em condições tanto aeróbicas quanto anaeróbicas. 
Para produzir ATP, os organismos iniciam o processo de glicólise, utilizando a 
molécula de glicose como substrato. A glicólise ocorre em todas as células 
(MAGALHÃES; OLIVEIRA; BUZALAF, 2017). Nas hemácias, que não possuem 
mitocôndrias, a glicose é metabolizada exclusivamente por meio da glicólise. 
(RODWELL et al., 2017). 
A glicólise consiste em uma série de dez reações enzimáticas, nas quais 
uma molécula de glicose é convertida em duas moléculas de ácido pirúvico 
(piruvato), resultando em um saldo final de duas moléculas de ATP. Na presença 
de oxigênio (𝑂2), o piruvato é oxidado a C𝑂2 e água através do ciclo do ácido 
cítrico (ciclo de Krebs), que está acoplado à fosforilação oxidativa (PINTO, 2017). 
O processo se inicia com a glicólise, onde a glicose é transformada em 
piruvato, gerando ATP. O piruvato é então transportado para a mitocôndria, onde 
é convertido em acetil-CoA, essencial para a continuidade das reações do ciclo 
de Krebs, que também produzem ATP e C𝑂2 . Após a formação de NADH e 
𝐹𝐴𝐷𝐻2 no ciclo de Krebs, essas moléculas são utilizadas na fosforilação 
oxidativa, resultando na produção de ATP e água na presença de oxigênio. 
Além da produção de ATP, a glicólise gera nicotinamida-adenina-
dinucleotídeo (NADH), considerado um importante carreador de elétrons na 
oxidação de compostos energéticos, a partir do NAD+ presente no citoplasma. A 
parte reativa do NAD+ é seu anel de nicotinamida; na oxidação de um substrato, 
esse anel do NAD+ aceita um íon hidrogênio e dois elétrons. A forma reduzida 
do carreador é denominada NADH. Na forma oxidada, o átomo de nitrogênio 
apresenta carga elétrica positiva, sendo representado por NAD+ . A Figura 8 
ilustra o NAD+ sendo convertido em NADH. 
 
24 
 
 
 
 
Figura 8 – Conversão NAD+ em NADH 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022. 
De maneira geral, o processo de glicólise é dividido em duas fases. No 
Quadro 1, são apresentadas as reações de cada uma dessas etapas da glicólise. 
Quadro 1 – Reações da glicólise 
 
25 
 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022. 
 
 
 
Primeira fase 
Nesta fase, a molécula de glicose é convertida em duas moléculas de 
gliceraldeído-3-fosfato, que correspondem às etapas 1 a 5 apresentadas no 
Quadro 1. A Figura 9 a seguir ilustra as reações da primeira fase da glicólise. 
Figura 9 – Reações da primeira fase da glicólise 
 
26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022. 
Na Figura 9, observamos que uma molécula de glicose é fosforilada, 
formando glicose-6-fosfato, que é convertida em frutose-6-fosfato. Ocorre uma 
nova fosforilação, gerando frutose-1,6-bisfosfato, que é convertida em 
gliceraldeído-3-fosfato e di-hidroxiacetona fosfato. 
Inicialmente, no citoplasma, a glicose é fosforilada pelo ATP para formar 
glicose-6-fosfato e ADP (etapa 1). Essa reação é catalisada pela enzima 
hexoquinase. A glicose-6-fosfato é então convertida em frutose-6-fosfato pela 
fosfoglicoisomerase (etapa 2). Em seguida, ocorre nova fosforilação, sendo a 
frutose-6-fosfato fosforilada pelo ATP para formar frutose-1,6-bisfosfato e ADP, 
 
27 
 
reação catalisada pela fosfofrutoquinase (etapa 3). Na sequência, a frutose-1,6-
bisfosfato é clivada pela aldolase, formando gliceraldeído-3-fosfato e di-
hidroxiacetona fosfato (etapa 4). A di-hidroxiacetona fosfato é convertida em 
gliceraldeído-3-fosfato pela triose fosfato isomerase (etapa 5) (BROWN, 2018). 
Segunda fase 
No Quadro 1, a segunda fase da glicólise é composta pelas etapas 6 a 
10. Nessa fase, o gliceraldeído-3-fosfato é convertido em 1,3-bisfosfoglicerato, 
em uma reação catalisada pela gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, que utiliza 
fosfato inorgânico (P) e NAD+ . Durante essa reação, ocorre a liberação de 
elétrons, resultando na formação de uma molécula de NADH (etapa 6). Esta é a 
primeira reação da glicólise que aproveita a energia contida na molécula de 
glicose, armazenando-a em um carreador ativado (BROWN, 2018). 
A transferência de um grupo fosfato do 1,3-bisfosfoglicerato para o ADP, 
resultando em ATP e 3-fosfoglicerato, é catalisada pela fosfoglicerato quinase 
(etapa 7). O 3-fosfoglicerato é então convertido em 2-fosfoglicerato pela 
fosfoglicerato mutase (etapa 8). Na etapa 9, a enolase catalisa a remoção de 
água do 2-fosfoglicerato, resultando na formação de fosfoenolpiruvato. 
Finalmente, na etapa 10, a piruvato quinase catalisa a transferência do grupo 
fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP, gerando ácido pirúvico e ATP (BROWN, 
2018). 
Durante essa segunda fase, o gliceraldeído-3-fosfato é convertido em 
piruvato, resultando na produção de duas moléculas de ATP e uma de NADH. 
(Figura 10). 
 
 
 
Figura 10 – Reações da segunda fase da glicólise 
 
 
28 
 
 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022. 
Na Figura 10, estão ilustradas as reações químicas que ocorrem na 
segunda fase da glicólise. Inicialmente, o gliceraldeído-3-fosfato é convertido em 
1,3-bisfosfoglicerato, resultando na formação de NADH e H+. Em seguida, o 1,3-
bisfosfoglicerato é transformado em 3-fosfoglicerato, gerando ATP. O 3-
fosfoglicerato é então convertido em 2-fosfoglicerato, que por sua vez é 
transformado em fosfoenolpiruvato. Este último é finalmente convertido em ácido 
pirúvico (piruvato), com a produção adicional de ATP. 
O piruvato gerado na glicólise pode seguir três caminhos diferentes. Neste 
capítulo, focaremos no uso do piruvato no processo aeróbico (na presença de 
 
29 
 
O2) para a produção de ATP, através de sua conversão em acetil-CoA. A Figura 
11 mostra os possíveis destinos do piruvato no metabolismo energético. 
Figura 11 — Destinos do piruvato no metabolismo energético 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022 
A Figura 11 destaca os possíveis destinos do piruvato no metabolismo 
energético. No processo anaeróbico, representado em um tom de cinza mais 
escuro, ocorre a fermentação alcoólica, com a produção de etanol e CO2, ou a 
fermentação láctica, com a produção de lactato. Já no processo aeróbico, 
representado em um tom de cinza mais claro, o piruvato é utilizado para a 
produção de acetil-CoA e CO2. 
Regulação da glicólise 
A via glicolítica tem a função de fornecer ATP à célula, sendo regulada 
para manter a síntese de ATP dentro dos valores necessários para cada tipo 
celular. A fosfofrutoquinase e a piruvato quinase são pontos de regulação e 
sofrem inibição quando os níveis de ATP estão elevados. O ATP é um inibidor 
alostérico da fosfofrutoquinase; portanto, altos níveis de ATP promovem a 
inibição dessa enzima (PINTO, 2017). 
 Frutose e galactose 
A frutose e a galactose são monossacarídeos que também podem ser 
utilizados na produção de ATP. A frutose é frequentemente encontrada na dieta 
humana, especialmente em frutas e tubérculos. Em geral, a substituição da 
 
30 
 
glicose pela frutose não causa problemas, pois a hexoquinase, que catalisa a 
conversão da glicose em glicose-6-fosfato, também pode usar a frutose como 
substrato. Assim, a frutose-6-fosfato resultante é incorporada na terceira reação 
da glicólise. 
Outra situação envolve a conversão da frutose em frutose-1-fosfato pela 
enzima frutoquinase. A enzima frutose-1-fosfato aldolase, por sua vez, 
transforma a frutose-1-fosfato em gliceraldeído e di-hidroxiacetona fosfato, 
sendo que esta última é incorporada na via glicolítica. O gliceraldeído é então 
fosforilado pela triose quinase, resultando na formação de gliceraldeído-3-fosfato, que também participa da via glicolítica (BROWN, 2018). As reações 
estão ilustradas na 12. 
Figura 12 – Metabolismo da frutose para a produção de ATP 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022 
 
31 
 
Na Figura 12, na parte “a”, a frutose é transformada em frutose-6-fosfato, 
que é o substrato da etapa 3 da glicólise. Na parte “b”, a frutose é convertida em 
frutose-1-fosfato, resultando na produção de di-hidroxiacetona fosfato e 
gliceraldeído. A di-hidroxiacetona fosfato é então convertida em gliceraldeído-3-
fosfato, que também é um substrato da via glicolítica. O gliceraldeído é, por sua 
vez, transformado em gliceraldeído-3-fosfato, dando continuidade às reações da 
via glicolítica. 
A galactose e a glicose são epímeros que se diferenciam apenas pela 
configuração do carbono 4. As enzimas envolvidas na glicólise são específicas 
e não reconhecem a configuração da galactose. Portanto, é necessário converter 
a galactose em galactose-1-fosfato, que é então transformada em glicose-1-
fosfato. Em seguida, a glicose-1-fosfato é convertida em glicose-6-fosfato pela 
ação da fosfoglicomutase, permitindo sua entrada na via glicolítica para a 
produção de ATP (VOET; VOET, 2013) (Figura 13). 
Figura 13 – Metabolismo da galactose para a produção de ATP 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022. 
 
32 
 
Na Figura 13, é ilustrado o metabolismo da galactose para a produção de 
ATP. Inicialmente, a galactose é convertida em galactose-1-fosfato, que 
posteriormente se transforma em glicose-1-fosfato. Esta, por sua vez, é 
convertida em glicose-6-fosfato, um substrato da via glicolítica. Assim, a glicose-
6-fosfato gerada a partir da galactose é utilizada na glicólise para a produção de 
piruvato e ATP. 
5 O CICLO DE KREBS 
O ciclo do ácido cítrico, também conhecido como ciclo de Krebs ou ciclo 
dos ácidos tricarboxílicos, representa a etapa final comum para a oxidação de 
moléculas energéticas. Os átomos de carbono entram no ciclo na forma de 
grupos acetila provenientes de glicose, ácidos graxos, aminoácidos, corpos 
cetônicos e acetato. O grupo acetila, que se liga à coenzima A (acetil-CoA), é 
oxidado em oito reações mitocondriais, resultando na liberação de duas 
moléculas de CO2. Os elétrons de alta energia gerados durante essa oxidação 
são utilizados para produzir equivalentes redutores na forma de NADH e FADH2. 
O NADH (nicotinamida adenina dinucleotídeo – forma reduzida) e o 
FADH2- (flavina adenina dinucleotídeo forma reduzida –) são oxidados, e os 
elétrons são conduzidos pela cadeia mitocondrial transportadora de elétrons com 
a liberação de energia conservada na forma de ATP, sintetizado a partir de ADP 
e de fosfato inorgânico por meio de um processo denominado fosforilação 
oxidativa. O ciclo também gera diretamente compostos de alta energia (GTP ou 
ATP). 
5.1 Funções do ciclo do ácido cítrico 
A acetil-CoA é o ponto de interseção das principais vias de oxidação dos 
combustíveis metabólicos. Ela é gerada diretamente a partir da β-oxidação de 
ácidos graxos e do acetato (proveniente da dieta ou da oxidação do etanol). A 
glicose e outros carboidratos são metabolizados na glicólise, resultando na 
 
33 
 
formação de piruvato. Os aminoácidos alanina e serina também podem ser 
convertidos em piruvato. Este, por sua vez, é oxidado a acetil-CoA pelo complexo 
da piruvato desidrogenase. Além disso, vários aminoácidos, como leucina e 
isoleucina, são oxidativos a acetil-CoA. O catabolismo dos corpos cetônicos 
(como acetoacetato e β-hidroxibutirato) também contribui para a formação de 
acetil-CoA. Assim, a oxidação da acetil-CoA em CO2 no ciclo do ácido cítrico 
representa a etapa final das principais vias de oxidação das moléculas 
metabólicas. As principais funções do ciclo incluem: 
• Geração de energia: O ciclo do ácido cítrico é a principal fonte de energia 
para os seres humanos. Ele é responsável pela oxidação completa das 
moléculas de acetil-CoA, que podem ser originadas da reação catalisada 
pelo complexo da piruvato desidrogenase, da β-oxidação de ácidos 
graxos, da oxidação de aminoácidos e etanol, bem como do catabolismo 
de corpos cetônicos e de qualquer substância que possa ser 
metabolizada em componentes do ciclo. A cada volta do ciclo, é produzida 
uma única molécula de nucleotídeo trifosfato (GTP) de alta energia. A 
maior parte da energia gerada no ciclo provém da remoção de elétrons da 
acetil-CoA, que são capturados pelo NAD+ e FAD , formando NADH e 
FADH2. Quando esses dois transportadores de elétrons são oxidados pelo 
O2 na cadeia respiratória mitocondrial, a energia liberada é convertida em 
ATP através do processo de fosforilação oxidativa. 
• Produção de precursores biossintéticos: Alguns intermediários do 
ciclo do ácido cítrico são removidos e utilizados na síntese de outras 
substâncias celulares. Por exemplo, a succinil-CoA é um precursor para 
a síntese do grupo heme. Da mesma forma, o α-cetoglutarato, gerado 
quando certos aminoácidos são degradados, pode entrar no ciclo e ser 
transformado em malato, sendo então exportado para o citoplasma. O 
malato, pela ação da malato desidrogenase, é oxidado a oxaloacetato e 
usado para sintetizar glicose pelo processo de gliconeogênese. 
• Fonte de acetil-CoA para a síntese de ácidos graxos e colesterol: Os 
dois tipos celulares com maior capacidade de síntese de ácidos graxos 
 
34 
 
são os hepatócitos (células do fígado) e os adipócitos (células adiposas). 
Quase toda a acetil-CoA utilizada para a síntese de ácidos graxos é 
gerada na mitocôndria pela reação catalisada pelo complexo da piruvato 
desidrogenase. Os grupos acetila são então transportados para fora das 
mitocôndrias na forma do intermediário do ciclo do ácido cítrico chamado 
citrato. A acetil-CoA regenerada a partir do citrato no citoplasma serve 
como substrato para a síntese de ácidos graxos e colesterol. 
• Produção de citrato que regula outras vias metabólicas: A 
concentração de citrato nas células é fortemente influenciada pela carga 
energética celular. Quando essa carga é alta, o ATP inibe a atividade do 
ciclo do ácido cítrico, resultando em um aumento nos níveis de citrato. Em 
situações de alta concentração de ATP mitocondrial, o citrato é 
transportado para o citoplasma, onde desempenha um papel regulador na 
glicólise, gliconeogênese e síntese de ácidos graxos. No citoplasma, o 
citrato inibe a fosfofrutocinase-1 (PFK-1) na glicólise, estimula a 
gliconeogênese ao ativar a frutose 1,6-bisfosfatase e promove a síntese 
de ácidos graxos pela ativação da enzima acetil-CoA carboxilase. 
• Enzimas do ciclo do ácido cítrico participam de mecanismos que 
lançam equivalentes redutores para a mitocôndria: A glicólise produz 
NADH no citoplasma, mas este não consegue atravessar a membrana 
mitocondrial. Para transferir os elétrons do NADH citoplasmático para a 
cadeia de transporte de elétrons mitocondrial e para a fosforilação 
oxidativa, são utilizados sistemas de lançadeiras que envolvem enzimas 
do ciclo do ácido cítrico. 
5.2 Ciclo do ácido cítrico 
O catabolismo de carboidratos e lipídios (ácidos graxos) começa com a 
conversão desses compostos em fragmentos de dois carbonos, correspondendo 
ao grupo acetil da molécula de acetil-CoA. O acetil gerado é então oxidado no 
ciclo do ácido cítrico. Este ciclo é uma via cíclica na qual um dos substratos, o 
 
35 
 
oxaloacetato, é regenerado ao final de cada volta. O ciclo é composto por oito 
etapas (BROWN, 2018). 
• Primeira etapa: ocorre a condensação da molécula de acetil-CoA com 
uma molécula de oxaloacetato (reação catalisada pela enzima citrato 
sintase), resultando na molécula de citrato (ácido cítrico) (MAGALHÃES; 
OLIVEIRA; BUZALAF, 2017) (Figura 14). 
Figura 14 – Reação da primeira etapa do ciclo do ácido cítrico 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022. 
• Segunda etapa: acontece uma reação de isomerização mediada pela 
aconitase, que converteo citrato em isocitrato (BROWN, 2018). 
• Terceira etapa: a enzima isocitrato desidrogenase oxida o isocitrato a o-
cetoglutarato, ocorrendo o desprendimento de CO2. Uma molécula de 
NAD+ é convertida em NADH, liberando H+ no meio reacional. Na Figura 
15, estão representadas a segunda e a terceira etapas do ciclo do ácido 
cítrico. 
Figura 15 – Reações da segunda e terceira etapas do ciclo do ácido cítrico 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022. 
 
36 
 
Quarta etapa: o a-cetoglutarato passa por um processo de 
descarboxilação oxidativa, reação catalisada pela enzima a-cetoglutarato 
desidrogenase, formando-se succinil-CoA, CO, e mais um NADH e H+ 
(MAGALHÃES; OLIVEIRA; BUZALAF, 2017) (Figura 16). 
Figura 16 – Reação da quarta etapa do ácido cítrico 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022. 
• Quinta etapa: o succinil-CoA é convertido em succinato, por meio de uma 
reação catalisada pela enzima succinil-CoA sintase. Como consequência 
dessa reação, uma molécula de guanosina trifosfato (GTP) é formada. 
Essa molécula de GTP equivale energeticamente à molécula de ATP 
(MAGALHÃES; OLIVEIRA; BUZALAF, 2017). A Figura 17 apresenta a 
reação da quinta etapa. 
Figura 17 – Reações da quinta etapa 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022. 
• Sexta etapa: a succinato desidrogenase oxida o succinato a fumarato, 
com conversão de FAD em FADH, (Brown, 2018). 
 
37 
 
• Sétima etapa: a fumarase catalisa a hidratação da dupla ligação do 
fumarato, havendo a produção de malato. Na figura 18, estão 
representadas a sexta e a sétima etapas do ciclo do ácido cítrico. 
Figura 18 – Reações da sexta e sétimas etapas do ciclo cítrico 
 
 Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022. 
• Oitava etapa: ocorre a regeneração do oxalacetato pela malato 
desidrogenase com a redução concomitante de um terceiro NAD+ a 
NADH, liberando-se H+ no meio reacional (VOET; VOET, 2013) (Figura 
19). 
Figura 19 – Reação da oitava etapa do ciclo de krebs 
 
Fonte: Sohn; Lima; Silva Filho, 2022. 
A Figura 20 apresenta uma visão simplificada das substâncias que entram 
e são geradas durante as reações do ciclo do ácido cítrico. Nela, observa-se que 
a acetil-CoA reage com o oxaloacetato para formar citrato. Ao longo das reações, 
são produzidos 3 NADH + 3 H+ , 1 FADH2 e 1 GTP (equivalente a ATP). O 
oxaloacetato é regenerado ao final do ciclo. 
Figura 20 – Ciclo do ácido cítrico completo 
 
38 
 
 
Fonte: Lenhiger, 2018. 
 Dissemos inicialmente que a principal função da respiração aeróbia é 
formar ATP para as reações celulares. No entanto, até este ponto, temos apenas 
a formação líquida de quatro moléculas de ATP (2 na glicólise e 2 no ciclo do 
ácido cítrico). A maior parte da energia produzida está atualmente nas moléculas 
de NADH e FADH2, que são transportadores de elétrons. Na próxima etapa do 
processo de respiração celular, toda a energia contida nesses transportadores 
será utilizada na síntese de ATP. Essa etapa é chamada de fosforilação 
oxidativa. 
 
39 
 
6 FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
A fosforilação oxidativa se divide em duas etapas: a cadeia 
transportadora de elétrons e a quimiosmose. 
Estrutura e função da cadeia de transporte de elétrons 
Agora, vamos analisar os componentes da cadeia de transporte de 
elétrons e entender como os elétrons são transferidos de um doador, como o 
NADH ou o FADH2, ao longo dessa cadeia. 
A cadeia de transporte de elétrons é composta por quatro grandes 
estruturas, conhecidas como Complexos I a IV, que estão localizadas na 
membrana interna da mitocôndria. Os elétrons do NADH entram na cadeia 
através do Complexo I, enquanto os elétrons do FADH2 se conectam ao 
Complexo II (Figura 21). A transferência de elétrons do Complexo I ou II para o 
Complexo III requer uma molécula transportadora intermediária, chamada 
ubiquinona ou coenzima Q (CoQ). A transferência do Complexo III para o 
Complexo IV é realizada por meio do citocromo c. Finalmente, os elétrons são 
transferidos para o oxigênio a partir do Complexo IV. 
Figura 21 – Estrutura da cadeia de transporte de elétrons 
 
Fonte: Brown, 2018. 
Cada um dos quatro complexos é uma proteína composta por várias 
subunidades, variando de quatro subunidades no Complexo II até 44 no 
Complexo I. No entanto, as proteínas em si não são as principais responsáveis 
 
40 
 
pela transferência de elétrons. Alguns aminoácidos podem atuar como doadores 
e aceptores de elétrons, mas dentro das cadeias polipeptídicas, esses 
aminoácidos não possuem a afinidade por elétrons necessária para permitir a 
liberação gradual de energia que caracteriza a cadeia de transporte de elétrons. 
Na verdade, os componentes responsáveis pela ligação dos elétrons nos 
complexos são grupos prostéticos não proteicos. Os tipos desses grupos são os 
seguintes: 
• O Complexo I possui flavina mononucleotídeo (FMN) e oito grupamentos 
de ferro-enxofre (FeS). Esses grupamentos são formados por átomos de 
ferro que estão coordenados com átomos de enxofre inorgânico, além de 
enxofre proveniente de uma cadeia lateral de cisteína em uma das 
subunidades polipeptídicas do complexo (Figura 21). Um polipeptídeo que 
contém um grupamento de ferro-enxofre é conhecido como proteína de 
ferro-enxofre ou proteína FeS. 
• O Complexo II inclui uma proteína FeS com três grupamentos FeS. 
• O Complexo III possui uma única proteína FeS e três citocromos. Um 
citocromo é uma proteína que contém um ou mais grupos prostéticos de 
heme. Existem diferentes tipos de citocromos, dependendo da sequência 
de aminoácidos do polipeptídeo e da estrutura exata do grupo heme. Os 
citocromos presentes no Complexo III são chamados citocromo b562 e 
citocromo b566, ambos com dois grupos heme, e citocromo c1, que possui 
um grupo heme. 
• O Complexo IV inclui dois citocromos adicionais: o citocromo a e o 
citocromo a3. O citocromo a está ligado a dois íons de cobre, conhecidos 
como CuA , enquanto o citocromo a3 possui um terceiro íon de cobre, 
denominado CuB. 
 
41 
 
6.1 A transferência de elétrons ao longo da cadeia de transporte de 
elétrons 
Observamos que a cadeia de transporte de elétrons é composta por 
quatro complexos, onde a CoQ atua como mediadora na transferência de 
elétrons entre os Complexos I e III, assim como entre os Complexos II e III. O 
citocromo c, por sua vez, facilita a transferência entre os Complexos III e IV. 
Agora, vamos analisar essa via em detalhes, começando pelo NADH. Podemos 
dividir o processo em três etapas, cada uma correspondendo a um complexo 
distinto (Figura 22). 
Figura 22 – A transferência de elétrons ocorre na cadeia de transporte de 
elétrons 
 
Fonte: Brown, 2018. 
Etapa 1 – O complexo NADH-CoQ redutase (Complexo I). O NADH se 
liga ao Complexo I, liberando dois elétrons que são transferidos para o FMN, 
reduzindo-o a FMNH2 . Cada transferência de elétrons é acompanhada pela 
captação de um íon H+ da matriz mitocondrial aquosa. Em seguida, os elétrons 
são transferidos para os grupamentos FeS do Complexo I, reduzindo os íons 
Fe3+ (férricos) desses grupamentos a íons Fe2+ (ferrosos). Simultaneamente, 
ocorre a regeneração do FMN a partir do FMNH2 . Por fim, os elétrons são 
transferidos dos grupamentos FeS para a CoQ, produzindo a forma reduzida 
desse composto, chamada ubiquinol (CoQH2) . Portanto, a reação global da 
etapa I consiste na transferência de um íon H+ do NADH e de um da matriz para 
a CoQ: 
𝑵𝑨𝑫𝑯 + 𝑪𝒐𝑸 + 𝐇+ → 𝐍𝐀𝐃++ 𝐂𝐨𝐐𝐇𝟐 
 
42 
 
Essa reação apresenta uma ΔG0′ de –69,5 kJ mol–1, que é utilizada para 
transferir quatro íons H+ através da membrana mitocondrial interna, da matriz 
mitocondrial para o espaço existente entre as duas membranas mitocondriais. 
Por conseguinte, o Complexo I atua como bomba de prótons. 
Etapa 2 – O complexo 𝐂𝐨𝐐𝐇𝟐-citocromo c redutase (Complexo III). A 
CoQH2 é lipossolúvel e, portanto, pode mover-se por dentro da membrana 
mitocondrial interna. Por conseguinte,ela pode transferir os elétrons que ela 
transporta para o Complexo III, o próximo componente da cadeia. Dentro do 
Complexo III, os elétrons são inicialmente transferidos para os grupos heme do 
citocromo b562, reduzindo o íon Fe3+ contido no grupo heme a Fe2+ (ver Figura 
22). Em seguida, os elétrons fluem para o citocromo b566 , e, então, para o 
grupamento FeS do Complexo III, ao grupo heme do citocromo C1 e, finalmente, 
para o citocromo c. A reação global pode ser então descrita da seguinte maneira: 
 
𝐂𝐨𝐐𝐇𝟐 + 𝟐𝐜𝐢𝐭𝐜𝟑+ → 𝑪𝒐𝑸 + 𝟐𝐇+ + 𝟐𝐜𝐢𝐭𝐜𝟐+ 
em que 𝑐𝑖𝑡𝑐3+ e 𝑐𝑖𝑡𝑐2+ são as formas oxidada e reduzida do citocromo c, 
respectivamente. A energia liberada na etapa 2 é suficiente para bombear mais 
quatro íons H+através da membrana mitocondrial interna. 
Etapa 3 – O complexo citocromo c oxidase (Complexo IV). O citocromo 
c atua como elo entre os Complexos III e IV. Ele transfere inicialmente elétrons 
para os íons 𝐶𝑢𝐴 , reduzindo 𝐶𝑢2+ (cúprico) a 𝐶𝑢+ (cuproso). Em seguida, os 
elétrons são transferidos através do grupo heme do citocromo a para o íon 𝐶𝑢𝐵, 
depois para o grupo heme do citocromo 𝑎3 e, finalmente, para o oxigênio, 
resultando na formação de 𝐻2 𝑂. A reação global é a seguinte: 
𝟐𝐜𝐢𝐭𝐜𝟐+ + 𝟐𝐇+ + ½𝑶𝟐 → 𝟐𝐜𝐢𝐭𝐜𝟑+ + 𝑯𝟐 𝑶 
Essa reação, que conclui a oxidação da molécula original de NADH, libera 
energia adicional, suficiente para transferir dois íons 𝐻+ através da membrana 
mitocondrial interna. 
 
43 
 
Para entender como o FADH2 se insere na via, precisamos voltar ao início 
da cadeia de transporte de elétrons. Esse ponto de entrada será chamado de 
etapa 1*. 
Etapa 1*. O complexo succinato-CoQ redutase (Complexo II). Na etapa 6 
do ciclo de Krebs (TCA), o succinato é oxidado a fumarato pela enzima succinato 
desidrogenase, que está localizada na membrana mitocondrial interna e está 
intimamente associada ao Complexo II. Os dois elétrons liberados durante a 
oxidação do succinato resultam na formação de FADH2 , que imediatamente 
transfere seus elétrons para os grupamentos FeS do Complexo II. A partir desses 
grupamentos, os elétrons são transferidos para a CoQ e, em seguida, para os 
Complexos III e IV, da mesma forma que ocorre com o NADH. Devido à estreita 
relação entre a succinato desidrogenase e o Complexo II, frequentemente 
representamos a reação global para a entrada de FADH2 na cadeia de transporte 
de elétrons da seguinte maneira: 
Succinato + CoQ → fumarato + 𝐂𝐨𝐐𝐇𝟐 
A reação libera energia, porém não o suficiente para transferir qualquer 
íon H+ através da membrana mitocondrial interna. Essa incapacidade do 
Complexo II de bombear elétrons através da membrana é responsável pela 
diferenç a no número de moléculas de ATP que pode ser produzido por molécula 
de FADH2, em comparação com o NADH. 
Figura 23 – Transferência de elétrons do FADH2 para o Complexo II da cadeia 
de transporte de elétrons 
 
Fonte: Brown, 2018. 
 
44 
 
6.2 Síntese de ATP 
O fluxo de elétrons na cadeia respiratória resulta na produção de ATP por 
meio do processo de fosforilação oxidativa. A teoria quimiosmótica, proposta por 
Peter Mitchell (1920-1992) em 1961, sugere que esses dois processos estão 
interligados por um gradiente de prótons na membrana mitocondrial interna. 
Esse gradiente gera uma força próton-motora, decorrente da diferença de 
potencial eletroquímico (negativa na matriz), que impulsiona a síntese de ATP 
(RODWELL et al., 2017). 
O Complexo V é constituído pela ATP sintase, uma enzima formada por 
várias subunidades que sintetiza ATP utilizando a energia do gradiente de H+ 
(FERRIER, 2019). Os prótons retornam à matriz através dos canais de prótons 
na parte F da ATP sintase. Esse fluxo de prótons está ligado à formação de ATP, 
que ocorre na unidade F (CAMPBELL; FARRELL, 2015). O oxigênio 
desempenha um papel indireto na conversão de ADP em ATP; cinco íons H+ 
entram na mitocôndria porque o oxigênio diminui a concentração desses íons 
durante a formação de água no Complexo IV (BETTELHEIM et al., 2012). 
Outro aspecto a ser considerado na produção de ATP é o das duas 
moléculas de NADH geradas na glicólise, que se encontram fora da mitocôndria. 
A membrana mitocondrial interna impede a entrada de NADH na matriz 
mitocondrial, de modo que o NADH produzido pela glicólise não pode entrar 
diretamente na cadeia de transporte de elétrons. Portanto, os elétrons dessas 
moléculas de NADH são transferidos para uma molécula capaz de atravessar a 
membrana mitocondrial interna. A oxidação subsequente dessa molécula 
transportadora mitocondrial gera NADH ou FADH2 no interior da matriz 
mitocondrial, os quais podem então entrar na cadeia de transporte de elétrons. 
6.3 Saldo de ATP 
Aproximadamente 2,5 moléculas de ATP são geradas para cada molécula 
de NADH que entra na cadeia transportadora de elétrons, e cerca de 1,5 
 
45 
 
molécula de ATP para cada molécula de FADH2 (CAMPBELL; FARRELL, 2015). 
Na glicólise, são produzidas 7 moléculas de ATP (2 ATP diretamente e 5 ATP 
pela oxidação posterior de 2 NADH, considerando a geração de 2,5 ATP para 
cada NADH). Na oxidação do piruvato, são formadas mais 5 moléculas de ATP 
(2 NADH). A oxidação da acetil-CoA promove a produção de 20 moléculas de 
ATP (6 NADH + 2 FADH2+ 2 𝐺𝑇𝑃), levando em conta a similaridade energética 
entre ATP e GTP. No total, são produzidas 32 moléculas de ATP. 
6.4 Controle da síntese de ATP 
Em grande parte das condições fisiológicas, o transporte de elétrons está 
rigidamente acoplado à fosforilação. Em geral, os elétrons não fluem pela cadeia 
de transporte de elétrons até o oxigênio, a menos que o ADP seja 
simultaneamente fosforilado a ATP. Quando a concentração de ADP aumenta, 
a taxa de fosforilação oxidativa se eleva para atender à demanda por ATP. 
6.5 Inibidores da cadeia transportadora de elétrons 
Existem diferentes classes de substâncias que podem afetar o 
funcionamento da cadeia de transporte de elétrons. Essas substâncias atuam 
em locais específicos da cadeia, bloqueando a passagem de elétrons. Exemplos 
incluem o amital, que é um anticonvulsivante e anestésico geral, e o cianeto, 
utilizado em câmaras de gás durante a Segunda Guerra Mundial e como 
pesticida na agricultura. Além disso, há substâncias que funcionam como 
“desconectores” da fosforilação oxidativa, como venenos de serpentes e 
compostos como 2,4-dinitrofenol e dinitrocresol. Outras substâncias, como a 
oligomicina, um antibiótico usado como antifúngico, inibem a ATP sintase. 
 
46 
 
6.6 Desacopladores da transferência de elétrons e termogênese 
Recém-nascidos, animais hibernantes e mamíferos adaptados ao frio 
precisam de uma produção de energia maior do que a normalmente gerada pelo 
metabolismo para manter a temperatura corporal. Em condições normais, o 
transporte de elétrons e a síntese de ATP estão intimamente acoplados, de modo 
que o calor produzido é mantido no mínimo. No tecido adiposo marrom, a maior 
parte da energia gerada pela cadeia de transporte de elétrons mitocondrial não 
é utilizada para sintetizar ATP. Em vez disso, essa energia é dissipada na forma 
de calor. (Esse tecido tem coloração marrom devido à sua riqueza em 
mitocôndrias e intensa vascularização.) Aproximadamente 10% da proteína 
presente na membrana mitocondrial interna é constituída pela termogenina ou 
proteína desacopladora 1 (UCP-1). 
 
A termogenina é uma proteína transmembrana localizada na membrana 
mitocondrial interna, que contém canais que permitem o retorno de prótons para 
a matriz mitocondrial sem passar pelo complexo Fo-F1 da ATP sintase. Dessa 
forma, quando a termogenina está ativa, a energia da oxidação não é 
conservada na forma de ATP, mas dissipada como calor. A via de dissipação de 
prótons é ativada quando a temperatura corporal interna começa a diminuir. Esse 
fato estimula a liberação de hormônios que ativam enzimas que hidrolisam os 
ácidosgraxos dos triacilgliceróis, os quais, por sua vez, ativam a termogenina. 
Em adultos, o tecido adiposo marrom está virtualmente ausente, mas em recém-
nascidos responde por cerca de 5% do peso corporal (MOTTA, 2011). 
O processo de geração de calor no tecido adiposo marrom, chamado de 
termogênese sem tremor induzida pelo frio, é regulado pela noradrenalina (na 
termogênese com tremor, o calor é produzido pela contração muscular 
involuntária). A noradrenalina, um neurotransmissor liberado por neurônios 
especializados com terminações no tecido adiposo marrom, inicia um 
mecanismo em cascata que hidrolisa as moléculas de gordura. Os ácidos graxos 
produzidos pela hidrólise dos triacilgliceróis ativam a proteína desacopladora. A 
 
47 
 
oxidação dos ácidos graxos continua até que o sinal da noradrenalina cesse ou 
até que as reservas de gordura se esgotem. 
7 METABOLISMO DOS LIPÍDEOS 
A maioria dos lipídios presentes no corpo se classifica em várias 
categorias, incluindo ácidos graxos e triacilgliceróis; glicerofosfolipídeos e 
esfingolipídeos; eicosanoides; colesterol, sais biliares, hormônios esteroides e 
vitaminas lipossolúveis. Embora esses lipídios apresentem diferentes estruturas 
químicas e funções, todos compartilham uma característica comum: a relativa 
insolubilidade em água. Os lipídios da dieta, absorvidos pelo intestino, e aqueles 
sintetizados pelo organismo são distribuídos nos tecidos através das 
lipoproteínas plasmáticas, para uso ou armazenamento. 
Os triacilgliceróis, também conhecidos como gorduras ou triglicerídeos, 
são os lipídios mais comuns na dieta, representando cerca de 90% do total. Eles 
constituem a principal forma de armazenamento de energia metabólica nos 
seres humanos, representando a maior reserva energética do corpo, em média, 
20% do peso corporal, o que equivale a uma massa aproximadamente 100 vezes 
maior que a do glicogênio hepático. Os triacilgliceróis são armazenados nas 
células adiposas na forma anidra. Os ácidos graxos, que são armazenados como 
triacilgliceróis, servem como a principal fonte de energia. Por sua vez, os 
glicerofosfolipídeos e esfingolipídeos, que contêm ácidos graxos esterificados, 
estão presentes nas membranas celulares e nas lipoproteínas plasmáticas, 
formando uma interface entre os componentes lipídicos dessas estruturas e a 
água ao redor. (MCARDLE; KATCH; KATCH, 2016). 
Os ácidos graxos poli-insaturados com 20 carbonos dão origem aos 
eicosanoides, que desempenham um papel importante na regulação de diversos 
processos celulares. O colesterol, além de conferir estabilidade à bicamada de 
fosfolipídios das membranas, atua como precursor dos sais biliares, que são 
compostos semelhantes a detergentes e facilitam a digestão e absorção de 
lipídios, além de serem precursores dos hormônios esteroides, os quais regulam 
 
48 
 
funções como metabolismo, crescimento e reprodução. As vitaminas 
lipossolúveis são lipídios que desempenham várias funções essenciais, incluindo 
a visão, crescimento e diferenciação (vitamina A), coagulação sanguínea 
(vitamina K), proteção contra danos oxidativos nas células (vitamina E) e 
regulação do metabolismo do cálcio (vitamina D). 
7.1 Degradação de Triacilgliceróis: (do depósito) 
Os triacilgliceróis (TAG) da dieta são transportados pelos quilomícrons, 
hidrolisados pela lipase lipoproteica, e os produtos finais da hidrólise são glicerol 
e ácidos graxos. O glicerol não pode ser reutilizado pelos adipócitos, que não 
possuem a enzima glicerol quinase, sendo então liberado na circulação. No 
fígado e outros tecidos, o glicerol é convertido a 1,6 Glicerol 3-Fosfato pela ação 
do glicerol quinase e, em seguida, transformado em diidroxiacetona fosfato, um 
intermediário da glicólise ou da gliconeogênese. 
Os ácidos graxos são degradados através de uma via que ocorre no 
interior das mitocôndrias. Os ácidos graxos liberados dos adipócitos são 
transportados pelo sangue ligados à albumina e utilizados pelos tecidos, 
incluindo fígado e músculos, como fonte de energia; o tecido nervoso e os 
eritrócitos são exceções, pois obtêm energia exclusivamente da oxidação da 
glicose. 
7.2 Degradação de ácidos graxos 
Para serem oxidados, os ácidos graxos precisam ser ativados e 
transportados para a matriz mitocondrial. Essa ativação consiste na conversão 
dos ácidos graxos a uma forma ativada: Acil-CoA. Esta etapa é catalisada por 
enzimas acil-CoA sintetases, que estão associadas à membrana externa da 
mitocôndria: 
 
49 
 
 
A membrana interna da mitocôndria é impermeável ao acetil-CoA, 
portanto, apenas os radicais acila são introduzidos na mitocôndria, ligados à 
carnitina. A carnitina é sintetizada a partir de aminoácidos e está amplamente 
distribuída nos tecidos animais e vegetais, sendo particularmente abundante nos 
músculos. 
7.3 Sistema utilizado para transporte de radicais acila 
O sistema usado para transportar os radicais acila consta das etapas 1 a 
4: 
1. Na face externa da membrana interna, a carnitina-acil transferase I 
transfere o radical acila da coenzima A para a carnitina. 
2. A acil-carnitina resultante é transportada através da membrana interna por 
uma translocase específica. 
3. Na face interna, a carnitina-acil transferase II doa o grupo acila da acil-
carnitina para uma coenzima A da matriz mitocondrial, liberando a 
carnitina. 
4. A carnitina retorna ao citossol pela mesma translocase. 
Dessa maneira, o radical acila dos ácidos graxos é transportado para o 
interior da mitocôndria, onde ocorre a sua oxidação. 
7.4 β-Oxidação ou ciclo de Lynen 
No processo denominado β-oxidação ou Ciclo de Lynen, a acil-CoA 
localizada na matriz mitocondrial é oxidada a acetil-CoA, resultando na produção 
de NADH e FADH2. Essa via metabólica consiste em uma série cíclica de quatro 
reações, ao final das quais a acil-CoA é reduzida em dois carbonos, que são 
liberados na forma de acetil-CoA. As reações envolvidas são as seguintes: 
 
50 
 
1. Oxidação da acil-CoA para formar uma enoil-CoA (acil-CoA β-insaturada) 
de configuração trans, com a conversão de FAD em FADH2 (esta é a 
única reação irreversível da via); 
2. Hidratação da dupla ligação, formando uma 3-hidroxiacil-CoA (isômero L); 
3. Oxidação do grupo hidroxila a carbonila, resultando uma β-cetoacil-CoA e 
NADH; 
4. Cisão da β-cetoacil-CoA por reação com uma molécula de CoA, com 
formação de acetil-CoA e uma acil-CoA com dois carbonos a menos; está 
acil-CoA refaz o ciclo várias vezes, até ser totalmente convertida a acetil-
CoA. 
A oxidação completa de um ácido graxo requer não apenas o Ciclo de 
Lynen, mas também o Ciclo de Krebs. Durante o Ciclo de Lynen, o ácido graxo 
é convertido em acetil-CoA, enquanto no Ciclo de Krebs ocorre a oxidação do 
radical acetil a 𝐶𝑂2 . A cada volta do Ciclo de Lynen, são gerados 1 FADH2, 1 
NADH, 1 acetil-CoA e 1 acil-CoA que possui 2 átomos de carbono a menos que o 
ácido graxo original. Quando o número de átomos de carbono do ácido graxo é 
par, a última volta do ciclo de oxidação começa com uma acil-CoA de 4 carbonos, 
chamada butiril-CoA, resultando na produção de 2 moléculas de acetil-CoA, além 
de FADH2 e NADH. Para a oxidação completa de uma molécula de ácido 
palmítico, que contém 16 átomos de carbono, são necessárias 7 voltas no ciclo 
(considerando que na última volta são geradas 2 moléculas de acetil-CoA), 
resultando na produção total de 8 acetil-CoA. 
 
 
 
 
 
Figura 24 – Via da β-oxidação ou ciclo de Lynen: 
 
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Fonte: Marzzoco; Torres, 2022. 
A oxidação de ácidos graxos não se limita à mitocôndria; ela também 
ocorre em outras organelas citoplasmáticas, como glioxissomos e peroxissomos. 
Nos vegetais, a β-oxidação é realizada exclusivamente nos glioxissomos. A 
acetil-CoA gerada pode ser convertida em glicose devido à presença das 
enzimas do ciclo do glioxilato nessas organelas. Essas enzimas estão ausentes 
nas células