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Introdução à bioquímica metabólica 
Paulo Carvalho de Paula 
bioquimicaaplicadafanor@gmail.com 
Agosto, 2016 
Nutrientes, ATP e atividades celulares 
• Para que a célula exerça suas diversas 
atividades, é necessário o fornecimento 
de energia. 
• Essa energia é em última instância 
obtida a partir dos nutrientes 
ingeridos na dieta, particularmente 
carboidratos, lipídeos e proteínas. 
• A energia química extraída dos nutrientes é utilizada para a síntese de ATP, 
que é a moeda energética utilizada pelas células 
Energia dos 
nutrientes 
Energia para 
trabalho celular 
Metabolismo 
• Definição: complexo conjunto formado pelas redes de reações químicas, 
integradas e com propósitos definidos, que ocorrem em uma célula, em um 
tecido ou organismo 
• As vias metabólicas podem ser classificadas como: 
 
 
 Vias catabólicas: são vias de degradação. Têm o propósito de capturar 
energia química, a partir da degradação de moléculas combustíveis ricas 
em energia, formando ATP e produtos finais pobres em energia 
 
 Vias anabólicas: são vias de síntese. Reúnem moléculas pequenas, para 
formar moléculas complexas. Tais reações necessitam de energia, que é 
fornecida, via de regra, pelo ATP. 
 
 
Metabolismo 
Vias catabólicas 
• A energia gerada pela degradação de moléculas complexas ocorre em três 
estágios: 
Metabolismo 
Vias catabólicas 
NADH e FADH2 
Fosforilação oxidativa 
ATP 
Metabolismo 
Vias anabólicas 
• As reações anabólicas envolvem reduções químicas, nas quais o poder 
redutor é geralmente fornecido pelo doador de elétrons NADPH 
Moléculas de glucose 
Glicogênio 
Aminoácidos 
Proteínas 
Ácidos graxos 
Triacilgliceróis 
Acoplamento de reações catabólicas e anabólicas 
Estocagem de combustível energético 
• Nos períodos entre as refeições (jejum) ou em outras situações 
especiais, o corpo cataboliza polissacarídeos, proteínas e lipídeos, a fim 
de serem obtidos intermediários a partir dos quais ocorra a obtenção de 
energia (ATP). 
 
 
• Após as refeições (estado alimentado), o corpo tem a seu dispor 
combustíveis dietéticos dos quais ele produz ATP, reabastecendo então 
as células. 
 
 
• No entanto, se as células já estiverem abastecidas de ATP e ainda 
houver à disposição combustíveis dietéticos, esse excedente de energia 
potencial química é estocado, na forma de glicogênio e na forma de 
triacilgliceróis (gordura). 
Estocagem de combustível energético 
Células já 
abastecidas de ATP 
Triacilglicerol 
Estocagem no 
tecido adiposo 
Glicogênio 
Estocagem no fígado e 
músculo esquelético 
Células já 
abastecidas de ATP 
DIETA 
O ciclo alimentado jejum: o papel da insulina e glucagon 
Refeição contendo carboidratos 
↑ Glicemia 
↑INSULINA 
↓ GLUCAGON 
(↑ I:G) 
Processos 
anabólicos 
Síntese de proteínas 
Síntese de glicogênio 
Síntese de lipídeos 
O ciclo alimentado jejum: o papel da insulina e glucagon 
Jejum 
↓ Glicemia 
↓INSULINA 
↑ GLUCAGON 
(↓ I:G) 
Processos 
catabólicos 
Degradação de proteínas 
Degradação de glicogênio 
Degradação de lipídeos 
Enzimas: os catalisadores biológicos 
• As enzimas são catalisadores proteicos que aumentam a velocidade de 
uma reação química através da redução da energia de ativação, tornado-
a compatível com a manutenção da vida. 
• As enzimas não são consumidas durante a reação que catalisam,sendo 
também altamente específicas, catalisando apenas um tipo de reação 
química. 
A B 
A + B C + D 
Substratos Produtos 
Ex: 
Glucose Glucose-6-fosfato 
ATP ADP 
Hexoquinase 
Frutose-6-fosfato 
Fosfoglucose 
isomerase 
Regulação da atividade enzimática 
1. Regulação alostérica 
• Efetores alostéricos ligam-se de forma não-covalente às enzimas, em 
um outro sítio que não o catalítico, aumentando (efetor positivo) ou 
inibindo (efetor negativo) a atividade da enzima 
2. Regulação por fosforilação e desfosforilação 
• Adição ou remoção de grupos fosfato 
• Dependendo da enzima, a forma fosforilada pode ser mais ou menos 
ativa do que a forma não-fosforilada 
Regulação da atividade enzimática 
As reações de fosforilação são catalisadas por uma família de enzimas, 
denominadas proteínas-cinase, enquanto a desfosforilação é catalisada pelas 
fosfoproteínas-fosfatases 
Regulação da atividade enzimática 
Sinalização endócrina e sistemas de segundos mensageiros 
• A sinalização endócrina como meio de 
regulação do metabolismo envolve a 
liberação de hormônios que são 
transportados pela circulação até uma 
célula-alvo, a qual possui receptores que se 
reconhecem e se ligam a esses hormônios 
• A ligação específica hormônio-receptor resulta na produção intracelular de 
moléculas denominadas de segundos mensageiros, os quais desencadeiam 
uma série de reações intracelulares, correspondendo ao efeito do hormônio na 
resposta celular. 
Regulação da atividade enzimática 
O sistema da adenilato-ciclase 
• O sistema da adenilato-ciclase é um sistema de segundo-mensageiro 
particularmente importante para a regulação das vias do metabolismo de 
combustíveis energéticos 
 
• Eventos bioquímicos do sistema da adenilato-ciclase: 
 
 Ligação do hormônio ao receptor 
 Proteína G troca GDP por GTP, ativando a adenilato-ciclase 
 Adenilato-ciclase ativada converte ATP em AMP cíclico (cAMP) 
 cAMP ativa as proteínas-cinase dependentes de cAMP 
 As proteínas-cinase fosforila enzimas e outras proteínas 
 Um conjunto de enzimas torna-se então ativo, outro conjunto, inativo. Tal 
modificação resulta no efeito final do hormônio no metabolismo celular 
Regulação da atividade enzimática 
O sistema da adenilato-ciclase 
1) Hormônio liga-se ao 
receptor 
2) Proteína G troca GDP 
por GTP 
3) Proteína G ligada ao GTP 
ativa a adenilato-ciclase 
4) Adenilato ciclase 
converte ATP em cAMP 
5) cAMP ativa proteína-
cinase 
6) proteína-cinase 
fosforila um conjunto 
de enzimas 
Glucagon: utiliza o sistema da 
adenilato ciclase e cAMP como 
segundo mensageiro 
Regulação da atividade enzimática 
3. Indução e repressão da síntese de enzimas 
• As células também podem alterar a velocidade de síntese de enzimas. 
• O aumento ou a diminuição da síntese da enzima leva a uma alteração na 
população total de sítios ativos 
• Alterações dos níveis enzimáticos como resultado da indução ou da repressão 
da síntese de enzimas são lentas (horas a dias), comparadas com as alterações 
reguladas alostericamente ou por fosforilação/desfosforilação (segundos a 
minutos) 
Ex: níveis elevados de insulina como resultado de elevados níveis de glucose no 
sangue, levam a um aumento na síntese de enzimas envolvidas no metabolismo 
da glucose 
Em que compartimentos da célula as reações químicas ocorrem? 
• As reações do metabolismo de 
carboidratos, aminoácidos, proteínas 
e lipídeos ocorrem nos mais diversos 
compartimentos celulares 
• No metabolismo energético para 
extração aeróbica de energia da 
glucose, por exemplo, existem 
reações que ocorrem no citosol 
(glicólise) e outras nas 
mitocôndrias (ciclo do citrato e 
fosforilação oxidativa)