Cederj_Bioquimica parte 2

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Andrea Thompson Da Poian
Debora Foguel
Marílvia Dansa Petretski
Olga Lima Tavares Machado
Bioquímica II
2Volume4, 5, 6 e 7Módulos
2ª edição
Andrea Thompson Da Poian
Debora Foguel
Marílvia Dansa Petretski
Olga Lima Tavares Machado
Volume 2 - Módulos 4, 5, 6 e 7
2a edição
Bioquímica II 
Apoio:
Material Didático
Referências Bibliográfi cas e catalogação na fonte, de acordo com as normas da ABNT.
Copyright © 2004, Fundação Cecierj / Consórcio Cederj
Nenhuma parte deste material poderá ser reproduzida, transmitida e gravada, por qualquer meio 
eletrônico, mecânico, por fotocópia e outros, sem a prévia autorização, por escrito, da Fundação.
D111b
 Da Poian, Andrea Thompson.
 Bioquímica II. v. 2 / Andrea Thompson Da Poian. -- 2.ed. – 
 Rio de Janeiro : Fundação CECIERJ, 2007.
 270p.; 19 x 26,5 cm.
 ISBN: 85-89200-46-9 
 1. Respiração celular. 2. Ciclo de Krebs. 3. Metabolismo de aminoácidos. 4. Uréia. 5. 
Metabolismo de carboidratos. 6. Degradação. Sintese de ácidos. 7. Glicose. 8. Biossintese. 
9. Insulina. 10. Glicocorticóides. I. Foguel, Debora. II. Petretski, Marílvia Dansa. III. 
Machado, Olga Tavares. IV. Título.
CDD: 572
ELABORAÇÃO DE CONTEÚDO
Andrea Thompson Da Poian
Debora Foguel
Marílvia Dansa Petretski
Olga Lima Tavares Machado
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REVISÃO TÉCNICA
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2007/2
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UFF - UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
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Bioquímica II
SUMÁRIO Módulo 4
Aula 12 - Respiração celular ____________________________________7
Aula 13 - Ciclo de Krebs - Parte 1 ______________________________ 17
Aula 14 - Ciclo de Krebs - Parte 2 ______________________________ 29
Aula 15 - Metabolismo de carboidratos I _________________________ 51
Aula 16 - Metabolismo de carboidratos II ________________________ 65
Módulo 5
Aula 17 - A oxidação dos aminoácidos e a produção de uréia _________ 83
Aula 18 - Ciclo da uréia______________________________________ 95
Aula 19 - Metabolismo de aminoácidos ________________________ 103
Módulo 6
Aulas 20 / 21 - Degradação de lipídeos _______________________ 115
Aulas 22 / 23 - Síntese de ácidos graxos _______________________ 135
Módulo 7
Aula 24 - Via das pentoses-fosfato ____________________________ 149
Aula 25 - Degradação do glicogênio ___________________________ 159
Aula 26 - Biossíntese do glicogênio ___________________________ 167
Aula 27 - Regulação do metabolismo do glicogênio _______________ 175
Aula 28 - Introdução à gliconeogênese _________________________ 187
Aula 29 - A via gliconeogênica _______________________________ 199
Aula 30 - Regulação da gliconeogênese ________________________ 211
Aula 31 - Introdução aos hormônios ___________________________ 223
Aula 32 - Glucagon e adrenalina _____________________________ 235
Aula 33 - Insulina e glicocorticóides ___________________________ 249
Gabarito _______________________________________________ 265
Volume 2 - Módulos 4, 5, 6 e 7
Respiração celular 12AULA
BIOQUÍMICA II | Respiração celular
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Figura 12.1: Símbolo 
alquímico. Uma cobra 
devorando a própria 
cauda. O círculo for-
mado s imbol iza o 
infi nito.
DA ANTIGUIDADE AO INÍCIO DA MODERNIDADE
A Química da Antiguidade é essencialmente uma técnica: 
fabricação de cores, de bebidas fermentadas, de preparação de metais 
etc. Alguns produtos, como a cal e o enxofre, já eram conhecidos. Nessa 
época, os homens assumiam que a natureza era composta por quatro 
elementos fundamentais: fogo, ar, terra e água (os quatro elementos 
de Aristóteles); estes quatro elementos estavam associados a quatro 
qualidades: calor, frio, secura e umidade.
No fi m da Antiguidade surge a Alquimia (século IX). O grande 
objetivo dos alquimistas era a busca do ouro, a transmutação dos 
metais. A interpretação das reações químicas acontecia através de um 
“pensamento mágico”. Apesar do seu misticismo, a Alquimia teve um 
papel central no progresso da Química.
A vontade de experimentar se acentua em meados do século XVII. 
A noção de ácido (chamado spiritus salis por Livabius) é um pouco mais 
bem defi nida por Robert Boyle. O antagonismo entre ácidos e bases é 
mais bem estudado. A existência dos gases é revelada (chamado spiritus 
sylvestris ou espírito indomável por Van Helmont). Torricelli e Pascal 
demonstram a existência do vácuo.
Os “químicos” dessa época começaram a duvidar se as substâncias 
seriam compostas apenas pelos quatro elementos e tentaram explicar por 
que quando um corpo queimava suas propriedades físicas e químicas 
se alteravam.
Figura 12.2: Um laboratório alquímico.
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Outra verdade da época era a concepção de que o ar era único. 
Contudo, já se faziam referências quanto à qualidade do ar, atribuindo-se 
características de ar bom (defl ogisticado) e ar ruim (fl ogisticado), encontrados 
nas montanhas e em ambientes confi nados, respectivamente.
Figura 12.3: Representação resumida da Teoria do Flogístico. A Terra 
era considerada um elemento pobre em fl ogístico, enquanto o metal 
era um elemento rico em fl ogístico.
Surgiu, então, em 1760, a Teoria do Flogístico ou Princípio do 
Fogo, postulada por Georg Ernst Sthal, que unifi cava o pensamento da 
época. Esta teoria propunha que todo corpo suscetível à combustão 
contém um princípio de infl amabilidade (fl ogístico) que era liberado 
durante a queima. 
Assim, o fl ogístico existia não só na matéria inanimada como 
também nos seres vivos. Neste caso, o fl ogístico ou alma da matéria 
seria liberado durante a respiração no decorrer da vida, levando ao 
envelhecimento.
TERRA (Pobre em flogístico)
METAL (Rico em flogístico)
FOGO (Flogiston)
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BIOQUÍMICA II | Respiração celular
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LAVOISIER
Nesse contexto, o francês, economista e servidor público, Antoine 
Laurent Lavoisier, iniciou, como hobby, seus estudos na área da Chymica. 
Tido como conservador e metódico, introduziu métodos de trabalho 
que lançaram as bases para a química moderna. Graças ao seu poder 
econômico, pôde montar um laboratório, com instrumentos de precisão 
bastante sofi sticados para a época e, até então, nunca utilizados empesquisa. 
Lavoisier, interessado em entender os mecanismos da combustão 
de diferentes substâncias, realizou diversos experimentos, entre os quais 
um chamou particularmente sua atenção, conforme o enunciado que se 
segue:
Figura 12.4: Antoine Laurent 
Lavoisier, cientista francês 
considerado o pai da química 
moderna. Lavoisier foi guilho-
tinado durante a Revolução 
Francesa.
Para saber mais consulte: 
http://scienceworld.
wolfram.com/biography/
lavoisier.html
 “Por volta de oito dias atrás, eu descobri que o enxofre, ao ser 
queimado, em vez de perder peso, ao contrário, ganha peso; o 
mesmo acontece com o fósforo; este aumento de peso se deve a 
uma prodigiosa quantidade de ar que é fi xado durante a combustão 
e se combina com os vapores.
Esta descoberta, que eu tenho estabelecido por experimentos que 
eu considero como decisivos, tem me levado a pensar que o que 
é observado na combustão do enxofre e fósforo pode acontecer 
no caso de todas as substâncias que ganham peso por combustão 
e calcinação; e eu estou convencido de que o aumento no peso de 
calxes metálicos é devido à mesma causa.”
Nota selada depositada na Secretaria da Academia Francesa 
em 1º de novembro de 1772.
Para saber mais, acesse:
Teoria do Flogístico - http://www.hcc.hawaii.edu/hccinfo/instruct/
div5/sci/sci122/atomic/skepchem/phloggen.html
Lavoisier: Principais contribuições para a Ciência Moderna - http:
//www.lucknow.com/horus/guide/ec109.html#ec1092
Alquimia - http://143.107.237.20/~edsonro/index.htm
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2Conhecendo o contexto em que os resultados de Lavoisier foram 
obtidos, pense sobre o que esses resultados indicam em relação à Teoria 
do Flogístico.
Intrigado com a Teoria do Flogístico, Lavoisier resolve estudá-
la mais profundamente. Realiza experimentos com velas acesas e 
camundongos confi nados em campânulas separadas e hermeticamente 
fechadas. Observa que os camundongos em pouco tempo morriam e que 
as velas rapidamente se apagavam. 
Pense 
sobre isso!
Figura 12.5: Experimento inicial de Lavoisier. Campânulas são cubas 
de vidro que não deixam passar ar do meio externo para o ambiente 
onde estão a vela e o rato.
A que conclusões você acredita que Lavoisier deve ter chegado?
Intrigado com a função química do “ar ruim”, Lavoisier é 
convidado para participar de uma Reunião Anual da Academia de 
Ciências da França. Durante o encontro com o professor e presbítero 
inglês Joseph Priestley, ele fi cou bastante interessado nos experimentos 
do colega, que apresentamos a seguir.
Pense 
sobre isso!
BIOQUÍMICA II | Respiração celular
12 CEDERJ
Experimentos de Priestley
1. Calcinação
Hg + O2 2HgO
2. Decomposição do óxido
2HgO 2Hg + O2
3. Redução com adição de carvão
(também chamada de redução com phogistoal)
2HgO + C 2Hg + CO2
metal de
mercúrio
oxigênio
óxido de
mercúrio
metal de
mercúrio
oxigênio
óxido de
mercúrio
Símbolo utilizado 
para representar 
aquecimento 
brando.
Símbolo utilizado 
para representar 
aquecimento 
intenso.
metal de
mercúrio
óxido de
mercúrio
carvão
(carbono)
dióxido de carbono
ou “ar fi xado”
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2O que você faria se fosse Lavoisier?
Paralelamente às experiências de caracterização do “ar bom” e do 
“ar ruim”, Lavoisier observou que a queima de velas de tamanhos iguais 
originava velas menores e de tamanhos diferentes quando aprisionadas 
em campânulas de dimensões variadas.
Esse resultado despertou no cientista o interesse em relacionar o 
tamanho da vela com a liberação do fl ogiston. Assim, percebeu que o 
critério de pesar a vela poderia ser de grande utilidade. 
Com balança de alta precisão, pôde realizar diversos experimentos 
de medidas de peso e obteve a seguinte tabela:
Tabela 12.1: Resultados do peso do sistema vela + ar + campânula antes e após a 
queima da vela.
Peso antes da queima Peso depois da queima
CONJUNTO X X
VELA + AR* Y < Y (perde peso)
CAMPÂNULA W > W (ganha peso)
* ar antes = defl ogisticado; ar depois = fl ogisticado
Que fenômeno deve estar ocorrendo?
 
A partir desse resultado, Lavoisier formula a seguinte reação:
 Lavoisier, dessa forma, postula que “Na natureza nada se cria, nada 
se perde, tudo se transforma” ou “a energia não pode ser criada nem 
destruída, a vida se mantém graças à transformação de energia”. 
Posteriormente, esta idéia é fi rmada cientifi camente como a Teoria 
da Conservação das Massas.
Nessa época, Lavoisier trabalha com seu aplicado aluno La Place. 
Nos meses que se seguiram, ambos dedicaram-se a comprovar a idéia 
de que a combustão da vela e a respiração eram na realidade o mesmo 
fenômeno.
Considerando a reação descrita acima, que componente faltava ser 
verifi cado para que Lavoisier e La Place resolvessem esse problema? 
Pense 
sobre isso!
Pense 
sobre isso!
matéria orgânica + ar respirável CO2 + água + calor
Pense 
sobre isso!
BIOQUÍMICA II | Respiração celular
14 CEDERJ
Após diversas tentativas de observar o calor na forma de luz nos 
órgãos respiratórios de camundongos e moribundos, Lavoisier percebe 
que o calor liberado pela respiração não poderia ser medido com os 
aparelhos que possuía, e resolve construir o equipamento abaixo:
Figura 12.6: Calorímetro de Lavoisier e La Place. O aparelho apresenta três câma-
ras: a mais interna (1) é a câmara que abriga a vela ou a cobaia; a do meio (2) é 
preenchida por gelo e contém uma saída (a) por onde escoa o gelo derretido pelo 
calor liberado pela queima ou pela respiração; a câmara mais externa (3), também 
é preenchida por gelo e apresenta uma saída (b) para escoar o gelo derretido.
Este é o calorímetro de gelo de Lavoisier e La Place (Figura 12.6); 
aparelho utilizado para obter medidas quantitativas do calor produzido 
durante a queima de uma vela e da respiração de uma cobaia (geralmente 
utilizavam porquinho-da-índia). 
Após realizar diversos experimentos com tempos de queima e de 
respiração fi xos, os cientistas obtiveram o seguinte resultado (Tabela 12.2):
Tabela 12.2: Relação entre produção de CO2 e peso derretido após a queima de 
matéria orgânica e a respiração de uma cobaia.
Produção de CO2 Gelo derretido Gelo/ CO2
Matéria orgânica 112,35g 2998g 26,69g
Cobaia 11,87g 330,30g 27,80g
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2Esses resultados foram capazes de esclarecer a dúvida que restava 
em relação à combustão e à respiração?
Descreva sua opinião sobre os dois fenômenos, baseada nos 
resultados mostrados até aqui.
Esta aula foi baseada no material organizado pelo Departamento de Bioquímica Médica, CCS, UFRJ.
RESUMO
Nesta aula você acompanhou como Lavoisier chegou à equação geral da respiração 
celular, aceita até hoje (matéria orgânica + ar respirável CO2 + água + calor).
Pense 
sobre isso!
INFORMAÇÕES SOBRE A PRÓXIMA AULA
Na próxima aula, nós continuamos a história. Falaremos mais especifi camente 
do ciclo do ácido cítrico e como ele foi sendo elucidado. Com as informações 
apresentadas na Aula 13, você mesmo construirá o ciclo, antes de ser apresentado 
a ele, o que ocorrerá na Aula 14. Foi o que Krebs fez e, por isso, o ciclo do ácido 
cítrico é chamado ciclo de Krebs. Então, vamos lá...
Ciclo de Krebs - Parte 1 13AULA
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 1
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Como vimos na aula anterior, o resultado da genialidade de Lavoisier, somada 
ao trabalho de Laplace e Priestley, resultou na seguinteequação geral da 
respiração celular:
Matéria orgânica + O2 CO2 + H2O + ENERGIA 
Mas a história não parou por aí. A partir de agora você conhecerá outros 
personagens da história da Bioquímica. Eles contribuíram para a descoberta 
dos passos da respiração celular. 
INTRODUÇÃO
A HISTÓRIA DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
Comecemos com OTTO WARBURG, um eminente bioquímico 
alemão durante a primeira metade do século XX. Filho de militar da 
mais alta patente do exército, era possuidor de uma disciplina rígida e 
personalidade forte. Alguns relatos contam que, para dar continuidade 
a seus experimentos no período recessivo da Primeira Grande Guerra, 
dividia boa parte de seus ganhos com a alimentação de suas cobaias.
Estava interessado em entender as etapas da equação de Lavoisier, 
em diferentes tecidos. Para esta fi nalidade, desenvolveu, por volta de 
1918, um método manométrico (baseado em medidas de pressão) para 
medir o consumo de oxigênio e a produção de CO2. Este aparelho foi, 
mais tarde, batizado de respirômetro de Warburg, em sua homenagem 
(Figura 13.1). 
O respirômetro de Warburg teve ampla aplicação na Bioquímica e, 
ainda hoje, é utilizado na determinação de CO2 produzido por diferentes 
preparações biológicas.
Em 1935, Albert Szent-Györgyi, um pesquisador húngaro, 
começou a publicar uma série de importantes trabalhos sobre a 
respiração de suspensões de músculo de peito de pombo. Sendo um 
músculo muito solicitado no vôo, ele requer muita energia e possui uma 
capacidade oxidante excepcionalmente alta. Szent-Györgyi estudou, em 
particular, o comportamento metabólico dos ácidos dicarboxílicos C4 
(ácidos com quatro carbonos que possuem dois grupos carboxílicos). Ele 
também estava interessado em estabelecer a conexão entre fermentação 
e oxidação, como fi ca claro na seguinte passagem:
OT T O HE I N R I C H 
WA R B U R G
Prêmio Nobel de 
Fisiologia e Medicina 
em 1931, por suas 
descobertas a respeito 
da natureza e do 
modo de ação das 
enzimas respiratórias.
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OXIDAÇÃO E FERMENTAÇÃO
Tomemos como exemplo a fermentação láctica em células 
musculares. Neste processo, a molécula de hexose é fragmentada 
em duas moléculas de ácido láctico. Juntas, estas duas moléculas 
de ácido láctico contêm menos energia que a molécula de hexose 
original. Esta pequena diferença de energia é o ganho da célula. 
Alternativamente a molécula de hexose pode ser submetida 
à combustão, gerando CO2 e H2O. No último caso, grande 
quantidade de energia livre é desperdiçada.
A fermentação é o mais simples dos dois processos. Ao mesmo 
tempo ele é pouco econômico, pois a maior parte da energia da 
molécula de hexose permanece nas moléculas de ácido láctico. 
Por volta de 30 vezes mais energia é liberada por oxidação. 
Conseqüentemente, a fermentação pode manter somente as formas 
de vida mais simples. Nesse ponto, pode existir uma pequena dúvida 
de que a fermentação não é somente o mais simples, mas também 
o processo mais antigo, precedendo a oxidação na história da vida. 
O desenvolvimento de formas de vida mais complexas tornou-se 
possível somente depois que a oxidação pelo oxigênio molecular foi 
“inventada” pela natureza. Esta seqüência de eventos se refl ete em 
nossas células, nas quais nós encontramos oxidação e fermentação 
intimamente misturadas e entrelaçadas em um sistema produtor 
de energia.
A íntima relação entre os dois processos tem ocupado muitos 
bioquímicos, como Pasteur, a descobrir suas interdependências 
quantitativas, agora conhecidas como “Reação de Pasteur”. Pasteur 
descobriu que existe algum tipo de equilíbrio entre oxidação e 
fermentação. Se a oxidação é suprimida por remoção do oxigênio, 
a fermentação se inicia. Se nós promovemos outra vez a oxidação, 
a fermentação cessa. O mecanismo desta relação tem sido um dos 
mais atraentes quebra-cabeças da Bioquímica desde então.
ALBERT VON SZENT-GYÖRGYI, Ph. D., M.D.
Professor de Química Orgânica e Biológica,
Universidade de Szeged, Hungria.
ALBERT SZENT-
GYÖRGYI
Nasceu em Budapeste. 
Em 1937 recebeu 
o Prêmio Nobel 
em Fisiologia e 
Medicina por suas 
descobertas na área 
dos processos de 
combustão biológica, 
particularmente com 
respeito à vitamina C e 
ao ácido fumárico. Ele 
não é uma gracinha? É 
o meu favorito.
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 1
20 CEDERJ
HANS ADOLF KREBS, um bioquímico alemão, testou os mesmos ácidos 
orgânicos que Szent-Györgyi (ácidos dicarboxílicos C4) em fatias de 
córtex de rim e obteve o seguinte resultado (veja a Tabela 13.1):
Substrato adicionado Consumo de O2
(µmols/g de peso seco)
Bicarbonato formado
(µmols/g de peso seco)
Sem adição 670 0
Acetato 1340 393
Succinato 1520 555
Fumarato 1290 705
Malato 1340 756
Piruvato 1070 318
Note que Krebs usou o respirômetro de Warburg e mediu tanto o 
consumo de O2, pela diminuição da pressão e conseqüente deslocamento 
da coluna do respirômetro, quanto a formação de CO2, pela medida da 
quantidade de bicarbonato formada no poço central do respirômetro. 
Desta forma, Krebs mostrou que qualquer um dos substratos utilizados 
aumentava a taxa de respiração em relação ao controle (sem adição do 
substrato). Como nos músculos de pombo de Szent-Györgyi, Krebs viu 
que o rim também era capaz de respirar, utilizando como substratos 
ácidos dicarboxílicos de quatro carbonos (succinato, fumarato e malato), 
além de acetato (dois carbonos) e piruvato (três carbonos).
Enquanto isso, no laboratório de Warburg, após um acidente 
experimental com um de seus respirômetros, os tecidos de músculo foram 
carbonizados e, por descuido do seu técnico, o mesmo respirômetro foi 
utilizado em um outro experimento. Qual não foi a surpresa de Otto 
Warburg, quando constatou um grande aumento na respiração do tecido. 
Análises do material contido nas paredes do respirômetro mostraram 
altos níveis de um composto orgânico associado ao ferro. Warburg 
prosseguiu seus estudos com a intenção de identifi car este fator, que 
chamou “Atmungsferment” (enzima), pois, uma vez inativado, todo o 
processo de respiração cessava.
Tabela 13.1: Oxidação e formação de bicarbonato a partir de ácidos orgânicos em 
lâminas de rins de porquinho-da-índia.
O que sugere este 
experi mento?
!
SI R HA N S AD O L F 
KR E B S
Nasceu em 
Hildesheim, 
Alemanha. Prêmio 
Nobel de Fisiologia e 
Medicina em 1953.
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3A próxima etapa desse quebra-cabeça foi resolvida por David 
Keilin, em 1925, que redescobriu uma substância que ele denominou 
cytochrome (CITOCROMO). Esta substância, como o Atmungsferment, 
estava intimamente ligada aos processos oxidativos. Segundo Keilin, o 
citocromo era diretamente oxidado na sua forma divalente para a forma 
trivalente (férrica). Os dois sistemas, Atmungsferment e Cytochrome, 
foram denominados sistemas W.K. (sistema Warburg-Keilin).
Szent-Györgyi sabia do envolvimento do O2 nos processos 
oxidativos e fi cou intrigado com o fato de que a oxidação do succinato 
era especialmente bloqueada por um ácido dicarboxílico (C3), o ácido 
malônico. Resolveu, então, investigar o que aconteceria com a respiração 
em duas situações: 1) ao bloquear a oxidação do succinato; 2) ao incluir 
pequenas quantidades de fumarato, normalmente presente no tecido. 
Assim Szent-Györgyi descreveu seus resultados:
“Os resultados foram surpreendentes. Pequenas quantidades de 
malonato envenenam a respiração quase como o cianeto. Ácido 
fumárico estimula fortemente a respiração. A respiração rapidamente 
declinante dos tecidos in vitro pode ser mantida constantepor 
longos períodos pelo ácido fumárico. Como Baumann & Stare têm 
mostrado no Laboratório de Keilin, igualmente alguns poucos γ de 
fumarato (γ = uma milionésima parte do grama) foram ativos.
Foram consumidos vários anos de trabalho pesado para ajustar as 
observações contraditórias em uma teoria. A teoria é esta: os ácidos 
dicarboxílicos C4 são uma ligação na cadeia respiratória entre o 
alimento e o sistema W.K. Sua função é transferir o hidrogênio 
do alimento ao citocromo e reduzir por este hidrogênio seu ferro 
trivalente à forma divalente. Falando mais precisamente, o citocromo 
oxida dois átomos de hidrogênio da molécula de ácido succínico. 
Pela perda de dois átomos de hidrogênio, o ácido succínico é 
convertido a ácido fumárico. Estes dois átomos de H perdidos são 
recolocados novamente por hidrogênios oriundos do alimento. O 
alimento, entretanto, não cede seus dois hidrogênios imediatamente 
ao ácido fumárico. Ele cede seus 2 átomos de hidrogênio para o 
ácido oxaloacético, que é também um ácido dicarboxílico (C4). Por 
tomar 2H, o ácido oxaloacético volta a ácido málico. Ácido málico, 
então, cede seus dois hidrogênios ao ácido fumárico, e, assim, o 
ácido fumárico é convertido a ácido succínico. Este pode ser outra 
vez oxidado por citocromo, enquanto o ácido málico, após ceder 
seus 2Hs, torna-se ácido oxaloacético, que pode tomar hidrogênio 
do alimento novamente, e assim o jogo recomeça, hidrogênios 
sendo transmitidos todo o tempo do alimento via oxaloacético 
– málico – fumárico – succínico ao sistema W.K.”
CI T O C R O M O S
Os citocromos foram 
primeiro descritos 
como mio-hematina 
e histo-hematina 
por MacMunn. Essa 
história você verá 
com mais detalhes na 
Aula 15.
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 1
22 CEDERJ
O resumo esquemático da história está a seguir:
Fermentação
Esquema 13.1: Esse esquema geral você já conhece.
Respiração
Esquema 13.2
Levando em conta o esquema proposto por Szent-Györgyi, que transformações você verifi ca em cada 
etapa desta seqüência de reações?
Qual o papel das trioses nos processos fermentativos e oxidativos propostos por Szent-Györgyi? 
O que ocorreria nesta seqüência de reações na presença e na ausência de O2?
!
Ácido láctico
C O HCOH
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3Chegamos então ao primeiro esquema que tentava explicar como 
ocorre a respiração celular (ver Esquema 13.2). O próximo passo foi a 
observação de que a adição de pequenas quantidades de ácidos orgânicos 
ativava tremendamente essa via. Este efeito, chamado efeito catalítico, já 
havia sido observado por Krebs durante a descoberta do ciclo da uréia 
(que você conhecerá na Aula 18). 
A respeito da oxidação dos ácidos orgânicos e o efeito catalítico 
do ácido succínico, Krebs escreveu:
Szent-Györgyi reportou experimentos em 1935 e 1936 que sugeriam 
que o ácido succínico e seus derivados ácido fumárico, ácido málico 
e ácido oxaloacético cataliticamente promovem oxidação em 
tecidos musculares. Provas conclusivas deste efeito catalítico foram 
apresentadas por Stare & Baumann em dezembro de 1936. Estes 
autores mostraram que pequenas quantidades destas substâncias 
eram sufi cientes para provocar um aumento na respiração e que o 
aumento é um múltiplo da quantidade de oxigênio necessária para 
a oxidação das substâncias adicionadas. Além disso, a substância 
adicionada não foi usada, mas pode ser subseqüentemente 
detectada no meio. Assim, não permanece nenhuma dúvida de 
que o ácido succínico e substâncias relacionadas podem atuar como 
catalisadores na respiração.
Fonte: KREBS H. A.; CAMBRIDGE, M. A.; HAMBURG M. D. 
The intermediate metabolism of carbohidrates. 
De acordo com esta passagem, tal efeito catalítico exercido pelos ácidos orgânicos C4 pode ser explicado 
com a seqüência de reações proposta por Szent-Györgyi?
A seqüência de reações de Szent-Györgyi explica convenientemente a equação de Lavoisier?
!
EFEITO CATALÍTICO DO ÁCIDO CÍTRICO
O passo seguinte foi a descoberta de que o ácido cítrico também 
atua como ativador catalítico (Krebs e Johnson, 1937). Adicionado ao 
músculo em pequenas quantidades, ele acelera a oxidação de carboidratos 
da mesma maneira que o ácido succínico. A análise experimental deste 
efeito revelou não somente o mecanismo da ação catalítica do ácido 
cítrico, mas também do ácido succínico e compostos relacionados. Em 
adição, isto levou à elucidação dos principais passos na degradação 
oxidativa de carboidratos.
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 1
24 CEDERJ
O DESTINO DO ÁCIDO CÍTRICO
O ácido cítrico, por longo tempo, foi conhecido como sendo 
facilmente oxidável em tecidos vivos, embora os detalhes de seu 
metabolismo intermediário tenham permanecido obscuros até março de 
1937, quando Martius e Knoop descobriram que o ácido α-cetoglutárico 
é um produto da oxidação do ácido cítrico.
O destino do ácido no corpo já era bem conhecido. Esta substância 
tinha grande interesse fi siológico, já que apareceu como um intermediário 
na degradação de ácido glutâmico, de prolina e de histidina. Já se sabia 
que ele forma, na oxidação, ácido succínico e dióxido de carbono.
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3Considerando a junção das duas reações imediatamente anteriores, 
é possível passar do ácido cítrico ao ácido succínico, e esta reação pode 
ser diretamente demonstrada se ácido malônico é adicionado. ÁCIDO 
MALÔNICO inibe especifi camente a oxidação do ácido succínico, mas não 
inibe a degradação do ácido cítrico e ácido α-cetoglutárico.
Qual a relação entre tais reações e a seqüência 
de reações de Szent-Györgyi?
!
Krebs sabia que a síntese de ácido cítrico, a partir de ácido 
oxaloacético, era conduzida pela condensação com uma segunda 
substância, cuja natureza química não era ainda conhecida. Supunha-se 
que a segunda substância fosse derivada de um carboidrato e apostava-se 
que seria o ácido pirúvico. A condensação desta segunda substância com 
o acido oxaloacético para formar ácido cítrico foi formulada da seguinte 
maneira por Krebs (veja reação a seguir):
ÁC I D O M A L Ô N I C O
Ou malonato é um 
inibidor da respiração 
celular, no passo 
de formação do 
succinato no ciclo do 
ácido cítrico.
PS. A nomenclatura das moléculas apresentadas é aquela utilizada nos trabalhos da época.
3
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 1
26 CEDERJ
“Este esquema, ainda que suportado por evidência experimental, 
é, em parte, hipotético e, por esta razão, vamos abster-nos da 
discussão de detalhes; mas deve ser enfatizado que o efeito fi nal, 
que é a síntese de ácido cítrico na presença de ácido oxaloacético, 
é um fato experimental. 
Martius e Knoop
Baseado nos resultados mostrados acima e nas 
citações, proponha um esquema de reações que 
explique o efeito catalítico do ácido cítrico e 
do α-cetoglutarato, integrando as trioses nesta 
seqüência.
!
A SUBSEQÜENTE ELABORAÇÃO DO CICLO DOS ÁCIDOS 
TRICARBOXÍLICOS 
O esquema básico de 1937 tem resistido ao teste do tempo. 
Existem evidentemente grandes vazios em relação ao mecanismo da 
formação do citrato a partir de oxaloacetato e piruvato.
Citado em H. Krebs (1970) The history of the tricarboxylic acid 
cycle. Perspect. Biol. Med. 14: 151-170
A solução deste problema esperou pela descoberta da coenzima A 
(CoA) por Lipmann, na década de 1940. No mesmo período, Ochoa e 
Lynem mostraram que a acetil- coenzima A (acetil-CoA) é o intermediário 
que reage com o oxaloacetato para formar citrato.
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3Além disso, a coenzima A foi também encontrada como 
participantena formação de succinato a partir de α-cetoglutarato, 
formando succinil coenzima A (succinil-CoA) como intermediário.
Com base nessas informações, construa o seu esquema representando o ciclo 
do ácido cítrico.
!
Se você acompanhou o texto e conseguiu construir seu ciclo 
com base nas informações apresentadas, parabéns. Isso não é fácil. Se 
você não conseguiu, consulte os tutores de Bioquímica e discuta suas 
difi culdades com eles. Ao chegar ao fi nal desta aula, você já conhece o 
ciclo do ácido cítrico ou grande parte dele. Neste caso, a próxima aula 
será apenas para detalhar o que você já sabe. Nela você verá cada reação, 
o nome das enzimas, co-fatores e outros papéis metabólicos que o ciclo 
apresenta. Não esqueça que os exercícios virão no fi nal do módulo.
R E S U M O
Nesta aula nós vimos a história do ciclo do ácido cítrico, seus principais personagens 
e as etapas iniciais de elucidação dessa via. A evolução do conceito de Lavoisier 
até chegar aos principais intermediários e reações do ciclo.
Ciclo de Krebs - Parte 2
Ao fi nal desta aula, você deverá ser capaz de:
 Conhecer a origem da molécula de acetato, 
na forma de acetil-CoA, a qual inicia o Ciclo 
de Krebs.
 Aprender a importância das vitaminas 
hidrossolúveis como formadoras de 
coenzimas, importantes para a atividade de 
complexos multienzimáticos.
 Conhecer as reações do Ciclo de Krebs.
 Caracterizar as enzimas envolvidas nessas 
reações.
 Identifi car as etapas de conservação da 
energia gerada durante as reações do Ciclo 
de Krebs.
 Conhecer as vias de reposição de 
componentes do ciclo.
14AULA
ob
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ivo
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BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 2
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INTRODUÇÃO Como você viu na Aula 12 o ciclo do ácido cítrico foi descoberto por Hans 
Krebs e, portanto, é também denominado de Ciclo de Krebs. 
Você viu nas Aulas 9 e 10 que algumas células obtêm energia por processos 
fermentativos em que a molécula de glicose é quebrada na ausência de 
oxigênio. Para a maioria das células eucarióticas e para algumas bactérias, sob 
condições aeróbicas, seus combustíveis orgânicos são transformados em CO2 
mais água, sendo a glicólise o primeiro estágio da degradação completa da 
glicose. Após esse estágio, você viu que a molécula de piruvato poderia seguir 
diversos caminhos metabólicos; entre eles, podia ser convertida em etanol e em 
lactato, se a célula estivesse na ausência de oxigênio. No entanto, a molécula 
de piruvato pode também ser convertida a acetil-CoA. Na realidade, o grupo 
acetil, na forma de acetil-CoA, é um intermediário comum ao metabolismo de 
quase todos os compostos biológicos. Ele pode ser formado a partir de glicídios, 
lipídeos e proteínas (veja a Figura 14.1).
Figura 14.1: Esquema de formação de acetil-CoA.
Lembre-se de que o metabolismo pode ser dividido em três estágios. Você 
verá que o Ciclo de Krebs é um desses estágios. Não se preocupe ainda com 
os nomes das moléculas que aparecerão no estágio 2 (Figura 14.2), ou seja, 
no Ciclo de Krebs, pois é sobre isso que falaremos nesta aula. O estágio 3 será 
estudado nas Aulas 15 e 16.
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Figura 14.2: Estágios do metabolismo. 
graxos
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A oxidação de grupos acetila é um dos principais processos metabólicos, e mais 
de dois terços dos ATPs utilizados pelas células são produzidos como resultado 
da transferência de elétrons de grupos acetila para o oxigênio molecular na 
mitocôndria. 
Durante o metabolismo, os grupos acetila são ligados como tioéster à coenzima 
A, um tiol que tem como função transportar grupos acetil dentro da célula. 
Qualquer que seja a fonte, grande parte da molécula de acetil é convertida 
em CO2 mais água, mas qualquer excesso pode ser utilizado para a síntese de 
ácidos graxos, corpos cetônicos e colesterol. 
A oxidação completa de acetil-CoA para CO2 e água ocorre em uma série de 
reações conhecidas como ciclo do ácido cítrico, ciclo do ácido tricarboxílico ou 
Ciclo de Krebs. É sobre essas transformações que falaremos nesta aula, que 
começa com a conversão da molécula de piruvato em acetil-CoA e pela entrada 
dos grupos acetil no Ciclo de Krebs. Nós então analisaremos as reações do Ciclo 
de Krebs e as enzimas que as catalisam. Como alguns desses intermediários 
podem também ser usados por outras vias, nós falaremos de algumas vias de 
reposição desses intermediários.
PRODUÇÃO DE ACETATO – FORMAÇÃO DA MOLÉCULA DE 
ACETIL-COA
Em organismos aeróbicos, glicose e outros açúcares, ácidos 
graxos e muitos aminoácidos são oxidados em CO2 e água via ciclo do 
ácido cítrico e cadeia respiratória. Antes de entrar no Ciclo de Krebs 
os esqueletos dessas moléculas são degradados aos grupos de acetil da 
molécula de acetil-CoA, a forma por que o ciclo aceita a maioria do seu 
combustível. 
Os aminoácidos podem entrar no Ciclo de Krebs através de outros 
intermediários do Krebs, como veremos mais adiante.
A estrutura da coenzima A e o processo de formação da 
molécula de acetil-CoA são mostrados na Figura 14.3. Essa coenzima 
complexa é abreviada como CoA ou CoASH. Ela é composta por β-
mercaptoetanolamina, pela vitamina ácido pantotênico, pela adenosina 
difosfato (ADP). A coenzima A existe na forma reduzida (CoASH) e atua 
como transportadora de grupos acil.
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Nós vamos inicialmente enfocar nossa atenção na molécula de 
piruvato, derivado de glicose e de outros açúcares. Ela é oxidada em acetil-
CoA pelo complexo enzimático piruvato desidrogenase. Esse complexo 
enzimático está localizado exclusivamente na matriz mitocondrial. Está 
presente em altas concentrações em tecidos como o músculo cardíaco e 
os rins. Nas condições fi siológicas o ΔGo é muito negativo e portanto a 
reação é irreversível.
A reação catalisada pelo complexo piruvato desidrogenase é 
esquematizada abaixo. 
Piruvato + NAD + CoASH Acetil-CoA + CO2 + NADH + H + 
 (ΔGo= - 8kcal\mol)
piruvato desidrogenase
Esta reação é uma descarboxilação oxidativa, um processo 
irreversível no qual o grupo carboxila é removido do piruvato como 
uma molécula de CO2 e os dois carbonos, remanescentes formam o 
grupo acetil da molécula de acetil-CoA.
Como vimos, nessa reação ocorre a formação de uma molécula de 
NADH. Os elétrons transportados por essa molécula serão transferidos 
para o oxigênio na cadeia transportadora de elétrons, levando à formação 
de ATP. Esse assunto você estudará nas Aulas 14 e 15. 
A desidrogenação combinada com a descarboxilação da molécula 
de piruvato em acetil-CoA requer a ação seqüencial de três enzimas e 
cinco coenzimas diferentes ou grupos prostéticos, que são: 1) tiamina 
pirofosfato (TPP); 2) fl avino adenino dinucleotídeo (FAD); 3) coenzima 
A (CoA); 4) nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD); 5) ácido lipóico. 
Veja a Figura 14.4.
Figura 14.3: Estrutura da coenzima e formação da molécula de acetil-CoA.
β- Mercaptoe
tanolamina
Coenzima A (CoA ou CoASH)
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 2
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Quatro vitaminas hidrossolúveis diferentes são necessárias na 
nutrição humana e são componentes vitais neste sistema. Essas vitaminas 
são: 1) tiamina na TPP; 2) ribofl avina no FAD; 3) niacina no NAD; 4) 
pantotenato na CoA. 
NAD e FAD são transportadoras de hidrogênios, a tiamina tem um 
papel importante na clivagem de ligações adjacentes a grupos carbonila. 
A coenzima A contém pantotenato, que possui um grupamento tiol 
reativo. Esse grupamento é crítico na formação de um tioéster com 
grupamentos acila. É através dessa associação que os grupamentosacila são transportados. A energia de hidrólise da ligação tioéster é 
relativamente alta, permitindo a doação de grupamentos acila para 
diversos compostos. Assim, podemos dizer que a molécula de coenzima 
A associada com grupamentos acila atua como uma molécula ativada 
para transferência desses grupos. 
O quinto co-fator da piruvato desidrogenase, o lipoato, possui 
dois grupos tióis (SH) que são importantes na oxidação reversível de uma 
ponte de enxofre, semelhante àquelas das cisteínas em proteínas.
Assim, o complexo piruvato desidrogenase contém três enzimas, a 
piruvato desidrogenase (E1), a diidrolipoil transacetilase (E2) a diidrolipoil 
desidrogenase (E3). Cada uma delas está presente em múltiplas cópias. 
A Figura 14.5 mostra esquematicamente como o complexo piruvato 
desidrogenase conduz as cinco reações consecutivas na descarboxilação 
e desidrogenação da molécula de piruvato. Na etapa 1 o piruvato é 
descarboxilado e, na forma de aldeído, é ligado ao grupamento hidroxila 
da tiamina. Na etapa 2 o grupamento aldeído é oxidado em acetato. Os 
dois elétrons removidos nessa oxidação reduzem o grupamento –S–S– de 
um grupo lipoil na enzima E2 a dois grupamentos tióis (-SH). O acetato 
produzido nessa reação de óxido-redução é esterifi cado em um grupo SH 
do lipoil e então transesterifi cado em coenzima A para formar o acetil- 
CoA (etapa 3). A energia de oxidação leva à formação de um tioéster 
de alta energia do acetato. As reações remanescentes catalisadas pelo 
complexo piruvato desidrogenase (etapas 4 e 5) são de transferências de 
elétrons necessárias para regenerar a forma oxidada do grupo lipoil da 
enzima E2 e assim preparar a enzima do complexo para um novo ciclo 
de oxidação. Os elétrons removidos do grupo hidóxil-etil derivado do 
piruvato passa através do FAD para o NADH.
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Figura 14.4: Co-fatores do complexo piruvato desidrogenase.
Acetaldeído
ativado
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Figura 14.5: Representação do complexo piruvato desidrogenase e das etapas de descarboxilação da molécula 
de piruvato.
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4AS REAÇÕES DO CICLO DE KREBS
Para começar a primeira volta do ciclo, a molécula de acetil-
CoA doa seu grupo acetil para um composto de quatro carbonos, o 
oxaloacetato, para formar a molécula de citrato com seis carbonos. 
Citrato é então transformado em isocitrato, uma molécula também com 
seis carbonos. Essa molécula é desidrogenada, com perda de CO2 para 
produzir um composto com cinco carbonos, o α-cetoglutarato. Essa 
molécula perde CO2, produzindo um composto com quatro carbonos, 
chamado succinato. O succinato é então convertido enzimaticamente, em 
três etapas, regenerando a molécula de oxaloacetato, a qual está pronta 
para reagir novamente com outra molécula de acetil-CoA. Como você 
pôde ver, duas moléculas de CO2 foram formadas e serão eliminadas. 
Uma molécula de oxaloacetato foi utilizada, mas foi regenerada ao fi nal 
do processo. Assim, em teoria, uma molécula de oxaloacetato poderia 
ser utilizada infi nitamente no ciclo; de fato, oxaloacetato está presente 
nas células em baixíssimas concentrações. Quatro das oito etapas desse 
ciclo são oxidações nas quais a energia de oxidação é conservada na 
forma das coenzimas reduzidas NADH e FADH2. Um resumo dessas 
etapas é apresentado na Figura 14.6.
Figura 14.6: Etapas do 
Ciclo de Krebs.
succinil-CoA
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 2
38 CEDERJ
Embora o Ciclo de Krebs possua um papel fundamental nas vias 
metabólicas produtoras de energia, alguns intermediários com quatro 
e cinco carbonos podem ser utilizados como precursores de outras 
moléculas. Para repor compostos do ciclo, as células empregam reações 
anapleróticas (reposição) que serão apresentadas no fi nal desta aula.
Agora, nós vamos examinar cada uma das oito etapas do ciclo com 
maior detalhe, dando ênfase às transformações químicas, observando as 
etapas de oxidação com formação de CO2 e de coenzimas reduzidas.
Etapa 1 – Formação do citrato
A primeira etapa ou reação do ciclo é a condensação do acetil-CoA 
com oxaloacetato para formar citrato, catalisada pela citrato sintase. 
Nesta reação, o grupamento metil (CH3) do grupo acetil é ligado ao grupo 
carbonila do oxaloacetato, formando um intermediário instável, o citroil 
CoA, que permanece ligado ao sítio ativo da enzima. Esse intermediário 
é rapidamente hidrolisado, liberando a coenzima A e uma molécula de 
citrato. A hidrólise desse tioéster de alta energia torna a reação altamente 
exergônica. A grande variação de energia livre nesta reação é essencial 
para o funcionamento do ciclo, pois, como vimos anteriormente, a 
concentração de oxaloacetato é muito baixa. A coenzima A liberada 
nessa etapa é reciclada para participar de outra reação de descarboxilação 
oxidativa de uma molécula de piruvato. Veja a Figura 14.7:
Figura 14.7: Primeira etapa do Ciclo Reação de formação do citrato.
Etapa 2 – Formação do isocitrato via cis-aconitato
O citrato contém um álcool terciário que é muito difícil de ser 
oxidado, por isso essa molécula é convertida no seu isômero, isocitrato, 
pela enzima aconitase. Essa enzima catalisa a transformação reversível 
do citrato em isocitrato, que é mais fácil de ser oxidado. 
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4A reação envolve sucessiva desidratação e hidratação, através da 
formação de um intermediário, o cis-aconitato, que normalmente não 
se dissocia do sítio ativo da enzima.
Essa reação é impulsionada no sentido de formação do isocitrato, 
pois essa molécula é constantemente consumida na etapa seguinte do 
ciclo. Veja Figura 14.8.
Figura 14.8: Reação de formação do isocitrato.
Etapa 3 – Oxidação do isocitrato a α-cetoglutarato e CO2
Nesta etapa, a isocitrato desidrogenase catalisa a descarboxilação 
oxidativa do isocitrato para formar α-cetoglutarato. Existem duas 
diferenças entre a piruvato desidrogenase e a isocitrato desidrogenase: 
a primeira requer NAD como aceptor de elétrons e a segunda pode 
utilizar tanto NAD como NADP; a piruvato desidrogenase, dependente 
de NAD, ocorre somente na matriz mitocondrial, enquanto a isocitrato 
desidrogenase ocorre na matriz e no citosol. Na matriz ela atende ao 
Ciclo de Krebs e no citosol ela é importante para regenerar a molécula 
de NADPH, que é essencial para as reações redutivas anabólicas. Veja 
a Figura 14.9.
Figura 14.9: Reação de formação do α-cetoglutarato.
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 2
40 CEDERJ
Etapa 4 – Oxidação do α-cetoglutarato a succinil-CoA e CO2
Nesta etapa, ocorre uma outra descarboxilação oxidativa, na 
qual o α-cetoglutarato é convertido em succnil CoA e CO2, pela ação 
do complexo α-cetoglutarato desidrogenase. Nessa reação o NAD serve 
como aceptor de elétrons e a coenzima A como um carreador do grupo 
succinil. A energia de oxidação do α-cetoglutarato é conservada na 
formação do tioéster da molécula de succinil-CoA.
Essa reação é semelhante à reação catalisada pelo complexo 
piruvato desidrogenase, tanto na estrutura quanto na função. Ele inclui 
enzimas e coenzimas homólogas às do complexo piruvato desidrogenase 
(Figura 14.10).
Figura 14.10: Reação de formação do succinil-CoA.
Etapa 5 – Conversão do succnil-CoA a succinato – fosforilação 
em nível de substrato
A molécula de succinil-CoA tem uma ligação tioéster semelhante à 
da molécula de acetil-CoA, ou seja, uma ligação com uma forte energia 
livre padrão de hidrólise (ΔGo = -36kJ/mol) . A energia liberada na quebra 
desta ligação é utilizada para a síntesede uma ligação fosfoanidrido de 
uma molécula de ATP ou de GTP (guanosino trifosfato), liberando ainda 
2,9 kJ/mol. O succinato é formado nesse processo. A enzima que catalisa 
essa reação é a succinil CoA sintetase.
A formação de ATP ou de GTP à custa da energia liberada na 
descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato é uma fosforilação em 
nível de substrato, semelhante às reações de síntese de ATP que você viu 
na via glicolítica. O GTP formado nessa reação perde seu grupamento 
fosforil terminal para uma molécula de ADP, formando uma molécula 
de ATP. Veja as Figuras 14.11 e 14.12.
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Figura 14.11: Reação de formação do succinato.
Figura 14.12: Esquema representativo da reação onde ocorre a fosforilação em 
nível de substrato.
Succinato
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 2
42 CEDERJ
Etapa 6 – Oxidação do succinato a fumarato – desidrogenação 
fl avino-dependente
O succinato é oxidado em fumarato pela fl avoproteína succinato 
desidrogenase (Figura 14.13). Em eucarióticos, a succinato desidrogenase 
está fortemente associada à membrana interna mitocondrial. Em 
procarióticos, está associada à membrana plasmática. Ela é a única enzima 
do Ciclo de Krebs associada à membrana. Ela possui uma fl avino adenino 
dinucleotídeo (FAD) ligada covalentemente. A estrutura dessa coenzima 
nos estados reduzido e oxidado é apresentada na Figura 14.14.
Os elétrons passam do succinato através do FAD por centros ferro-
enxofre (Fe – S) antes de entrar na cadeia de transporte de elétrons. Você 
verá o funcionamento da cadeia de transporte de elétrons e a formação 
de ATPs decorrentes da fosforilação oxidativa nas próximas aulas.
Figura 14.13: Reação de formação do fumarato.
Figura 14.14: Estrutura da coenzima FAD reduzida e oxidada.
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4Etapa 7 – Hidratação do fumarato a malato
A hidratação do fumarato que resulta em malato é catalisada pela 
enzima fumarase (Figura 14.15).
Figura 14.15: Reação de formação do malato.
Etapa 8 – Regeneração do oxaloacetato
Na última reação do ciclo, a enzima malato desidrogenase, ligada 
ao NAD, catalisa a oxidação do malato em oxaloacetato.
O equilíbrio dessa reação fi ca muito longe das condições de 
equilíbrio termodinâmico, mas como nas células intactas o oxaloacetato 
é constantemente removido, pela reação seguinte, catalisada pela citrato 
sintase e altamente exergônica (etapa 1), as concentrações de oxaloacetato 
permanecem muito baixas, impulsionando a reação catalisada pela 
malato desidrogenase no sentido de formação do oxaloacetato. Veja a 
Figura 14.16.
Figura 14.16: Reação de formação do oxaloacetato.
L-malato oxaloacetato
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 2
44 CEDERJ
A energia de oxidação do ciclo é conservada de modo 
muito efi ciente
A Figura 14.17 apresenta as oito etapas do Ciclo de Krebs 
ressaltando as estruturas dos compostos formados. Podemos verifi car 
que um grupo com dois carbonos, na forma de acetil-CoA, entra no ciclo 
por combinação com o oxaloacetato. Os dois carbonos emergem do ciclo, 
na forma de CO2, na descarboxilação do isocitrato e do α-cetoglutarato. 
A energia liberada dessas descarboxilações foi conservada na redução de 
três NAD+ e um FAD e na produção de um ATP ou GTP. No fi nal do 
ciclo uma molécula de oxaloacetato foi regenerada. Embora somente um 
ATP tenha sido formado em nível de substrato, as coenzimas reduzidas, 
três NADH e um FADH, fornecem um grande fl uxo de elétrons na cadeia 
de transporte de elétrons, formando um grande número de moléculas de 
ATP durante a fosforilação oxidativa.
Um processo cíclico, com oito etapas, parece, à primeira vista, 
ser uma via muito complexa para a oxidação de uma molécula de dois 
carbonos em CO2. No entanto, o papel do ciclo do ácido cítrico não está 
confi nado à oxidação do acetato. Essa via desempenha um papel central 
no metabolismo intermediário; seus produtos de quatro e cinco carbonos 
em determinadas circunstâncias metabólicas servem como combustíveis 
para outras vias. Podem, por outro lado, ser pontos de entrada de 
intermediários formados em outras vias de degradação; por exemplo, 
oxaloacetato e α-cetoglutarato são produzidos a partir do aspartato e do 
glutamato, respectivamente, quando proteínas são degradadas. 
O ciclo do ácido cítrico, como outras vias metabólicas, é 
produto da evolução onde uma boa parte ocorreu antes do advento 
dos organismos aeróbicos. Ele não representa o caminho mais curto do 
acetato até CO2, mas é a via que confere maior vantagem seletiva. Alguns 
seres anaeróbicos usaram algumas das reações dessa via em processos 
biossintéticos; alguns microorganismos modernos ainda usam o Ciclo 
de Krebs de modo incompleto não como fonte de energia, mas como 
precursor biossintético. Tais microorganismos usam as três primeiras 
reações do ciclo para produzirem α-cetoglutarato, mas não têm a enzima 
α-cetoglutarato desidrogenase e, portanto, não dão prosseguimento ao 
ciclo. Eles usam o composto formado para vias biossintéticas. Eles 
possuem as enzimas que catalisam as etapas reversíveis de conversão de 
oxaloacetato a succinil-CoA.
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Figura 14.17: Etapas do Ciclo de Krebs e estrutura dos componentes formados.
REAÇÕES ANAPLERÓTICAS
São reações para a reposição de intermediários do ciclo que são 
removidos para vias biossintéticas.
Em mamíferos, a reação mais importante para reposição de 
intermediários do Krebs é a reação catalisada pela piruvato carboxilase. 
Ela ocorre no fígado e nos rins.
Em organismos aeróbicos, o ciclo do ácido cítrico é uma via 
anfi bólica, ou seja, serve tanto para processos catabólicos como para 
processos anfi bólicos. Além de seu papel no catabolismo oxidativo de 
carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos, o ciclo fornece precursores 
para muitas vias biossintéticas. Como podemos observar na Figura 14.19, 
α-cetoglutarato e oxaloacetato servem como precursores dos aminoácidos 
glutamato e aspartato. Esses aminoácidos podem ser usados para síntese 
de outros aminoácidos ou para síntese de bases nitrogenadas, purinas e 
acetil
succinil-CoA
Condensação
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 2
46 CEDERJ
Figura 14.18: Principais papéis biossintéticos do ciclo de Krebs.
pirimidinas. Oxaloacetato pode ser convertido a glicose, em processos 
gliconeogênicos (formação de glicose) quando os níveis de glicose 
estão abaixo daqueles considerados normais. Esse aspecto será mais 
bem estudado nas últimas aulas desta disciplina. O succinil-CoA é o 
intermediário central na síntese do anel porfi rínico de grupos heme que 
atuam como transportadores de oxigênio. Grupos heme fazem parte das 
moléculas de hemoglobina, da mioglobina e de carreadores de elétrons, 
como os citocromos.
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4Regulação do ciclo do ácido cítrico
A regulação das enzimas-chave em vias metabólicas, por 
efetores alostéricos e por modulação covalente, assegura a produção de 
intermediários e de produtos na velocidade requerida para manter a célula 
em um estado estável, evitando a superprodução de um intermediário. O 
fl uxo de átomos de carbono do piruvato é fi namente regulado em dois 
níveis: em nível de formação do acetil-CoA e em nível de formação de 
citrato. O ciclo é também regulado em nível das reações catalisadas pelas 
enzimas isocitrato desidrogenase e da α-cetoglutarato desidrogenase. 
Veja a Figura 14.20.
O complexo piruvato desidrogenase é modulado por dois tipos de 
regulação. Primeiro,dois produtos da reação da piruvato desidrogenase, 
acetil-CoA e NADH, inibem o complexo (Figura 14.21). Segundo, o 
complexo piruvato desidrogenase existe de duas formas: 1) um ativo, 
desfosforilado; 2) um inativo, fosforilado (Figura 14.21). A inativação 
do complexo é feita por uma proteína quinase que está fortemente ligada 
ao complexo. A reativação é catalisada por uma proteína fosfatase que 
desfosforila o complexo (Figura 14.21).
Resumindo esse processo de regulação, podemos dizer que quando 
a situação energética da célula é alta, ou seja, quando os níveis de ATP, 
acetil-CoA e NADH são altos, os produtos de reação catalisados por esse 
complexo enzimático, o complexo enzimático é inibido. O que também 
ocorre quando os níveis de ácidos graxos estão aumentados. Essa inibição 
ocorre porque ácidos graxos podem ser convertidos em acetil-CoA no 
processo de β-oxidação que você irá estudar na Aula 22 desta disciplina. 
Por outro lado, quando os níveis energéticos da célula estão baixos, ou 
seja, quando os níveis de AMP (adenosina monofosfato), NAD+ e CoA 
estão reduzidos, ocorre uma ativação alostérica do complexo piruvato 
desidrogenase. 
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 2
48 CEDERJ
Figura 14.19: Principais fatores reguladores do ciclo do ácido cítrico. 
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Figura 14.20: Regulação do complexo piruvato desidrogenase por fosforilação e por desfosforilação.
BIOQUÍMICA II | Ciclo de Krebs - Parte 2
50 CEDERJ
Ciclo do glioxalato – uma variante anabólica do ciclo
Metabolicamente, células vegetais e microorganismos diferem em 
muitos aspectos importantes. De interesse neste momento é que as células 
vegetais e microorganismos não podem sintetizar carboidratos a partir de 
gorduras. Essa conversão é crucial para o desenvolvimento das sementes, 
pois estas apresentam reservas de triacilgliceróis. Quando as sementes 
germinam, triacilgliceróis são quebrados para serem convertidos em 
açúcares, para servir de fonte de energia para o crescimento da planta. As 
plantas sintetizam açúcares usando o ciclo do glioxalato, o qual pode ser 
considerado um variante anabólico do Ciclo de Krebs (Figura 14.21).
Figura 14.21: Ciclo do glioxalato.
Metabolismo de 
carboidratos I 15AULA
BIOQUÍMICA II | Metabolismo de carboidratos I
52 CEDERJ
RESPIRAÇÃO CELULAR
Agora, que você conhece o ciclo do ácido cítrico, sua história e o 
conhecimento atual, vamos acompanhar um pouco da descoberta dos 
citocromos e da cadeia transportadora de elétrons mitocondrial. Esta 
etapa é fundamental para entender o processo completo da respiração 
celular, uma forma mais efi ciente de extração de energia utilizada pelos 
organismos aeróbicos. É nesta etapa que os NADHs e os FADH2s 
reduzidos no ciclo do ácido cítrico se reoxidam gerando energia para a 
síntese de aproximadamente 30 moléculas de ATP. 
O conhecimento de como isto acontece, veio aos poucos. 
Acompanhe nesta aula os passos históricos fundamentais e, na 
próxima, acompanhe o processo completo, tal como é entendido 
hoje. Nesta aula, você irá encontrar questões que não tem uma 
resposta correta, que pode ser mais ou menos elaborada e, por isso, 
não apresentamos gabarito. A aula não é essencial para entender o 
tema (respiração celular), mas é importante que você tente entender a 
história, mergulhando nela. Discuta com seu tutor e seus colegas. Fica 
muito mais interessante.
A DESCOBERTA DOS CITOCROMOS
No fi nal do século passado, um pesquisador inglês chamado 
MacMunn descreveu, sob os nomes mio-hematina e histo-hematina, 
um tipo de pigmento respiratório, identifi cado em músculos e outros 
tecidos de animais das mais diferentes espécies. Ele observou que este 
pigmento, no estado reduzido, apresentava um ESPECTRO característico 
composto por quatro bandas de absorção. No estado oxidado, o 
mesmo não apresentava as mesmas bandas. Em 1889, Levy reproduziu 
cuidadosamente os experimentos de MacMunn, obtendo os mesmos 
resultados. Entretanto, Levy interpretou o pigmento encontrado por 
MacMunn como uma hemoglobina. Esta interpretação dos resultados 
de Levy foi apoiada por Hoope Seyler que observou a presença de CO 
na preparação de derivados de hemoglobina. Apesar de insistentes 
réplicas e argumentos de MacMunn, a discussão foi encerrada e o 
pigmento respiratório de MacMunn foi gradualmente esquecido.
ES P E C T R O
Ver na aula de 
fotossíntese (Aula 6) o 
espectro de luz visível.
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Figura 15.1: As observações de MacMunn se basearam no espectro observado 
quando um feixe de luz visível atravessa o material biológico e é decomposto por 
um prisma.
Na segunda década do século XX, David Keilin, durante seus 
estudos sobre a respiração em vermes e insetos parasitas, mostrou 
que o pigmento mio-hematina ou histo-hematina não só existia, como 
também possuía distribuição e importância bem maiores que as supostas 
anteriormente por MacMunn! 
Após meticuloso estudo de microespectroscopia em células e 
tecidos de insetos, vermes, aracnídeos, moluscos, levedura e vegetais 
superiores, Keilin propôs o nome Cytochrome (que signifi ca pigmento 
celular), para defi nir o ubíquo composto que representava claramente um 
característico espectro de absorção composto por quatro bandas, as quais 
denominou a, b, c e d, correspondentes ao estado reduzido do citocromo. 
O espectro do pigmento no estado oxidado não apresentava bandas 
distintas de absorção. A Figura 15.1 mostra, de forma esquemática, 
o dispositivo experimental de Keilin, usando um microespectroscópio 
ocular de Zeiss para estudar o espectro nos músculos torácicos de um 
inseto (abelha). Na Figura 15.2 você vai encontrar o resultado observado 
por Keilin.
No lugar de MacMunn, o que você faria para ratifi car sua descoberta frente às críticas sobre uma provável 
contaminação dos tecidos analisados, com derivados da hemoglobina?
!
Espectro de 
absorção
Prisma
Lente
Lente
Objeto
Estágio do 
microscópio
Fonte de luz
BIOQUÍMICA II | Metabolismo de carboidratos I
54 CEDERJ
Figura 15.2: Espectro de absorção da luz visível de músculos de abelha (a). As linhas 
mais escuras são as linhas de absorção que aparecem sobre um espectro de luz visível 
de fundo característico (b).
Sabendo-se da propriedade oxirredutora dos citocromos e do possível envolvimento com o fenômeno da 
respiração, o que você espera que aconteça com o espectro de absorção quando a abelha movimenta as 
asas e quando esta permanece quieta?
Keilin também trabalhou com suspensão de levedura. O que você espera ter acontecido quando Keilin 
borbulhou ar na cubeta contendo uma suspensão de levedura?
!
Keilin verifi cou ainda que o aparecimento ou não das bandas 
era grandemente afetado pela presença de agentes como o monóxido 
de carbono e o cianeto. Alguns anos mais tarde, Keilin e Hartree, um 
de seus colaboradores, utilizando estes inibidores observaram que cada 
conjunto de faixas do espectro de absorção não surgia ou desaparecia 
ao mesmo tempo. Perceberam que após a adição de cianeto existia uma 
ordem seqüencial para o aparecimento das bandas que sempre se repetia: 
d, a, c e b.
No lugar de Keilin e Hartree, o que você concluiria a partir destas 
observações?
Qual o destino fi nal dos elétrons após o último citocromo?
!
O envolvimento dos citocromos no processo de oxidação dos 
açúcares e consumo de oxigênio começava a ser desvendado. Os 
citocromos foram designados posteriormente, na ordem de sua seqüência 
no processo de transporte de elétrons como: citocromo b, citocromo c, 
citocromo a e citocromo a3 (ou citocromooxidase). 
a
b
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5Pouco tempo depois, o ciclo dos ácidos tricarboxílicos (ciclo 
do ácido cítrico) foi elucidado por Sir Hans Krebs, mas ainda havia 
muita discussão sobre os mecanismos que acoplavam as oxidações ao 
fornecimento de energia para os seres vivos. 
Neste contexto, dois pesquisadores russos, Belitser e Tsybakova, 
em 1939, estabeleceram uma possível relação entre a glicólise e as reações 
de oxidação e redução associadas à fosforilação. Suas descobertas foram 
assim descritas:
O MECANISMO DE FOSFORILAÇÃO ASSOCIADO À RESPIRAÇÃO
V. A. Belitser e E. T. Trybakova
Laboratório de Química Fisiológica, Universidade de Moscou, 
U.S.S.R. (Submetido em 10 de junho de 1939)
A síntese de adenosinatrifosfato e fosfagen (fosfocreatina) ocorre no 
músculo à custa da energia derivada da glicólise ou da respiração 
celular. Entretanto, através de algumas descobertas indiretas, 
parece que alguns processos oxidativos podem estar ligados com 
a fosforilação sem ter qualquer conexão direta com a glicólise. 
Braunshteyn e Severin mostraram que a oxidação do ácido pirúvico, 
cetobutírico e ácido glutâmico, bem como de alanina, causa uma 
estabilização da adenosina trifosfato em eritrócitos nucleados. 
Grimlund encontrou que a oxidação do ácido lático, ácido pirúvico 
e ácido succínico aumenta a capacidade de trabalho de um músculo 
no qual a glicólise foi obliterada. Isto também foi encontrado por 
Meyerhof e seus colaboradores para o caso do ácido lático e 
também declarou que a oxidação lática causa a estabilização do 
fosfagen em músculos envenenados por iodoacetato.
Levando em consideração estes achados em que etapa está ocorrendo 
o armazenamento de energia na forma de “fosfagen” (ésteres de 
fosfato)?
!
BIOQUÍMICA II | Metabolismo de carboidratos I
56 CEDERJ
Assim, Belitser e Tsybakova interessados em investigar a síntese 
de ésteres de fosfato (fosfagen) realizaram o seguinte experimento: 
incubaram preparações de músculos de pombo na presença ou ausência de 
ácido pirúvico (o substrato respiratório) e mediram fosfagen sintetizado 
e taxa respiratória (Figura 15.3).
Figura 15.3: Síntese de Fosfagen na presença de ácido pirúvico (músculo de pombo). 
I: antes da incubação; II: em N2 sem ácido pirúvico; III: o mesmo com ácido pirúvico; 
IV: in O2 com ácido pirúvico; V: o mesmo sem ácido pirúvico. Nesta e nas ilustrações 
seguintes, o fosfagen sintetizado é expresso em mg de P2O5 e a taxa respiratória é 
expressa em µL de O2 por 30 minutos, por grama de tecido.
O que sugere este resultado?
!
Observe que na presença de ácido pirúvico e O2 (IV) tanto a síntese 
de fosfagen quanto a taxa de respiração celular são maiores que nas 
outras situações experimentais e, além disso, são proporcionais.
Os mesmos autores também mostraram, no mesmo trabalho, que 
praticamente todo o ácido pirúvico era oxidado durante a respiração.
Além disso, eles investigaram o efeito de outros substratos 
respiratórios (ácido cítrico, ácido fumárico, α-cetoglutarato e ácido 
succínico) na síntese de fosfagem e no consumo de oxigênio, como 
mostrado abaixo (Tabela 15.1).
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
I II III
IV
V
R
es
p
ir
aç
ão
, L
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2
Fo
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ag
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, m
g
P 2
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Datas dos 
Experimentos Tecido Substrato Respiração em µL O2 
por 1 g de tecido por 
30 minutos 
Aumento de 
fosfagem em mg de 
P3O2 por g de tecido
Sem 
substrato
Com 
substrato
Sem 
substrato
Com 
substrato
1939
1° de abril
19 de abril
05 de maio
07 de abril
1938
03 de junho
16 de maio
26 de outubro
10 maio
Coração de coelho
Coração de coelho
Coração de coelho
Coração de coelho
Músculo de pombo
Músculo de pombo
Músculo de pombo
Músculo de pombo
Ácido cítrico
Ácido Fumárico
α - cetoglutarato
Ácido Succínico
Ácido málico
Ácido lático
Ácido pirúvico
Ácido acético
263
 95
120
206
280
252
214
170
399
386
540
956
420
387
420
153
4,00
0,20
0,45
2,30
0
0
0
0
7,25
5,62*
3,40*
4,26
1,84
1,56
2,34
0
Tabela 15.1: Síntese de fosfagen ligada à oxidação de vários substratos.
* na presença de 0,02 de NaF
Que conclusões você tiraria deste experimento?
Repare que na presença do substrato há um aumento na síntese de 
fosfagen e na taxa respiratória. Apenas quando o substrato respiratório 
era o ácido acético não foi observado um aumento signifi cativo na 
presença do substrato.
Cerca de dois anos mais tarde, 1941, Fritz Lipmann postulava o 
conceito de “ligação fosfato rica em energia”, como descreveu a seguir.
BIOQUÍMICA II | Metabolismo de carboidratos I
58 CEDERJ
GERAÇÃO METABÓLICA E UTILIZAÇÃO DA ENERGIA 
LIGADA AO FOSFATO
Fritz Lipmann
Laboratório de Pesquisa Bioquímica, Hospital Geral de 
Massachusetts e Departamento de Química Biológica – Escola 
Médica de Harvard, Boston, Massachusetts
I- Introdução Histórica
Por um longo período a descoberta de Harden e Young, a 
fosforilação de hexose na fermentação alcoólica, foi considerada 
com signifi cado apenas como uma forma de modelar a molécula 
de hexose para ajusta-lá à quebra fermentativa. Entretanto, como 
resultado de um estudo intensivo das reações intermediárias da 
fermentação e a relação entre ação muscular e metabolismo, 
tornou-se evidente que a ligação éster fosfato primária da hexose 
transforma-se metabolicamente em um novo tipo de ligação 
fosfato de alta energia. (...) Durante vários processos metabólicos 
o fosfato é introduzido em compostos não meramente, ou no 
mínimo não somente, para facilitar sua quebra, mas como um 
provável carreador de energia. Resumir a geração metabólica e 
a circulação deste peculiar tipo de energia química é a proposta 
primária deste trabalho.
Logo foi reconhecido o papel do ATP como um carreador de energia nos 
processos metabólicos. Mas, qual o sítio de síntese de ATP na célula? O que 
você faria para responder a esta questão?
!
Em 1949, devido ao desenvolvimento tecnológico propiciado 
pela Segunda Grande Guerra, E. P. Kennedy e A. L. Lehninger utilizam 
centrífugas refrigeradas e submetem variando de 1.500 X g (1g = 9,8m/s2, 
aceleração da gravidade) até 20.000 g.
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Fração Substrato Consumo de
oxigênio (µM)
Mitocôndria Citrato
α-cetoglutarato
Piruvato + oxaloacetato
Nada
7,1
6,3
7,1
0,18
Precipitado Nuclear
Sobrenadante
Citrato
α-cetoglutarato
Piruvato + oxaloacetato
Nada
Citrato
α-cetoglutarato
Piruvato + oxaloacetato
Nada
1,9
1,7
0,98
0,0
0,54
0,0
1,4
0,31
ACELERAÇÃO FRAÇÃO CELULAR
1.000 X g: Precipita células íntegras e núcleo.
de 5.000 até 15.000 X g: Precipita grandes vacúolos, cloroplastos e mitocôndrias.
de 50.000 até 150.000 X g: Precipita microssomas de retículo endoplasmático.
Acima de 500.000 X g: Precipita algumas proteínas solúveis.
Desta forma, Kennedy e Lehninger isolam diferentes frações e 
obtêm o seguinte resultado (Tabela 15.2):
Tabela 15.2: Atividade das frações subcelulares de fígado de rato na oxidação de 
compostos intermediários do ciclo de Krebs.
Comparando a taxa respiratória (consumo de oxigênio) das três frações obtidas (mitocôndria, precipitado 
nuclear e sobrenadante), qual das frações celulares está envolvida com a respiração, e como você integraria 
os resultados obtidos por Keilin e Belitser & Tsybakova?
Como você comprovaria o seu esquema?!
BIOQUÍMICA II | Metabolismo de carboidratos I
60 CEDERJ
Kennedy e Lehninger mediram paralelamente o consumo de 
oxigênio e o fosfato esterifi cado, utilizando vários substratos respiratórios. 
A Tabela 15.3 apresenta estes resultados. Observe que, em comparação 
com o controle (sem adição de substrato), existe um aumento tanto na 
taxa respiratória quanto no fosfato esterifi cado quando são utilizados 
citrato, alfa-cetoglutarato, piruvato + oxaloacetato ou octanoato como 
substratos.
Experimento Substrato Consumo de
oxigênio 
1 Nada
Citrato
α−cetoglutarato
Piruvato + oxaloacetato
0,18
7,1
6,3
7,1
2 Nada (0,0001 M malato presente)
Octanoato
0,5
4,5
µM
Fosfato 
esterifi cado
24,2
106
113
113
37
121
y
32Pi
 esterifi cado
0,67
31,3
39,3
32,6
3,2
27,8
%
Tabela 15.3: Esterifi cação de fosfato acoplado à oxidação na mitocôndria.
Anos mais tarde, no laboratório de A.L. Lehninger, foi verifi cado 
que nucleotídeos de diidro-difosfopiridina (DNPH2 na nomenclatura 
antiga, atualmente conhecido como NADH) aumentavam a incorporação 
de 32Pi (fosfato inorgânico radioativo) em um composto com a propriedade 
ÁCIDO LÁBIL como a adenosina trifosfato (ATP). Tal incorporação não 
ocorria na presença de N2 ou na ausência de íons Mg
2+.
Consumo de O2 por DPNH2
Utilizando preparação mitocondrial de fígado de rato, Lehninger 
fez os experimentos mostrados nas Figuras 15.4 e 15.5. No primeiro 
experimento (Figura 15.4), ele testou o efeito da concentração de 
citocromo c na velocidade de consumo. (lembre que é NADH).
ÁC I D O LÁ B I L
Propriedade “ácido 
lábil” signifi ca que o 
composto é sensível a 
meios ácidos. Usa-se 
lábil em contraposição 
a resistente. Temos 
ainda termolábil 
em contraposição a 
termorresistente.
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O que sugere o experimento da Figura 15.4?
!
Os resultados mostram que, na ausência de citocromo, o consumo 
de oxigênio é basal e que a adição de citocromos à preparação de 
mitocôndria de fígado de rato aumenta a taxa respiratória. 
No segundo experimento (Figura 15.5), ele testou o efeito da 
concentração de citocromo c na velocidade de oxidação de DPNH2 
(lembre que é NADH).
Figura 15.4: Efeito da concentração de citocromo c na velocidade de oxidação de DPNH2. 
1 – sem adição de citocromo
2 – adição de 5 x 10-6 M
3 – 1,0 x 10–5 M
4 – 5 x 10–5 M
5 – 1,5 x 10-4 M
10 20 30 40 50 
M
ic
ro
át
o
m
o
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o
xi
g
ên
io
 c
o
n
su
m
id
o
tempo em minutos
Consumo de O2 / DNPH2 adicionado
0 5 10 15 20 
M
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át
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2 
co
n
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PN
H
2 
d
es
ap
ar
ec
id
o
tempo em minutos
25 30
Figura 15.5: Correlação entre o consumo de oxigênio, o desaparecimento de DNPH2 
e o aparecimento de DPN durante a oxidação do DNPH2.
BIOQUÍMICA II | Metabolismo de carboidratos I
62 CEDERJ
Qual a relação entre o desaparecimento de NADH2 e o 
consumo de oxigênio na Figura 15.5?
!
A seguir, Lehninger mediu simultaneamente a relação entre DPNH2 
e fosfato (orto-fosfato) no ensaio de respiração (Tabela 15.4).
Tabela 15.4: Medidas da razão Pi/DPNH2.
Experimento
número
Tipo de
enzima
Citocromo
c (M)
2 H2O 4 X 10
-4
0,003M
DPN
Tempo
(minutos)
0
8
15
0
17
Orto-fosfato
(µM)
4,72
2,81
1,96
7,43
7,27
DPNH2
(µM)
4,94
3,92
3,13
P/DPNH2
1,89
1,52
Tubos duplicados contendo 0,005M de MgCl2, 0,005M de KCl, 0,002M a 0,004M de ADP, 0,02M de 
tampão glicil-glicina pH 7,4, citocromo c, ortofosfato, DPNH2, na concentração indicada na tabela e 
0,03M de NaF. Cada tubo recebeu 0,30 ml da suspensão da partícula indicada (partículas derivadas 
de 50 mg de fígado de rato) para um volume total de 2,0 mL. A temperatura nos diferentes experi-
mentos variou de 17 – 24o C. 
Observando as medidas de A.L. Lehninger na Tabela 15.4, 
sugira o papel do NADH2 durante a oxidação da glicose e 
relacione com a síntese de ATP.
!
Observe que a concentração de DPNH2 cai e a de fosfato 
também, conforme aumenta o tempo de ensaio. Entretanto, a relação 
fosfato e DPNH2 parece não ser muito alterada, o que sugere que 
a utilização do fosfato (provavelmente para a síntese de ATP) e a 
diminuição na concentração de DPNH2 (provavelmente oxidado a 
DPN) são eventos acoplados.
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Figura 15.6: A estrutura do 2,4-dinitrofenol 
(DNP), um veneno metabólico.
Em 1948, Loomis e Lipmann publicam um trabalho 
investigando o acoplamento entre o consumo de oxigênio e 
a fosforilação, com o efeito do 2,4-dinitrofenol (DNP):
Tabela 15.5: Efeito do DNP no consumo de oxigênio e fosfato em homogenatos de 
rim de coelhos.
Adições Consumo de 
oxigênio
Nenhuma
8 X 10 -4 MDNP
8,0
7,9
Consumo 
de fosfato
17,5
1,3
Razão
Pi: O 
2,2
0,2
Todas as amostras contêm 10 ml da preparação de uma enzima similar àquela de 
Green et al., preparada por centrifugação de homogenato de rim de coelho em 
tampão KCl-NaHCO3 e lavagem do resíduo 2 vezes com o tampão fresco. A isto foi 
adicionado 0,1 ml de hexoquinase de levedura e 0,0067M de MgCl2.
Clinon foi o primeiro a mostrar que o dinitrofenol em baixas 
concentrações bloqueia completamente as reações sintéticas sem 
interferir na oxidação. Outros autores têm mostrado que esta droga 
inibe a assimilação de nitrogênio, crescimento e diferenciação, a 
formação de enzimas adaptativas, e Hotchkiss tem reportado 
dados prelimirares mostrando que o DNP previne consumo de 
fosfato durante a respiração de células de levedura. Estes resultados 
parecem indicar que DNP atua no mecanismo básico da célula 
pelo qual a geração de ligações fosfato está acoplada a reações de 
oxidação. 
Loomis & Lipman, 1948
Que conclusões você tiraria destes dados?
!
BIOQUÍMICA II | Metabolismo de carboidratos I
64 CEDERJ
É interessante que o DNP (Tabela 15.5) não afeta o consumo de 
oxigênio, mas inibe drasticamente o consumo de fosfato. Isso signifi ca 
que, embora os dois processos estejam acoplados, eles são independentes 
(ver hipóteses de acoplamento de energia na próxima aula).
Durante muitos anos, o DNP foi prescrito para uso em tratamento da obesidade, pois os pacientes que o 
utilizavam mostravam uma rápida diminuição em seu peso. Como você explicaria este fenômeno do ponto 
de vista bioquímico? Você acharia adequado tal tratamento?
!
Os resultados mostrados até aqui dão uma idéia do que ocorre 
na mitocôndria e que resulta em transformação da energia química do 
alimento em energia química da molécula de ATP. Este processo é vital 
para os organismos aeróbicos. Na aula seguinte, vamos mostrar como 
isso acontece. Não esqueça que o que sabemos é resultado desta história 
e de muitas outras que não caberiam aqui. Muita gente trabalhou e 
continua trabalhando para entender como este processo ocorre.
Metabolismo de 
carboidratos II
Ao fi nal desta aula, você deverá ser capaz de:
 Entender os processos de oxirredução dos 
componentes da cadeia transportadora de elétrons.
 Compreender o processo de síntese de ATP.
16AULA
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BIOQUÍMICA II | Metabolismo de carboidratos II
66 CEDERJ
Da história contada na aula anterior podemos extrair as idéias fundamentais 
que explicam como a energia contida no alimento pode ser transformada 
em ATP nas células, na presença de oxigênio. O pigmento respiratório 
de MacMunn ou os citocromos de Keilin; o processo de transferência