Unidade 3 Carboidratos e metabolismo 2 (1)

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Unidade 3 – Carboidratos e metabolismo
Nesta unidade vamos entender a cerca das características gerais dos carboidratos, suas estruturas e funções, as vias metabólicas para a obtenção de energia à partir destas moléculas e a síntese e armazenamento dos carboidratos no organismo.
Objetivos da Unidade
Conhecer as características gerais dos carboidratos
Classificar os carboidratos 
Descrever a digestão, a absorção e o transporte dos carboidratos para as células
Estudar as vias de produção de energia utilizando carboidratos
Descrever a síntese e a degradação do glicogênio
Compreender a gliconeogênese e a via das pentoses-fosfato
Plano da Unidade
Carboidratos
Digestão e absorção de carboidratos
Obtenção de energia com carboidratos
Glicogênese
Glicogenólise
Gliconeogênese
Via das pentoses-fosfato
Carboidratos
	Os carboidratos (também conhecidos como oses, osídeos, glicídios ou simplesmente açúcares) são moléculas com inúmeras funções celulares. Além de serem utilizados como fonte de energia, podem atuar como estruturas de reconhecimento celular, como lubrificantes de junções esqueléticas, como polímeros insolúveis na superfície de alguns organismos, etc. Os carboidratos podem estar associados à outras moléculas formando os chamados glicoconjugados (glicoproteínas e glicolipídios). Os carboidratos são classificados de acordo com o seu tamanho em monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.
	Os monossacarídeos são os açúcares mais simples, contendo de 3 à 7 carbonos. Os monossacarídeos de 3 carbonos são chamados de trioses, os de 4 carbonos, tetroses, os de 5 carbonos, pentoses etc. Além de carbono, todos contêm oxigênio e hidrogênio, onde suas estruturas moleculares apresentam várias hidroxilas e um grupamento químico aldeído ou cetona, ou seja, são conhecidos como polihidroxialdeídos ou aldoses (ex: glicose) e polihidroxicetonas ou cetoses (ex: frutose) com a fórmula geral (CH2O)n. Enquanto o aldeído está sempre no carbono 1, a cetona está sempre no carbono 2. No entanto alguns monossacarídeos apresentam outros elementos químicos como nitrogênio, formando aminas (ex: N-acetilglicosamina) e fósforo, formando fosfatos (ex: glicose 6-fosfato). Sendo assim, os monossacarídeos são distinguíveis pelo seu tamanho, por ter aldeído ou cetona, pela posição das suas hidroxilas e pela presença de outros grupamentos químicos diferentes da hidroxila, aldeído e cetona (figura 1). 
 
	
Figura 1: Alguns monossacarídeos de ocorrência natural. Os monossacarídeos são aldoses (A) ou cetoses (B) contendo de 3 à 7 carbonos (os monossacarídeos de 7 carbonos não estão representados na figura). Em C, alguns monossacarídeos contendo outros grupamentos químicos diferentes da hidroxila, aldeído e cetona. Note que os monossacarídeos em A e B estão na forma linear, enquanto os em C estão na forma cíclica (esta diferença será explicado ao longo da unidade). Fonte: Lehninger, Princípios de Bioquímica.
Todos os monossacarídeos exceto a dihidroxiacetona contêm um ou mais carbonos assimétricos, apresentando assim formas isoméricas opticamente ativas. Quando a hidroxila do penúltimo carbono da molécula está no lado direito da molécula, o açúcar é o D-isômero, mas quando a hidroxila do penúltimo carbono da molécula está no lado esquerdo, o açúcar é o L-isômero. Quase 100% dos carboidratos na natureza estão na forma D (figura 1). Dois açúcares que diferem na posição da hidroxila em um único carbono são chamados de epímeros, como na comparação entre glicose e galactose ou entre glicose e manose. Manose e galactose não são epímeros por apresentarem diferenças na posição das hidroxilas em 2 carbonos (figura 1).
	Na natureza, os monossacarídeos de 3 e 4 carbonos são estruturas lineares, mas os de 5, 6 e 7 carbonos se apresentam como estruturas cíclicas (em forma de anéis). Por exemplo, para aldoses formarem anéis, o aldeído no carbono 1 destas aldoses reage com a hidroxila do carbono 4 (na pentose), do carbono 5 (na hexose) e do carbono 6 (na heptose), produzindo uma estrutura fechada. Na glicose (uma hexose do tipo aldose), a reação cria dois isômeros, os chamados anômeros α e o β, que diferem na posição da hidroxila do carbono 1 após o fechamento da molécula (no anômero α, a hidroxila é representada “para baixo” e no anômero β, a hidroxila é representada “para cima”) (figura 2). Anéis hexagonais são chamados de piranos (ex: glicose cíclica) e pentagonais são chamados de furanos (ex: frutose cíclica) (figura 3).
Figura 2: Estrutura cíclica da glicose. A reação entre o aldeído do carbono 1 e a hidroxila do carbono 5 gera dois isômeros, o α (hidroxila representada “para baixo”) e o β (hidroxila representada “para cima”). Fonte: Lehninger, Princípios de Bioquímica.
Figura 3: Formas piranosídicas da glicose e furanosídicas da frutose. Fonte: Lehninger, Princípios de Bioquímica.
	Dentre as funções dos monossacarídeos destaca-se a nutricional (muitos estão na dieta, como a glicose, frutose, sorbose, manose etc), a estrutural (a desoxirribose e a ribose são pentoses presentes na constituição do DNA e do RNA respectivamente), a energética (a maioria dos monossacarídeos da dieta são utilizados na produção de energia) e a redutora. Nas estruturas cíclicas, os átomos de carbono anoméricos (carbono 1 nas aldoses e carbono 2 nas cetoses) podem ser oxidados caso estes açucares estejam em ambiente contendo agentes oxidantes, como metais (ex: cobre e ferro). Neste caso, os monossacarídeos atuam como agentes redutores. Por muito tempo, esta característica redutora foi a base para a detecção dos açúcares no sangue e na urina, principalmente no diagnóstico e monitoramento de pacientes diabéticos, mas atualmente existem kits de detecção de glicose empregando as enzimas glicose oxidase e peroxidase presentes nos kits. A reação envolve a redução do oxigênio, produzindo água oxigenada a partir da oxidação da glicose pela enzima glicose oxidase e em seguida a formação de um composto colorido pela reação da água oxigenada com a peroxidase, que será quantificado pela técnica de espectrofotometria, fornecendo um resultado mais confiável, por ser um ensaio enzimático. 
	Os monossacarídeos nas formas fechadas podem se unir formando açúcares maiores (oligossacarídeos e polissacarídeos). A ligação entre dois monossacarídeos se chama ligação glicosídica. Esta ligação covalente é uma reação química que ocorre entre a hidroxila do carbono 1 de um monossacarídeo e a hidroxila de qualquer carbono do outro monossacarídeo, com a saída de uma molécula de água, sendo as ligações glicosídicas mais comuns entre C1-C4 e C1-C6 (figura 4).
Figura 4: A ligação glicosídica. Esta ligação é uma reação química que ocorre entre a hidroxila do carbono 1 de um monossacarídeo e a hidroxila de qualquer carbono do outro monossacarídeo, com a saída de uma molécula de água. Na formação da sacarose (um oligossacarídeo) a ligação glicosídica envolve o carbono 1 da glicose e o carbono 2 da frutose. Alguns hidrogênios da glicose e da frutose não estão representados na figura para evidenciar a reação entre hidroxilas dos monossacarídeos. Fonte: www.brasilescola.com, acesso em 26/10/2014.
	Os oligossacarídeos são açúcares formados pela união de dois até vinte monossacarídeos. Os oligossacarídeos mais conhecidos são os dissacarídeos (formados pela união de dois monossacarídeos). Dentre estes podemos citar a sacarose (açúcar da cana, formado por glicose + frutose unidos por ligação glicosídica C1-C2), a maltose (açúcar do malte, presente nas cervejas, formado por glicose + glicose unidos por ligação glicosídica C1-C4), a trealose (presente nos cogumelos, formado por glicose + glicose unidos por ligação glicosídica C1-C1), a isomaltose (açúcar também encontrado no malte, formado por glicose + glicose unidos por ligação glicosídica C1-C6), e a lactose (açúcar do leite, formado por galactose + glicose unidos por ligação glicosídica C1-C4) (figura 5). Ambosfazem parte da dieta da maioria dos humanos e precisam ter suas ligações glicosídicas quebradas por enzimas hidrolases do intestino delgado para que seus monossacarídeos sejam absorvidos. Porém, nem todos os oligossacarídeos da dieta são totalmente quebrados. A rafinose, trissacarídeo formado por galactose, glicose e frutose unidas por ligações glicosídicas C1-C6 e C1-C2, está na dieta (encontrado no feijão, repolho, brócolis, grãos integrais e outros alimentos), mas os humanos conseguem somente quebra-la em frutose e melibiose (galactose + glicose), não hidrolisando totalmente a rafinose (figura 5). Deste modo a frutose é absorvida, mas a melibiose não. No intestino grosso, a rafinose e a melibiose podem ser degradadas enzimaticamente por bactérias, produzindo CO2, metano e/ou hidrogênio, provocando flatulência associada à ingestão de feijão e outros legumes. 
Figura 5: Alguns oligossacarídeos de ocorrência natural. Em A, os dissacarídeos maltose (glicose + glicose), lactose (galactose + glicose) e sacarose (glicose + frutose). Em B, o trissacarídeo rafinose (galactose + glicose + frutose), onde B1 mostra a rafinose inteira e após digestão com a enzima invertase (a mesma que hidrolisa sacarose em glicose e frutose), os produtos de digestão melibiose (B2) e frutose (B3). Fontes: Lehninger, Princípios de Bioquímica e www.braukaiser.com, acesso em 26/10/2014.
Outros oligossacarídeos maiores, encontrados na membrana das células, estão associados a proteínas (glicoproteínas) e a lipídios (glicolipídios) e formam o glicocálix (figura 6), importante região de membrana responsável pelo reconhecimento celular: a GP120 é uma glicoproteína do vírus H.I.V, capaz de reconhecer e se ligar simultaneamente à glicoproteína receptora de membrana CD4 e à proteína CCR5 de linfócitos T auxiliares, para iniciar o processo de infecção e multiplicação viral; glicolipídios na superfície das hemácias são importantes determinantes dos grupos sanguíneos humanos, podendo, em transfusões equivocadas, serem reconhecidos por anticorpos plasmáticos e provocar aglutinação (agrupamento de hemácias, o que pode entupir vasos sanguíneos e comprometer a circulação do sangue no organismo, levando à morte do indivíduo); o receptor de manose é uma glicoproteína presente na superfície dos macrófagos e outras células que reconhece os monossacarídeos manose, fucose e N-acetilglicosamina de glicoproteínas na superfície de bactérias, protozoários e fungos para a fagocitose destes microorganismos. 
As funções dos oligossacarídeos são as mesmas dos monossacarídeos: estrutural, nutricional, energética etc. Os oligossacarídeos podem ser ou não redutores: se algum carbono anomérico do oligossacarídeo estiver livre para ser oxidado, o oligossacarídeo será redutor (ex: maltose e lactose), mas se todos os carbonos anoméricos do oligossacarídeo estiverem sendo usados nas ligações glicosídicas, o açúcar é considerado não redutor (ex: sacarose e trealose).
	Os polissacarídeos são açúcares contendo desde várias dezenas até milhares de monossacarídeos. Os polissacarídeos podem ser homopolissacarídeos (contendo sempre o mesmo tipo de monossacarídeo), incluindo o amido, o glicogênio, a celulose e a quitina ou heteropolissacarídeos (contendo dois ou mais tipos de monossacarídeos ao longo da molécula), incluindo o peptidoglicano e os glicosaminoglicanos. As principais funções dos polissacarídeos são a reserva de energia e a estrutural. Além disso, os polissacarídeos tem uma extremidade redutora (geralmente é o carbono 1 anomérico livre) e uma extremidade não redutora (geralmente é o carbono 4, que corresponde ao último carbono da cadeia de monossacarídeos).
	O amido é um polissacarídeo de reserva energética encontrado principalmente nos tubérculos (ex: batatas) e sementes (ex: grão de milho) dos vegetais, formado por milhares de moléculas de glicose. Pode se apresentar em duas formas: a amilose, contendo somente ligações glicosídicas C1-C4 entre as moléculas de glicose (chamada de forma linear do amido) e a amilopectina, contendo ligações glicosídicas C1-C4, porém também ligações C1-C6 (ponto de ramificação) a cada 24 – 30 moléculas de glicose (chamada de forma ramificada do amido) (figura 6). O glicogênio, assim como o amido, é um polissacarídeo de reserva energética muito grande encontrado em seres animais e fungos. As fontes de glicogênio na dieta são peixes e carnes vermelhas e brancas. Todas as células humanas são capazes de produzir glicogênio, mas os hepatócitos (células do fígado) e os miócitos (células musculares) são os maiores produtores de glicogênio. O glicogênio é semelhante à amilopectina por ter várias moléculas de glicose unidas por ligações glicosídicas C1-C6 (um ponto de ramificação a cada 8 – 12 moléculas de glicose) (figura 6). Ambos amido e glicogênio são solúveis porque apresentam várias hidroxilas expostas para fazer pontes de hidrogênio com a água. 
A celulose, outra molécula de origem vegetal formada por moléculas de glicose, não tem função energética, mas sim estrutural, estando presente na parede celular das células vegetais (figura 6). A celulose tem importante aplicação industrial, sendo usada na fabricação de papel, papelão, celofane etc. Pelo fato dos seres humanos não terem a enzima celulase, capaz de hidrolisar a celulose, não podemos aproveitar as glicoses da celulose, sendo assim, a celulose funciona como uma fibra na dieta, saindo inteira nas fezes. Já para a digestão do amido e do glicogênio da dieta os humanos têm enzimas amilases na boca e no intestino delgado. Na celulose, as moléculas de glicose (10.000 a 15.000) são unidas por ligações glicosídicas C1-C4, porém diferente do observado no amido e glicogênio, suas ligações glicosídicas são do tipo β1-4 enquanto as do amido e glicogênio são do tipo α1-4. Isso promove uma conformação diferenciada que permite às moléculas de glicose fazer muitas pontes de hidrogênio inter e intracadeia, o que desfavorece a interação da água com a celulose por pontes de hidrogênio, fazendo com que a molécula seja insoluvel em água. 
A quitina, um polissacarídeo estrutural encontrado na superfície dos artrópodes e dos fungos, é formada por milhares de moléculas de N-acetilglicosamina unidos por ligações β1-4 (figura 6), sendo também um polissacarídeo insolúvel em água. É o segundo polissacarídeo mais abundante do planeta depois da celulose. Pessoas que se alimentam de crustáceos como siri, caranguejo, camarão e lagosta ou de alguns cogumelos têm a quitina na dieta, mas como não temos enzimas capazes de digeri-la, a quitina também se comporta como fibra. A partir da desacetilação dos monossacarídeos N-acetilglicosamina que formam a quitina se produz a quitosana, uma molécula muito consumida por pessoas que desejam emagrecer e reduzir o colesterol sanguíneo, pois a quitosana diminui expressivamente a absorção de triglicerídeos e colesterol da dieta.
O peptidoglicano é uma molécula insolúvel encontrada na parede celular de bactérias Gram+ e no espaço periplásmico (entre a parede celular e a membrana celular) de bactérias Gram-. Sua estrutura molecular contém peptídeos formados por glicina, alanina, glutamato e lisina, ligados covalentemente à dissacarídeos repetidos de ácido N-acetilmurâmico e N-acetilglicosamina unidos por ligações β1-4 (figura 6). A lisozima, encontrada na lágrima e na saliva mata bactérias por atuar hidrolisando as ligações glicosídicas entre os monossacarídeos do peptidoglicano. 
Os glicosaminoglicanos são moléculas componentes da matriz extracelular, formadas por milhares de unidades repetidas de dissacarídeos, sendo um dos monossacarídeos o N-acetilglicosamina ou N-acetilgalactosamina e o outro o ácido D-glucurônico ou ácido L-idurônico. O ácido hialurônico, um glicosaminoglicano, funciona como lubrificante nas articulações e confere resistência e elasticidade da cartilagem e dos tendões. Os glicosaminoglicanos estão ligados covalentemente ou não-covalentemente a proteínas de membrana ou proteínas extracelulares para formar os proteoglicanos, muito abundantesnos tecidos conectivos, como o tecido conjuntivo propriamente dito, o tecido cartilaginoso, o tecido ósseo e os vasos sanguíneos. Estes glicoconjugados dão rigidez à matriz, regulam a passagem de moléculas através da matriz extracelular, bloqueiam e estimulam ou guiam a migração e dispersão celular através da matriz, além de contribuir para um ambiente bastante hidratado. 
 
Figura 6. Alguns polissacarídeos de ocorrência natural. Em A, pequeno segmento das duas formas do amido, a forma linear amilose, mostrando somente ligações C1-C4 (esquerda) e a forma ramificada amilopectina, mostrando ligações C1-C4 e C1-C6 (direita). Em B, pequeno segmento do glicogênio mostrando ligações C1-C4 e C1-C6. Em C, segmento curto da celulose (esquerda) e da quitina (direita). Em D, pequeno segmento do peptidoglicano, evidenciando os dissacarídeos repetidos de N-acetilglicosamina (também observado na quitina) e N-acetilmurâmico ligados aos aminoácidos glicina, alanina (Ala), glutamato (Glu) e lisina (Lys); Fontes: Lehninger, Princípios de Bioquímica, www.biologia.edu.ar, www.homepage.ufp.pt, www.bifi.es, www.ebah.com.br e www.carboidratos.farmfametro.blogspot.com, acessos em 26/10/2014.
Digestão e absorção de carboidratos
	Como descrito anteriormente, muitos carboidratos são obtidos na dieta. Destes, a maioria são oligossacarídeos (ex: sacarose, lactose, maltose, trealose e rafinose) e polissacarídeos (ex: amido, glicogênio, celulose e quitina), mas alguns monossacarídeos livres (ex: glicose, frutose e sorbose) também podem ser obtidos. O uso de suplementos alimentares aumentou a lista de açúcares ingeridos (ex: quitosana, um polissacarídeo descrito anteriormente e maltodextrina, um oligossacarídeo contendo em média 8 unidades de glicose com algumas ligações C1-C6).
	Os humanos absorvem somente monossacarídeos, portanto faz-se necessário a hidrólise dos oligossacarídeos e polissacarídeos. Para isso, o tubo digestivo deve contar com um arsenal de enzimas digestivas para estes açúcares maiores a fim de liberar os monossacarídeos. O ser humano não possui todas as enzimas necessárias para a digestão de todos os açúcares ingeridos, então os que não são digeridos ou são apenas parcialmente digeridos acabam atuando como fibras, incluindo a quitina, a quitosana, a celulose e outros não citados nesta unidade, mas que também fazem parte da dieta, como as hemiceluloses, (polissacarídeos contendo xilose, manose, arabinose, glicose, ácido glucurônico, ácido galacturônico, fucose e galactose em várias combinações) as pectinas (polissacarídeos contendo ácido galacturônico, ramnose, arabinose e galactose em várias combinações) e as gomas (polissacarídeos contendo galactose, arabinose, ramnose, ácido glucurônico e glicoproteínas em várias combinações). A amilase salivar é a única enzima digestiva na boca para os açúcares da dieta; as demais enzimas estão no lúmen do intestino delgado (figura 7).
 
Sacarose 
Lactose 
Maltose 
Trealose 
Rafinose 
Figura 7: Carboidratos da dieta. Os açúcares amido, glicogênio, sacarose, lactose, maltose e rafinose ao serem digeridos liberam os monossacarídeos glicose, frutose e galactose que vão do intestino delgado para o sangue e em seguida para todas as células do corpo. Glicose(n) significa um número indeterminado de moléculas de glicose após a digestão do amido e do glicogênio, por estes terem tamanhos variados. Outro monossacarídeo, a manose, obtida da digestão de alguns polissacarídeos e glicoproteínas celulares presentes na dieta também vai do intestino delgado para as células do corpo.
	Após a digestão, glicose, galactose e manose são transportados do lúmen intestinal para o epitélio intestinal acoplados a Na+ pela proteína transportadora de membrana SGLT1 e em seguida ambos são levados para o sangue pela proteína transportadora de membrana GLUT2 presente na membrana das células do epitélio intestinal voltada para o sangue. A frutose é transportada do lúmen para o epitélio por outro transportador, o GLUT5, independente do acoplamento com Na+, mas assim como para os outros monossacarídeos, o GLUT2 também transporta a frutose para o sangue. O Na+ é liberado para o sangue trocando com K+ através da proteína de membrana conhecida como bomba de Na+ e K+ (figura 8). Do sangue, os monossacarídeos são captados pelas células também por proteínas transportadoras, como a GLUT4 das células musculares esqueléticas e cardíacas e células do tecido adiposo e a GLUT3 dos neurônios.
	 
Figura 8: Absorção de monossacarídeos. Os oligossacarídeos e polissacarídeos são hidrolisados e os monossacarídeos são transportados do lúmen para o epitélio intestinal por proteínas transportadoras presentes na membrana das células voltada para o lúmen do órgão e voltada para o sangue. Fonte: www.bloglowcarb.blogspot.com, acesso em 26/10/2014.
Obtenção de energia com carboidratos
	Ao entrar nas células, os monossacarídeos podem ser utilizados para obtenção de energia. Para obter energia são necessárias três etapas: a glicólise, o ciclo de Krebs (ou ciclo do ácido cítrico) e a cadeia respiratória.
	A glicólise, também chamada de via glicolítica ou via de Embden-Meyerhof-Parnas é a primeira via metabólica na obtenção de energia. Todas as células vivas, desde bactérias até as células humanas fazem glicólise. Nesta via, que ocorre no citoplasma das células, glicose, frutose, galactose e manose são convertidas em duas moléculas de piruvato através de várias etapas enzimáticas. Durante o processo, parte da energia destes monossacarídeos é conservada na produção líquida de duas moléculas de ATP e de duas moléculas de NADH (também descrita como NADH + H+) (figura 9). Em células oxigenadas as moléculas de piruvato vão para uma organela da célula chamada mitocôndria, são convertidas em acetilcoenzima A (acetilCoA) e o metabolismo energético prossegue. No entanto, se a célula está com pouco ou nenhum oxigênio ou se a célula não apresenta mitocôndrias ou então apresenta mitocôndrias defeituosas, o metabolismo energético não prossegue e as moléculas de piruvato são convertidas no citoplasma em lactato ou etanol, dependendo da célula na qual está ocorrendo a glicólise. Piruvato pode ainda ser convertido no aminoácido alanina, quando a célula necessita deste para a síntese de proteínas.
Figura 9: A via glicolítica. Em A, a via glicolítica resumida, mostrando a glicose sendo convertida em duas moléculas de piruvato com produção líquida de 2 ATP e 2 NADH + 2 H+. Em B, a via glicolítica detalhada evidenciando as estruturas moleculares e as enzimas envolvidas no processo. À partir de gliceraldeído 3-fosfato todas as moléculas estão em dobro, assim como as moléculas de ATP formadas. Várias destas enzimas precisam do cofator Mg++ para suas atividades catalíticas (não mostrado na figura). Fontes: www.profdorival.com.br e www.professorthiagorenno.blogspot.com, acessos em 26/10/2014.
Usando a glicose como exemplo, na primeira etapa da glicólise a glicose é convertida em glicose 6-fosfato (a glicose recebe um fosfato no carbono 6) através da enzima hexoquinase. Este passo é importante porque ao receber o fosfato, a glicose fica presa na célula, pois não existem transportadores de glicose 6-fosfato nas membranas celulares. A reação de formação da glicose 6-fosfato requer o ATP, assim o ATP vira ADP e o fosfato liberado é o que se liga à glicose. A segunda etapa envolve a conversão de glicose 6-fosfato em frutose 6-fosfato, catalisada pela enzima fosfohexose (ou fosfoglicose) isomerase. Na terceira etapa a frutose 6-fosfato é fosforilada à frutose 1,6-bifosfato, através da enzima fosfofrutoquinase 1 (PFK-1). Esta fosforilação é dependente de ATP, assim um novo ATP é consumido e o fosfato liberado é inserido no carbono 1 da frutose 6-fosfato. Até o momentoo saldo energético é – 2 ATP. A quarta etapa envolve a clivagem da frutose 1,6-bifosfato pela enzima aldolase, em duas moléculas de três carbonos, o gliceraldeído 3-fosfato e a dihidroxiacetona fosfato, está última, em uma quinta etapa, convertida imediatamente em gliceraldeído 3-fosfato pela enzima triose fosfato isomerase, pois somente o gliceraldeído 3-fosfato pode ser metabolizado nas etapas subseqüentes da glicólise. Na sexta etapa, cada molécula de gliceraldeído 3-fosfato é oxidada à 1,3-bifosfoglicerato à partir da incorporação de um fosfato inorgânico, reação catalisada pela enzima gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (G3PDH). Esta enzima tem o NAD+ como coenzima. Esta molécula é uma aceptora de prótons e elétrons, recebendo dois elétrons e um próton (hidreto) resultante da oxidação do gliceraldeído 3-fosfato na reação enzimática, convertendo o NAD+ em NADH. Como dois prótons e dois elétrons são liberados na reação, mas o NAD+ só pode incorporar um hidreto, a reação é descrita como NADH (NAD+ contendo o hidreto) + H+ (próton livre que não foi incorporado ao NAD+) Este NADH + H+ necessita posteriormente ser reconvertido em NAD+ (será explicado posteriormente nesta unidade) para que a glicólise nunca pare, pois NAD+ existe em quantidades baixas na célula e assim precisa estar disponível para que sempre ocorra a via glicolítica. A sétima etapa revela a formação de ATP. A enzima fosfoglicerato quinase catalisa a transferência do fosfato do carbono 1 do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato. A oitava etapa envolve a conversão de 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato pela enzima fosfoglicerato mutase. A nona etapa, catalisada pela enolase desidrata o 2-fosfoglicerato, produzindo o fosfoenolpiruvato e finalmente a décima etapa envolve a transferência do fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP, formando ATP e piruvato, reação catalisada pela enzima piruvato quinase. As enzimas hexoquinase, fosfohexose isomerase, fosfofrutoquinase-1, fosfogliceratoquinase, fosfoglicerato mutase e piruvato quinase são dependentes do cofator Mg++ para as suas atividades catalíticas, sendo que piruvato quinase também é dependente do cofator K+.
Como foi descrito acima, duas moléculas de gliceraldeído 3-fosfato foram anteriormente produzidas à partir de frutose 1,6-bifosfato, então na verdade, foram produzidas 4 moléculas de ATP, 2 moléculas de NADH + 2 H+ e 2 moléculas de piruvato. No entanto o saldo energético líquido é de 2 ATP porque foram consumidos (gastos) 2 ATP no início da glicólise (durante as reações de glicose até frutose 1,6-bifosfato). A fórmula geral da glicólise é então:
Glicose + 2 ADP + 2 NAD+ = 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Vamos lembrar: Energia é derivada da oxidação de combustíveis metabólicos utilizados pelo organismo (carboidratos, lipídios e proteínas). O elo essencial entre as vias de produção e de utilização de energia é o ATP (adenosina trifosfato). Esta molécula é uma D-ribose com uma base nitrogenada adenina ligada por uma ligação glicosídica no carbono 1 e três grupos fosforil (fosfatos) no carbono 5 (figura 10). Reações catabólicas liberam energia, esta que é geralmente armazenada na forma de ATP. Os dois grupos fosforil terminais são ligações ricas em energia, assim quando ocorre hidrolise do ATP, forma-se ADP e energia é liberada para trabalho biológico. Por exemplo, no músculo esquelético, a energia química contida nos fosfatos é convertida em energia mecânica durante a contração muscular. O transporte ativo de substâncias através das membranas celulares, inclusive para a propagação do impulso nervoso e para a síntese de macromoléculas são outros exemplos que envolvem a transferência de energia do ATP. Nas reações oxidativas do catabolismo, enzimas desidrogenases transferem equivalentes de redução, isto é, prótons (H+) e elétrons (e-) para as coenzimas NAD+ (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo), NADP (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo Fosfato) ou FAD (Flavina Adenina Dinucleotídeo) para produzir as formas reduzidas NADH, NADPH e FADH2 (figura 11). Enquanto NAD+ e NADP se reduzem após incorporar um hidreto, FAD se reduz com 2 prótons e 2 elétrons. Estes equivalentes de redução são transferidos para uma cadeia de transporte de elétrons (cadeia respiratória) nas mitocôndrias das células e estes elétrons são entregues ao O2. Estas reações liberam energia que é usada na síntese de ATP. Outras moléculas similares trifosfatadas (GTP, CTP e UTP) também estão envolvidas em transferência de energia em vias biossintéticas.
Figura 10: Estrutura do ATP e do ADP. Em A, a estrutura do ATP com os seus três grupamentos fosfato e do ADP após hidrólise do ATP, com conseqüente liberação de fosfato inorgânico. Em B, o esquema da interconversão ATP-ADP nas células. Fontes: Lubert Stryer, Bioquímica e www.hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, acesso em 28/10/2014.
Figura 11: Estrutura do NAD+ e do FAD. Em A, a nicotinamida adenina dinucleotídeo na sua forma oxidada (NAD+) e reduzida (NADH); em B, a flavina adenina dinucleotídeo na sua forma oxidada (FAD) e reduzida (FADH2). NADP é diferente do NAD+ por apresentar um fosfato substituindo a hidroxila indicada pela seta. Fontes: www.oocities.org e www.rodolfo.costa.nom.br, acessos em 28/10/2014.
	Outros monossacarídeos podem entrar na via glicolítica: a frutose pode ser convertida em frutose 6-fosfato pela ação da enzima hexoquinase (comum no músculo e tecido adiposo) que segue na via glicolítica ou então em frutose 1-fosfato pela ação da enzima frutoquinase (no fígado). A frutose 1-fosfato é clivada pela enzima aldolase em dihidroxiacetona fosfato e gliceraldeído. Pela ação da enzima gliceraldeído quinase, o gliceraldeído é fosforilado (usando o fosfato do ATP) gerando gliceraldeído 3-fosfato, que segue na via glicolítica. Já a dihidroxiacetona-fosfato é convertida em gliceraldeído 3-fosfato por ação da enzima triose fosfato isomerase que também segue na via glicolítica; a manose é convertida em manose 6-fosfato pela ação da enzima hexoquinase e em seguida, por ação da enzima fosfomanose isomerase, a manose 6-fosfato é convertida em frutose 6-fosfato que segue na via glicolítica; a galactose é inicialmente convertida em galactose 1-fosfato pela ação da enzima galactoquinase. Em seguida, em uma reação catalisada pela enzima galactose 1-fosfato uridiltransferase a galactose 1-fosfato perde o seu fosfato, recebe UTP (uridina trifosfato) no carbono 1 e com a saída de mais um fosfato, é transformada em UDP-galactose. A UDP-galactose é convertida em UDP-glicose por ação da enzima UDP-galactose epimerase e em seguida em glicose 1-fosfato pela ação da enzima UDP-glicose pirofosforilase. A glicose 1-fosfato pode ser enfim convertida em glicose 6-fosfato pela ação da enzima fosfoglicomutase e seguir na via glicolítica (figura 12). Assim como para a glicose, qualquer monossacarídeo usado na via glicolítica levará a um saldo energético líquido de 2 ATP. 
Figura 12: Aproveitamento da galactose (A), manose (B) e frutose (C) para a via glicolítica. Fonte: Walter Motta, Bioquímica.
Em condições anaeróbicas, as células não usam a mitocôndria para continuar o processo de produção de energia. Nestas condições, células animais e algumas bactérias (ex: lactobacilos) fazem a chamada fermentação, convertendo piruvato em lactato, em uma reação catalisada pela enzima lactato desidrogenase, com conversão do NADH + H+ (formado na conversão de gliceraldeído 3-fosfato em 1,3-bifosfoglicerato) em NAD+. Músculos muito ativos costumam estar em condições de baixa oxigenação (hipoxia) e assim produzem muito lactato. Nas hemácias, o lactato é o produto final do metabolismo energético pelo fato destas células não terem mitocôndrias, então para cada glicose ou outro monossacarídeo, o saldo energético obtido é sempre 2 ATP. Células cancerígenas também dependem da glicólise como via produtora de energia, por vários motivos incluindo a poucaoxigenação, o número inferior de mitocôndrias e a super produção de algumas enzimas da via glicolítica. 
Excesso de lactato é ruim para o corpo porque o lactato produzido no citoplasma das células extra-hepáticas vai para o sangue com destino ao fígado a fim de ser usado na gliconeogênese (esta via será detalhada no final desta unidade), porém levando um H+. Então produção excessiva de lactato significa muito H+ no sangue e consequentemente acidose sanguínea. Além disso, o lactato intramuscular é o responsável pela fadiga muscular. Da mesma forma que piruvato se converte em lactato, a mesma enzima, em ambiente oxigenado, pode fazer o processo inverso, no entanto, somente dentro da célula (o lactato que já está no sangue não pode ser convertido em piruvato) (figura 13).
Em fungos submetidos a condições de baixa oxigenação, o piruvato é convertido em acetaldeído (pela ação da enzima piruvato descarboxilase) e em seguida em etanol (pela ação da enzima álcool desidrogenase), com liberação de CO2 e conversão do NADH + H+ em NAD+ (figura 13). Esta estratégia é a base para a produção das bebidas alcoólicas usando açúcares (principalmente da cana de açúcar) e fungos capazes de se manterem vivos na ausência de oxigênio. 
O fígado dos seres humanos contem a enzima álcool desidrogenase que é capaz de converter o etanol das bebidas alcoólicas em acetaldeído, com produção de NADH + H+ à partir de NAD+. Este vai para a mitocôndria e por ação da enzima aldeído desidrogenase e convertido em acetato, com nova produção de NADH + H+ (figura 13). Por último a enzima mitocondrial acetilCoA sintetase converte o acetato em acetilCoA para prosseguir na via de produção de energia ou então o acetato sai do fígado e vai para outros órgãos (principalmente músculos) para, na mitocôndria destas células ser convertido em acetilCoA. A via metabolica do etanol no fígado dos humanos não é exatamente o reverso da produção de etanol nos fungos porque os humanos não têm uma enzima capaz de converter o acetaldeído em piruvato. 
Em resumo, o etanol das bebidas pode ser usado na produção de energia hepática e/ou muscular, mas em contraste com esta característica positiva para o metabolismo energético, vários problemas estão associados à ingestão de etanol: sendo um depressor do sistema nervoso central, o etanol diminui a sua atividade, ou seja, facilita a ação do maior neurotransmissor depressor no cérebro (GABA) e inibe a ação do maior neurotransmissor excitatório do cérebro, o glutamato, então, atuando especificamente sobre estes receptores, o etanol abranda o funcionamento do sistema nervoso; além disso o acetaldeído formado à partir do etanol é cerca de 30 vezes mais tóxico que o etanol e assim que é produzido, sai do fígado e viaja por todo o corpo causando lesões em diversos órgãos até voltar ao fígado e ser convertido em acetato; somando-se a isso, o excesso de NADH formado à partir do metabolismo do etanol inibe a gliconeogênese no fígado pois esta via contém enzimas dependentes de NAD+; excesso de etanol no fígado e consequentemente da produção de acetilCoA leva a síntese de colesterol e de triglicerídeos (esta via será detalhada na próxima unidade), aumentando o índice de triglicerídeos e colesterol no sangue e gerando o chamado fígado gorduroso; além disso pode ocorrer hepatite e cirrose causadas pelo etanol; o consumo excessivo de álcool é a principal causa da pancreatite crônica, por fatores ainda desconhecidos, mas acredita-se que seja por lesões causadas pelo acetaldeído; o etanol também perturba a função renal por inibir o hormônio antidiurético (ADH): este hormônio atua no rim fazendo com que o mesmo diminua a produção de urina, através da retenção de água, daí a vontade excessiva de urinar dos alcoólatras, podendo levar a desidratação; o etanol pode, em parte, contribuir para a supressão da atividade reprodutora dos machos, por atrofia testicular, disfunção dos órgãos reprodutores acessórios, supressão da espermatogênese e infertilidade; pode também ter influência direta no crescimento e desenvolvimento da criança: a criança pode nascer com Síndrome Fetal Alcoólica (FAS). 
 
Figura 13: Destinos do piruvato em condição anaeróbica. Em A, células animais ou algumas bactérias submetidas à condições de pouca ou nenhuma oxigenação convertem piruvato em lactato. Em B, fungos nas mesmas condições citadas, convertem piruvato em etanol. A TPP (tiamina pirofosfato) e o Mg++ são respectivamente coenzima e cofator da enzima piruvato descarboxilase. Em ambos os casos, o NADH + H+ é convertido em NAD+ para ser usado na via glicolítica. Em C, a via de metabolização do etanol no fígado dos seres humanos. ADH: álcool desidrogenase, ALDH: aldeído desidrogenase. Fonte: Lehninger, Princípios de Bioquímica e www.bioquímicadoalcool.blogspot.com, acesso em 26/10/2014.
	A glicólise pode ser regulada. Três enzimas são reguladas na glicólise: hexoquinase, fosfofrutoquinase e piruvato quinase. Estas enzimas são reguladas por modificação covalente ou efetores alostéricos de acordo com a necessidade da célula em manter a glicólise ativa. Por exemplo, uma célula com muita energia (muito ATP intracelular) costuma inibir a glicólise, regulando negativamente a atividade das três enzimas citadas, no entanto uma célula com pouca energia faz o processo inverso, ativando a glicólise. A hexoquinase é inibida pelo excesso do próprio produto da sua reação (glicose 6-fosfato), mas é ativada pela falta deste produto. Fosfofrutoquinase-1 pode ser inibida por excesso de ATP ou por pH intracelular baixo, mas é ativada por excesso de ADP ou de frutose 2,6-bifosfato. Esta última é produzida à partir de frutose 6-fosfato (um dos intermediários da glicólise) pela enzima fosfofrutoquinase 2, assim, quando se faz necessário a ativação da fosfofrutoquinase-1, a enzima fosfofrutoquinase 2 produz frutose 2,6-bifosfato, que vai ativar a fosfofrutoquinase-1 para que esta converta frutose 6-fosfato em frutose 1,6-bifosfato (explicado anteriormente) e assim prosseguir a glicólise. Piruvato quinase é inibida por excesso de ATP e ativada por excesso de frutose 1,6-bifosfato. A figura 14 mostra as diferenças de cinética enzimática quando a enzima fosfofrutoquinase-1 é positivamente ou negativamente regulada.
Figura 14: Regulação da fosfofrutoquinase-1. Em condições de baixa quantidade de ATP (alto conteúdo de ADP) nas células, a enzima fosfofrutoquinase-1 (PFK-1) é ativada, mas quando o nível de ATP é alto, a enzima é inibida. Isto se reflete nas cinéticas, onde a curva mais “em pé” (linha preta) terá um pequeno Km assim a afinidade da enzima pelo seu substrato (frutose 6-fosfato) é alta, porém a curva mais “deitada” (linha vermelha) terá Km maior e então a enzima terá menor afinidade pelo substrato. Fonte: Lehninger, Princípios de Bioquímica.
Em condições aeróbicas, as moléculas de piruvato vão para a mitocôndria (figura 15). Como a mitocôndria tem duas membranas, proteínas de membrana específicas transportam o piruvato do citoplasma para o interior (matriz) da mitocôndria, como por exemplo, a proteína translocadora de piruvato na membrana mitocondrial interna, que transporta o piruvato que se encontra no espaço entre as duas membranas para a matriz.
Figura 15: Diagrama da mitocôndria. A mitocôndria é subdividida em membranna externa, membrana interna e matriz. Entre as membranas encontra-se o espaço intermembrana. A matriz é também conhecida como o interior da mitocôndria. Na matriz encontram-se as várias enzimas incluindo as enzimas do ciclo de Krebs. A membrana interna contém cristas e nelas estão as proteínas da cadeia respiratória. Fonte: Lubert Stryer, Bioquímica.
Assim que chega à matriz, o piruvato sofre ação de um complexo contendo 3 enzimas chamado complexo da piruvato desidrogenase. Este complexo multienzimático depende de 5 coenzimas, dentre elas o NAD+ e a coenzima A. O piruvato na presença deste complexo enzimático é primeiramente descarboxilado (um processo irreversível de oxidaçãona qual o grupo carboxila é removido do piruvato) formando CO2 e um derivado hidroxietil. Em seguida esta molécula sofre desidrogenação, formando acetil e a coenzima A é incorporada ao acetil formando acetilcoenzima A. Por último, elétrons e prótons liberados nas reações são entregues ao NAD+ que é convertido em NADH + H+. A reação resumida se encontra na figura 16.
O principal destino metabólico do acetilCoA produzido na mitocôndria das células musculares é a sua entrada no ciclo de Krebs para a produção de energia. Nos adipócitos, hepatócitos e glândulas mamárias de animais em lactação, além da produção de energia, o acetilCoA é bastante usado na síntese de ácidos graxos para a produção de triglicerídeos. Também no fígado o acetilCoA pode ser usado para a produção de colesterol e corpos cetônicos. Com exceção do ciclo de Krebs, todas as outras vias metabólicas citadas serão estudadas na próxima unidade. 
Figura 16: Produção de acetilcoenzima A. Em A, através de reações enzimáticas catalisadas pelo complexo da piruvato desidrogenase, o piruvato é convertido em acetilcoenzima A (acetilCoA) com produção de CO2 e NADH + H+. Em vermelho está evidenciado a origem do CO2 durante a reação. A coenzima A é também referida como CoA-SH por ter um grupamento sulfidrila ou tiol (SH) usado na reação de formação da acetilCoA. Em B, a estrutura detalhada da coenzima, mostrando em vermelho o ácido pantotênico, vitamina da dieta usada na formação da coenzima A. Fonte: Lehninger, Princípios de Bioquímica.
Para iniciar o ciclo do Krebs, o acetilCoA transfere o seu grupo acetil (contendo 2 carbonos) para uma molécula de 4 carbonos, o oxaloacetato, formando citrato, um composto com 6 átomos de carbono. À partir do citrato, uma série de 8 reações regeneram o oxaloacetato com produção líquida de 1 ATP ou GTP, 3 NADH + 3 H+, 1 FADH2 e 2 CO2. Esta via tem este nome em homenagem a Sir Hans Krebs que detalhou a via em 1937 (figura 17). 
	A primeira etapa do ciclo de Krebs envolve a condensação do grupamento acetil do acetilCoA com o oxaloacetato para formar citrato e coenzima A livre, catalisada pela enzima citrato sintase. A segunda etapa envolve a isomerização do citrato em isocitrato, catalisada pela enzima aconitase. Na terceira etapa a enzima isocitrato desidrogenase dependente da coenzima NAD+ oxida e descarboxila o isocitrato formando α-cetoglutarato, com a formação de NADH + H+ e liberação de CO2. A quarta etapa envolve o complexo multienzimático α-cetoglutarato desidrogenase. A enzima, que é dependente de várias coenzimas, incluindo NAD+ e coenzima A, oxida e descarboxila o α-cetoglutarato, formando succinilCoA, NADH + H+ e CO2. A quinta etapa envolve a hidrólise da sucinilCoA para formar succinato e coenzima A livre, catalisada pela enzima succinilCoA sintetase. A energia liberada na reação é conservada em uma molécula de ATP ou de GTP, esta última que, por intermédio da enzima nucleosídio difosfato quinase, é convertida em ATP. A sexta etapa catalisada pela enzima succinato desidrogenase dependente de FAD, oxida o succinato, formando fumarato e FADH2. Esta enzima é a única do ciclo de Krebs que não está na matriz da mitocôndria, mas sim na membrana interna da mitocôndria, atuando não somente no ciclo de Krebs, mas também na cadeia respiratória (será estudada mais à frente). Na sétima etapa, a enzima fumarase hidrata o fumarato, criando malato e na oitava etapa o malato é oxidado, regenerando o oxaloacetato. Esta reação é catalisada pela enzima malato desidrogenase dependente de NAD+, assim na reação se produz mais um NADH + H+. 
	Para cada monossacarídeo são obtidas duas moléculas de piruvato. Os dois piruvatos, ao irem para a mitocôndria são convertidos em duas moléculas de acetilCoA, assim dois ciclos de Krebs ocorrem. Portanto, em dois ciclos de Krebs, obtem-se 2 ATP ou GTP, 6 NADH + 6 H+, 2 FADH2 e 4 CO2. 
É importante perceber que, na formação de acetilCoA e ao longo do ciclo de Krebs, ocorrem descarboxilação de moléculas e assim são produzidos CO2. São justamente estes CO2 produzidos durante as etapas metabólicas que o organismo expulsa durante a respiração, assim respiração celular e respiração fisiológica atuam simultaneamente. Outro ponto importante é que, a partir destas observações, diferente do que muitos pensam, O2 não vira CO2 nas células. Ao longo desta unidade será explicado que o O2 vira H2O na mitocôndria das células. 
Figura 17: As reações do ciclo de Krebs. Nesta figura estão mostradas as estruturas moleculares e as enzimas envolvidas no processo. Na via são produzidos 1 ATP ou GTP, 3 NADH + 3 H+, 1 FADH2 e 2 CO2. Fonte: www.bioquímicaufal.blogspot.com, acesso em 28/10/2014.
	Assim como a glicólise, o ciclo de Krebs pode ser regulado. A enzima citrato sintase é inibida por excesso de citrato, succinilCoA, NADH e ATP mas ativada quando a célula está com excesso de ADP. Isocitrato desidrogenase é inibida por excesso de NADH e ATP e ativada por excesso de ADP e NAD+. O complexo multienzimático α-cetoglutarato desidrogenase é inibido por excesso de NADH e succinilCoA e ativado por excesso de Ca++ intramitocondrial. 
	A cadeia respiratória é a última etapa da via de produção de energia. Nesta etapa, os elétrons de todos os NADH e FADH2 produzidos nas duas etapas anteriores (glicólise e ciclo de Krebs) são transferidos, por meio de uma cadeia de transporte de elétrons, para o aceptor final de elétrons que é o O2. Grande parte da energia liberada no sistema é usada para o bombeamento de prótons da matriz (lado N) para o espaço entre as membranas da mitocôndria (lado P) que cria um gradiente eletroquímico. A volta dos prótons para a matriz libera energia para a síntese de ATP a partir de ADP + Pi (fenômeno chamado de fosforilação oxidativa). Os prótons também vão para o O2 e a combinação de oxigênio, elétrons e prótons produz água, caracterizando o consumo de oxigênio (figura 18). Os transportadores de elétrons são complexos multienzimáticos conhecidos como complexo I (complexo da NADH desidrogenase ou NADH-coenzima Q oxidoredutase), complexo II (succinato desidrogenase ou succinato-coenzima Q oxidoredutase), complexo III (coenzima Q-citocromo C oxidoredutase ou citocromo bc1) e complexo IV (citocromo C oxidase).
Figura 18: As reações da cadeia respiratória. Nesta figura estão mostradas os transportadores de elétrons na membrana mitocondrial interna, o gradiente eletroquímico criado pelo fluxo de prótons, a síntese de ATP e o consumo de oxigênio. Fonte: www.nutrisdoexercicio.wordpress.com, acesso em 29/10/2014.
	As reações da cadeia respiratória se iniciam com a transferência do hidreto (2 elétrons e 1 próton) do NADH e também de 1 próton da matriz, para um lipídio transportador de elétrons chamado coenzima Q (CoQ). O complexo I catalisa esta reação. Neste complexo existem vários grupos prostéticos incluindo 7 centros ferro-enxofre (Fe-S). Os elétrons e prótons são transferidos primeiro para uma coenzima do complexo multienzimático chamada flavina mononucleotídeo (FMN), e em seguida para os centros ferro-enxofre a fim destes chegar a CoQ que se transforma em CoQH2. Durante a transferência dos elétrons pelo complexo I, produz-se energia suficiente para o bombeamento de 4 prótons da matriz para o espaço intermembrana da mitocôndria. 
Os elétrons podem também ser liberados para a CoQ via complexo II. O complexo II contém a enzima succinato desidrogenase que também atua no ciclo de Krebs. Além disso, o complexo II contém FAD e dois complexos ferro enxofre. No ciclo de Krebs foi dito que a succinato desidrogenase converte succinato em fumarato, com produção de FADH2 à partir de FAD. Diferente do NADH + H+ que é liberado após as reações das desidrogenases, o FADH2 não deixa o complexo II, mas assim que é produzido, libera seus elétrons e prótons para os centros ferro-enxofre a fim destes chegar a CoQ. Durante as reações no complexo II não há bombeamento de prótons, devido a quantidade de energia livre liberada na reação ser insuficiente.O complexo III catalisa a transferência de elétrons da CoQH2 para uma proteína transportadora de elétrons chamada citocromo C. O complexo III é formado por várias proteínas incluindo citocromos b, um citocromo c1 e uma proteína ferro-enxofre. Os citocromos são proteínas contendo átomos de ferro que, sem receber elétrons, se apresentam como Fe+++, mas quando recebem um elétron se apresentam como Fe++. Para reoxidar a CoQH2 são necessários dois citocromos b, onde cada um aceita 1 elétron. Os elétrons são então passados para o citocromo c1 e em seguida para o citocromo C usando os átomos de ferro que assim estão sempre alternando entre os estados oxidado (Fe+++) e reduzido (Fe++). Nesta reação de oxidação a CoQ é então restaurada e 4 prótons são bombeados através da membrana mitocondrial interna para o espaço intermembrana (dois da matriz e dois da CoQH2). 
O complexo IV transfere 2 elétrons do citocromo C (oriundos do NADH ou do FADH2) para o O2 para formar água. O complexo IV contém um citocromo a, um citocromo a3 e dois centros de cobre (CuA e CuB). Durante o processo, cada elétron vai do citocromo C para o CuA e depois para o citocromo a. Em seguida o elétron vai para o citocromo a3 e depois para o CuB e finalmente para o O2 que se encontra ligado ao complexo IV. Desse modo, assim como no complexo III, as reações no complexo IV envolvem reduções e oxidações de átomos de ferro e cobre até os elétrons serem entregues ao O2. Para consumir o oxigênio na formação da água são necessários uma molécula de oxigênio, 4 elétrons (oriundos do NADH e/ou FADH2) e 4 prótons (que estão na matriz), como na fórmula abaixo: 
4e- + 4H+ + O2 = 2H2O, sendo a fórmula resumida: 2e- + 2H+ + ½ O2 = H2O
	A fosforilação oxidativa é o processo no qual a energia liberada durante a transferência de elétrons pelos complexos multienzimáticos da membrana interna da mitocôndria é usada no bombeamento de prótons para a produção de ATP à partir de ADP e Pi. Para cada NADH oxidado à NAD+ iniciado no complexo I, são bombeados 10 prótons para o espaço intermembrana. Estes prótons voltam para a matriz através de uma enzima chamada ATP-sintase. A energia livre liberada pelo potencial eletroquímico no processo é usada na produção de ATP. A ATP-sintase tem duas subunidades a F0 e a F1. A F0 forma um canal para translocação dos prótons através da membrana interna da mitocôndria; a F1 contém os sítios de ligação para ADP e ATP e é onde ocorre a síntese do ATP.
Para cada ATP produzido são necessários 4 prótons: 3 passando pela ATP sintase e 1 para carrear Pi para a matriz da mitocôndria. Este último transporte envolve a proteína fosfato-translocase que se localiza na membrana interna da mitocôndria entre o complexo IV e a ATP-sintase. Além disso, também na membrana interna da mitocôndria, entre o complexo IV e a ATP-sintase, existe uma proteína translocase ATP-ADP que transporta ao mesmo tempo um ATP produzido ao nível da ATP sintase no lado da matriz para o espaço intermembrana (que depois consegue sair da mitocôndria para ser usado no citoplasma da célula) e um ADP do espaço intermembrana para a matriz (para ser usado junto com Pi na produção de ATP). Desse modo, como 4 H+ são necessários para se ter a produção de 1 ATP, com os 10 H+ bombeados, são produzidos 2,5 ATP. Como são produzidos na glicólise, na formação de acetilCoA e no ciclo de Krebs um total de 10 NADH + 10 H+, então são produzidos 25 ATP. Para cada FADH2 oxidado à FAD iniciado no complexo II, são bombeados 6 prótons para o espaço intermembrana, que vão propiciar a produção de 1,5 ATP. Como no ciclo de Krebs são produzidos dois FADH2, consegue-se 3 ATP. Então o somatório do número de moléculas de ATP produzidos na cadeia respiratória é de 28 ATP. Sendo assim, se compararmos o nível de energia armazenada na forma de ATP na ausência e na presença de oxigênio, temos 2 ATP no ambiente desoxigenado (oriundos da glicólise) contra 32 ATP (2 ATP na glicólise, 1 ATP em cada um dos dois ciclos de Krebs e 28 ATP na cadeia respiratória), mostrando um aumento de 16 vezes no nível de ATP quando se tem oxigênio nas células.
	Os dois NADH produzidos no citoplasma durante a glicólise não podem atravessar as membranas da mitocôndria. Para estes NADH serem usados na cadeia respiratória existem dois sistemas na membrana mitocondrial interna: a lançadeira malato-aspartato (usada, por exemplo, nas células hepáticas, renais e cardíacas) e a lançadeira glicerol-fosfato (usada, por exemplo, nas células musculares esqueléticas e cerebrais) (figura 19). No sistema da lançadeira malato-aspartato, oxaloacetato da matriz mitocondrial se converte à aspartato pela ação da enzima glutamato-oxaloacetato transaminase mitocondrial e vai para o citoplasma pelo transportador aspartato-glutamato. Lá o aspartato é reconvertido em oxaloacetato pela ação da enzima glutamato-oxaloacetato transaminase citoplasmática e, através da enzima malato desidrogenase, é reduzido, sendo transformado em malato, com conversão de NADH + H+ em NAD+. Malato sai do citoplasma, entra na matriz da mitocôndria pelo transportador malato-α-cetoglutarato presente na membrana interna e, em seguida é reconvertido à oxaloacetato pela ação da enzima malato desidrogenase mitocôndrial, produzindo NADH que é usado na cadeia respiratória. No sistema da lançadeira glicerol-fosfato, uma enzima glicerol 3-fosfato desidrogenase no citoplasma reduz dihidroxiacetona-fosfato à glicerol 3-fosfato, com conversão de NADH + H+ em NAD+. O glicerol 3-fosfato penetra no espaço intermembrana e sob ação da enzima glicerol 3-fosfato desidrogenase mitocôndrial o glicerol 3-fosfato é re-convertido em dihidroxiacetona-fosfato, mas desta vez, como a enzima contém a coenzima FAD, ao invés de NADH, é formado FADH2 que é usado na cadeia respiratória. 
Sendo assim, se for usada a lançadeira malato-aspartato, a quantidade de ATP produzida na cadeia respiratória será de 28 ATP, mas se for usada a lançadeira glicerol-fosfato, como são trocados dois NADH por dois FADH2, dois ATP a menos são produzidos, então o saldo energético final (glicólise + ciclo de Krebs + cadeia respiratória) pode ser 30 ou 32 ATP dependendo da lançadeira usada para aproveitar os equivalentes de redução dos 2 NADH produzidos durante a glicólise.
	
Figura 19: Lançadeiras para o transporte de equivalentes de redução do citoplasma para a cadeia respiratória mitocondrial. Em A, a lançadeira malato-aspartato e em B, a lançadeira glicerol-fosfato. Fontes: www.dc583.4shared.com e slideplayer.com.br, acessos em 29/10/2014.
A maioria dos mamíferos recém nascidos, incluindo o homem, depende da atividade de um tipo especial de tecido: o tecido adiposo marrom. Neste tecido, as células apresentam mitocôndrias contendo na membrana interna uma proteína chamada termogenina. Esta proteína na forma ativa proporciona uma via alternativa para a passagem de prótons do espaço intermembrana para a matriz sem passar pela ATP-sintase. Deste modo, a maior parte da energia da transferência de elétrons e fluxo de prótons não é usada na síntese de ATP, mas na produção de calor para manter os recém nascidos quentinhos. A ativação da termogenina depende do hormônio norepinefrina que estimula a quebra de triglicerídeos no tecido adiposo, liberando ácidos graxos (estes que ativam a termogenina). A oxidação dos ácidos graxos (será estudada na próxima unidade) leva a produção de NADH e FADH2 para a cadeia respiratória e consequentemente para a produção de ATP, mas também para a produção de calor. Animais que hibernam também dependem da termogenina nas mitocôndrias das células do tecido marrom para gerar calor durante a hibernação. 
Glicogênese
	Como anteriormente descrito ao longo desta unidade, o glicogênio é um polissacarídeo contendo milhares de moléculas de glicose, sendo a maioria das moléculas unidas por ligações glicosídicas C1-C4 e algumas unidas por ligações glicosídicas C1-C6 (pontos de ramificação). O glicogênio é geralmente formado após as refeições: quando a dietacontém mais glicose que o necessário para as necessidades energéticas do organismo, glicogênio é produzido e serve como um reservatório de glicose. A glicogênese (síntese de glicogênio) ocorre em todas as células do corpo, mas as células que mais produzem glicogênio são as hepáticas e as musculares esqueléticas.	A síntese de glicogênio inicia da mesma maneira que a via glicolítica: a glicose é convertida em glicose 6-fosfato por ação da enzima hexoquinase (no músculo e outros tecidos extra-hepáticos) ou glicoquinase (uma forma da hexoquinase) no fígado. O fígado contém tanto hexoquinase quanto glicoquinase. Enquanto a hexoquinase possui Km baixo para a glicose (aproximadamente 0,15 mM), a glicoquinase apresenta Km aproximado de 10 mM (muito maior). Desse modo a afinidade da glicoquinase pela glicose é muito menor e assim para ativar a glicoquinase é necessária uma alta quantidade de glicose nas células hepáticas. Além disso, diferente da hexoquinase que é inibida por excesso de glicose 6-fosfato, a glicoquinase não é inibida por excesso desta molécula, mas sim por frutose 6-fosfato, assim, quando a concentração de glicose sanguínea é muito alta (após uma refeição), as células hepáticas captam muita dessa glicose, independente da quantidade de glicose 6-fosfato intracelular, tornando possível armazenar muita glicose na forma de glicogênio.
Se a célula precisa de energia, a glicose 6-fosfato segue na via glicolítica se convertendo em frutose 6-fosfato pela ação da enzima fosfoglicose isomerase (figura 9). No entanto, se o nível de ATP intracelular está alto, a molécula de glicose 6-fosfato sofre ação da enzima fosfoglicomutase se convertendo em glicose 1-fosfato. Em seguida, por ação da enzima UDP-glicose pirofosforilase (glicose 1-fosfato uridiltransferase), a molécula de glicose 1-fosfato perde o seu fosfato, recebe uma molécula de UTP (uridina trifosfato) no carbono 1 e com a saída de mais um fosfato, se converte em UDP-glicose (uma “glicose ativada” à partir do qual glicogênio pode ser sintetizado). Os dois fosfatos saem juntos (na forma de pirofosfato), porém uma enzima, a pirofosfatase inorgânica, hidrolisa a molécula, separando os dois fosfatos, estes que podem ser usados posteriormente em outras reações químicas (figura 20).
Glicose 1-fosfato + UTP UDP-glicose + PPi
Figura 20: Produção de UDP-glicose. A reação, cartalisada pela UDP-glicose pirofosforilase envolve a união da glicose 1-fosfato e do UTP com saída de dois fosfatos inorgânicos e produção da forma ativada da glicose, a UDP-glicose. Fonte: Walter Motta, Bioquímica.
A enzima capaz de criar ligações glicosídicas C1-C4 entre as moléculas de glicose para a formação do glicogênio é a glicogênio sintase. No entanto a glicogênio síntese não consegue iniciar a cadeia de moléculas de glicose adicionando a primeira molécula, mas necessita de uma sequência de moléculas de glicose previamente montada. A enzima glicogenina faz este passo inicial: primeiro, a enzima, através de uma atividade glicosil transferase, liga o carbono 1 de uma molécula de UDP-glicose a um aminoácido tirosina pertencente a própria enzima (como a UDP está no carbono 1 da glicose, a ligação da glicose à glicogenina promove a saída do UDP); a enzima glicogênio sintase se liga em seguida à glicogenina. Depois, mais seis moléculas de glicose são incorporadas por ligações glicosídicas C1-C4 até atingir sete moléculas de glicose, onde novamente cada ligação entre as moléculas de glicose promove a saída do UDP. A partir daí a glicogênio sintase se dissocia da glicogenina e assume a função catalítica na síntese do glicogênio, transferindo seqüencialmente moléculas de UDP-glicose para o carbono 4 de uma cadeia de glicogênio em crescimento, com saída das moléculas de UDP (figura 21). Cada UDP é reconvertida em UTP a partir da transferência de um fosfato do ATP para o UDP, catalisada pela enzima nucleosídeo difosfato quinase. Assim, para cada molécula de glicose usada na formação do glicogênio, são gastos duas moléculas de ATP (um ATP na conversão de glicose em glicose 6-fosfato e um ATP na formação do UTP).
Como visto no inicio da unidade, o glicogênio contém, além das ligações glicosídicas C1-C4, também algumas ligações glicosídicas C1-C6 (figura 6). A glicogênio sintase não pode fazer ligações glicosídicas C1-C6, então, outra enzima, a enzima de ramificação, através de uma atividade glicosil transferase, transfere um fragmento terminal de sete moléculas de glicose, removido de uma sequência de pelo menos 11 moléculas de glicose unidas por ligações glicosídicas C1-C4, para a hidroxila do carbono 6 de uma glicose pertencente a esta mesma cadeia ou a uma outra cadeia de moléculas de glicose, criando ligações glicosídicas C1-C6 (ponto de ramificação). Isto aumenta a quantidade de extremidades não-redutoras (C4 livre) para a ação da enzima glicogênio sintase. A montagem final do glicogênio depende então da ação catalítica seqüencial da glicogênio sintase, criando ligações glicosídicas C1-C4 e da enzima de ramificação, criando ligações glicosídicas C1-C6. A glicogenina se mantém presa ao glicogênio pela ligação covalente a primeira glicose da cadeia de glicogênio (figura 21).
Figura 21: Síntese de glicogênio. Em A, alongamento de uma cadeia de glicogênio pela glicogênio sintase. A UDP-glicose é transferida para o carbono 4 de uma cadeia de glicogênio em crescimento, com saída da molécula de UDP. Em B, a enzima de ramificação do glicogênio criando uma ligação glicosídica C1-C6 (ponto de ramificação) durante a síntese do glicogênio. Em C, síntese de glicogênio iniciada pela atividade catalítica da glicogenina e em seguida pelas enzimas glicogênio sintase e enzima de ramificação.
Glicogenólise 
	
Em um músculo com atividade intensa ou mesmo em repouso, o glicogênio é rapidamente degradado, no entanto o glicogênio hepático é degradado lentamente para manter a glicemia sanguínea e nutrir órgãos que estejam precisando de glicose, prinicipalmente durante um jejum prolongado ao longo do dia como durante o sono. A glicogenólise (degradação do glicogênio) ocorre nas células por ação das enzimas glicogênio fosforilase, enzima de desramificação e fosfoglicomutase. 
A glicogênio fosforilase quebra ligações glicosídicas C1-C4 das moléculas de glicose, adicionando um grupamento fosfato no carbono 1 da glicose terminal (extremidade não redutora) do glicogênio, liberando glicose 1-fosfato (figura 22). A glicogênio fosforilase vai adicionando fosfato em moléculas de glicose presentes em uma extremidade não redutora até que a cadeia atinja 4 moléculas de glicose, ou seja, esteja à 4 monossacarídeos do ponto de ramificação (ligação glicosídica C1-C6). Então, entra em ação a enzima de desramificação do glicogênio. As moléculas de glicose próximas do ponto de ramificação são removidas da seguinte maneira: a atividade transferase da enzima transfere um bloco de 3 moléculas de glicose para uma ponta não redutora próxima, prendendo estas moléculas por ligações glicosídicas C1-C4. Esta cadeia, assim como todas as outras cadeias de glicose do glicogênio serão substratos para a enzima glicogênio fosforilase. Em seguida a única glicose ligada por ligação glicosídica C1-C6 é liberada como glicose pela ação glicosidase da enzima. Deste modo muitas moléculas de glicose são liberadas do glicogênio como glicose 1-fosfato e algumas são liberadas como glicose (figura 22). As moléculas de glicose 1-fosfato são convertidas em glicose 6-fosfato pela ação da enzima fosfoglicomutase e assim estas moléculas de glicose 6-fosfato, bem como as moléculas de glicose que também foram liberadas do glicogênio podem ser usadas na via glicolítica.
	No músculo, as moléculas de glicose e de glicose 6-fosfato liberados após degradação do glicogênio seguem exclusivamente a via glicolítica, ou seja, estas moléculas sempre serão usadas para a via de produção de energia. No fígado existe uma enzima chamada glicose 6-fosfatase que remove o fosfato do carbono6 da glicose, permitindo que a mesma saia da célula e vá para a corrente sanguínea para nutrir outros órgãos. Em outras palavras, o fígado é um regulador da glicemia sanguínea e um doador de glicose para células que estão precisando de açúcares.
As vias de síntese e degradação do glicogênio são reguladas ao nível das enzimas glicogênio sintase e glicogênio fosforilase. Estas duas enzimas podem estar nas formas a (ativa) e b (inativa ou pouco ativa). Estas enzimas podem ser inibidas alostéricamente (uma molécula se liga ao sítio regulatório da enzima) ou por modificação covalente através da fosforilação e desfosforilação.
No controle alostérico, excesso de ATP e glicose 6-fosfato inibe a glicogênio fosforilase (forma b) e assim inibe a degradação do glicogênio, mas ativa a glicogênio sintase (forma a), assim estimulando a síntese de glicogênio. Já pouco ATP e glicose 6-fosfato ativa a glicogênio fosforilase (forma a) e inibe a glicogênio sintase (forma b). No controle por fosforilação e desfosforilação, a enzima fosforilase-quinase usa o ATP para fosforilar e inativar momentaneamente a enzima glicogênio sintase (forma b). Esta pode ser reconvertida a forma a (ativa) pela ação da enzima fosfoproteína-fosfatase 1. Desse modo, a enzima glicogênio sintase é inativada quando fosforilada, mas está ativa quando não possui fosfato. Na regulação da glicogênio fosforilase, a enzima fosforilase-quinase, através do ATP, fosforila e ativa a enzima glicogênio fosforilase (forma a) enquanto a enzima fosfoproteína-fosfatase 1 remove o fosfato e inativa momentaneamente a enzima (forma b).
Figura 22: Degradação do glicogênio. Em A, a remoção seqüencial de moléculas de glicose unidas por ligações glicosídicas C1-C4 é catalisada pela enzima glicogênio fosforilase. Quatro moléculas de glicose restantes em uma cadeia são alvo da enzima de desramificação, onde a atividade transferase da enzima remove as três últimas moléculas de glicose em bloco para uma cadeia próxima e a glicose que restou é removida do glicogênio pela atividade glicosidase da enzima. Em B, a reação detalhada catalisada pela enzima glicogênio fosforilase. Fontes: Lehninger, Princípios de Bioquímica e Walter Motta, Bioquímica.
	
Gliconeogênese
	
	A gliconeogênese (produção de novas moléculas de glicose) ocorre no fígado à partir de fontes não glicídicas, como lactato, alanina, oxaloacetato e glicerol. Quando os níveis de glicose sanguínea e glicogênio hepático e muscular estão muito baixos, a gliconeogênese é uma alternativa para aumentar a glicemia tanto sanguínea quanto dos órgãos. 
Lactato é obtido geralmente de hemácias (que não possuem mitocôndrias e, portanto produzem intensamente lactato) e de células musculares em intensa atividade. O lactato migra das células para o sangue e em seguida para o fígado, onde através da enzima lactato desidrogenase, é convertido em piruvato para seguir na gliconeogênese. A alanina é obtida da degradação de proteínas musculares durante períodos de jejum prolongado. Ao chegar no fígado a alanina perde o grupamento amina e é convertida em piruvato para a gliconeogênese. O oxaloacetato (um intermediário do ciclo de Krebs) é obtido do próprio fígado. Ao invés de ser usado pela enzima citrato sintase para a formação de citrato, a molécula é desviada para a formação de glicose na gliconeogênese. O glicerol é obtido após digestão enzimática dos triglicerídeos no tecido adiposo. No fígado o glicerol é fosforilado e convertido em glicerol 3-fosfato pela ação da enzima glicerol quinase. O glicerol 3-fosfato é em seguida convertido em dihidroxiacetona fosfato pela ação da enzima glicerol 3-fosfato desidrogenase para seguir na gliconeogênese (figura 23). 
Após piruvato ter sido produzido à partir de lactato e alanina na mitocôndria das células hepáticas, este se transforma em oxaloacetato, porém o restante da via de produção de glicose ocorre no citoplasma. Como a membrana interna da mitocôndria é impermeável ao oxaloacetato, este é convertido em malato pela ação da enzima malato desidrogenase mitocôndrial, com conversão de NADH + H+ em NAD+. Após o malato atravessar as membranas mitocondriais, ocorre reação inversa por ação de uma enzima malato desidrogenase citoplasmática, para regenerar o oxaloacetato e NADH + H+ e assim dar continuidade a gliconeogênese. 
A gliconeogênese parece ser o reverso da glicólise pelo fato da maioria dos intermediários e das enzimas das duas vias serem as mesmas, uma vez que 7 passos da via glicolítica são reversíveis ou seja as mesmas enzimas que catalisam as reações no sentido da conversão de glicose em piruvato, catalisam as reações no sentido da conversão de piruvato em glicose. No entanto, na glicólise as reações catalisadas pelas enzimas hexoquinase, fosfofrutoquinase 1 e piruvato quinase são irreversíveis. Para contornar isto, quatro enzimas, exclusivas da gliconeogênese são requeridas: a piruvato carboxilase, a fosfoenolpiruvato carboxiquinase, a frutose 1,6-bifosfatase e a glicose 6-fosfatase. Para produzir glicose são necessários o consumo de 2, 4 ou 6 ATP, dependendo da molécula usada para iniciar a gliconeogênese (figura 23).
	 
Figura 22: As reações da gliconeogênese. Apesar de parecer ser o inverso da glicólise, a gliconeogênese tem suas particularidades como a etapa na qual piruvato é convertido a oxaloacetato (um intermediário do ciclo de Krebs) antes de se converter em fosfoenolpiruvato. Além disso, quatro enzimas são exclusivas da gliconeogênese: a piruvato carboxilase, a fosfoenolpiruvato carboxiquinase, a frutose 1,6-bifosfatase e a glicose 6-fosfatase. Fonte: Walter Motta, Bioquímica.
Via das pentoses-fosfato
	Além da produção de energia e da síntese de glicogênio, a glicose pode servir para a via de síntese das pentoses fosfato. Esta via, também conhecida como a via do fosfogliconato produz NADPH e ribose 5-fosfato. Praticamente todas as células podem fazer a via das pentoses-fosfato, mas a via é muito mais ativa em tecidos que sintetizam constantemente ácidos graxos e esteróides, como o fígado e o tecido adiposo, pois o NADPH é essencial na síntese destes lipídios (estas reações metabólicas serão vistas na próxima unidade), sendo pouco ativa por exemplo no músculo esquelético e no cérebro, uma vez que estas células sintetizam poucos lipídios (geralmente fosfolipídios para as membranas). Já a ribose 5-fosfato é empregada na síntese de D-ribose, monossacarídeo constituinte do ATP, do NAD+, do NADP+, do FADH2, da coenzima A e dos nucleotídeos que compõem o ácido ribonucléico (RNA).
	A primeira etapa da via é semelhante à glicólise e a glicogênese e envolve a conversão da glicose em glicose 6-fosfato catalisada pela enzima hexoquinase, com gasto de 1 ATP. Em seguida a enzima glicose 6-fosfato desidrogenase dependente de NADP+, converte glicose 6-fosfato em 6-fosfogliconolactona, com produção de NADPH + H+. Esta é convertida em 6-fosfogliconato por ação da enzima 6-fosfoglicono lactonase. Em seguida o 6-fosfogliconato é desidrogenado e descarboxilado pela enzima 6-fosfogliconato desidrogenase dependente de NADP+, gerando D-ribulose 5-fosfato, NADPH + H+ e CO2 e finalmente a enzima fosfopentose isomerase converte a D-ribulose 5-fosfato em ribose 5-fosfato (figura 23).
	O NADPH também tem papel importante na proteção das células contra danos causados por agentes oxidativos, como água oxigenada e superóxidos, principalmente em hemácias, que são células muito sujeitas ao dano oxidativo (oxidação de ácidos nucléicos e de proteínas, peroxidação lipídica, dentre outros efeitos lesivos causando destruição celular). Por isso, pessoas que não produzem a enzima glicose 6-fosfato desidrogenase, não são capazes de fazer a via das pentoses-fosfato, levando a diminuição da produção de NADPH (não cessa a produção de NADPH pelo fato desta molécula poder ser criada em outras vias metabólicas) e aumento do dano oxidativo. Uma das moléculas importantes na proteção contraoxidação celular, a enzima glutationa peroxidase, usa a glutationa reduzida (GSH) para converter água oxigenada em água, diminuindo o efeito lesivo celular, mas durante o processo, a glutationa fica oxidada (GS-SG). Esta forma da glutationa depende do NADPH para voltar a forma reduzida e assim iniciar novamente o ciclo de proteção celular. Desse modo, nas células que dependem muito de NADPH não somente para a síntese acentuada de lipídios, mas também para proteção contra danos oxidativos, é comum boa parte da D-ribose 5-fosfato ser novamente convertida em glicose 6-fosfato (a via não será detalhada) para que a via das pentoses-fosfato ocorra novamente, com mais produção de NADPH. 
Figura 23: As reações da via das pentoses-fosfato. Nesta via, através de cinco reações enzimáticas (a conversão de glicose em glicose 6-fosfato catalisada pela enzima hexoquinase não está mostrada na figura) a glicose é convertida em D-ribose 5-fosfato, com produção de duas moléculas de NADPH + H+. Fonte: Lehninger, Princípios de Bioquímica.
Leitura complementar
DEVLIN, T. Manual de bioquímica com correlações clínicas. Edgard Blucher, 2007.
HARPER, H. A. Bioquímica. Atheneu, 2002.
LEHNINGER, A.L. Princípios de Bioquímica. Worth publishers, 2006.
STRYER, L. Bioquímica. Guanabara Koogan, 2004.
VOET, D., VOET, J.G., PRATT, C.W. Fundamentos de Bioquímica. Artmed, 2002.
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Lembre-se de realizar as atividades desta unidade de estudo, elas irão ajudá-lo a fixar o conteúdo, além de proporcionar sua autonomia no processo de ensino-aprendizagem. Caso prefira, redija as respostas no caderno e depois as envie através do nosso ambiente virtual de aprendizagem (AVA). Interaja conosco!
1. As reações oxidativas da via das pentoses fosfato, a partir de glicose 6-fosfato conduzem a formação de: 
a) frutose 6-fosfato
b) galactose 1-fosfato
c) glicose 1-fosfato
d) maltose 5-fosfato
e) ribose 5-fosfato
2. No gráfico a seguir observa-se a produção de CO2 e de lactato no músculo de um atleta em atividade física. 
Sobre a variação da produção de CO2 e lactato em A e B, analise as seguintes afirmativas:
I. A partir de T1 o suprimento de O2 no músculo é insuficiente para o músculo realizar respiração aeróbica. 
II. O CO2 produzido em A é um dos produtos da respiração aeróbica, durante o processo de produção de ATP pelas células musculares. 
III. Em A as células musculares estão realizando respiração aeróbica e em B um tipo de fermentação. 
IV. A partir de T1 a produção de ATP pelas células musculares deverá aumentar. 
Das afirmativas acima, são corretas: 
a) Apenas I e II
b) Apenas III e IV 
c) Apenas I, II e III 
d) Apenas I, II e IV 
e) Apenas II, III e IV
3. Assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as afirmações referentes à respiração celular. 
( ) O metabolismo energético de carboidratos é constituído por três rotas: a glicólise, o ciclo de Krebs e a via das pentoses-fosfato. 
( ) Durante o bombeamento de prótons ao longo da cadeia respiratória, há liberação de elétrons que vão sendo captados por transportadores como a coenzima Q e os citocromos. 
( ) No ciclo de Krebs, ocorre uma maior produção de ATP do que durante a fase de glicólise. 
( ) Nos eucariontes, a fase de glicólise ocorre no interior das mitocôndrias e na ausência de oxigênio. 
A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é: 
a) F - F - F - V
b) F - V - F - F 
c) V - V - V - F 
d) V - F - V - V 
e) F- V - V - F
4. O cianeto atua inibindo o complexo IV da cadeia respiratória. Quanto ao que pode acontecer com a célula, em consequência desta inibição, é CORRETO afirmar que:
a) não há interrupção na cadeia transportadora de elétrons e a produção de ATP não é alterada
b) toda a cadeia respiratória se interrompe, inclusive a produção de ATP e o consumo de oxigênio
c) não há interrupção na cadeia transportadora de elétrons e sim um aumento compensatório na produção de ATP
d) a célula torna-se dependente da fermentação cujo rendimento energético é superior ao da respiração aeróbica
e) Não há interrupção da cadeia respiratória, somente a produção de ATP é alterada
5. Os carboidratos, também conhecidos como glicídios ou açúcares, são as macromoléculas mais abundantes na natureza. As seguintes afirmativas se referem a alguns destes carboidratos. 
I. Os mais simples, chamados de monossacarídeos, podem ter de 3 a 7 átomos de carbono, e os mais conhecidos, glicose, frutose e galactose, têm 6. 
II. O amido e a celulose são polissacarídeos formados pelo mesmo número de moléculas de glicose, que se diferenciam pela presença de ramificações na estrutura do amido. 
III. A quitina é um importante polissacarídeo que constitui o exoesqueleto de fungos e artrópodes. 
IV. A glicose é armazenada nos mamíferos sob a forma de glicogênio. 
As seguintes afirmativas estão corretas:
a) I, II e IV 
b) II e III 
c) I, III e IV 
d) II e IV
e) III e IV
6. O esquema a seguir resume as etapas de síntese e degradação do glicogênio no fígado, órgão responsável pela regulação da glicemia sanguínea. As enzimas representadas pelos números são: (1) Glicoquinase (2) Glicose 6-fosfatase (3) Fosfoglicomutase (4) UDP glicose pirofosforilase (5) Glicogênio sintase (6) Glicogênio fosforilase
Um paciente portador de um defeito genético apresenta hipoglicemia nos intervalos entre as refeições, embora a taxa de glicogênio hepático permaneça elevada. No paciente, as enzimas que provavelmente estão apresentando atividade deficiente são: 
a) glicoquinase e fosfoglicomutase
b) fosfoglicomutase e glicogênio sintase
c) glicose 6-fosfatase e UDP glicose pirofosforilase
d) glicogênio fosforilase e glicose 6-fosfatase
e) glicoquinase e glicogênio sintase
7. O beribéri é uma doença nutricional causada pela falta de vitamina B1 (tiamina) no organismo, resultando em fraqueza muscular, problemas gastro-intestinais e dificuldades respiratórias. A tiamina na forma de tiamina pirofosfato (TPP) é importante para a produção de acetilcoenzima A na mitocôndria das células. Pessoas com beribéri apresentam constantemente níveis elevados de:
a) piruvato e oxaloacetato
b) lactato e citrato
c) succinil CoA e etanol
d) isocitrato e malato
e) succinato e fumarato
8. O destino das moléculas de celulose presente em alguns alimentos de origem vegetal ingerida por uma pessoa é: 
a) entrar nas células e ser oxidada nas mitocôndrias, liberando energia para o organismo
b) ser metabolizada extracelularmente tanto no tubo digestivo quanto no sangue
c) entrar nas células e ser utilizada para a síntese de proteínas
d) ser eliminada pelas fezes, sem sofrer alteração no tubo digestivo
e) servir de matéria-prima para a síntese de glicogênio
9. Os esquemas representam três rotas metabólicas possíveis, pelas quais a glicose é utilizada como fonte de energia. 
 
a) Quais rotas ocorrem em ambiente totalmente anaeróbico? 
b) Qual rota é inexistente na espécie humana? 
c) Qual é o saldo energético obtido na rota C? 
10. Células de um maratonista foram extraídas e cultivadas em dois tubos de ensaio à 37oC (tubo A e tubo B) contendo glicose como fonte de energia. Após 24 horas foram avaliados o consumo de glicose e a formação de ATP em cada tubo obtendo-se os seguintes resultados:
	Para cada célula observada nos tubos
	Consumo de Glicose
(Moléculas de glicose consumidas)
	Formação de ATP
(Moleculas de ATP formadas)
	Tubo A
	1
	32
	Tubo B
	16
	32
A análise de cada tubo também mostrou que no tubo B acumulava-se lactato enquanto que no tubo A, observa-se o acúmulo imediato de bolhas.
a) Explique bioquimicamente o acúmulo de lactato no tubo B e as bolhas do tubo A.
b) Porque o consumo