Integração e regulação das vias metabólicas

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RESUMO: INTEGRAÇÃO E REGULAÇÃO DO METABOLISMO 
ENERGÉTICO E PROTEICO EM MAMÍFEROS 
 
Lourenço, J.C.S; 2017. 
 
 
Todas as informações contidas neste trabalho 
Foram retiradas do livro: 
Nelson, David L.; COX, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger 6O Ed. 
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ÍNDICE 
Página 
 
Integração do metabolismo em mamíferos....................................................4 
Vias de degradação dos aminoácidos e integração entre o metabolismo 
energético.......................................................................................................7 
Princípios da regulação metabólica................................................................8 
Regulação coordenada da glicólise e gliconeogênese.................................10 
Regulação da hexocinase.............................................................................11 
Regulação da fosfofrutocinase-1...................................................................12 
Regulação da piruvato-cinase.......................................................................14 
Regulação do complexo-piruvato-desigrogenase.........................................14 
Regulação entre via glicolítica e a via das pentoses fosfato.........................15 
Regulação do ciclo do ácido cítrico. .............................................................15 
Regulação da via das pentoses fosfato........................................................17 
Regulação coordenada da síntese e degradação do glicogênio..................18 
Regulação da oxidação de ácidos graxos....................................................20 
Regulação da biossíntese de ácidos graxos................................................21 
Regulação do ciclo da ureia.........................................................................23 
Conclusão....................................................................................................24 
Referência....................................................................................................24 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
 
 
Lista de figuras 
Figura 1. Figura. Destinos da glicose-6-fosfato no hepatócito. Fonte: Nelson e 
David,2014. ........................................................................................................ 4 
Figura 2. Destino do acetil-Coa gerado na glicólise. Nelson e David,2014. ...... 5 
Figura 3. Produção e destinos do piruvato no hepatócito. Nelson e David,2014.
 ........................................................................................................................... 5 
Figura 4. Metabolismo dos ácidos graxos no fígado. Nelson e David,2014. ..... 6 
Figura 5. Diferença entre a produção de energia do o músculo esquelético de 
rápida contração e lenta contração. Nelson e David, 2014. ............................... 7 
Figura 6. Integração dos combustíveis das vias metabólicas. Fonte ebah.com 9 
Figura 7. Regulação de hexoquinase IV no fígado. Nelson e David,2014. ...... 11 
Figura 8. Regulação frutose-1,6-bifosfatose (FBPsase-1) e da 
fosfofrutocinase1 (PKF-1). Nelson e David, 2014. ........................................... 13 
Figura 9. Regulação hormonal do nível de frutose-1,6-bifosfato. Nelson e 
David,2014. ...................................................................................................... 14 
Figura 10. Dois destinos para o piruvato, acetil-Coa ou Oxaloacetato. Nelson e 
David, 2014. ..................................................................................................... 15 
Figura 11. Regulação do complexo da piruvato-desidrogenase. Nelson e 
David, 2014. ..................................................................................................... 16 
Figura 12. Regulação do ciclo do ácido cítrico. Nelson e David,2014. ............ 17 
Figura 13. Papel do NADPH na regulação da partilha da glicose-6-fosfato entre 
a glicólise e a via das pentoses-fosfato. Nelson e David,2014. ........................ 18 
Figura 14. Efeito da GSK3 sobre a atividade de glivogênio-sintetase. Nelson e 
David,2014. ...................................................................................................... 19 
Figura 15. Regulação coordenada de síntese e degradação dos ácidos graxos. 
Nelson e David,2014. ....................................................................................... 21 
Figura 16. Regulação da síntese de ácidos graxos. Nelson e David, 2014. .... 22 
Figura 17. Síntese de N-acetilglutamato e ativação da carbamoil-fosfato-
sintetase I por esse composto. Nelson e David, 2014. ..................................... 23 
 
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1. Integração do metabolismo em mamíferos. 
O fígado é um órgão muito importante para o metabolismo de 
carboidratos, proteínas e lipídios nos mamíferos. Ele é constituído por 
hepatócitos que transformam os nutrientes da dieta em combustíveis e 
precursores necessários para outros tecidos. Este órgão tem uma grande 
flexibilidade metabólica pois precisa responder as demandas nutricionais do 
organismo em diferentes estados metabólicos. 
Considerando o metabolismo dos açúcares, a glicose entra rapidamente 
na célula (GLUT2) e é fosforilada pela enzima hexoquinase formando glicose-6-
fosfato. Esta enzima responde aos baixos e altos níveis de glicose sanguínea de 
acordo com a demanda energética do organismo. 
A glicose-6-fosfato é um ponto muito importante para o metabolismo de 
carboidratos, pois a frutose, galactose, manose e principalmente a glicose são 
convertidos neste metabólito dentro do hepatócito antes de seguir alguma via 
metabólica. Além disso, a glicose-6-fosfato pode gerar glicose livre (baixa glicose 
sanguínea), ser convertida em glicogênio hepático, entrar na via das pentoses 
fosfato (gerar equivalente de redução) ou seguir na via da glicólise (Figura 1). 
 
Figura 1. Figura. Destinos da glicose-6-fosfato no hepatócito. Fonte: Nelson e David,2014. 
Outro metabólito muito importante é a acetil-Coa formada pela reação da 
piruvato-desidrogenase. Ela pode ser oxidada no ciclo do ácido cítrico para gerar 
ATP ou servir como precursora de ácidos graxos, que são incorporados em 
TAGs, fosfolipídios ou colesterol (Figura 2). 
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Figura 2. Destino do acetil-Coa gerado na glicólise. Nelson e David,2014. 
O piruvato é um ponto de intersecção entre o metabolismo energético e 
proteico. Ele pode ser produzido a partir de aminoácidos ou pela via glicolítica, 
também pode ser convertido em glicose ou glicogênio pela gliconeogênese, 
pode ser convertido em acetil-Coa (metabólito que tem vários destinos), oxidado 
na via ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa para gerar ATP ou ainda pode 
ser convertido em lipídios para armazenamento (Figura 3). 
 
Figura 3. Produção e destinos do piruvato no hepatócito. Nelson e David,2014. 
Os aminoácidos são substratos para síntese de proteínas no fígado. 
Aqueles que não são utilizados para a biossíntese proteica, são transaminados 
ou desaminados para gerar piruvato ou amônia que é convertida em ureia. Em 
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condição de pouca disponibilidade energética, os aminoácidos do músculo 
podem ser mobilizados para a formação de glicose e suprir a demanda 
energética. 
Os ácidos graxos oriundos dos lipídios que chegam aos hepatócitos 
podem ser convertidos em lipídios hepáticos, entretanto na maioria das vezes os 
ácidos graxos são o principal combustível oxidativo no fígado. Sendo que eles 
são convertidos em acetil-Coa e NADH e posteriormente oxidados no ciclo do 
ácido cítrico. É importante destacar que o excesso de acetil-Coa no fígado é 
transformado em acetoacetato e β-hidrixibutirato,corpos cetônicos que circulam 
pelo sangue (Figura 4). 
 
Figura 4. Metabolismo dos ácidos graxos no fígado. Nelson e David,2014. 
 Os miócitos são células musculares especializados na geração de ATP 
como fonte rápida de energia. É importante destacar que os tecidos musculares, 
vermelho e branco, possuem duas formas diferentes de gerar ATP para suprir a 
exigência de energia de trabalho. 
O músculo vermelho é rico em mitocôndrias e muito irrigado por vasos 
sanguíneos, fato que proporciona uma tensão relativamente baixa e resistente a 
fadiga. Ele tem essa característica porque produz ATP através da fosforilação 
oxidativa, que é um processo aeróbico. Já o músculo esquelético branco, tem 
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um número menor de mitocôndrias e uma baixa irrigação sanguínea, por isso ele 
entra em fadiga com mais rapidez. Assim o ATP é gerado através da via 
glicolítica anaeróbia, que não é energeticamente rentável (Figura 5). 
 
Figura 5. Diferença entre a produção de energia do o músculo esquelético de rápida contração e lenta 
contração. Nelson e David, 2014. 
O músculo também pode utilizar a glicose, os ácidos graxos e os corpos 
cetônicos como substrato para gerar energia (em repouso). Os ácidos graxos e 
os corpos cetônicos são degradados para produzir acetil-Coa que entra no ciclo 
dos ácidos cítricos para serem oxidados, já a glicólise é convertida em piruvato, 
acitil-Coa e oxidada, isso ocorre no músculo de baixa contração. Enquanto que 
no músculo de alta contração, o glicogênio é degradado em lactato pela 
fermentação. 
O metabolismo de gorduras e dos ácidos graxos está intimamente ligado 
ao dos carboidratos. Sinais hormonais como insulina e alterações na dieta ou 
exercício são igualmente importantes no metabolismo das gorduras e na 
integração com os carboidratos. 
2. Vias de degradação dos aminoácidos e integração entre o 
metabolismo energético. 
As 20 vias catabólicas dos aminoácidos convergem para formar apenas 6 
produtos que podem entrar no ciclo do ácido cítrico. Nesse ponto, os esqueletos 
de carbono tomam vias distintas, podendo ser direcionados para a 
gliconeogênese ou para a cetogênese, ou oxidados completamente a CO2 e H2O. 
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Sete aminoácidos podem ser totalmente degradados até acetil-Coa, 
outros cinco aminoácidos são transformados em α-cetoglutarato e quatro em 
succinil-Coa, dois em fumartato e dois oxaloacatato. 
Os aminoácidos que podem ser convertidos em piruvato são: alanina, 
triptofano, cistetína, serina, glicina e a treonina. O piruvato pode ser transformado 
em acitil-Coa e entrar no ciclo dos ácidos cítricos ou ser convertido na 
gliconeogênese, podendo formar glicose ou equivalentes de redução. 
Os aminoácidos triptofano, lisina, fenilanina, tirosina, leucina, isoleucina e 
treonina produzem o acetil-Coa. Um intermediário muito importante que pode ser 
utilizado em muitas vias (gliconeogênese, ciclo dos ácidos cítricos e síntese de 
lipídios). 
O esqueleto carbônico de cinco aminoácidos pode formar o α-
cetoglutarato, eles entram no ciclo dos ácidos cítricos como o α-cetoglutarato. 
Inicialmente o glutamato é produzido em uma oxidação e depois uma reação de 
transaminação ou desaminação forma o α-cetoglutarato. 
Os aminoácidos metionina, isoleucina, treonina e da valina são 
degradados por rotas que produzem o succinil-Coa, que é um intermediário do 
ciclo dos ácidos cítricos. 
Embora a maioria dos aminoácidos sejam degradados no fígado, existem 
três que são oxidados como combustível no tecido muscular, adiposo, renal e 
cerebral. Estes tecidos contêm uma aminotransferase que atua sobres os 
aminoácidos de cadeia ramificada que dá origem a α-cetoácidos. Então, o 
complexo desidrogenase catalisa a descarboxilação dos α-cetoácidos que libera 
o grupamento carboxila como CO2 e o produz o derivado acil-Coa. 
3. Princípios da regulação metabólica. 
Para facilitar a compreensão dos processos metabólicos que ocorrem no 
organismo, as reações enzimáticas são agrupadas em conjunto e denominadas 
de vias metabólicas. Porém, estas vias se interacionam e são dependentes uma 
das outras (Figura 6). Uma típica célula eucariótica tem a capacidade de produzir 
cerca de 30.000 proteínas diferentes, que catalisam milhares de reações 
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diferentes envolvendo muitas centenas de metabólitos, muitos deles 
compartilhados por mais de uma “via”. 
As vias do metabolismo da glicose fornecem, na direção catabólica, a 
energia essencial para se opor às forças de entropia e, na direção anabólica, 
precursores biosintéticos e uma forma de armazenamento da energia 
metabólica. Quando as condições externas se alteram, são feitos ajustes na 
velocidade do fluxo metabólico ao longo de uma via completa por uma grande 
variedade de mecanismos que operam em escalas e tempos diferentes. As 
condições podem mudar de forma acentuada, dependendo da situação em que 
o organismo se encontra. 
 
Figura 6. Integração dos combustíveis das vias metabólicas. Fonte ebah.com 
As proporções relativas de carboidrato, gordura e proteína variam de 
acordo com a refeição, e o suprimento de combustível obtido pela dieta é 
intermitente, o que exige ajustes metabólicos entre as refeições e durante o 
período de jejum. 
O fluxo de uma reação catalisada por uma enzima pode ser modulado por 
alterações no número de moléculas ou por mudanças na atividade catalítica de 
cada uma das moléculas já presente na reação. Estas mudanças ocorrem em 
resposta a sinais de dentro e fora da célula. 
 Em geral, alterações rápidas na atividade enzimática são desencadeadas 
por variações na concentração local de pequenas moléculas, podendo ser um 
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substrato de uma reação das vias (glicose na glicólise), um produto na via (ATP 
na glicólise), ou um cofator (NADH). Substâncias conhecidas como “segundos 
mensageiros”, com por exemplo o AMP e o Ca++ também controlam a regulação 
das vias metabólicas. 
 Hormônios (insulina ou adrenalina) e neurônios (acetilcolina) podem 
enviar sinais extracelulares para síntese ou degradação proteica através da 
ativação de fatores de transcrição. Estes por sua vez, se ligam a regiões 
específicas do DNA ativando ou reprimindo a expressão de um gene, 
ocasionando um aumento ou redução na síntese da proteína codificada. 
 Outra maneira de regular atividade efetiva de uma enzima é separar ele e 
seu substrato em compartimentos membranosos diferentes dentro da célula, 
onde o fator limitante para ação da enzima é o transporte do substrato entre as 
membranas. 
 Portanto, são por estes mecanismos regulatórios que as células podem 
alterar drasticamente a quantidade total de enzima em resposta a mudanças nas 
condições metabólicas. Considerando vertebrados, o fígado é o tecido mais 
adaptado a mudanças, como por exemplo, alteração de uma dieta rica em 
carboidratos para uma dieta rica em lipídios. 
 Em vias metabólicas como a glicólise algumas reações estão muito 
próximas do equilíbrio no estado estável, onde a velocidade das suas rações 
aumenta ou diminui conforme a concentração do substrato. Entretanto, outras 
reações estão fora do equilíbrio; estas etapas podem ser consideras com ponto 
de regulação. 
 É importante saber onde existe a regulação do controle metabólico para 
entender a ação de hormônios, fármacos (que estimule ou inibe a via) ou falhas 
patológicas. 
4. Regulação coordenada da glicólise e gliconeogênese. 
Na glicólise, existem três reações que são irreversíveis, catalisadas pela 
hexocinase, PKF-1 e a piruvato-cinase (as três reações têm um alto delta 
negativo). A gliconeogênese usa desvio para cada uma das reações irreversíveis 
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daglicólise. Nestes pontos, não existe rendimento de energia para trabalho 
biológico. 
4.1 Regulação da hexocinase. 
A hexocinase é responsável por catalisar a glicose para entrada na via 
glicolítica é uma enzima reguladora. Nos hepatócitos, a hexocinase IV fosforila 
a glicose em condições de elevada concentração de glicose sanguínea (dieta 
rica em carboidratos). Como sua taxa de saturação é levada, ela consegue 
responder a levada concentração de glicose no sangue, ao contrário da 
hexocinase I-III presente no músculo. A hexocinase IV também não é inibida pela 
glicose-6-fosfato (produto da sua reação), ela continua agindo enquanto houver 
uma elevada taxa de glicose sanguínea. 
A hexocinase só pode ser inibida pela ligação reversível entre a glicose-
6-fofato e uma proteína reguladora do fígado. Esta condição ocorre somente no 
jejum, quando a concentração de glicose sanguínea é baixa e não compete com 
a frutose-6-fosfato pela ligação com a proteína reguladora. Em condição de 
elevada concentração de glicose sanguínea, a proteína reguladora é dissociada, 
possibilitando que a hexocinase fosforile a glicose normalmente (Figura 7). 
 
Figura 7. Regulação de hexoquinase IV no fígado. Nelson e David,2014. 
 
Existe uma regulação a nível de expressão gênica, em condições que 
demandam energia como pouca disponibilidade de ATP, na contração muscular 
ou no maior consumo de glicose, ocorre um aumento da transcrição do gene da 
hexocinase IV. Na gliconeogênse, a enzima glicose-6-fosfatase também é 
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regulada no nível de transcrição de fatores que demandam aumento da produção 
de glicose, neste caso em condição de glicose sanguínea baixa ou liberação de 
glucagon. 
 
4.2 Regulação da fosfofrutocinase-1. 
A enzima fosfofrutocinase-1 (PKF-1) é a mais importante no controle da 
glicólise, pode ser considera com uma reação metabolicamente irreversível que 
compromete a glicose com glicólise. Esta enzima possui alguns sítios 
regulatórios nos quais se ligam os ativadores ou inibidores alostéricos. 
A adenosina trifosfato (ATP) é tanto um substrato para PKF-1 como um 
produto final da via glicolítica, além de ser um regulador desta enzima. Quando 
a concentração de ATP celular está alta significa que ele está sendo produzido 
mais rapidamente do que consumido. Nesta condição, o ATP se liga em um sitio 
alostérico da PKF-1 ocasionando a redução da afinidade pelo substrato frutose-
6-fosfato. Já a adenosina difosfato (ADP) e a adenosina monofosfato (AMP) 
sinalizam que está ocorrendo um maior consumo de ATP, consequentemente 
eles liberam o sitio alostérico ocupado pelo ATP. Em resumo, quando o AMP e 
ADP se acumulam a atividade enzimática é maior e quando ATP se acumula a 
atividade enzimática é menor. 
 O citrato ionizado é um intermediário importante na oxidação aeróbia do 
piruvato, ácidos graxos e aminoácidos, por isso atua como um sinalizador 
metabólico em condições que a oxidação de aminoácidos a ácidos graxos 
satisfaz a necessidade energética da célula. Além disso, é uma regulador 
alostérico da PKF1, onde uma elevada concentração de citrato ionizado 
potencializa o efeito inibidor do ATP sobre a enzima. 
 A etapa que corresponde a gliconeogênese é a conversão de frutose-1,6-
bisfosfato em frutose-6-fosfato e a enzima que catalisa esta reação é a FBPase-
1. Esta enzima é fortemente inibida pelo AMP, em condição de baixa 
concentração de ATP pela célula ocorre uma diminuição na síntese de glicose. 
13 
 
 
 
 De modo geral, quando existe concentração suficiente de acteil-Coa, 
citrato ou adenilato da forma de ATP, agliconeogênse é favorecida. Quando o 
nível de AMP aumenta, a PKF-1 estimula a glicólise (Figura 8). 
 
Figura 8. Regulação frutose-1,6-bifosfatose (FBPsase-1) e da fosfofrutocinase1 (PKF-1). Nelson e David, 
2014. 
A regulação hormonal rápida da glicólise e da glicoeogênese é mediada 
pela frutose-2,6-bifosfato, efetor alostético das enzimas PKF-1 e FBPase-1. A 
concentração celular do regulador alostérico frutose-2,6-bifosfato é ajustada 
pelas taxas relativas de sua formação e degradação. Ou seja, PKF-1 e FBPase-
1 catalisam respectivamente e síntese e degradação da frutose-2,6-bifosfato. O 
equilíbrio entre das atividades destas duas enzimas no fígado é regulado pelo 
glucagon e a insulina. 
No fígado, quando a glicose está baixa, glucagon ativa a fosfatase para 
converter a frutose-1,6-bifosfato em frutose-6-fosfato. Quando a PKF-1 é inibida, 
a glicólise é retardada. No músculo, quando a glicose está baixa, a epinefrina 
ativa a quinase para converter a frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bisfosfato. A 
PKF-1 é ativada quando a taxa de glicólise está aumentada (Figura 9). 
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Figura 9. Regulação hormonal do nível de frutose-1,6-bifosfato. Nelson e David,2014. 
 
4.3 Regulação da piruvato-cinase. 
Altas concentrações de ATP, acetil-Coa e ácidos graxos de cadeia longa 
inibem alostericamente a enzima piruvato-cinase. Quando a redução de glicose 
sanguínea causa a liberação de glucagon, a proteína-cinase é inativada. No 
fígado existe uma redução de uso da glicose, enquanto que no músculo o efeito 
é diferente, em resposta adrenalina, o cAMP ativa a degradação de glicogenólise 
e a glicólise fornece a resposta necessária para a resposta de luta ou fuga. 
4.4 Regulação do complexo-piruvato-desigrogenase. 
O ponto de regulação da transformação de piruvato em actecil-Coa pelo 
complexo piruvato desidrogenase pode suprir a necessidade de substrato para 
o ciclo do ácido cítrico ou formar oxaloacetato para início da gliconêogense. O 
acetil-Coa é um modulador alostérico positivo para piruvato-carboxilase e 
negativo para piruvato desidrogenase. 
 Quando as necessidades energéticas das células estão satisfeitas, a 
fosforilação oxidativa é reduzida, a concentração de NADH aumenta, inibe o ciclo 
do ácido cítrico e acetil-Coa se acumula. A concentração aumentada de acetil-
Coa inibe o complexo de piruvato-desidrogenase, diminuindo a formação de 
acetil-Coa a partir de piruvato, e estimula a gliconêogênese pela ativação da 
piruvato-carboxilase, permitindo a transformação de piruvato em oxaloacetato 
(Figura 10). 
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 Nos mamíferos, a regulação desta enzima-chave ocorre principalmente 
no nível de sua síntese ou degradação, em resposta aos sinais hormonais e 
dietéticos. 
 
Figura 10. Dois destinos para o piruvato, acetil-Coa ou Oxaloacetato. Nelson e David, 2014. 
 
5. Regulação entre via glicolítica e a via das pentoses fosfato. 
A xilulose-5-fosfato é um regulador muito importante no metabolismo de 
carboidratos e lipídios, ela também é um mecanismo regulador que atua por meio 
de frutose-2,6-bifosfato. A concentração de xilulose-5-fosfato aumenta à medida 
que a glicose entra no fígado e é convertida em glicose-6-fosfato. A glicose-6-
fosfato entre tanto na via glicolítica quanto na via pentoses fostato. 
A xilulose-5-fosfato estimula a desfosforilação da enzima bifuncional, que 
ativa a PKF-2 e FBPase-2 que promove aumento na concentração de frutose-
2,6-bifosfato e estimula a glicólise e inibe a gliconeogênese. A glicólise 
aumentada impulsiona a produção de Acetil-Coa e fluxo aumentado de hexoses 
na via das pentoses fosfato gera NADPH. Ambos são matérias de partida para 
a síntese de ácidos graxos, que aumentam drasticamente na ingestão de uma 
dieta rica em carboidrato. É conhecido também que a xilulose-5-fosfato estimula 
a síntese de todas as enzimas envolvidas na produção de ácidos graxos. 
6. Regulação do ciclo do ácido cítrico. 
O fluxo de átomos de carbono que entra no ciclo do ácido cítrico a partir 
do piruvato está sob constante regulação em doisníveis, sendo eles: a 
conversão de piruvato a acetil-Coa e a entrada de acetil-coa no ciclo. É 
importante destacar que a acetil-Coa é produzida por outras vias além da 
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piruvato-deidrogenase (oxidação de áxidos graxos e aminoácidos), onde a 
disponibilidade de intermediários é muito maior para a oxidação do piruvato e o 
ciclo dos ácidos cítricos. 
A inibição alostérica da oxidação de piruvato é fortemente aumentada 
quando ácidos graxos de cadeia longa estão disponíveis, ou seja, a enzima do 
complexo desidrogenase é desativada quando existe ácido graxos e acetil-coa 
disponíveis. A enzima é ativada novamente quando a demanda de energia está 
alta e a célula necessita de um maior fluxo de acetili-Coa para o ciclo do ácido 
cítrico (Figura 11). 
 
Figura 11. Regulação do complexo da piruvato-desidrogenase. Nelson e David, 2014. 
Três fatores controlam a velocidade do fluxo no ciclo (Figura 12): a 
disponibilidade de substrato, inibição pelos seus substratos acumulados e 
inibição alostérica por retroalimentação das enzimas que catalisam as etapas 
iniciais do ciclo. 
A disponibilidade de substrato da citrato-sintetase (acetil-Coa e 
oxaloacetato) variam com estado metabólico da célula, às vezes, limita a taxa de 
formação do citrato. O NADH, produto da oxidação do citrato e do α-
cetoglutarato, em altas concentrações inibe ambas as reações de 
deshidrogenação. O acúmulo de produto inibe as três etapas limitantes do ciclo: 
a succinil-Coa inibe a citrato-sintetase e α-cetoglutarato-desidrogenase e o 
citrato bloqueia a citrato-sintetase; o ATP também inibe a citrato-sintetase e a 
isocitrato-desidrogenase. 
Nos vertebrados, o Ca++ atua com um sinalizador da necessidade de 
energia, ele ativa as enzimas isocitrato-desidrogenase e a α-cetoglutarato-
desidrogenase, também ativa o complexo piruvato-desidrogenase. 
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Figura 12. Regulação do ciclo do ácido cítrico. Nelson e David,2014. 
Sob condições normais, as velocidades da glicólise e do ciclo do ácido 
cítrico estão integradas de modo que a quantidade de glicose metabolizada até 
piruvato seja um substrato suficiente para suprir o ciclo do ácido cítrico. A 
velocidade destas duas vias não é regulada somente pela alta concentração de 
ATP e NADPH, mas também é regulado pela produção de citrato. 
 Em resumo, a velocidade do ciclo do ácido cítrico é controlada pela taxa 
de conversão do piruvato em acetil-Coa e pelo fluxo de enzimas citrato-sintetase, 
α-cetoglutarato-desidrogenase e isocitrato-desidrogenase. Estes fluxos são 
determinados pela concentração dos substratos e produtos: os produtos finais 
ATP e NADPH são inibidores e os substratos ADP e NAD+. 
7. Regulação da via das pentoses fosfato. 
A entrada da glicose-6-fosfato na glicólise ou na via das pentoses-fosfato 
depende das necessidades momentâneas da célula e da concentração de 
NADP+ no citosol. Na ausência deste aceptor de elétrons, primeira reação da via 
das pentoses não pode acontecer. Quando o nível de NADP+ está elevado, ele 
estimula a G6PD, consequentemente aumentando o fluxo de glicose-6-fosfato 
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pela via das pentoses-fosfato. Quando a demanda por NADPH é menor, o nível 
de NADP+ diminui, então a glicose-6-fosfato na glicólise é usada para alimentar 
a glicólise (Figura 13). 
 
Figura 13. Papel do NADPH na regulação da partilha da glicose-6-fosfato entre a glicólise e a via das 
pentoses-fosfato. Nelson e David,2014. 
 
8. Regulação coordenada da síntese e degradação do glicogênio. 
A mobilização dos estoques de glicogênio é feita pela glicogênio-fosforilase, 
que degrada o glicogênio a glicose-1-fosfato. O segundo mensageiro AMPc 
aumenta sua concentração em resposta ao estimulo pela adrenalina (músculo) 
e glucagon (fígado). Consequentemente ocorre uma cascata de reações até a 
ativação da enzima glicogênio-fosforilase e degradação do glicogênio. 
O Ca2+, é o sinal da contração muscular, levando ao acúmulo de AMPc em 
contração vigorosa com consequência da degradação de ATP. Ele se liga a 
glicogênio-fosforilase e acelera a liberação de glicose-1-fosfato a partir do 
glicogênio. Quando os níveis de ATP estão adequados, o ATP bloqueia o sitio 
alostérico ao qual o AMPc se liga, causando inativação da fosforilase. 
A enzima do fígado é regulada hormonalmente e alostericamente, sendo que 
a formar desfosforilada é totalmente inativa. Em casos de glicose sanguínea 
baixa, o glucagon por meio de uma cascata de reações converte a fosforilase-
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cinase, iniciando a liberação de glicose para o sangue. A insulina também age 
indiretamente na estimulação da PP1 e na diminuição de degradação do 
glicogênio, porque a glicose entra nos hepatócitos e se liga a um sitio alostérico 
inibitório da fosforilase, causando sua inativação. 
A enzima glicogênio-sintetase também é regulada por fosforilação e 
desfoforilação. Sua forma ativa é a glicoogênio-sintetase a (não fosforilada), 
regulada pela enzima PP1, enquanto que forma inativa é glicogênio-sintetase b, 
regulada pela enzima glicogênio-cintase-cinase 3 (GSK3). 
Uma única enzima, PP1, pode remover grupos fosforil das três enzimas que 
são fosforiladas em resposta ao glucagon (no fígado) e à adrenalina (no fígado 
e no músculo): fosforilase-cinase, glicogênio-fosforilase e glicogênio-sintase. A 
insulina estimula a síntese do glicogênio por ativar a PP1 e inativar a GSK3 
(Figura 14). 
 
Figura 14. Efeito da GSK3 sobre a atividade de glivogênio-sintetase. Nelson e David,2014. 
 
Em resumo, no músculo a insulina estimula a degradação do glicogênio e 
a gliconeogênese, fornecendo energia para sustentar a contração. Enquanto que 
no fígado, o glucagon estimula a degradação do glicogênio e a gliconeogênese, 
e ao mesmo tempo bloqueia a glicólise. 
 
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9. Regulação da oxidação de ácidos graxos. 
A oxidação de ácidos graxos ocorre somente quando existe necessidade 
energética, por isso é estritamente regulada. No fígado, a acetil-Coa formada no 
citosol é metabolizado em duas vias: (1) β-oxidação por enzima na mitocôndria 
ou (2) conversão em triacilglicerol ou fosfolipídios por enzimas no citosol. 
O processo de três passos (ciclo da carnitina) pelo qual os grupos acil-
graxos-Coa são carregados da acil-Coa graxo citosólica para a matriz 
mitocondrial é o fator limitante para a oxidação de ácidos graxos, sendo um ponto 
de regulação importante. 
A malonil-Coa tem sua concentração aumentada quando o animal está 
bem suprido de carboidratos; o excesso de glicose que não pode se oxidado ou 
armazenado com glicogênio, sendo convertido em ácidos graxos no citosol, para 
armazenamento como triacilglicerol (TAG). A inibição da carnitina-aciltransferase 
I pela malonil-Coa garante que a oxidação de ácidos graxos seja inibida quando 
o fígado está amplamente suprido de glicose e está produzindo TAG a partir de 
excesso de glicose. 
Existe duas enzimas que são muito importantes na coordenação do 
metabolismo de ácidos graxos: aceti-Coa-carboxilase (ACC) e a carnitina-
aciltransferase I (limita o transporte de ácidos graxos para dentro da célula para 
β-oxidação). 
Uma dieta rica em carboidratos aumenta a concentração de glicose 
sanguínea e consequentemente a produção e liberação de insulina. A proteína 
dependente de insulina desfosforila a ACC, ativando-a. A ACC catalisa a 
formação de malonil-Coa (o primeiro intermediário da síntese de ácidos graxos). 
O malonil-Coa inibe a carnitina-aciltransferase I, impedindo a entrada de ácidos 
graxos na cadeia na matriz mitocondrial. 
Quando a concentração de glicose diminui no sangue, entre as refeições, 
o glucagon é liberado. Eleativa a proteína-cinase dependente de AMPc que 
fosforila e inativa a ACC, com a baixa concentração de malonil-Coa a inibição de 
entrada de ácidos graxos na mitocôndria é aliviada. Assim, os ácidos graxos 
entram na mitocôndria e se tornam o principal combustível. É importante lembrar 
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que o glucagon também ativa a mobilização de ácidos graxos do tecido adiposo 
para suprimento energético (Figura 15). 
 
Figura 15. Regulação coordenada de síntese e degradação dos ácidos graxos. Nelson e David,2014. 
 
Além deste mecanismo regulatório de curta duração, existe uma 
regulação enzimática transcricional que pode durar minutos até horas. O fator de 
transcrição PPARα (receptor ativado por proliferadores de peroxissomos) age no 
músculo, tecido adiposo e fígado para ativar grupos de genes essenciais para 
oxidação de ácidos graxos. 
Essa resposta é desencadeada em situações de jejum entre as refeições 
ou sob condição de fome em um tempo prolongado quando a demanda 
energética da célula por catabolismo de gorduras é aumentada. O glucagon 
liberado em resposta a baixo concentração de glicose no sangue, atua por meio 
da AMPc e de fatores de transcrição que ativam os genes do catabolismo de 
ácidos graxos. 
10. Regulação da biossíntese de ácidos graxos. 
Quando a célula ou um organismo está em um balanço energético positivo 
normalmente, ou seja, possui mais energia do que o necessário para suprir suas 
necessidades, o excesso de energia é convertido em ácido graxo e estocado na 
forma de triacilglicerídeos. 
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A reação catalisada pela acetil-Coa-carboxilase é a etapa limitante na 
síntese de ácidos graxos, ela é um ponto importante na regulação. O principal 
de ácidos graxos sintetizado é o palmitoil-Coa, que pode atuar como um inibidor 
por retroalimentação desta enzima. 
O citrato tem um papel fundamental na regulação do metabolismo celular 
em condição de consumo de combustível (oxidação) para o armazenamento de 
combustível na forma de ácido graxo. Quando as concentrações mitocondriais 
de ATP e acetil-Coa estão elevadas ele se torna um sinal para ativação da 
enzima acetil-Coa-carboxilase, em paralelo, o citrato inibe a atividade de 
fosfofruto-cinase-1, consequentemente o fluxo de reduzindo de carbono para a 
glicólise. 
 A acetil-Coa-carboxilase também é regulada por modificação covalente. 
O glucagon e adrenalina fosforilam esta enzima e reduzem sua sensibilidade a 
ativação pelo citrato, desta forma ele reduz a velocidade de síntese de ácidos 
graxos (Figura 16). 
 
Figura 16. Regulação da síntese de ácidos graxos. Nelson e David, 2014. 
É possível perceber que em vertebrados, tanto a regulação alostérica 
quanto a modificação covalente depende de hormônios que influenciam a fluxo 
dos precursores para formação do malonil-Coa. 
Além de regulação de momento a momento (alostérica e covalente) esta 
via também é regulada pela expressão gênica. O grupo de receptores proteicos 
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nucleares responsável por regular a transcrição de genes de síntese de ácidos 
graxos são conhecidos como PPAR. 
De modo geral, a β-oxidação e a síntese de ácidos graxos não ocorrem 
ao mesmo tempo, fato que tornaria um ciclo fútil. A β-oxidação é bloqueada pela 
malonil-Coa que inibe a carnitina-aciltransferase I. Assim, durante a síntese de 
ácidos graxos, a produção do primeiro intermediário, a malonil-Coa desliga a β-
oxidação no nível de sistema transportador de membrana. 
11. Regulação do ciclo da ureia. 
Cinco enzimas são responsáveis pela regulação do ciclo de ureia, elas 
são sintetizadas em taxas mais altas em animais em jejum e em animais que 
estão recebendo dietas com elevado teor proteico. Em contrapartida, que 
consomem dietas desprovidas de proteína produzem menores nível de proteínas 
do ciclo de ureia. 
A carbamoil-fosfato-sintetase I é ativada alostericamente pelo N-acetil-
glutamato, sintetizado a partir de acetil-Coa e glutamato pela N-acetil-glutamato-
sintetase. Nos mamíferos a N-acetil-glutamato-sintetase de fígado exerce uma 
função puramente reguladora. Os níveis de N-acetil-glutamato são determinados 
pela concentração de glutamato e acetil-Coa que são substratos N-acetil-
glutamato-sintetase e arginina ativador do ciclo da ureia (Figura 17). 
 
Figura 17. Síntese de N-acetilglutamato e ativação da carbamoil-fosfato-sintetase I por esse composto. 
Nelson e David, 2014. 
 
 
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12. Conclusão. 
O metabolismo de vertebrados acontece de forma coordenada e 
sinérgica. O fígado tem um papel fundamental para atender a demanda das 
necessidades do organismo em diferentes estados fisiológicos, como o bem 
alimentado até o jejum. Os carboidratos, as proteínas e os lipídios são 
metabolizados em diferentes vias, entretanto existem metabolitos comuns que 
integram as reações metabólicas, como o piruvato e acetil-Coa. 
A regulação das enzimas contidas nas diferentes vias metabólicas é feita 
por efetores alostéricos, alteração na concentração de substratos e produtos, 
sinais hormonais, ligações covalentes e expressão gênica, essa característica 
proporciona uma flexibilidade para órgãos como o fígado para responder a 
alteração no suprimento de nutrientes da dieta. 
 
13. Referência. 
Nelson, David L.; COX, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. Porto Alegre: Artmed, 
2011. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.