Metabolismo de Carboidratos

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Metabolismo de Carboidratos.
Profa.Dra. Leticia Labriola
Abril 2012
Oxidação Completa da Glicose
C6H12O6 + 6O2 + 6CO2 + 6H2O 
36-38ADP + 36-38 Pi + 36-38ATP 
Via glicolítica gastou: 1 glicose, 2 ADP, 2 Pi, 2 NAD+
gerou: 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr
Falta: “Usar” Pyr → Formação de AcCoA e Krebs
“Reciclar” NADH → Transporte de elétrons
Gerar CO2 → Formação de AcCoA e Krebs
Formar ATPs → Fosforilação oxidativa
NAD – Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (coenzima)
NADH
FAD – Flavo Adenina Dinucleotídeo (grupo prostético)
(Vit B2)
A Respiração Celular ocorre em 3 estágios
1 – nutrientes são oxidados e geram Acetil-CoA
(Glicólise, β-oxidação e oxidação de aminoácidos)
coenzimas são reduzidas
2 – Acetil-CoA é oxidado a CO2 no Ciclo de Krebs
coenzimas são reduzidas
3 – Coenzimas são oxidadas, transferindo os e- para O2,
formando água e armazenando a energia envolvida na
forma de ATP, na Cadeia Respiratória (Cadeia de
Transporte de e- + Fosforilação Oxidativa
Acetil-CoA
aa
estágio 1
produção de 
Acetil-CoA
AGL Glicose
estágio 2
oxidação de 
Acetil-CoA
estágio 3
transferência de e-
e fosf. oxidativa
ciclo
de Krebs
piruvato
oxaloacetato citrato
glicólise
cadeia 
respiratória 
transportadores de e-
Coenzima A (CoA)
grupo reativo
tiol
β-mercaptoetilamina
ácido pantonênico
Acetil-CoA
3´-fosfoadenosina difosfato 
ribose 3´- fosfato 
adenina
o grupo acetil proveniente da descarboxilação do piruvato se une à CoA através do grupo 
tiol desta
O piruvato proveniente da glicólise é uma das principais fontes de Acetil-CoA
Descarboxilação oxidativa
Remoção irreversível de um CO2 do piruvato, gerando o grupo acetil que se liga à 
coenzima A (CoA), formando Acetil-CoA
3 enzimas (PDH) 5 coenzimas
piruvato desidrogenase
Complexo Multienzimático
piruvato desidrogenase
diidrolipoil transacetilase
diidrolipoil desidrogenase
Piruvato Acetil-CoA
Formação de Acetil-CoA
Formação de Acetil-CoA
- 5 coenzimas / grupos prostéticos: tiamina pirofosfato (TPP)
FAD
Coenzima A
NAD
ácido lipóico
- 5 vitaminas: tiamina (B1)
riboflavina (B2)
ácido pantotênico (CoA) (B5)
niacina (nicotinamida) (B3)
ácido lipóico
vitamina precurssora
Piruvato desidrogenase (E1)
• tiamina pirofosfato (TPP) tiamina (B1)
Diidrolipoil transacetilase (E2)
• coenzima A (CoA) ácido pantotênico (B5)
Diidrolipoil desidrogenase (E3)
• flavina adenina dinucleotídeo (FAD) riboflavina (B2)
• nicotinamida adenina dinucleotídeo niacina (B3)/nicotinamida
(NAD+)
Diidrolipoil transacetilase (E2)
• ácido lipóico
Cofatores do Complexo da Piruvato Desidrogenase
não deriva de vitaminas
Formação de Acetil-CoA
Regulação da Piruvato Desidrogenase
+AMP, NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
Regulação do Complexo Piruvato Desidrogenase
(regulação alostérica e por modificação covalente)
O complexo é formado por 3 enzimas e 5 coenzimas
As enzimas do complexo têm resíduos de serina, modificáveis por fosforilação
As enzimas do complexo quando fosforiladas (por quinases) são inativas
As enzimas do complexo quando desfosforiladas (por fosfatases) são ativas
Além das 3 enzimas, o complexo tem uma quinase e uma fosfatase associadas
Os produtos da via, NADH e acetil-CoA, bem como ATP são efetores alostéricos 
negativos das enzimas do complexo
NADH, Acetil-CoA e ATP ativam a quinase (e inibem o complexo)
A diminuição de NADH, Acetil-CoA e ATP ativam a fosfatase (e ativam o complexo)
A insulina ativa fosfatases no geral, tendo o mesmo efeito, bem como o Ca2+ e Mg2+
O excesso de acetil-CoA e NADH provenientes da β-oxidação durante o jejum inibem a 
síntese de acetil-CoA a partir de piruvato, favorecendo a gliconeogênese 
Oxidação Completa da Glicose
C6H12O6 + 6O2 + 6CO2 + 6H2O 
36-38ADP + 36-38 Pi + 36-38ATP 
Via glicolítica gastou: 1 glicose, 2 ADP, 2 Pi, 2 NAD+
gerou: 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr
Form. de Acetil-CoA gastou: 2 NAD+, 2 Pyr
gerou: 2 CO2, 2 NADH, 2 AcCoA
Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi
2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + CoA
Reação Global - Ciclo de Krebs
GTP + ADP GDP + ATPnucleosídeo difosfato quinase
Regulação do Ciclo de Krebs
Acetil-CoA + OxAc Citratocitrato sintase
- NADH, ATP +ADP
Isocitrato α cetoglutaratoisocitrato desidrogenase
- NADH, ATP +ADP
NAD+ NADH
α cetoglutarato Succinil-CoAα cetoglutarato desidrogenase
- NADH, ATP
NAD+ NADH CO2CoASH
CoASH
piruvato
Acetil-CoA
citrato
cis-aconitato
isocitrato
α-cetoglutarato
Succinil
CoA
succinato
fumarato
malato
oxalo-
acetato
ATP, Acetil-CoA, NADH-
- ATP
- ATP
+ ADP, Ca2+
(piruvato desidrogenase)
(citrato sintase)
(isocitrato 
desidrogenase)
(α-cetoglutarato 
desidrogenase)
ATP aumenta o KM da 
citrato sintase para acetil-
CoA
- Succinil-CoA
NADH, GTP, ATP
+ Ca2+
+ Ca2+, Mg2+
Etapas que requerem coenzima
oxidada (NAD+ ou FAD)*
*
*
*
*
*
Regulação do Ciclo de Krebs
+ADP
NADH, ATP
NADH, ATP
NADH, ATP
Regulação do Ciclo de Krebs
+ADP
↓ ATP
Frutose 6P Frutose 2,6 P
ATP ADP
Fosfofrutoquinase 2
Frutose 6PFrutose 2,6 P Frutose 2,6 bisfosfatase
Pi
- citrato+ AMP
+ PEP
(+ insulina no fígado)
(+ glucagon no fígado)
Regulação Integrada 
frutose 6-fosfato
frutose
1,6-difosfato
ATP
ADP
Substrato do Ciclo de Krebs regulando Glicólise
(fosfofrutoquinase)
- Citrato
O excesso de citrato indica
abundância de precursores
biossintéticos, e portanto a não
necessidade de degradação de
glicose
GLICOSE
PIRUVATO
Destinos Metabólicos do Citrato
citrato
Fonte de NADPH no 
citossol, para 
biossíntese redutora
(enzima málica)
Ciclo de Krebs
Geração de Energia
Regulador de outras etapas 
metabólicas
(-) fosfofrutoquinase
(+) Acetil-CoA carboxilase *
Fonte de carbono para 
processos citossólicos 
biossintéticos, como ácidos 
graxos e esteróides
(fonte de acetil-CoA)
*Acetil-CoA carboxilase é a enzima que catalisa a formação de malonil-CoA a partir de acetil-CoA, o 
primeiro passo da síntese de ácidos graxos
Oxaloacetato
Acetil-CoA
Piruvato
Citrato
NAD+
CoA
CO2
NADH
+AMP, NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
Piruvato desidrogenase
- NADH, ATP
+ADP
Citrato sintase
↓ ATP
+ADP
NADH, ATP
NADH, ATP
NADH, ATP
Regulação do Ciclo de Krebs
+ADP
↑ ATP
Oxaloacetato
Acetil-CoA
Piruvato
Citrato
NAD+
CoA
CO2
NADH
CO2
ATP
ADP + Pi
+Acetil-CoA
+AMP, NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
(biotina)
Piruvato desidrogenase
Piruvato 
carboxilase
- NADH, ATP
+ADP
Citrato sintase
↑ ATP
Oxaloacetato
Acetil-CoA
Piruvato
Citrato
NAD+
CoA
CO2
NADH
CO2
ATP
ADP + Pi
+Acetil-CoA
+AMP, NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
(biotina)
Piruvato desidrogenase
Piruvato 
carboxilase
- NADH, ATP
+ADP
Citrato sintase
lipídeos
glucagon
m
ito
cô
nd
ri
a
ci
to
ss
ol
MALATO
FOSFOENOLPIRUVATO
PIRUVATO
ACETIL CoA
CITRATO
OXALOACETATO
α-CETOGLUTARATOSUCCINIL CoA
PORFIRINAS AMINOÁCIDOS
AMINOÁCIDOS
GLICOSE
(grupo heme)
MALATO
Inibição do Ciclo de Krebs por Falta de Oxaloacetato
(jejum, fígado, gliconeogênese)
β-oxidação
intensa
cetogênese
(recicla CoA)
OXALOACETATO
(malato
desidrogenase 
citoplasmática)
proteólise
NADH
NAD+
O excesso de NADH da β-
oxidação desloca o
equilíbrio em direção ao
malato
Esta oxidação gera NADH
citossólico que é transferido para
a matriz mitocondrial por
lançadeiras específicas
glicóliseApresentador
Notas de apresentação
A glicólise está inibida e logo não tem muito piruvato (será que tem proveniente de proteólise?). O piruvato que tiver vai virar imediatamente oxaloacetato, porque a piruvato carboxilase é ativada pelo excesso de acetil-CoA. O excesso de NADH leva o oxaloacetato imediatamente para malato.
Em condição de jejum, vai haver beta oxidação intensa. Isso gera muito NADH e ATP, que inibem krebs. O krebs tb é inibido porque falta oxaloacetato e falta oxaloacetato justamente porque o excesso de NADH, proveniente da beta oxidação desloca o equilíbrio do oxaloacetato em direção ao malato, favorecendo o acúmulo deste que sai via lançadeira de malato, para virar oxaloacetato e ser substrato da gliconeogênese.
Quando não há oxaloacetato disponível no fígado (gliconeogênese do jejum), o ciclo de Krebs é inibido. O excesso de Acetil-CoA da b-oxidação é usado na cetogênese (fígado), para restituir CoA. Quando o excesso de Acetil-CoA é proveniente do piruvato, e o ciclo de Krebs foi inibido por excesso de ATP, acetil-CoA é usado na lipogênese
Oxaloacetato
Acetil-CoA
Piruvato
Citrato
NAD+
CoA
CO2
NADH
CO2
ATP
ADP + Pi
+Acetil-CoA
+AMP, NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
(biotina)
Piruvato desidrogenase
Piruvato 
carboxilase
- NADH, ATP
+ADP
Citrato sintase
↓ ATP, ↓ Oxaloacetato
+ADP
NADH, ATP
NADH, ATP
NADH, ATP
Regulação do Ciclo de Krebs
+ADP
↓ ATP
Inibição do Ciclo de Krebs
Jejum ou Atividade Física Prolongada (fígado)
- Consumo do oxaloacetato para produção de glicose via gliconeogênese
- Acúmulo de Acetil-CoA e NADH proveniente da intensa β-oxidação
Abundância de aporte energético
- Inibição das enzimas por excesso de ATP (e falta de ADP) e excesso de coenzimas reduzidas 
– NADH e FADH2 (falta de coenzimas oxidadas – NAD+, FAD)
O fluoracetato (acetato fluorado), presente nas folhas de certas plantas venenosas na África,
Austrália e América do Sul é tóxico porque é convertido a fluoracetil-CoA e então convertido a
fluorcitrato pela citrato sintase. Inibe a aconitase e o transporte de citrato através da membrana
interna da mitocôndria.
Potentíssimo: LD50 = 0,2mg/Kg de peso corpóreo em ratos (ingerido, inalado ou absorvido pela
pele) – Produção, Comercialização e uso proibidos pela OMS
Envenenamentos
O Arsênico na forma de sais de arsenito (AsO33-) ou sais orgânicos é tóxico porque se liga 
covalentemente a sulfidrilas, especialmente as vicinais, como no caso das lipoamidas, 
presentes na piruvato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase.
Apresentador
Notas de apresentação
Napoleão supõe-se que morreu por intoxicação por arsênico, pois encontraram arsênico em um feixe do seu cabelo, porém não se sabe se foi intencional ou ambiental. Encontraram um sal de arsênico na tinta verde do papel de parede do seu quarto de se trocar.
Regulação do Ciclo de Krebs em outros níveis
(isoformas, nível de expressão, transporte)
Há diferentes isoformas das enzimas do complexo piruvato desidrogenase
A expressão das isoformas parece ser tecido dependente e dieta dependente
Dietas ricas em lipídeos ativa algumas, enquanto outras são favorecidas por dietas 
ricas em carboidratos – processo pouco compreendido!
Estas enzimas mitocondriais são produzidas no citossol. Não só o nível de 
expressão influencia o ciclo, como também a velocidade de transporte destas para 
a mitocôndria
Deficiência de Piruvato Desidrogenase
- Crianças com acidose lática, acúmulo de piruvato e alanina
- Geralmente em casamentos cossangüíneos
- Acometimento cerebral
- Dieta hipocalórica (predomínio de gorduras sobre carboidratos)
1. Indicar as vitaminas necessárias para a produção de acetil-CoA a partir de piruvato, e a localização intracelular 
desta reação. 
2. Indicar a localização celular das enzimas do ciclo de Krebs e descrever os passos irreversíveis do ciclo. Indicar as 
vitaminas necessárias.
3. Escrever a reação global da metabolização da acetil-CoA pelo ciclo de Krebs.
4. Descrever a regulação do ciclo de Krebs em função das relações de ATP/ADP e NADH/NAD+. (Recorde também 
quais os efeitos de mudanças nos níveis de ATP/ADP e NADH/NAD+ na glicólise e neoglicogênese.)
5. Quais dos compostos a seguir aumentam a concentração de oxaloacetato em uma suspensão de mitocôndrias: 
acetil-CoA, piruvato, glutamato, citrato, ácidos graxos? Justifique, e explique porque estes compostos são 
gliconeogênicos.
6. Descrever os mecanismos de regulação da piruvato desidrogenase e piruvato carboxilase. Como essa regulação 
afeta a velocidade das reações do ciclo de Krebs? Como afeta a gliconeogênese?
7. Indicar a direção preferencial da reação catalisada pela aconitase se reagentes e produtos estiverem em 
concentrações equivalentes. Qual o composto que se acumula quando o ciclo de Krebs é inibido por altas 
relações ATP/ADP e NADH/NAD+? Relacionar a atividade da via glicolítica com a atividade da isocitrato 
desidrogenase.
8. O beriberi, uma doença causada pela deficiência de tiamina (vitamina B1), é caracterizado pelo acúmulo de 
piruvato, especialmente após refeições ricas em carboidratos. Explique porque ocorre este acúmulo. 
9. A síndrome de Wernicke-Korsakoff é caracterizada por confusão mental, ataxia, oftalmoplegia e letargia, 
observada normalmente em alcoólatras crônicos. Esta síndrome pode ser revertida completamente através 
da administração de tiamina. Baseado nesses dados, explique a causa da doença e porque compromete 
principalmente as funções cerebrais.
10. A deficiência de biotina, uma doença rara, causa intolerância a exercício e hipoglicemia de jejum. Explique esse 
quadro clínico.
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