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metabolismo carboidratos

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1 
Metabolismo de Carboidratos 
 
1. Introdução 
Os carboidratos são compostos que, em geral, apresentam a fórmulas empírica 
(CH2O)n e cujos representantes mais simples são chamados açúcares, como, por 
exemplo, a glicose. O tipo mais simples de carboidrato é constituído pelos 
monossacarídeos, chamados aldoses ou cetoses, segundo o grupo funcional que 
apresentam: aldeído ou cetona. 
A glicose é o principal carboidrato na Terra, entrando na constituição monomérica de 
celulose e amido. É também o único combustível utilizado por todas as células do nosso 
corpo. 
A glicose é, quantitativamente, o principal substrato oxidável para a maioria dos 
organismos, quase todas as células são potencialmente capazes de atender suas demandas 
energéticas apenas a partir deste açúcar. Apesar de a dieta humana conter pouca glicose 
livre, esta aparece em proporções consideráveis como amido, sacarose e lactose. 
A glicólise se caracteriza como uma via metabólica utilizada por todas as células 
do corpo, para extrair parte da energia contida na molécula da glicose, e gerar duas 
moléculas de lactato. 
A glicólise se constitui na etapa inicial no processo da oxidação completa de 
carboidratos envolvendo oxigênio molecular. Trata-se de uma rota central quase universal 
do catabolismo da glicose, a rota com o maior fluxo de carbono na maioria das células. 
A quebra glicolítica de glicose é a única fonte de energia metabólica em alguns tecidos 
de mamíferos e tipos celulares (hemácias, medula renal, cérebro e esperma, por exemplo). 
Nos próximos tópicos, descreveremos a oxidação total da glicose, bem como seu 
armazenamento e mobilização na forma de glicogênio (glicogênese e glicogenólise) e sua 
síntese de novo para suprir o cérebro (neoglicogênese). 
 
2. Via glicolítica 
Para obterem ATP a partir de glicose, todas as células lançam mão de sua oxidação 
parcial a piruvato. Nas células anaeróbicas, a oxidação pára neste ponto. A conversão de 
glicose a piruvato permite aproveitar apenas uma parcela da energia total da glicose. Nas 
células aeróbicas, entretanto, o piruvato é subsequentemente oxidado, trazendo, 
naturalmente, um enorme ganho na produção de ATP. 
A etapa inicial da oxidação da glicose (até piruvato) ocorre através de uma sequência 
 2 
de reações denominada glicólise, uma via metabólica que se processa no citossol. Seus 
produtos são ATP, (H + e ) , recebido por coenzimas, e piruvato. 
A quebra dos seis carbonos da glicose em duas moléculas de piruvato com três 
carbonos ocorre em dez passos; os primeiros cinco dos quais constituem a fase 
preparatória (fase de investimento) e os cinco seguintes, a fase de geração de ATP (fase 
de rendimento). 
A sequencia de reações pode ser acompanhada na figura 1. Na primeira etapa a glicose 
é fosforilada sob a ação da enzima hexocinase e a glicose-6-fosfato (G6P), gerada no 
citosol, não pode sair da célula. Essa reação é irreversível. Quando o fígado necessita 
exportar glicose para outros tecidos, a G6P sofre a ação da enzima glicose-6-fosfatase, 
que catalisa a reação reversa daquela catalisada pela hexocinase. A G6P é transformada, 
em seguida, no seu isômero frutose-6-fostato (F6P), por ação da enzima fosfoglicose 
isomerase. Finalmente a F6P recebe mais um grupamento fosfato e é transformada no 
composto frutose-1,6-bisfosfato. Esta reação também é irreversível e é catalisada pela 
fosfofruto-cinase, uma enzima alostérica. 
Na segunda etapa a frutose-1,6-bisfosfato sofre a ação da aldolase gerando uma 
molécula de diidroxiacetona fosfato e uma molécula de gliceraldeído-3-fosfato (GAP). 
Sob a ação da triose fosfato isomerase, diidroxiacetona fosfato é convertida em 
gliceraldeído-3-fosfato. Após, ocorre a produção de 1,3-bisfosfoglicerato, composto 
gerado pela ação da enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase sobre o GAP. Essa 
enzima tem como coenzima o NAD (Nicotinamida adenina di-nucleotídeo). 
O composto 1,3-bisfosfoglicerato é um anidrido misto de um ácido carboxílico e 
ácido fosfórico, com um alto potencial energético permitindo que, na reação seguinte, 
catlisada pela fosfoglicerato cinase haja produção de ATP. Na reação 8, a enzima 
fosfogliceromutase reaposiciona a posição do grupo fosfato 3- Fosfoglicerato, dando 
origem a 2-fosfoglicerato (grupo fosfato ligado ao carbono 2), preparando o substrato 
para a próxima reação. A reação 9 é uma reação de desidratação catalisada pela enzima 
enolase. O 2-fosfoglicerato é desidratado formando uma molécula de água e 
fosfoenolpiruvato (PEP), um composto altamente energético. Foi devido a esta 
configuração energética que o grupo fosfato foi transferido da posição 3 para 2 na reação 
anterior. A outra reação onde ocorre síntese de ATP é catalisada pela piruvato cinase, 
enzima que transforma fosfoenolpiruvato em piruvato. Esta é a terceira reação irreversível 
da via glicolítica. 
 
 3 
 
Figura 1. Via glicolítica 
 
3. Destinos do Piruvato 
Em condições aeróbicas, o primeiro passo para a oxidação total do piruvato é a sua 
conversão a acetil – CoA. Nas células eucarióticas, o piruvato do citossol entra na 
mitocôndria, onde é transformado em acetil – CoA, conectando, portanto, a glicólise e o 
ciclo de Krebs. O piruvato é convertido a acetil – CoA, através de uma descarboxilação 
oxidativa, de acordo com a equação (figura 2): 
 4 
 
Figura 2. Formacao de Acetil-CoA 
 
A reação de formação de acetil – CoA a partir de piruvato é irreversível e ocorre 
em quatro etapas seqüenciais, catalisadas por um sistema multienzimático, chamado 
complexo piruvato desidrogenase. 
Uma única partícula do complexo piruvato desidrogenase é maior do que um 
ribossomo e consiste em um núcleo central formado por dezenas de moléculas de 
diidrolipoil transacetilase cada uma com dois resíduos de ácido lipóico), as quais se 
associam dezenas de moléculas de piruvato desidrogenase e diidrolipoil desidrogenase. 
Fazem parte ainda da partícula várias moléculas de quinase e fosfatase, responsáveis pela 
regulação da atividade do próprio complexo, através de fosforilação e desfosforilação. 
A primeira etapa é a descarboxilação do piruvato pela piruvato desidrogenase, que 
transfere o grupo hidroxietil para o TPP, em uma reação análoga à do piruvato 
descarboxilase, que participa da fermentação alcóolica. Em seguida, a diidrolipoil 
transacetilase oxida o grupo hidroxietil a acetil, ligando-o ao ácido lipóico. Nesta 
oxidação, os elétrons são transferidos para o ácido lipóico (forma dissulfeto), reduzindo-
o a ácido acetil lipóico. A mesma enzima transfere o grupo acetil para coenzima. A, 
formando acetil – CoA. O ácido lipóico (forma ditiol) é reoxidado pela diidrolipoli 
desidrogenase, uma flaoproteína contendo FAD como grupo prostético, que recebe os 
(H+ + e-) e os transfere finalmente para o NAD+. O NADH formado será oxidado na 
cadeia de transporte de elétrons. 
Em condições de anaerobiose, por outro lado, o piruvato serve como aceptor de 
elétrons do NADH , reciclando o NAD+. Esse processo é denominado de fermentação 
que pode ser lática ou alcoólica. 
Na fermentação lática o piruvato é reduzido a lactato através da enzima lactato 
desidrogenase. Essa redução é o que permite a reoxidação das moléculas de NADH, 
 5 
sendo o próprio piruvato o aceptor de elétrons (figura 3). Este processo é observado em 
algumas espécies de bactérias, nas hemácias sanguíneas, nas fibras musculares de 
contração rápida e nas fibras musculares em geral, neste último caso quando a quantidade 
de oxigênio torna-se insuficiente (anaerobiose relativa), devido a um trabalho muscular 
muito intenso. O acúmulo de ácido láctico oriundo desse processo no músculo é o que 
causa a dor característicaposterior aos exercícios físicos de grande intensidade. Tal 
mecanismo é muito importante, uma vez que permite a continuidade do exercício, mesmo 
em ausência relativa de oxigênio. 
 
Figura 3. Fermentação lática. 
 
Em certos organismos, como as leveduras e alguns tipos de bactérias, a 
regeneração do NAD+ é feita por meio da fermentação alcoólica. Nesse processo, 
inicialmente, cada molécula de piruvato é convertida a um composto com dois carbonos 
(acetaldeído) em uma reação de descarboxilação através da ação da enzima Piruvato 
Descarboxilase (PPP), que gera uma molécula de CO2 e uma molécula de NADH. Esse 
acetaldeído serve de aceptor dos elétrons do NADH e reduz-se a álcool etílico (etanol) a 
partir da ação da enzima álcool desidrogenase (figura 4). 
 6 
 
Figura 4. Fermentação alcoólica. 
 
4. Ciclo de Krebs 
O piruvato proveniente de glicose origina acetil-CoA mitocondrial. Além da 
glicose, vários aminoácidos produzem piruvato e, portanto, acetil-CoA, ao serem 
degradados. A acetil-CoA pode, portanto, ser originária de carboidratos, aminoácidos e 
ácidos graxos e, qualquer que seja sua proveniência, será totalmente oxidada a CO2 pelo 
ciclo de Krebs, com a concomitante produção de coenzimas reduzidas. O ciclo de Krebs 
inicia-se com a condensação de acetil – CoA e oxaloacetato, formando citrato, uma reação 
catalisada pelo citrato sintase (figura 5). O citrato é isomerizado a isocitrato por ação da 
aconitase, com a formação intermediária de cis-aconitato. A isocitrato desidrogenase 
catalisa a oxidação de isocitrato a α-cetoglutrato, com redução de NDA+ e liberação de 
CO2. O α-cetoglutrato é então transformado a succinil-CoA, numa reação catalisada pela 
α-cetoglutrato desidrogenase, um complexo enzimático semelhante ao complexo piruvato 
desidrogenase. A succinil – CoA sintetase catalisa a transformação de succinil – CoA a 
succinato, numa reação que forma GTP (guanosina trifosfato), a partir de GDP (guanosina 
difosfato) e P. O GTP tem o mesmo nível energético do ATP e, portanto, a formação de 
GTP equivale à formação de ATP: o GTP pode reagir com ADP, dando ATP e 
regenerando GDP, por ação da nucleosídio difosfato quinase. A succinato desidrogenase 
é a única enzima do ciclo de Krebs que é parte integrante da membrana interna da 
mitocôndria: as demais estão em forma solúvel na matriz mitocondrial. O fumarato é 
hidratado a malato pela furmarase. Por fim o malato é oxidado a oxaloacetato pela acao 
 7 
da malato desidrogenase e formação de NADH (figura 5). Como o oxaloacetato é sempre 
regenerado ao final de cada volta, o ciclo de Krebs pode oxidar acetil-CoA 
continuamente, sem gasto efetivo de oxaloacetato. 
 
Figura 5. Ciclo de Krebs 
 
Embora o ciclo de Krebs produza diretamente apenas 1 ATP, contribui para a 
formação de grande parte do ATP produzido pela célula, pois a energia da oxidação da 
acetil-CoA é conservada sob a forma de coenzimas reduzidas e, posteriormente, usada 
para síntese de ATP. A oxidação das coenzimas é obrigatoriamente feita pela cadeia de 
transporte de elétrons e, portanto, o ciclo de Krebs, ao contrário da glicose, só pode 
funcionar em condições aeróbicas. 
Os compostos intermediários do ciclo de Krebs podem ser utilizados como 
precursores em vias biossintéticas: oxaloacetato e α-cetoglutarato vão formar 
 8 
respectivamente aspartato e glutamato. A eventual retirada desses intermediários pode ser 
compensada por reações que permitem restabelecer o seu nível. Entre essas reações, que 
são chamadas de anapleróticas por serem reações de preenchimento, a mais importante é 
a que leva à formação de oxaloacetato a partir do piruvato e que é catalisada pela piruvato 
carboxilase. O oxaloacetato além de ser um intermediário do ciclo de Krebs, participa 
também da gliconeogênese. A degradação de vários aminoácidos também produz 
intermediários do ciclo de Krebs, funcionando como reações anapleróticas adicionais 
(figura 5). 
 
5. Gliconeogênese 
Gliconeogênese ou neoglicogénese ou ainda neoglucogénese ("formação de novo 
açúcar") é a rota pela qual é produzida glicose a partir de compostos aglicanos (não-
açúcares ou não-carboidratos), sendo a maior parte deste processo realizado no fígado 
(principalmente sob condições de jejum) e uma menor parte no córtex dos rins. Em 
humanos, os principais precursores são: lactato, glicerol e aminoácidos, principalmente 
alanina. Exceto por três sequências específicas (Piruvato para PEP, Frutose1.6-bifosfato 
para frutose-6-p, Glicose-6-p para glicose), as reações da gliconeogênese são inversas às 
da glicólise. 
Em mamíferos, a maioria dos tecidos é capaz de suprir suas necessidades energéticas 
a partir da oxidação de vários compostos, tais como aminoácidos, açúcares e ácidos 
graxos, porém alguns tecidos dependem quase completamente de glicose como fonte de 
energia metabólica. Para o cérebro humano e o sistema nervoso, assim como os 
eritrócitos, testículos, medula renal e tecidos embriônicos, a glicose sanguínea é a única 
ou principal fonte de energia. Apenas o cérebro requer cerca de 120g de glicose a cada 
dia - mais do que metade de toda a glicose armazenada como glicogênio em músculos e 
fígado. A longo prazo, todos os tecidos também requerem glicose para outras funções, 
tais como a síntese da ribose dos nucleotídeos ou da porção carboidrato de glicoproteínas 
e glicolipídeos. Portanto, para sobreviver, os organismos precisam ter mecanismos para 
manutenção dos níveis sanguíneos de glicose. 
Quando a concentração de glicose circulante vinda da alimentação diminui, o 
glicogênio hepático e muscular é degradado (glicogenólise) fazendo com que a glicemia 
volte a valores normais. Entretanto, o suprimento de glicose desses reservatórios não é 
sempre suficiente; entre as refeições e durante longos jejuns, ou após exercícios 
vigorosos, o glicogênio é depletado (consumido), situação que também ocorre quando há 
 9 
deficiência do suprimento de glicose pela dieta ou por dificuldade na absorção pelas 
células. Nessas situações, os organismos necessitam de um método para sintetizar glicose 
a partir de precursores não-carboidratos. Isso é realizado pela via chamada 
gliconeogênese, a qual converte piruvato e compostos relacionados de três e quatro 
carbonos em glicose. 
A maioria das etapas da gliconeogênese usa as mesmas enzimas que catalizam o 
processo da glicólise, porém, o fluxo de carbonos, é claro, é na direção reversa. 
Entretanto, em três pontos as reações da glicólise são irreversíveis in vivo (por liberarem 
energia livre em forma de calor): conversão de glicose em glicose 6-fosfato pela 
hexoquinase, a fosforilação da frutose 6-fosfato em frutose 1,6-bisfosfato pela 
fosfofrutoquinase-1 e a conversão de fosfoenolpiruvato em piruvato pela piruvato 
quinase. Para contornar essas barreiras energéticas, reações e enzimas especiais são 
necessárias em três desvios (figura 6): 
1° desvio: Dentro da mitocôndria, a piruvato-carboxilase catalisa a formação de 
oxalacetato a partir de ATP e CO2, liberando ADP + Pi. A partir daí, pode-se tomar 2 
caminhos: 
a) Ação da PEP-carboxilase (PEPCK) mitocondrial, formando fosfoenolpiruvato a 
partir de GTP, e liberando GDP + CO2. 
 
b) Redução do oxalacetato para produção de malato, ganhando dois H. O malato, por 
sua vez, irá sair da mitocôndria e será oxidado, perdendo 2 H e voltando a ser oxalacetato. 
Este oxalacetato sofrerá ação da PEP-carboxilase citosólica, que o transformará em 
fosfoenolpiruvato. 
 
O caminho a ser tomado depende da concentração de NADH citosólico. Se for alta, a 
via b é inibida, pois causa acúmulo de produtos (malato e oxalacetato). O piruvato então 
toma a via a, transformando-se em fosfoenolpiruvatoainda dentro da mitocôndria. Caso 
a concentração de NADH no citosol seja baixa, acontece o contrário, e a via b é 
estimulada por falta de produtos. 
 
2º desvio: No citosol, a frutose-1,6-bifosfato é hidrolisada pela frutose-1,6-
bifosfatase, liberando um Pi e formando frutose-6-fosfato, que logo em seguida será 
isomerizada a glicose-6-fosfato pela fosfoglicose-isomerase. 
 10 
3º desvio: Nesta etapa faz-se a conversão de glicose-6-fosfato em glicose. O grupo 
fosfato ligado ao carbono 6 da glicose-6-fosfato sofre hidrólise catalisada pela glicose-6-
fosfatase. O produto dessa reação é a glicose não fosforilada que, assim, pode atravessar 
a membrana plasmática. A enzima glicose-6-fosfatase só ocorre no fígado e rins. 
 
Figura 6. Gliconeogênese 
 
A neoglicogênese é uma reação de síntese porque utiliza um precursor de 3 
carbonos e tem como produto final a glicose, com seis carbonos. Assim como as demais 
 11 
reações de síntese, a neoglicogênese consome energia na forma de ATP. Para cada 
molécula de glicose formada a partir de piruvato, seis moles de pontes de fosfato de alta 
energia são clivadas : quatro ATP, dois GDP, e dois NADH , que são utilizados nas 
reações catalisadas por piruvato carboxilase, fosfoenolpiruvato carboxiquinase e 
fosfoglicerato quinase. Dois moles de ácido pirúvico são requeridos para a síntese de um 
mol de glicose. 
 
 Reação Global 
2 Ácido pirúvico + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 6 H2O -----------> Glicose + 4 ADP + 
2 GDP + 6 Pi + 2 NAD + 2 H+ 
 
6. Glicogênese e glicogenólise 
O glicogênio é um polímero de glicose e constitui uma forma de armazenamento 
deste açúcar; é utilizado principalmente pelo fígado e músculos quando a oferta de glicose 
supera as necessidades energéticas imediatas destes órgãos. O glicogênio hepático 
degradado produzindo glicose, que é exportada para manter a glicemia (concentração de 
glicose sanguínea) nos períodos entre as refeições e no jejum noturno. O glicogênio 
muscular provê energia exclusivamente para a própria fibra muscular em contração 
intensa, quando a demanda energética ultrapassa o aporte de oxigênio, sendo, então, 
convertido a lactato. 
O glicogênio é um polissacarídeo altamente ramificado. Os resíduos de glicose 
são unidos por ligações glicosídicas entre os carbonos 1 e 4 (ligações α - 1, 4) nos 
segmentos lineares, e as ramificações são formadas por ligações entre os carbonos 1 e 6 
(ligações α - 1, 6). O glicogênio apresenta dois tipos de extremidades, chamadas redutora 
e não redutora. 
A degradação do glicogênio consiste na remoção sucessiva de resíduos de glicose, 
apartir das extremidades não redutoras, por ação da glicogênio fosforilase. Esta enzima 
quebra a ligação α - 1,4 por reação com fosfato, liberando um resíduo de glicose como 
glicose 1-fosfato (figura 7). A ação da glicogênio fosforilase prossegue ao longo da 
cadeia, terminando 4 resíduos antes de uma ramificação. Uma transferase transfere 3 
destes resíduos para uma outra extremidade do glicogênio, neste ponto, um resíduo de 
glicose unido por uma ligação α-1,6. Esta ligação é hidrolisada por uma α-1,6 glicosidase, 
também chamada enzima desramificadora. 
 
 12 
A degradação, entretanto, não é completa, restando um núcleo não degradado que 
serve de ponto de partida para a ressíntese. 
O glicogênio é sintetizado por uma via diferente da via de degradação. A síntese 
consiste na repetida adiação de resíduos de glicose às extremidades não redutoras de um 
núcleo de glicogênio. A glicose a ser incorporada deve estar sob uma forma ativada, 
ligada a um nucleotídio de uracila, constituindo a uridina difosfato (UDP-G). O UDP-G 
é produzido, a partir de glicose, por uma série de reações (figura 7). 
O primeiro passo envolve a síntese de glicose-1-fosfato e UTP: 
 
Glicose 1-fosfato + UTP + H2O → UDP-glicose + 2 Pi 
 
Essa reação é catalisada pela UDP-glicose pirofosfatase. Essa reação seria 
reversível se não fosse pela rápida hidrólise exergônica (o que implica a necessidade de 
água) do pirofosfato a ortofosfato (catalisada pela pirofosfatase). 
Na segunda reação, UDP-glicose é transferida ao grupo hidroxila da cadeia de 
glicogênio existente, formado uma ligação glicosídica α-1,4. Essa reação é catalisada pela 
glicogênio sintetase. Essa enzima só consegue promover essa adição se a cadeia contiver 
no mínimo quatro unidades. Assim, a proteína glicogenina é utilizada como uma 
"molécula primária". Ligações α-1,6 são criadas pela enzima glycogen branching 
 
 
Figura 7. Esquema geral da síntese e degradação de glicogênio. 
 13 
Várias doenças hereditárias relacionadas ao armazenamento de glicogênio são 
conhecidas. Isso se deve a ausência ou diminuição de uma das enzimas envolvidas no 
metabolismo do glicogênio. A tabela abaixo mostra as doenças hereditárias bem como 
suas consequências. 
 
 
7. Via das Pentoses Fosfato 
A via das pentoses fosfato é uma via alternativa de oxidação de glicose e a única 
via de produção de ribose 5-fosfato, a pentose constituinte dos nucleotídios que compõe 
os ácidos nucleicos e várias coenzimas. 
A glicólise e em outras vias degradativas, o substrato é oxidado, gerando 
coenzimas reduzidas cuja oxidação produz ATP. Na síntese de muitos compostos ocorre 
o reverso: há consumo de ATP e redução do substrato. O doador de elétrons para esta 
redução não é o NADH, mas uma coenzima semelhante: a nicotinamida adenina 
dinucleotídio fosfato (NADPH). 
É na via das pentoses fosfato que o NADP+ é reduzido a NADPH. De fato, nesta 
via, a energia derivada da oxidação da glicose é armazenada sob a forma de poder redutor 
(NADPH) e não de ATP como na glicólise. A via das pentoses consta de uma parte 
oxidativa, que produz NADPH, e uma parte não oxidativa, que interconverte açúcares 
fosforilados. 
A via das pentoses fosfato compreende uma etapa inicial, oxidativa, em que a 
glicose 6-fosfato é convertida a ribulose 5-fosfato por suas oxidações sucessivas, 
catalisadas por desidrogenase específicas para NADP+. A equação geral desta etapa é: 
Glicose 6-fosfato + 2 NADP+ + H2O Ribulose 5-fosfato + 2(NADPH + H+) + CO2 
8. Metabolismo de outros carboidratos importantes 
 14 
A sacarose dietária constitui uma fonte quantativamente importante de 
monossacarídios para o homem; a lactose, o açúcar presente no leite, tem importância 
principalmente nos primeiros meses de vida. Estes dissacarídios são hidrolisados no 
intestino delgado, por sacarose e lactose, respectivamente. A sacarose produz glicose e 
frutose; lactose libera glicose e galactose. 
Não sendo hidrolisada, a lactose permanece no intestino delgado, onde sofre 
fermentação bacteriana de sua conversão a intermediários da glicólise. 
A frutose é convertida a diidroxiacetona fosfato e gliceraldeído 3-fosfato e entra na via 
glicolítica. Em outros tecidos (adiposo e músculo), a frutose é convertida a frutose 6-
fosfato pela hexoquinase. 
 Algumas doenças metabólicas relacionadas aos carboidratos são comuns, tais 
como, galactosemia, deficiência hereditária de galactose 1-fosfato uridil transferase, que 
causa uma serie de problemas devido ao acumulo de galactitol e frutosonuria, pelo defeito 
no metabolismo de frutose. Um resumo do metabolismo dos carboidratos é mostrado na 
figura 8. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 15 
 
Figura 8. Resumo do metabolismo dos carboidratos. 
 
9. Regulação do metabolismo de açúcares 
A regulação do metabolismo de açucares depende na sua maior parte da ação 
hormonal da insulina e do glucagon. O músculo possui algumas diferenças com o fígado, 
principalmente no que se refere a exportação de glicose, onde esse é o papel do fígado 
para manter a glicemianormal. 
A regulação da glicólise é complexa pela sua importância na geração de energia na 
forma de ATP e pela produção de vários intermediários glicolíticos destinados a 
biossíntese. Na maioria das células, a velocidade da glicólise é determinada, 
principalmente, pela regulação alostérica das enzimas hexocinase, fosfofrutocinase−1 
(PFK−1) e piruvato−cinase. As reações catalisadas por essas enzimas são irreversíveis e 
podem ser “ligadas” ou “desligadas” por efetores alostéricos. Por exemplo, a hexocinase 
é inibida pelo excesso de glicose-6-fosfato. Vários compostos de “alta energia” atuam 
como efetores alostéricos. Por exemplo, elevadas concentrações de AMP (um indicador 
de baixa produção de energia) ativa a PFK−1 e apiruvato−cinase. Por outro lado, teores 
elevados de ATP (um indicador que as necessidades energéticas das células foram 
atingidas) inibem as duas enzimas. O citrato e a acetil−CoA, que acumulam quando existe 
ATP em quantidade suficiente, inibem a PFK−1 e a piruvato−cinase, respectivamente. A 
frutose−2,6−bifosfato, produzida por indução de hormônio da PFK−2, é um indicador de 
altos níveis de glicose disponível e alostericamente ativa a PFK−1. O acúmulo de 
 16 
frutose−1,6−bifosfato ativa a piruvato−cinase, promove um mecanismo de controle (a 
frutose−1,6−bifosfato é um ativador alostérico). Além disso, após uma refeição rica em 
carboidratos, a insulina promove o aumento na síntese das enzimas glicocinase, 
fosfofrutocinase−1 e piravato−cinase. Por outro lado, a síntese dessas mesmas enzimas é 
reduzida quando o glucagon plasmático está aumentado e a insulina reduzida, como no 
jejum ou diabetes. 
A síntese e a degradação do glicogênio são cuidadosamente reguladas para evitar a 
perda de energia. As enzimas das diferentes vias, a glicogênio−fosforilase e a 
glicogênio−sintase nas formas a (ativa) e b (inativa ou pouco ativa), são reguladas pelo 
controle alostérico e pela modificação covalente das enzimas modulada por hormônios. 
A atividade dessas enzimas é, também, amplamente dependente da disponibilidade 
de vários intermediários e co-fatores. Portanto, a glicogênese e a glicogenólise são 
reguladas de tal modo que as quantidades de glicose liberadas são ajustadas segundo as 
necessidades do organismo. 
A glicogênio-sintase e a glicogênio- fosforilase estão sob controle alostérico por 
diferentes efetores. A forma inativa (ou pouco ativa) da glicogênio-fosforilase encontrada 
no músculo em repouso, é denominada glicogênio−fosforilase b, e é ativada por AMP e 
inibida por ATP e glicose−6−fosfato. A glicogênio−sintase, ao contrário, é ativada pela 
glicose−6−fosfato. A interconversão das formas a e b da glicogênio-sintase e da 
glicogênio−fosforilase é regulada reciprocamente por meio de 
fosforilação−defosforilação (quando uma enzima é estimulada a outra é inibida) e são 
catalisadas por enzimas que estão sob controle hormonal (insulina, glucagon e adrenalina) 
ou estímulo nervoso (íons Ca2+). 
Devido a seu efeito sobre a proteína-cinase dependente de AMPc, através da geração 
de AMP cíclico, a adrenalina inibe a síntese do glicogênio. A glicogênio-sintase e a 
glicogênio-fosforilase são afetadas pela fosforilação de modo diferente: a glicogênio-
fosforilase a (ativa) está ligada ao fosfato, enquanto a glicogênio-sintase (ativa) está na 
forma desforilada (figura 9). 
 17 
 
Figura 9. Regulação do metabolismo do glicogênio por modificação covalente das 
enzimas moduladas por hormônios. 
 
A velocidade da gliconeogênese é afetada principalmente pela disponibilidade de 
substratos, efetores alostéricos e hormônios. Dietas ricas em gorduras, a inanição e o 
jejum prolongado elevam as concentrações de lactato, glicerol e aminoácidos e estimulam 
a gliconeogênese. 
As quatro enzimas-chave da gliconeogênese (piruvato−carboxilase, 
fosfoenolpiruvato−carboxicinase, frutose−1,6−bifosfatase e glicose−6−fosfatase) são 
afetadas em diferentes graus por moduladores alostéricos. Por exemplo, a 
frutose−1,6−bifosfatase é ativada pelo ATP e inibida pelo AMP e pela 
frutose−2,6−bifosfato. A acetil−CoA é um modulador alostérico positivo da 
piruvato−carboxilase. A concentração da acetil−CoA, um produto da degradação dos 
ácidos graxos, está elevada durante a inanição. 
Como em outras vias bioquímicas, os hormônios afetam a gliconeogênese por 
alterações na concentração dos efetores alostéricos e por modificações na velocidade de 
síntese das enzimas−chave. O glucagon (elevado quando o nível de glicose diminui) 
 18 
reduz a síntese da frutose−2,6−bifosfato, ativando a função fosfatase da PFK−2. A 
redução do teor da frutose−2,6−bifosfato reduz a ativação da PFK−1 e desinibe a 
frutose−1,6−bifosfatase. 
Outro efeito do glucagon nas células hepáticas é a inativação da enzima glicolítica 
piruvato−cinase. (A proteína−cinase C, uma enzima ativada pelo AMPc, converte a 
piruvato−cinase em sua conformação fosforilada inativa). Os hormônios também 
influenciam a gliconeogênese por alterações na síntese de enzimas. Por exemplo, a síntese 
de enzimas gliconeogênicas é estimulada pelo cortisol (um hormônio esteróide produzido 
no córtex da supra-adrenal). A ação da insulina promove a síntese de novas moléculas de 
glicocinase, PFK−1 e PFK-2. O glucagon promove a síntese de novas moléculas de 
PEP−carboxicinase, frutose−1,6−bifosfatatase e glicose−6−fosfatase. 
O controle hormonal da gliconeogênese é importante no suprimento de ácidos 
graxos para o fígado além de regular as enzimas, tanto glicolíticas como gliconeogênicas. 
O glucagon aumenta a concentração dos ácidos graxos no plasma pela lipólise no tecido 
adiposo, em ação oposta da insulina. A grande disponibilidade de ácidos graxos, 
estimulada pelo glucagon, resulta em maior oxidação dos ácidos graxos para formar 
acetil−CoA pelo fígado, permitindo a síntese da glicose. Por outro lado, a insulina tem 
efeito oposto. O glucagon e a insulina também regulam a gliconeogênese no fígado por 
influenciar o estado de fosforilação de enzimas hepáticas, tais como, a piruvato−cinase e 
fosfofrutocinase. 
A figura 10 mostra de forma esquemática a regulação do metabolismo dos 
carboidratos no fígado pela ação dos hormônios insulina e glucagon 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 10. Metabolismo dos carboidratos no fígado pela ação da insulina e glucagon. 
 
Resumo 
• O metabolismo dos carboidratos está centrado na glicose porque esse açúcar é 
uma molécula combustível importante para a maioria dos organismos. Se as 
reservas de energia são baixas, a glicose é degradada pela via glicolítica. As 
moléculas de glicose não utilizadas para a produção imediata de energia são 
armazenadas como glicogênio (em animais) ou amido (em vegetais). 
• Durante a glicólise (seqüência de 10 reações), a glicose é fosforilada e clivada 
para formar duas moléculas de gliceraldeído−3−fosfato. Cada 
gliceraldeído−3−fosfato é então convertido em uma molécula de piruvato. Uma 
 20 
pequena quantidade de energia é armazenada em moléculas de ATP e NADH. Em 
organismos anaeróbicos, o piruvato é reduzido a lactato. Durante esse processo, o 
NAD+ é regenerado para a continuação da glicólise. Na presença de O2, os 
organismos aeróbicos convertem o piruvato a acetil−CoA e, então, a CO2 e H2O. 
A glicólise é controlada principalmente por regulação alostérica de três enzimas 
– hexocinase, fosfofrutocinase 1 (PFK−1) e piruvato−cinase e pelos hormônios 
insulina e glucagon. 
• Durante a gliconeogênese, moléculas de glicose são sintetizadas a partir de 
precursores não−carboidratos (lactato, piruvato, glicerol e certos aminoácidos). A 
seqüência de reações na gliconeogênese correspondea reações da via glicolítica, 
mas no sentido inverso. As três reações irreversíveis da glicólise (síntese do 
piruvato, conversão da frutose−1,6−bifosfato a frutose−6−fosfato e a formação de 
glicose a partir da glicose−6−fosfato) são substituídas na gliconeogênese por 
reações energeticamente favoráveis. 
• A via das pentoses-fosfato, na qual a glicose-6-fosfato é oxidada, ocorre em duas 
etapas. Na etapa oxidativa, duas moléculas de NADPH são produzidas enquanto 
a glicose−6−fosfato é convertida em ribulose−5−fosfato. Na etapa não−oxidativa, 
a ribose−5−fosfato e outros açúcares são sintetizados. Se a célula necessita mais 
NADPH que ribose−5−fosfato (componente dos nucleotídeos e ácidos nucléicos) 
então os metabólitos da etapa não−oxidativa são convertidos em intermediários 
glicolíticos. 
• Vários açúcares diferentes da glicose são importantes no metabolismo dos 
vertebrados. Entre eles estão: frutose, galactose e a manose.

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