Biossíntese de Carboidratos

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BIOSSÍNTESE DE CARBOIDRATOS 
Raúl René Valle, PhD 
 Rotas metabólicas de síntese – anabólicas – geralmente são reduti-
vas e não oxidativas. 
 Contudo, tanto catabolismo como anabolismo ocorre simultanea-
mente em equilíbrio dinâmico de tal forma que a energia produzi-
da é utilizada por processos biossintéticos. 
 Organização do catabolismo e anabolismo 
 Compostos são sintetizados ou degradados por rotas metabó-
licas diferentes que se regulam ou inibem reciprocamente. 
 Podem ter reações em comum, porém uma reação única 
à rota que não permite a reversibilidade. 
 Os processos anabólicos e catabólicos são controlados por 
uma ou mais reações específicas para essa rota. 
 Geralmente um processo biossintético é regulado no ini-
cio por uma reação exergônica (economia). 
 A energia requerida por um processo biossintético é acoplada 
à quebra de ATP de tal maneira que o processo é essencial-
mente irreversível in vivo. 
 A G’o total [(ATP e NAD(P)H] utilizada numa rota bi-
ossintética sempre excede a quantidade mínima requeri-
da para fazer um precursor num produto (-). 
Gliconeogênese 
 (Formação de um açúcar novo). É a formação de glicose utilizando 
precursores que não são carboidratos; 
 Ocorre em animais, plantas, bactérias e fungos. As reações são es-
sencialmente as mesmas em cada caso; 
 A formação de glicose é uma necessidade fundamental nos mamais 
devido a que o cérebro, o sistema nervoso, eritrócitos, testes, me-
dula renal e tecido embriônico a utilizam como a maior ou única 
fonte de energia; 
 O cérebro humano utiliza cerca de 120 g de glicose cada dia. 
 Em animais superiores ocorre essencialmente no fígado e, em me-
nor proporção, na medula renal. 
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 Os precursores da glicose em animais são lactato, piruvato, glice-
rol e alguns aminoácidos. 
 A glicose formada é distribuída através do sangue 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Glicose para o 
sangue 
Outros monossacarídeos 
Dissacarídeos 
Glicoproteínas 
Glicogênio Amido 
Sacarose 
Energia 
Aminoácidos 
gliconeogênicos 
Ciclo do 
ácido 
cítrico 
Fixação 
de CO2 
Glicose 6-fosfato 
Fosfoenolpiruvato 
3-Fosfoglicerato 
Triacilgliceróis 
Glicerol Piruvato 
Lactato 
Animais 
Plantas 
 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Terceiro 
desvio 
Segundo 
desvio 
Primeiro 
desvio 
Rota da 
Gliconeogênese 
Rota da 
Glicólise 
Piruvato carboxilase 
Malato desidrogenase 
Malato desidrogenase 
Fosfoenolpiruvato carboxiquinase 
Frutose 1,6-bisfosfatase 
Piruvato quinase 
Fosfofrutoquinase-1 
Hexoquinase 
Glicose 6-fosfatase 
Glicogênio 
Alanina 
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A conversão de piruvato a glicose é central na gluconeogênese a con-
versão de glicose a piruvato é central à glicólise; 
 Em animais, ambas as rotas metabólicas ocorrem no citossol ha-
vendo uma regulação coordenada; 
 Três reações da glicólise são irreversíveis in vivo e não são usadas 
na gluconeogênese; 
 A conversão de glicose a glicose 6-P (hexoquinase); 
 A fosforilação de frutose 6-P para frutose 1,6-biP (fosfofruto-
cinase-1); 
 A conversão de fosfoenolpiruvato a piruvato (piruvato cinase); 
 Estas reações são caracterizadas por uma grande quantidade de 
G’
o
 negativa, enquanto em outras reações glicolítica a G’
o
  0. 
 Na gluconeogênese estas três reações são desviadas por um con-
junto separado de enzimas catalisando reações que são suficien-
temente exergônicas para ser efetivamente irreversíveis na direção 
da síntese de glicose. 
 Portanto, ambos os processos são irreversíveis na célula. 
 A gliconeogênese é cara 
2 Piruvatos + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 4H2O  
 Glicose + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD + 2H
+
 
 Mais cara que a glicólise 
Glicose + 2ADP + 2Pi + 2NAD
+
  2 piruvatos + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O 
 Muitas plantas armazenam gorduras e proteínas nas sementes pa-
ra serem usadas como fonte de energia e precursores biossintéticos 
antes que os mecanismos fotossintéticos providenciem ambos. 
 Em sementes germinando, a gliconeogênese converte gorduras e 
proteínas em glicose para a síntese de sacarose outros polissacarí-
deos. 
 Nas plântulas a sacarose proporciona grande parte da energia pa-
ra o crescimento inicial. 
 As plantas (ao contrario dos animais) podem converter acetil-CoA 
derivado de gorduras em glicose com o concurso de enzimas no 
glioxissomo, mitocôndria e citossol. 
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Oxaloacetato 
Mitocôndria 
Sacarose 
Citossol 
Glioxissomo 
 oxidação 
Gluconeogênese 
Ácidos graxos 
Acetil-CoA 
Ciclo do 
Glioxilato 
Citrato 
Isocitrato 
Succinato 
Oxaloacetato 
Malato 
Glioxilato 
Acetil-CoA 
Succinato 
Fumarato 
Malato 
Isocitrato 
Citrato 
Succinil-CoA 
-Cetoglutarato 
Oxaloacetato 
Fosfoenolpiruvato 
Frutose 6-fosfato 
Glicose 6-fosfato 
Ciclo de 
Krebs 
Oxaloacetato 
 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Biossíntese de glicogênio, amido, sacarose e outros carboidratos. 
 Numa grande variedade de organismos o excesso de glicose é con-
vertido a formas poliméricas para armazenamento e em dissaca-
rídeos para transporte 
 A forma principal de armazenamento em vertebrados é o glicogê-
nio e em plantas o amido 
 A forma de transporte em vertebrados é glicose, em plantas é sa-
carose e em insetos trealose. 
Triacilglicerol 
Acetil-CoA 
Dihidroxiace-
tona fosfato 
Glicerol 3-fosfato 
desidrogenase 
Glicerol 
quinase 
Glicerol 3-fosfato 
Glicerol 
Lipase 
-oxidação 
Ácidos 
Graxos 
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 Muitas das reações em que as hexoses são transformadas ou poli-
merizadas envolvem açucares nucleotídeos 
 Estes são compostos em que o carbono anomérico de um açúcar é 
ativado pela união com um nucleotídeo através de uma ligação 
fosfodiester 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Açucares nucleotídeos são os substratos para a polimerização de 
monossacarídeos em dissacarídeos, glicogênio, amido, celulose, etc. 
Biossíntese de glicogênio 
 O passo inicial para a formação de glicogênio é glicose 6-fosfato 
que pode ser derivada de glicose livre numa reação catalisada por 
glucoquinase (fígado) ou hexoquinase (músculo) 
 D-Glicose+ ATP  D-glicose 6-fosfato + ADP 
 Para iniciar a formação de glicogênio a D-Glicose 6-fosfato é con-
vertida a D-Glicose 1-fosfato pela ação de fosfoglucomutase 
 D-Glicose 6-fosfato  D-glicose 1-fosfato 
 A formação de UDP glicose pela ação de UDP-glicose pirofosfori-
lase é uma reação chave 
 D-Glicose 1-fosfato + UTP UDP-glicose + PPi 
UDP-Glicose 
Uridina 
Grupo D-glicosil 
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 UDP-glicose é o doador de glicose na reação catalisada pela glico-
gênio sintase para o terminal não redutor de uma molécula de gli-
cogênio em crescimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Glicogênio sintase não faz a ligação (16). Esta ligação é feita 
por uma (46) transferase ou (14) para (16) transglicosilase 
ramificando a cadeia de glicogênioTerminal 
não redutor 
Terminal 
não redutor 
Terminal 
não redutor 
(14) 
Ponto de ramifi-
cação (16) 
Enzima de ramifica-
ção do glicogênio 
Cadeia de 
glicogênio 
Cadeia de 
glicogênio 
Terminal não redu-
tor da cadeia de 
glicogênio com n 
resíduos (n > 4) 
UDP-Glicose 
Terminal não 
redutor 
Cadeia de glicogênio em 
elongação n+1 resíduos 
Glicogênio 
sintase 
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Biossíntese de amido em plantas e glicogênio em bactéria 
 Amido como glicogênio é um polímero de alto peso molecular de 
D-glicose numa ligação (14); 
 Amido é sintetizado nos cloroplastos como um dos produtos finais 
e estáveis da fotossíntese; 
 O mecanismo é similar ao do glicogênio. Um açúcar-nucleotídeo 
ativado, neste caso ADP-glicose é formado pela condensação de 
glicose 1-fosfato; 
 Amido sintase transfere os resíduos de glicose da ADP-glicose pa-
ra o terminal não redutor de uma molécula de amido em formação 
 Amidon + glicose 1-fosfato + ATP  Amidon+1 + ADP + 2Pi 
 Amilase não é pouco ramificada. Amilopectina tem numerosas 
ramificações unidas numa ligação (16). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Amido 
sintase 
Cadeia de amido em elongação com 
n + 1 resíduos 
ADP-glicose 
pirofosforilase 
Terminal não 
redutor da ca-
deia de amido 
com n resíduos 
Terminal não 
redutor 
ADP-Glicose 
Glicose 1-fosfato 
3-fosfoglicerato 
Amido 
sintase 
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Biossíntese de sacarose 
 A maioria das trioses fosfatadas geradas pela fixação de CO2 em 
plantas é convertida em sacarose ou amido 
 Sacarose é sintetizada no citossol começando com diidroacetona 
fosfato e gliceraldeído 3-fosfato exportados pelo cloroplasto 
 Após a condensação para frutose 1,6-bisfosfato pela aldolase, hi-
drolise pela frutose 1,6-bifosfatase produz frutose 6-fosfato. 
 Sacarose 6-fosfato sintase pode então catalisar a reação 
 Frutose 6-fosfato + UDP-glicose  sacarose 6-fosfato + UDP 
 Finalmente sacarose 6-fosfato fosfatase remove o grupo fosfato 
disponibilizando a sacarose para exportação a outros tecidos 
 Sacarose 6-fosfato  sacarose + Pi 
 
 
Sacarose 6-fosfato 
sintase 
Sacarose 
6-fosfato fosfatase 
UDP-Glicose Frutose 6-fosfato 
Sacarose 6-fosfato 
Sacarose