3 0LIVRO - BIOQUIMICA APLICADA - Vias de metabolização do oxalacetato

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BIOQUÍMICA 
APLICADA
Daikelly Iglesias Braghirolli
Vias de metabolização 
do oxalacetato
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 Identificar os diferentes destinos metabólicos do oxalacetato.
 Reconhecer as reações de transaminação que associam o oxalacetato.
 Diferenciar os processos anabólicos e catabólicos com participação
do oxalacetato.
Introdução
O oxalacetato participa de diferentes reações metabólicas do nosso 
organismo. Ele é utilizado no ciclo do ácido cítrico, na gliconeogênese 
e, também, apresenta uma grande participação no metabolismo dos 
aminoácidos. Ainda, o oxalacetato atua como um intermediário de vários 
sistemas de transporte entre os compartimentos celulares.
Neste capítulo, você vai identificar o papel do oxalacetato no nosso 
metabolismo. Você vai conhecer as principais vias metabólicas que apre-
sentam o oxalacetato como um intermediário metabólico. Ainda, vai 
entender como o oxalacetato participa do transporte do citrato e de 
equivalentes redutores entre o citosol e a matriz mitocondrial. 
Oxalacetato
O oxalacetato é uma molécula orgânica, formada por quatro átomos de car-
bono, que apresenta dois grupos ácidos carboxílicos em sua estrutura (Figura 1). 
O oxalacetato é um intermediário metabólico bastante importante. Ele par-
ticipa tanto de vias anabólicas como de vias catabólicas do nosso metabo-
lismo. O oxalacetato participa do ciclo do ácido cítrico, da gliconeogênese, 
da biossíntese e do catabolismo de aminoácidos. Ainda, o oxalacetato é um 
metabólito bastante importante para o transporte de alguns substratos entre 
os compartimentos celulares.
Figura 1. Molécula do oxalacetato.
Fonte: Rodwell et al. (2018, p. 163). 
O oxalacetato é um substrato do ciclo do ácido cítrico. O ciclo do ácido 
cítrico, também chamado ciclo do ácido tricarboxílico ou ciclo de Krebs, 
compõe a respiração celular. Nessa via, a molécula acetilcoenzima A (acetil-
-CoA) (formada na oxidação de carboidratos, ácidos graxos ou aminoácidos) 
é totalmente oxidada a dióxido de carbono (CO2). A energia liberada durante 
oxidação da acetil-CoA é armazenada na forma das coenzimas NADH e 
FADH2, que são utilizadas na cadeia transportadora de elétrons.
O oxalacetato é utilizado na primeira reação do ciclo do ácido cítrico, em 
que é conjugado ao grupo acetato da molécula acetil-CoA, formando o citrato 
(Figura 2). A oxidação direta do acetato não é bioquimicamente possível. 
A quebra dessa molécula em dois carbonos originaria CO2 e metano (CH4). 
Contudo, para que as transformações químicas em rotas metabólicas ocorram, 
é importante que as moléculas orgânicas apresentem grupo carbonil (C = O), 
um grupo quimicamente reativo. O oxalacetato apresenta um grupo carbonil, 
eletrofílico. Portanto, o oxalacetato oferece um grupo mais reativo, que é 
atacado pela molécula de acetil-CoA, possibilitando que ela seja oxidada de 
maneira mais eficiente (NELSON; COX, 2014). O oxalacetato é regenerado 
ao final do ciclo do ácido cítrico. Na última reação dessa via metabólica, o 
intermediário malato é oxidado para formar o oxalacetato (BERG; TYMO-
CZKO; STRYER, 2014).
Vias de metabolização do oxalacetato2
Figura 2. Participação do oxalacetato no ciclo do ácido cítrico. Note que o 
carbono do grupo metil (-CH2) da molécula de acetato é unido ao grupo carbonil 
(C = O) do oxalacetato.
Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 640).
O oxalacetato está disponível em concentrações limitadas no interior 
celular. Esse substrato do ciclo do ácido cítrico também é utilizado para 
a síntese de alguns aminoácidos e, também, pode ser empregado para a 
produção de glicose. Dessa forma, esse intermediário do metabolismo deve 
ser reposto para que o ciclo do ácido cítrico continue acontecendo na matriz 
mitocondrial e a demanda energética celular seja suprida. O oxalacetato 
é produzido a partir de produtos de degradação de carboidratos ou, tam-
bém, de alguns aminoácidos (NELSON; COX, 2014; BERG; TYMOCZKO; 
STRYER, 2014). Essa molécula pode ser formada a partir da carboxilação 
do piruvato, pela enzima piruvato-carboxilase (Figura 3). O piruvato é o 
produto da glicólise (via que realiza o catabolismo da glicose). A piruvato-
-carboxilase catalisa a reação de ligação de CO2 à molécula de piruvato. Esse 
grupo dá origem ao ácido carboxílico do oxalacetato. A piruvato carboxilase 
apresenta biotina em sua estrutura e é dita uma enzima anaplerótica (“de 
preenchimento”), já que repõe um intermediário do ciclo de Krebs (SMITH; 
MARKS; LIEBERMAN, 2008).
3Vias de metabolização do oxalacetato
Figura 3. Formação de oxalacetato a partir do piruvato. A enzima piruvato-
-carboxilase disponibiliza o oxalacetato para o ciclo do ácido cítrico.
Fonte: Voet e Voet (2013, p. 814).
O transporte de coenzimas entre o citosol e a matriz 
mitocondrial envolve a formação de oxalacetato
O ciclo do ácido cítrico conserva a energia liberada na oxidação da acetil-
-CoA na forma das coenzimas reduzidas NADH e FADH2. Essas coenzimas, 
produzidas na matriz mitocondrial, são utilizadas para o desenvolvimento da 
força próton-motriz, que impulsiona a produção de adenosina trifosfato (ATP) 
pela fosforilação oxidativa. 
Coenzimas reduzidas também são produzidas pela via glicolítica. Essa 
via, também denominada glicólise, refere-se à via de degradação da gli-
cose, em que duas moléculas de piruvato são formadas. A via glicolítica 
também gera a produção de quatro moléculas de ATP e de duas moléculas 
de NADH. Essas coenzimas reduzidas também são reoxidadas a NAD+ por 
meio da cadeia transportadora de elétrons. Contudo, a via glicolítica ocorre 
no citosol celular, enquanto que os complexos enzimáticos, que formam a 
cadeia transportadora de elétrons, estão inseridos na membrana mitocondrial 
interna. A membrana interna da mitocôndria não é permeável à coenzima 
NADH. Dessa forma, as moléculas reduzidas dessa coenzima, formadas pela 
via glicolítica, chegam até a matriz mitocondrial por meio de um transporte 
indireto, pelos sistemas de lançadeiras, como a lançadeira malato-aspartato 
(Figura 4) (NELSON; COX, 2014).
A lançadeira malato-aspartato transporta os equivalentes redutores do NADH 
para a mitocôndria, por meio da formação de oxalacetato. Em um primeiro 
momento, os equivalentes redutores do NADH + H+ são transferidos ao oxala-
Vias de metabolização do oxalacetato4
cetato, em uma reação reversível, catalisada pela enzima malato-desidrogenase 
citosólica. Com isso, ocorre a oxidação do NADH citosólico a NAD+ e a redução 
do oxalacetato a malato. O malato, então, consegue passar pela membrana 
mitocondrial interna por meio do transportador malato-α-cetoglutarato. Essa 
translocase troca malato por α-cetoglutarato. Já na matriz mitocondrial, o malato 
é reconvertido a oxalacetato pela enzima malato-desidrogenase mitocondrial. 
Nessa reação, o malato é oxidado e os equivalentes redutores são doados ao 
NAD+, formando NADH. O NADH, então, doa seus elétrons para o complexo 
I da cadeia transportadora. Os elétrons do NADH ocasionam a produção de 
aproximadamente 2,5 moléculas de ATP pela fosforilação oxidativa (NELSON; 
COX, 2014; SMITH; MARKS; LIEBERMAN, 2008).
O oxalacetato não consegue permear a membrana mitocondrial interna. Para 
retornar ao citosol, o oxalacetato é transaminado com o glutamato, formando 
o aspartato. Essa reação é catalisada pela enzima aspartato aminotransferase 
(AST) mitocondrial. O aspartato, então, é transportado da mitocôndria para 
o citosol, pela translocase trocadora de glutamato/aspartato. Já no citosol, o 
aspartato é convertido de volta a oxalacetato por uma nova reação de trans-
minação, catalisada pela aspartato-aminotransferase (NELSON; COX, 2014; 
SMITH; MARKS; LIEBERMAN, 2008).
Figura 4. Lançadeira malato-aspartato. Note que os equivalentes redutores de NADH são 
transportadosdo citosol para a mitocôndria por conversão malato/oxalacetato.
Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 758).
5Vias de metabolização do oxalacetato
Participação do oxalacetato no metabolismo 
dos aminoácidos
O oxalacetato tem uma função bastante importante no catabolismo de aminoá-
cidos. Além de ele ser produzido durante a degradação de alguns aminoácidos, 
o oxalacetato também é importante para a produção da ureia, forma como o 
nitrogênio dos aminoácidos é eliminado do organismo.
Os aminoácidos, quando em excesso, são convertidos em intermediários 
metabólicos comuns, como o oxalacetato. O catabolismo dos aminoácidos 
envolve três etapas: remoção do grupo amino do aminoácido, incorporação 
do átomo de nitrogênio na ureia e conversão do esqueleto carbônico do 
aminoácido em um intermediário do metabolismo (VOET; VOET, 2013). 
A maior parte do nitrogênio proveniente dos aminoácidos é excretado pelo 
nosso organismo na forma de ureia. A ureia é produzida por meio da via 
metabólica chamada ciclo da ureia. Ela apresenta dois átomos de nitrogênio 
em sua estrutura. Esses átomos são provenientes da amônia e do aminoá-
cido aspartato. O oxalacetato é o α-cetoácido do aspartato. Dessa forma, 
ele é bastante importante para o funcionamento do ciclo da ureia (VOET; 
VOET, 2013).
A maior parte dos aminoácidos que chega ao fígado para ser degradada 
sofre desaminação por transaminação. As transaminações são reações 
em que o grupamento amino de um α-aminoácido é transferido para um 
α-cetoácido. O α-cetoglutarato é o principal α-cetoácido aceptor de gru-
pamentos amino nos hepatócitos. As reações de transaminação são catali-
sadas por enzimas chamadas transaminases ou aminotransferases. Nessas 
reações, o grupo amino de um aminoácido torna-se o grupo amino de 
um outro aminoácido. Portanto, quando o α-cetoglutarato recebe o grupo 
amino na reação de transaminação, o seu aminoácido correspondente, o 
glutamato, é formado. Ao mesmo tempo, o aminoácido que teve seu grupo 
amino removido origina o seu α-cetoácido correspondente. O α-cetoácido 
formado origina um intermediário do nosso metabolismo. As reações de 
transaminação coletam grupos amino de diferentes aminoácidos na forma 
de um único, o L-glutamato (NELSON; COX, 2014; VOET; VOET, 2013). As 
reações de transaminação são reversíveis. Dessa forma, elas são utilizadas 
no catabolismo e também na síntese de aminoácidos (BERG; TYMOCZKO; 
STRYER, 2014).
Vias de metabolização do oxalacetato6
O glutamato formado por meio das reações de transaminação tem seu grupo 
amino removido pela enzima glutamato-desidrogenase, nas mitocôndrias. A 
partir da reação de desaminação, o glutamato libera o nitrogênio na forma 
de amônia (NH4+) e o α-cetoglutarato é formado. A amônia é bastante tóxica 
para o nosso organismo. Dessa forma, ela é eliminada na forma de ureia, um 
produto com dois átomos de nitrogênio e com menor toxicidade. 
A amônia liberada na degradação dos aminoácidos é utilizada na primeira 
reação do ciclo da ureia. O Segundo átomo de nitrogênio da molécula de 
ureia é fornecido pelo aspartato. O aspartato, por sua vez, é formado por 
meio da reação de transaminação envolvendo o glutamato e o oxalacetato. O 
grupamento amino do glutamato é transferido para o oxalacetato. Assim, o 
glutamato é convertido em α-cetoglutarato e o oxalacetato é convertido em 
aspartato (SMITH; MARKS; LIEBERMAN, 2008).
O aspartato participa da terceira reação do ciclo da ureia. Ele reage com o 
intermediário citrulina, formando argininossuccinato, no citosol celular. Na 
próxima reação dessa via metabólica, o argininossuccinato é clivado, formando 
arginina e fumarato. O fumarato é formado a partir dos carbonos provenientes 
do aspartato. Ele então é convertido em malato, um intermediário do ciclo de 
Krebs, pela enzima fumarase. O malato, então, entra na mitocôndria, na qual 
participa do ciclo de Krebs, regenerando o oxalacetato. O oxalacetato pode 
então ser transaminado com o glutamato, formando aspartato novamente. O 
aspartato pode ser transportado para o citosol e fornecer nitrogênio para o 
ciclo da ureia. Dessa forma, o oxalacetato vai sendo reciclado por meio dessas 
vias, sendo disponibilizado para a formação de aspartato e contribuindo para 
a excreção do nitrogênio (SMITH; MARKS; LIEBERMAN, 2008).
Como citamos anteriormente, o catabolismo dos aminoácidos inicia com 
a remoção do seu grupamento amino, por meio das reações de transamina-
ção. As vias catabólicas dos 20 aminoácidos convergem para a formação de 
apenas sete intermediários metabólicos comuns: piruvato, α-cetoglutarato, 
succinil-CoA, fumarato, acetil-CoA, acetoacetato e oxalacetato (VOET; 
VOET, 2013).
O oxalacetato é formado pela degradação dos aminoácidos asparagina 
e aspartato (Figura 5). O aspartato é um aminoácido de quatro carbonos. 
Quando ele é transaminado pela enzima aspartato aminotransferase, ele origina 
diretamente o oxalacetato (seu α-cetoácido). A asparagina é um aminoácido 
que apresenta dois grupamentos amino. Em seu catabolismo, inicialmente, 
7Vias de metabolização do oxalacetato
ela é hidrolisada pela enzima asparaginase, resultando na liberação de NH4+ e 
aspartato. O aspartato é, então, desaminado, originando o oxalacetato (BERG; 
TYMOCZKO; STRYER, 2014). O oxalacetato produzido no citosol celular 
é convertido em malato para poder ser, assim, transportado para a matriz 
mitocondrial pelo transportador malato-α-cetoglutarato.
O oxalacetato também pode ser produzido a partir do piruvato, formado no 
catabolismo da alanina, cisteína, glicina, serina e treonina. As moléculas de 
oxalacetato e piruvato, formadas a partir dessas reações catabólicas, podem ser 
utilizadas para a síntese de ATP e também podem ser empregadas na síntese 
de glicose, por meio da gliconeogênese. 
Figura 5. Desaminação dos aminoácidos asparagina e aspartato e formação do oxalacetato.
Fonte: Rodwell et al. (2018, p. 299).
Biossíntese de aminoácidos
Os aminoácidos são divididos em aminoácidos essenciais e aminoácidos não 
essenciais. Os aminoácidos não essenciais são aqueles que o nosso organismo 
consegue produzir e, por isso, não necessários na dieta. Esses aminoácidos 
são produzidos no fígado, a partir de intermediários do metabolismo, como 
α-cetoglutarato, 3-fosfoglicerato, piruvato e oxalacetato.
O oxalacetato é utilizado para a produção dos aminoácidos não essenciais 
aspartato e asparagina. Os aminoácidos essenciais metionina, treonina e lisina 
também são sintetizados a partir do oxalacetato. Contudo, os seres humanos 
não são capazes de produzi-los (NELSON; COX, 2014).
O aspartato é produzido a partir de uma reação de transaminação com o 
glutamato. A AST transfere o grupo amino do aminoácido glutamato para o 
Vias de metabolização do oxalacetato8
oxalacetato, originando α-cetoglutarato e aspartato, respectivamente. A aspara-
gina é formada pela amidação da molécula do aspartato. A NH4+, proveniente da 
glutamina, é ligada à molécula do aspartato, pela enzima asparagina-sintetase, 
formando a asparagina (HARVEY; FERRIER, 2012).
Nossas células apresentam diferentes tipos de aminotransferases. A maior parte dessas 
enzimas apresenta afinidade por α-cetoácido e α-cetoglutarato. Contudo, são diferentes 
em relação ao tipo de aminoácido a que se ligam. Elas são denominadas de acordo 
com o aminoácido a que se ligam e que atua como doador do grupamento amino. 
A enzima alanina aminotransferase, por exemplo, transfere o grupo amino da alanina 
para o α-cetoglutarato. Outra aminotransferase bastante importante para o nosso 
metabolismo é a aspartato aminotransferase. Essa enzima transfere o grupo amino 
do aspartato para o α-cetoglutarato.
As aminotransferases apresentam o grupo prostético piridoxal-fosfato (PLP), que atua 
como carregador dos grupos amino. Esse grupo é derivado da piridoxina, a vitamina 
B1 (NELSON; COX, 2014). 
Participaçãodo oxalacetato na 
gliconeogênese e na biossíntese 
de ácidos graxos
A gliconeogênese (nova formação de açúcar) se refere à via metabólica de 
produção endógena da glicose. Nos períodos entre as refeições ou jejuns 
mais longos, o fígado libera glicose para o sangue, mantendo os níveis 
glicêmicos dentro da normalidade. A glicose liberada é proveniente da 
degradação do glicogênio (glicogenólise) e da gliconeogênese. Quando 
as reservas de glicogênios são reduzidas, o fígado produz glicose a partir 
de fontes não glicídicas, como aminoácidos, lactato, piruvato e glicerol 
(NELSON; COX, 2014).
O oxalacetato também é um intermediário da gliconeogênese. Quando 
o piruvato é utilizado como substrato da via, a maioria das reações da 
gliconeogênese são o reverso da via glicolítica (via que degrada a glicose, 
formando duas moléculas de piruvato). Na última reação da via glicolítica, 
9Vias de metabolização do oxalacetato
o intermediário fosfoenolpiruvato é convertido em piruvato, pela enzima 
piruvato-quinase. Portanto, a gliconeogênese inicia pela etapa reversa, isto 
é, conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato. Contudo, as nossas células 
não conseguem realizar essa reação diretamente. A conversão de fosfo-
enolpiruvato em piruvato é uma reação extremamente exergônica, o que 
torna essa reação irreversível. Então, para que a conversão de piruvato em 
fosfoenolpiruvato ocorra, inicialmente o piruvato é convertido em oxalacetato 
e, então, o oxalacetato é convertido em fosfoenolpiruvato. Na matriz mito-
condrial, a enzima piruvato carboxilase catalisa a carboxilação do piruvato, 
levando à formação do oxalacetato. O oxalacetato é, então, transportado 
para o citosol celular, na forma de malato. No citosol, o malato é conver-
tido a oxalacetato novamente. O oxalacetato é, então, descarboxilado pela 
enzima fosfoenolpiruvato-carboxiquinase, originando o fosfoenolpiruvato. 
Dessa forma, a molécula de CO2 adicionada ao piruvato para a formação 
do oxalacetato é removida para a conversão deste em fosfoenolpiruvato. 
Essa sequência de carboxilação e descarboxilação envolvendo a formação 
do oxalacetato favorece a formação do fosfoenolpiruvato, pois possibilita a 
“ativação” do piruvato.
O oxalacetato não consegue passar pela membrana mitocondrial. Para que ele possa 
sair da mitocôndria, em que é produzido pela enzima piruvato-carboxilase, em direção 
ao citosol, precisa ser convertido a aspartato ou malato.
A conversão a aspartato ocorre por meio da transaminação do oxalacetato com 
o glutamato, catalisada pela enzima aspartato aminotransferase. Enquanto isso, 
a reação de conversão do oxalacetato a malato é catalisada pela enzima malato 
desidrogenase. Nessa reação, o oxalacetato é reduzido e a coenzima NADH H+ é 
oxidada à forma NAD+. O malato, então, atravessa a membrana mitocondrial e é 
reconvertido a oxalacetato pela reação reversa. A oxidação de malato a oxalacetato 
produz NADH H+.
A gliconeogênese ocorre no citosol e precisa da coenzima reduzida NADH para 
que possa ocorrer. Portanto, esse mecanismo de transporte é bastante importante 
para a disponibilização de NADH no citosol, no qual sua concentração é reduzida. 
Vias de metabolização do oxalacetato10
A deficiência da biotinidase é um erro inato do metabolismo que afeta a atividade 
da enzima piruvato-carboxilase. Essa patologia afeta a produção de oxalacetato e 
acarreta várias alterações bioquímicas. Aprenda um pouco mais sobre essa desordem 
metabólica, clicando no link a seguir.
https://goo.gl/sDsCvd
Dessa forma, a conversão de piruvato em fosfoenolpiruvato, por meio da geração 
de oxalacetato, também disponibiliza NADH para a via gliconeogênica. Veja a Figura 
6 a seguir.
Figura 6. Vias alternativas da transformação do piruvato em fosfoenolpiruvato.
Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 572).
11Vias de metabolização do oxalacetato
Biossíntese de ácidos graxos e oxalacetato
No período absortivo, ácidos graxos podem ser sintetizados e armazenados em 
nosso organismo na forma de triacilgliceróis. A biossíntese de ácidos graxos 
ocorre a partir do grupo acetato da molécula acetil-CoA, no citosol celular. 
A acetil-CoA é formada a partir do metabolismo da glicose ou, também, de 
alguns aminoácidos. Ela é formada, principalmente, na matriz mitocondrial. 
O oxalacetato atua como um intermediário do transporte da acetil-CoA da 
matriz mitocondrial em direção ao citosol.
A membrana mitocondrial interna das mitocôndrias é impermeável à 
molécula de acetil-CoA. Dessa forma, o grupo acetato da acetil-CoA é 
transportado do interior das mitocôndrias para o citosol celular, na forma 
de citrato. Na matriz mitocondrial, a acetil-CoA reage com o oxalacetato, 
formando citrato. O citrato é então transportado para o citosol, por meio 
do transportador de citrato. Já no citosol, o citrato é clivado pela enzima 
citrato-liase, regenerando o oxalacetato e a acetil-CoA, que então é utilizada 
na síntese de ácidos graxos.
O oxalacetato, por sua vez, retorna à matriz mitocondrial na forma de 
malato, já que a membrana mitocondrial interna não apresenta transportadores 
para oxalacetato. No citosol, o oxalacetato é reduzido a malato pela enzima 
malato-desidrogenase citosólica. O malato é, então, transportado para a mito-
côndria por meio da translocase malato-α-cetoglutarato. Na matriz mitocon-
drial, o malato é reoxidado a oxalacetato pela enzima malato-desidrogenase 
mitocondrial (NELSON; COX, 2014).
Como vimos anteriormente, a AST é a enzima responsável pela transaminação 
do oxalacetato. Essa enzima está presente em quantidades elevadas em células 
musculares cardíacas e em hepatócitos. Quando essas células sofrem algum tipo 
de lesão, essa enzima extravasa para o meio extracelular. Em função disso, a AST 
é utilizada como um biomarcador de lesões cardíacas e hepáticas. Quando a sua 
concentração na corrente sanguínea está aumentada, lesões no coração ou no 
fígado devem ser investigadas.
Vias de metabolização do oxalacetato12
BERG, J. M.; TYMOCZKO, J. L.; STRYER, L. Bioquímica. 7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara 
Koogan, 2014.
HARVEY, R. A.; FERRIER, D. R. Bioquímica ilustrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. 
NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: 
Artmed, 2014. 
RODWELL, V. W. et al. Bioquímica ilustrada de Harper (Lange). 30. ed. Porto Alegre: Penso, 
2018.
SMITH, C.; MARKS, A. D.; LIEBERMAN, M. Bioquímica médica básica de Marks. 2. ed. Porto 
Alegre: Artmed, 2008.
VOET, D.; VOET, J. G. Bioquímica. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2013.
13Vias de metabolização do oxalacetato
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