01_Metabolismo celular

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Metabolismo celular: processos 
oxidativos e fermentativos
Engenharia de Bioprocessos
Universidade do Oeste de Santa Catarina
Metabolismo
• Conjunto de reações bioquímicas que 
ocorrem no organismo. Ex.: biossíntese de 
nucleotídeos e aminoácidos, degradação 
de carboidratos e ácidos graxos.
Metabolismo: integração entre 
catabolismo e anabolismo
Complexidade do Metabolismo
Visão geral do 
metabolismo 
Vias centrais
GLC
R-5P
CIT
ICI
ACEACA
AKG
FUM
AcCoAmit
PYRmit
PYRcytOAA cytAsx
PEP
Thr
Gly Ser 3-PG
GAP
ETOH
E4P
S-7P
F-6P
G-6P
Ethanol
Acetat
Biomasse
Biomasse
Mitochondria
Cytosol
Biomasse
Biomasse
OAA
mit
AcCoAcyt
DHAP
v3
v2
Glycerin
v4
v27
v4
v12
v13
v30
v28
v31
v14
v19
v17
v15
v16
CIT
cyt
ICI
cyt
v26
v21
Glycerin
v8v9
v24v25
v23
GLYOX
v33
v5
v6
v6
v29
v1
v7
v10
SUC
v18
MAL
v20
v22
C1
Como a energia é 
armazenada na célula?
• Nas ligações fosfato da molécula de ATP.
• ATP = Adenosina trifosfato
• Armazena nas suas ligações fosfato a energia 
liberada na quebra do substrato.
• Quando a célula precisa de energia para 
realizar alguma reação química, as ligações 
entre os fosfatos são quebradas, energia é 
liberada e utilizada no metabolismo celular.
Processos de liberação de energia
• Aeróbios: Também chamado de respiração. 
Ocorre com a participação do oxigênio. Ele é 
o aceptor final de elétrons e hidrogênios. 
• Anaeróbios: Também chamado de 
fermentação. Acontece sem a utilização de 
oxigênio. Os aceptores finais dependem do 
tipo de fermentação.
• É o procedimento mais comum às células 
e compreende 3 etapas:
1) Glicólise e oxidação do piruvato à acetil-
CoA (quando o substrato é a glicose)
2) Ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs)
3) Cadeia respiratória
Respiração
Fermentação
• É o processo de oxidação incompleta de 
substâncias orgânicas com liberação de 
energia. É realizada principalmente por 
microrganismos.
• Existem diversos tipos de fermentação. No 
processo de fermentação o aceptor final de 
hidrogênios é o produto final.
• Uma implicação é o rendimento energético 
inferior: nenhum aceptor alternativo apresenta 
potencial tão oxidante quanto O2.
Tipos de fermentação e a respiração
Glicose  álcool etílico + CO2 + 2 ATP
Fermentação Alcoólica
Glicose  ácido acético + CO2 + 2 ATP
Fermentação Acética
Glicose + O2  CO2 + H2O + 32 ATP
Respiração
Glicose  ácido lático + 2 ATP
Fermentação Lática
Destino metabólico da glicose
Glicose
Glicogênio, amido, sacarose
armazenagem
Ribose-5-fosfato Piruvato
oxidação pela via glicolítica
oxidação pela via das 
pentoses fosfato
Glicólise
Sinônimos:
- via glicolítica 
- via de Embden-Meyerhof-Parnas
Glicólise
O que é?
Glicólise é a seqüência de reações que oxidam uma 
molécula de glicose a duas moléculas de piruvato 
havendo produção de energia na forma de ATP
C6 H1 2 O6
Glicose
glicólise
2 CH3 CCOO
-
Piruvato
+ 2 H+
O
Glycolysis tem a sua origem no grego em que 
glyk = doce + lysis = dissolução
Sua localização no 
mapa metabólico
Glicólise
Ocorre no citoplasma das células
Pode ocorrer 
em dois meios 
diferentes
Anaerobiose
Aerobiose
 O produto final é 
piruvato que 
posteriormente é 
fermentado em ácido 
láctico ou etanol
 O produto final é o 
piruvato que depois, 
por processos 
posteriores à glicólise, 
é oxidado em CO2 e 
H2O
Glicólise
- Obtenção de energia;
- Em organismos aeróbicos - primeiro passo para a 
oxidação completa da glicose;
- Fonte de intermediários biossintéticos.
Funções da glicólise
Relações da glicólise com outras 
vias metabólicas
• Enzimas e substratos 
comuns ao Via das 
Pentoses-Fosfato.
• O piruvato também tem 
origem na degradação de 
alguns aminoácidos.
• O glicerol é oxidado no Ciclo 
de Krebs passando pela Via 
Glicolítica.
• Os carbonos da di-
hidroxiacetona fosfato são 
utilizados na Síntese de 
Triacilgliceróis.
Glicose para piruvato
2 fases:
- gasto de ATP
- geração de ATP
• Fase Preparatória
• Ativação ou fosforilação da glicose
• 2 fosforilações
• Quebra de 1 hexose em 2 trioses
• ATP é investido para formar compostos com maior 
energia livre de hidrólise
• Fase do Pagamento
• Transformação do gliceraldeído-3-P em piruvato
• Armazenamento da energia livre na forma de ATP
• Apenas 5,2% da energia de oxidação da glicose foram 
liberados. O restante permanece nas moléculas de 
piruvato.
Glicose + Consumo de 2 ATP
2 Ácidos Pirúvicos + 4 H+ + Produção de 4 ATP
(2C3H4O3) 
2H+ são Transportados pelo NAD passando 
Para o estado reduzido de NADH
Obs: Consumo de 2 ATP e Produção de 4 ATP
Rendimento energético: 2 ATP
Fase preparatória (fase de investimento energético)
Nesta primeira fase 
temos:
- Utilização de ATP 
(2 Moléculas)
- Formação de duas 
moléculas de triose-P: 
dihidroxicetona 
fosfato e gliceraldeído 
3-P
Fase de pagamento (fase de geração de energia)
Nesta segunda fase 
temos:
-Formação de ATP
-Oxidação da 
molécula do 
gliceraldeído-3-P
-Redução do NAD+
-Formação de 
piruvato
• A necessidade glicolítica varia de acordo com os 
diferentes estados fisiológicos
• Há uma ativa degradação deste açúcar após uma 
refeição rica em carboidratos, assim como uma 
acentuada redução durante o jejum.
• Deste modo, o grau de conversão de glicose para 
o piruvato é regulado, por forma a satisfazer as 
necessidades celulares
Controle da Glicólise
Reação líquida
Glicólise
Glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD
+
2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Outros substratos para a glicólise
Oxidação do Piruvato
O piruvato pode seguir dois caminhos diferentes após a 
sua formação, dependendo das conduções do meio:
➢ Em condições anaeróbias:
Formam-se produtos de fermentação (etanol e CO2 no 
caso da fermentação alcoólica; ácido láctico na 
fermentação láctica)
➢Em condições aeróbias:
Forma-se o acetil-CoA que vai entrar no Ciclo de Krebs
Esquema Geral
Piruvato + NAD + CoA Acetil-CoA + NADH + H + CO2
I. O piruvato entra na mitocôndria
associado ao transportador do piruvato
II. Vai então ser oxidativamente descarboxilado por ação de 
um complexo multienzimático (piruvato desidrogenase)
associado à membrana interna da mitocôndria
Etapas da oxidação 
do piruvato (em condições aeróbias)
 
Enzimas Intervenientes
(complexo piruvato desidrogenase)
E1 – Piruvato desidrogenase – que contém a tiamina 
pirofosfato
E2 – Dihidrolipoil transacetilase – que tem o ácido lipóico 
ligado covalentemente à cadeia lateral de um resíduo 
de lisina
E3 – Dihidrolipoil 
desidrogenase – que tem 
uma flavoproteína (FAD)
( 4 coenzimas: TPP, CoA, 
NAD+ e FAD e o grupo 
prostético ácido lipóico)
Transformações Ocorridas
I. O piruvato começa por ser descarboxilado pela 
piruvato desidrogenase, formando-se o hidroxietil
mantendo-se ligado a tiamina pirofosfato
II. O hidroxietil, posteriormente, vai reagir com a 
lipoamida oxidada (grupo prostético da dihidrolipoil 
transcetilase), originando o acetil lipoamida
III. Este último, reagirá com a coenzima-A para 
constituir a acetil-coenzima A
IV. O ácido lipóico é reoxidado pela dihidrolipoil 
desidrogenase
Etapas gerais da 
oxidação 
do piruvato 
(em condições 
anaeróbias)
Fermentação
GLICÓLISE
Piruvato
Acetil-CoA
CADEIA RESPIRATÓRIA
CICLO DE 
KREBS
Acetaldeído
Etanol
C2H5OH
Ácido acético
CH3COOH
Ácido lático
C2H4OHCOOH
Sem O2 Sem O2O2
CO2
2NADH
2NAD+
2NAD+
2NADH
NADH
NAD+
Acetobactériasleveduras
Lactobacilos
músculos
Fermentação alcoólica
A levedura e outros 
microrganismos fermentam a 
glicose em etanol e CO2.
Equação geral
Glicose + 2ADP + 2Pi 
2 etanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2O
A piruvato descarboxilase está presente 
nas leveduras de cervejaria e padaria. O 
CO2 produzido na descarboxilação de 
piruvato pelas leveduras de cervejaria é o 
responsávelpela carbonatação 
característica das bebidas alcoólicas. Na 
panificação, o CO2 liberado provoca o 
aumento de volume da massa panificada.
Está ausente nos
tecidos de animais
vertebrados
Está presente em 
organismos que
sintetizam o
álcool
• O Ciclo de Krebs (assim denominado em 
homenagem ao bioquímico alemão Hans Krebs 
que estabeleceu, em 1937, as sequências de 
reações a partir de estudos preliminares), 
também chamado Ciclo do Ácido 
Tricarboxílico ou Ciclo do Ácido Cítrico, é a 
mais importante via metabólica celular. Ocorre 
sob a regência de enzimas mitocondriais, em 
condições de aerobiose, após a descarboxilação 
oxidativa do piruvato a acetil-CoA, após o final da 
glicólise.
Ciclo de Krebs
Ciclo do 
Ácido 
Cítrico
(1) A oxidação de ácidos graxos, 
glicose e alguns aminoácidos 
libera acetil-CoA
(2) A oxidação dos grupos acetil 
ocorre através do Ciclo do 
Ácido Cítrico onde são 
retirados e-
(3) Os e- transportados por NADH 
e FADH2 são introduzidos na 
cadeia transportadora de e-. O 
fluxo de e- fornece energia 
para a síntese de ATP
Catabolismo de proteínas, 
lipídios e carboidratos: 3 
estágios da respiração celular
O Ciclo de Krebs está associado a uma 
cadeia respiratória, ou seja, um complexo 
de compostos transportadores de prótons 
(H+) e elétrons (e-) que consomem o 
oxigênio (O2) absorvido por mecanismos 
respiratórios, sintetizando H2O e gerando 
ATPs através de um processo de 
fosforilação oxidativa.
Cadeia Respiratória
A acetil-CoA também é originária da degradação de 
ácidos graxos (β-oxidação) a partir da mobilização 
dos triglicerídeos armazenados no tecido adiposo 
e também de alguns dos aminoácidos originários 
da degradação das proteínas (alanina, cisteína, 
glicina, serina, isoleucina, leucina, lisina e 
fenilalanina).
Corpos cetônicos também podem ser degradados 
em acetil-CoA e aproveitados pelos músculos e 
neurônios.
Acetil-CoA
O Ciclo de Krebs inicia-se com a união de 
uma molécula de acetil-CoA (2C) com uma 
de oxalacetato (4C) gerando o citrato (6C)
que possui três carboxilas.
O Ciclo de Krebs pode ser dividido em oito 
etapas consecutivas:
Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs
▪ O Ciclo de Krebs libera os 2C iniciais como CO2, 
regenerando a molécula de oxalacetato, 
reiniciando o ciclo.
▪ Durante esta regeneração, são produzidos 4 
substratos altamente energético derivados das 
reações de desidrogenação: 3 NADH e 1 FADH2, 
além de 1 ATP no nível dos substratos.
Ciclo de Krebs
▪ O Ciclo de Krebs utilizando poucas moléculas do 
substrato oxalacetato pode converter uma 
quantidade enorme de acetil-CoA já que no final 
do ciclo, o oxalacetato se regenera e possibilita o 
a captação de nova molécula de acetil-CoA. 
▪ Desta forma, qualquer biomolécula que ao ser 
degradada forneça acetil-CoA (p.ex.: glicose, 
ácidos graxos, certos aminoácidos, etanol, ácido 
acético) é potencial “combustível” mitocondrial 
para a formação de ATP pelo Ciclo de Krebs. 
Ciclo de Krebs
A acetil-CoA disponível na mitocôndria possui vários 
destinos metabólicos, além do Ciclo de Krebs. 
Dentre eles os principais são:
1) dar início à síntese de ácidos graxos pela ação da enzima 
ácido graxo sintase (estimulada pela insulina);
2) duas moléculas podem condensar-se originando os 
corpos cetônicos;
3) pode ser incorporada, através de uma série de reações 
enzimáticas, em um núcleo ciclo-pentano-perhidro-
fenantreno, indo sintetizar o colesterol.
4) pode ser requerida para a síntese dos aminoácidos 
cetogênicos.
Controle do Ciclo de Krebs
Fosforilação Oxidativa
A energia liberada pelos elétrons, durante 
passagem destes pelos componentes da 
cadeia respiratória, é usada para a 
formação de um gradiente eletroquímico 
de prótons H+.
Forma de Síntese de ATP
Citoplasma Interior da mitocôndria
Balanço Energético da Respiração