Metabolismo de Carboidratos

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Bioquímica
Metabolismo de Carboidratos
Professora Ma. Elizabeth Josefi
Bioquímica
Respiração Celular
A respiração celular ocorre em algumas etapas, sendo que uma parte
ocorre no citosol e outra parte do processo é realizada no interior das
mitocôndricas.
Citosol: é o líquido que existe entre o núcleo e a membrana celular.
Mitocôndrias: são organelas celulares de formato esférico ou alongado
que apresentam uma membrana interna e uma membrana externa, sendo
que a membrana interna apresenta várias dobras, formando as cristas
mitocondriais.
Respiração Celular
A respiração celular é um processo aeróbico que degrada a glicose gera
água e gás carbônico, além de acumular energia na forma de ATP.
Bioquímica
Respiração Celular
Ao longo da respiração celular ocorrem inúmeras reações químicas
intermediárias:
Descarboxilação: Perda de CO2
Desidrogenação: Perda de átomos de hidrogênio.
Fosforilação: Formação de ATP.
Bioquímica
Respiração Celular
A respiração celular ocorre em três etapas: Glicólise, Ciclo de Krebs e 
Cadeia Respiratória.
Glicólise: Ocorre no citosol.
Ciclo de Krebs: Ocorre na Matriz Mitocondrial.
Cadeia Respiratória: Ocorre nas cristas mitocondriais.
Bioquímica
Glicólise
Acontece no citoplasma da célula.
Etapa anaeróbica da respiração
celular.
Glicose
C6H12O6
Frutose-1,6-bifosfato
2 x Piruvato
A glicose entra na 
célula com o 
auxílio da insulina
Investimento 
de energia
Balanço energético:
2 ATP – Utilizados
4 ATP – Produzidos
2 NADH – Produzidos
Saldo energético:
2 ATP
2ATP
2ADP
2NAD+
2NADH
4ADP
4ATP
São coenzimas 
que captam 
elétrons com alta 
energia e os 
transferem para 
outras substâncias
O NADH contém 
elétrons de alta 
energia e se 
transforma em 
NAD+ quando 
está sem estes 
elétrons.Animais e plantas em 
condições aeróbicas
(Ciclo do ácido cítrico)
Glicólise anaeróbica na 
contração muscular
Fermentação alcoólica 
anaeróbica
(em leveduras)
Bioquímica
Glicólise
Bioquímica
O controle da glicólise Glicose
Glicose-6-fosfato
Inibição por glicose-6-fosfato
Frutose-6-fosfato
Inibição por ATP
Frutose-1,6-bifosfato
Gliceraldeído-3-fosfato
Di-hidroxiacetonafosfato
Gliceraldeído-3-fosfato
1,3-bisfosfoglicerato
Etapa que necessita do 
NAD+ como aceptor de 
elétrons
3-fosfaglicerato
2-fosfaglicerato
Piruvato
Inibição por ATP
hexoquinase
fosfofrutoquinase
piruvatoquinase
Bioquímica
2 x Piruvato
Animais e plantas em 
condições aeróbicas
(Ciclo do ácido cítrico)
Glicólise anaeróbica na 
contração muscular
Fermentação alcoólica 
anaeróbica
(em leveduras)
Piruvato Lactato
Lactato 
desidrogenase
Importante nas hemácias, 
leucócitos e no músculo 
esquelético durante exercício 
intenso.
Piruvato 
𝑷𝒊𝒓𝒐𝒇𝒐𝒔𝒇𝒂𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒕𝒊𝒂𝒎𝒊𝒏𝒂 (𝑻𝒊𝒂𝒎𝒊𝒏𝒂−𝑷𝑷)
Acetaldeído
𝑵𝑨𝑫𝑯→𝑵𝑨𝑫+
Etanol + 𝑪𝑶𝟐
Ocorre em fungos e algumas bactérias (incluindo a flora intestinal).
𝑵𝑨𝑫𝑯 → 𝑵𝑨𝑫 +
Bioquímica
2 x Piruvato
Animais e plantas em 
condições aeróbicas
(Ciclo do ácido cítrico)
Glicólise anaeróbica na 
contração muscular
Fermentação alcoólica 
anaeróbica
(em leveduras)
Piruvato Acetil CoA
As moléculas de ácido pirúvico provenientes da degradação da glicose atravessam as membranas da mitocôndria
com o auxílio de uma proteína e alcançam a matriz mitocondrial. Na matriz mitocondrial encontram o complexo
piruvato desidrogenase que é um complexo multienzimático. Ele converte o piruvato, o produto final da glicólise, em
acetil CoA, o principal combustível para o ciclo de Krebs.
Bioquímica
Como o piruvato é convertido em acetil-coA?
Bioquímica
Ciclo de Krebs:
Ocorre na matriz mitocondrial.
As duas moléculas de acetil-CoA ingressam
no ciclo de Krebs.
NADH e FADH2
Transportadores de elétrons.
GTP – Guanosina Trifosfato.
Bioquímica
Ciclo de Krebs
1. Condensação da acetil-CoA com o oxaloacetato. A etapa inicial do
ciclo do ácido cítrico é a condensação do acetil−CoA com o oxalacetato
para formar citrato e CoA livre, em reação irreversível catalisada pela
citrato−sintase.
A citrato-sintase é inibida pelo ATP, NADH, succinil−CoA e ésteres
acil−CoA graxos. A velocidade de reação é determinada pela
disponibilidade de acetil−CoA e do oxaloacetato.
Bioquímica
Ciclo de Krebs
2. Isomerização do citrato em isocitrato via cis−aconitato.
A aconitase catalisa a isomerização reversível do citrato e do isocitrato,
por meio do intermediário cis−aconitato.
Bioquímica
Ciclo de Krebs
3. Descarboxilação oxidativa do isocitrato para formar α-
cetoglutarato, o primeiro NADH e CO2.
Na etapa seguinte, o isocitrato é oxidado a α−cetoglutarato pela enzima
alostérica isocitrato−desidrogenase−NAD+−dependente. Junto à oxidação
ocorre a perda simultânea de CO2 (remoção do grupo β-carboxílico).
A enzima necessita Mg2+ ou Mn2+ e é ativada pelo ADP e inibida pelo ATP
e NADH.
Bioquímica
Ciclo de Krebs
4. Oxidação e descarboxilação do α−cetoglutarato para formar
succinil−CoA, o segundo NADH e CO2.
A conversão do α−cetoglutarato em um composto de “alta energia”, a
succinil−CoA, é catalisada pelo complexo enzimático α
−cetoglutarato−desidrogenase. A reação produz a segunda molécula de
CO2 e o segundo NADH do ciclo. O complexo é inibido pelo ATP, GTP,
NADH, succinil−CoA e Ca2+.
Bioquímica
Ciclo de Krebs
5. Clivagem da succinil−CoA com formação de GTP.
A succinil−CoA−sintetase (succinato−tiocinase) hidrolisa a ligação tioéster
de “alta energia” da succinil−CoA para formar succinato. A energia
liberada é conservada como trifosfato de guanosina (GTP) produzida a
partir de GDP + Pi, em uma fosforilação ao nível do substrato. O teor
energético do GTP é equivalente ao do ATP.
Em presença da nucleosídio−difosfato−cinase e Mg2+, o GTP é convertido
reversivelmente em ATP:
Bioquímica
Ciclo de Krebs
6. Oxidação do succinato para formar fumarato e FADH2.
O succinato é oxidado a fumarato pela succinato−desidrogenase. Essa
enzima necessita de flavina adenina dinucleotídio (FAD) ligada
covalentemente.
A succinato−desidrogenase é fortemente inibida competitivamente pelo
malonato e ativada pelo ATP, fósforo inorgânico e succinato.
Bioquímica
Ciclo de Krebs
7. Hidratação da liga dupla do fumarato para formar malato e o
terceiro NADH.
O fumarato é hidratado a L−malato pela enzima fumarase. A enzima é
estereoespecífica e catalisa a hidratação da dupla ligação trans do
fumarato.
Bioquímica
Ciclo de Krebs
8. Oxidação do malato a oxaloacetato.
A reação final do ciclo é catalisada pela malato-desidrogenase com a
formação de oxaloacetato e NADH. A posição de equilíbrio dessa reação
está deslocada quase totalmente para a síntese do L−malato (ΔG°′= +29,7
kJ·mol−1). Entretanto, a rápida remoção do oxaloacetato pela citrato
sintase para a formação de citrato, possibilita a oxidação do malato.
Bioquímica
A Energia do Ciclo do Ácido Cítrico
O ciclo do ácido cítrico é a via oxidativa terminal para a maioria dos
combustíveis metabólicos (piruvato, aminoácidos e ácidos graxos).
Os dois carbonos do grupo acetila que participam do ciclo são oxidados
completamente a CO2 e H2O.
A energia liberada por essas oxidações é conservada na forma de três
NADH, um FADH2 e uma molécula de GTP (ou ATP).
Bioquímica
O Controle do Ciclo do Ácido Cítrico
O controle do ciclo é feito em 3 pontos.
3 enzimas dentro do ciclo possuem um
papel regulador.
Também há um controle de acesso
ao ciclo pela piruvato desidrogenase.
Bioquímica
Glicólise + Ciclo de Krebs
Oxidação de 1 molécula de glicose
2 ATP 2 CO2 2 GTP  2 ATP
2 NADH 2 NADH 6 NADH
2 Ácido Pirúvico (Piruvato) 2 FADH2
4 CO2
Glicólise 
produziu:
Piruvato Acetil-coA
produziu:
Ciclo de Krebs
produziu:
Bioquímica
Catabolismo:
1º Estágio: As moléculas nutrientes complexas são quebradas em unidades menores.
(Proteínas  aminoácidos; carboidratos  monossacarídeos; lipídios não esteroides 
ácidos graxos + glicerol)
2º Estágio: Os produtos do primeiro estágio são transformados em unidades simples
comoa acetil-coA.
3º Estágio: A acetil-coA é oxidada no ciclo do ácido cítrico a CO2 enquanto as
coenzimas NAD+ e FAD são reduzidas a NADH e FADH2. As coenzimas reduzidas
transferem seus elétrons ao O2 na fosforilação oxidativa produzindo H2O e ATP.
Bioquímica
Catabolismo:
Açúcares
Ácidos graxos
Aminoácidos
Entram em suas vias
Metabólicas específicas
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
A degradação de moléculas nutrientes gera um número reduzido de
moléculas de ATP diretamente pela fosforilação ao nível do substrato.
As etapas oxidativas produzem ATP indiretamente. Isso ocorre pela
reoxidação das coenzimas NADH e FADH2 formadas pela oxidação de
macromoléculas e que transfere seus elétrons para o O2 por meio da
cadeia mitocondrial de transporte de elétrons.
A cadeia é formada por complexos proteicos localizados na membrana
mitocondrial interna e ligados firmemente a grupos prostéticos capazes
de aceitar e doar elétrons.
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa - Estrutura 
mitocondrial
Os processos de liberação e conservação da maior parte de energia livre
nas células aeróbicas são realizados nas mitocôndrias.
A mitocôndria é formada por duas membranas com diferentes
propriedades e funções biológicas.
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa - Estrutura 
mitocondrial
A membrana externa lisa é composta de lipídeos (fosfolipídeos e
colesterol) e proteínas, com poucas funções enzimáticas e de transporte.
Contêm unidades da proteína porina, que formam canais transmembrana
onde ocorre a livre difusão de vários íons e de moléculas pequenas.
A membrana interna é praticamente impermeável e apresenta
dobramentos, conhecidos como cristas mitocondriais.
O interior da mitocôndria é preenchido por uma substância viscosa e é
chamada de matriz mitocondrial.
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
Bioquímica
Transporte de Elétrons e 
Fosforilação Oxidativa
Complexo I:
NADH-Ubiquinona oxirredutase catalisa a
transferência de elétrons
do NADH para a coenzima Q (CoQ).
Este complexo é parte integral da membrana
mitocondrial interna e inclui, entre outras
subunidades, várias proteínas que contêm um centro
ferro-enxofre e a flavoproteína que oxida
o NADH.
FMN – flavina mononucleotídeo.
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
Complexo II: 
Succinato-ubiquinona oxirredutase, também catalisa a 
transferência de elétrons para a coenzima Q.
Contudo sua fonte de elétrons difere do substrato oxidável (NADH) utilizado pela 
NADH-CoQ oxirredutase.
Neste complexo, o substrato é o succinato, vindo do ciclo do ácido cítrico, que é oxidado 
a fumarato por uma flavoenzima. É o segundo ponto de entrada de é na cadeia 
respiratória.
Os outros componentes do complexo II são um citocromo tipo b e duas proteínas ferro-
enxofre.
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
Complexo III: 
CoQH2-citocromo c oxirredutase catalisa a oxidação da coenzima Q reduzida (CoQH2).
Os componentes desse complexo incluem dois citocromos do tipo b, o citocromo c e 
várias proteínas ferro-enxofre.
Complexo IV:
Citocromo c oxidase, catalisa as etapas finais do transporte de elétrons, a transferência 
dos elétrons do citocromo c para o oxigênio.
Neste ponto vemos a presença do oxigênio – metabolismo aeróbico.
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
Diminuição da [H+]
Aumento do pH
Aumento da [H+]
Diminuição do pH
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
É necessário um complexo proteico separado dos 
complexos de transporte de elétrons para ligar a 
oxidação e a fosforilação.
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
A porção proteica que se estende pela membrana é
chamada de F0. A porção que se projeta para a matriz
é chamada de F1. A esfera F1 é o sítio ativo da síntese
de ATP.
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
Todo o complexo proteico é chamado de ATP 
sintase.
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
Compostos conhecidos como desacopladores inibem 
a fosforilação do ADP sem afetar o transporte de
elétrons. Ex: 2,4-dinitrofenol e antibióticos como
valinomicina e gramicidina.
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
O mecanismo de acoplamento quimiosmótico
foi completamente embasado na diferença
da concentração de prótons entre o espaço
intermembranas e a matriz de uma mitocôndria
em respiração ativa.
Os prótons fluem de volta para a matriz pelos
canais de íons da ATP sintase: a porção F0.
O fluxo de prótons é acompanhado pela
formação de ATP que ocorre na
unidade de F1.
ATP sintase
Bioquímica
Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
A característica marcante do acoplamento
quimiosmótico é a ligação direta do
gradiente de prótons com a reação de
fosforilação.
A produção de ATP:
NADH = 2,5 ATP
FADH2 = 1,5 ATP
ATP sintase
Bioquímica
Retomando:
Oxidação de 1 molécula de glicose
2 ATP 2 CO2 2 GTP  2 ATP
2 NADH 2 NADH 6 NADH
2 Ácido Pirúvico (Piruvato) 2 FADH2
4 CO2
OBS: A glicólise ocorre no citosol; os 2 NADH produzidos na glicólise não entraram na cadeia de transporte de
elétrons porque não podem cruzar a membrana mitocondrial interna.
Produção de ATP: 2 ATP + 2ATP + (8 NADH x 2,5 ATP) + (2 FADH2 x 1,5 ATP)
FORAM PRODUZIDAS 27 MOLÉCULAS DE ATP
Glicólise 
produziu:
Piruvato Acetil-coA
produziu:
Ciclo de Krebs
produziu:
Bioquímica
O que acontece com os 2 NADH produzidos na glicólise?
Os elétrons destes 2 NADH podem ser transferidos para um transportador 
que atravesse a membrana mitocondrial interna.
Um sistema transportador que foi extensivamente estudado é o circuito
glicerol-fosfato. Esse mecanismo usa uma enzima dependente de FAD
presente na face externa da membrana mitocondrial interna que oxida o
glicerol fosfato.
Esse mecanismo foi observado no músculo e cérebro de mamíferos.
Bioquímica
O que acontece com os 2 NADH produzidos na glicólise?
O FADH2 produzido na matriz mitocondrial
transfere seus elétrons para a cadeia
transportadora de elétrons.
Produção final de ATP pelo circuito
glicerol fosfato:
27 + (2 NADH  2FADH2 x 1,5 ATP)
30 
ATP
Bioquímica
O que acontece com os 2 NADH produzidos na glicólise?
Um mecanismo de transporte mais complexo e mais eficiente é o circuito
malato-aspartato, detectado no rim, no fígado e no coração de
mamíferos.
Esse mecanismo baseia-se no fato de que o malato pode atravessar a
membrana mitocondrial, enquanto o oxaloacetato não.
O ponto interessante é que a transferência de elétrons do NADH no citosol
também produz NADH na mitocôndria.
Bioquímica
O que acontece com os 2 NADH produzidos na glicólise?
O NADH que é produzido na
matriz mitocondrial transfere
seus elétrons para a cadeia
transportadora de elétrons.
Produção final de ATP pelo
circuito malato-aspartato:
27 + (2 NADH x 2,5 ATP)
32 
ATP
Bioquímica