Processos Biológicos De onde vem a energia para as celulas

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PROCESSOS BIOLÓGICOS
CAPÍTULO 3 - DE ONDE VEM A ENERGIA
PARA AS CÉLULAS FUNCIONAREM?
Nícolas Murcia / Vinicius Canato Santana
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Introdução
Nas unidades anteriores, abordamos as principais macromoléculas e processos biológicos que ocorrem nas
células, os quais possibilitam nossa sobrevivência. Entretanto, para que todos esses processos ocorram, as
células necessitam de energia. Você já parou para pensar de onde vem a energia que as células utilizam para
sobreviver? De onde vem a energia que nosso organismo necessita para realizar nossas atividades diárias, como
caminhar, escovar os dentes e ir ao trabalho? A resposta para essas questões é simples: nossa energia vem da
quebra dessas macromoléculas e sua oxidação completa, até a formação de CO (gás carbônico) e (H O) água.
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Nós obtemos lipídios, monossacarídeos e aminoácidos a partir da nossa alimentação ou do consumo dos
estoques do próprio organismo.
Para entendermos de forma mais simples, os aminoácidos, monossacarídeos e lipídios que ingerimos na nossa
alimentação são macromoléculas complexas, compostas por muitos átomos de carbono. A energia liberada, na
forma de elétrons, durante a quebra dessas macromoléculas, e, consequente, a formação de moléculas menores,
pode ser utilizada para a síntese do ATP (adenosina trifosfato). O ATP possui ligações, que quando hidrolisadas
(quebradas) têm a capacidade de transferir grande quantidade de energia livre, funcionando como uma “moeda
energética” da célula (RODWELL, 2017).
Nosso organismo é capaz de utilizar a energia armazenada em ligações do ATP para realizar diversos processos
celulares e reações químicas que necessitam de energia. Há uma rede bastante complexa que descreve o
conjunto de reações químicas que ocorrem em nossas células. O conjunto dessas reações químicas é conhecido
como metabolismo. Nosso metabolismo funciona como um sistema que engloba dois processos distintos: o
catabolismo e o anabolismo. Marzzoco (2015) desenvolve alguns conceitos sobre o tema:
Metabolismo - pode ser definido como o conjunto de transformações que as substâncias químicas sofrem no
interior dos organismos vivos, ou seja, todos os processos de síntese e degradação dos nutrientes na célula.
Catabolismo - geralmente, pode ser definido como a quebra de macromoléculas em compostos menores, com
liberação de energia.
Anabolismo - ocorre síntese de compostos mais complexos, a partir de moléculas mais simples, geralmente
envolvendo o consumo de energia.
Nesse capítulo, iremos estudar as principais reações, ou conjunto de reações, chamadas de vias metabólicas,
envolvidas com produção de energia, degradação e síntese de macromoléculas no organismo humano. Aprender
sobre essas reações irá ajudá-lo a entender melhor como nosso corpo se comporta no estado de jejum e no
estado alimentado. Além disso, você terá subsídios para responder a algumas questões, tais como: acumulamos
gordura quando exageramos na alimentação? Por que o exercício físico auxilia na perda de peso? Como somos
capazes de regular a concentração de glicose na corrente sanguínea, mesmo em jejum?
Esperamos que você aproveite o conteúdo apresentado neste capítulo. Bons estudos!
3.1. Glicólise e gliconeogênese
Como você viu, nossas células produzem ATP a partir da energia liberada pela quebra de ligações químicas de
macromoléculas. Em linhas gerais, as macromoléculas (monossacarídeos, ácidos graxos e aminoácidos), que
possuem muitos átomos de carbono, podem ser quebradas em compostos mais simples. Esses vão sendo
oxidados, em diversas reações que ocorrem em sequências, chamadas de . Como exemplo,vias metabólicas
podemos citar a glicose, o principal monossacarídeo da nossa dieta. Nossas células iniciam a quebra da glicose
por meio da Glicólise e, posteriormente, finalizam sua oxidação no Ciclo do ácido cítrico ou Ciclo de Krebs. Essa
oxidação completa dá origem ao CO
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, que será eliminado em nossa respiração. Ainda, possibilita a formação
direta de ATP para as células e origina carreadores (coenzimas), ativados como NADH (nicotinamida adenina
dinucleotídeo) e FADH
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 (flavina adenina dinucleotídeo). Esses últimos irão doar essa energia (na forma de
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dinucleotídeo) e FADH
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 (flavina adenina dinucleotídeo). Esses últimos irão doar essa energia (na forma de
ligações químicas) durante um processo chamado de Cadeia Respiratória, que conta com a participação do
oxigênio como aceptor final dos elétrons.
Na Cadeia Respiratória, ocorre a transferência da energia dessas ligações químicas de “baixa energia” do NADH e
FADH
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 para ligações de “alta energia”, possibilitando a síntese do ATP.
Por outro lado, quando estamos em um estado de jejum, e nossos estoques de glicose estão baixos, nosso
organismo é capaz de produzir novas moléculas de glicose a partir de compostos não glicídicos, num processo
chamado de . Essa é uma importante forma de regular a concentração sanguínea de glicose,gliconeogênese
chamada de glicemia, visto que alguns órgãos funcionam quase exclusivamente por meio de glicose.
Agora, assista a videoaula abaixo.
https://cdnapisec.kaltura.com/p/1972831/sp/197283100/embedIframeJs/uiconf_id/30443981/partner_id
/1972831?iframeembed=true&playerId=kaltura_player_1552397764&entry_id=1_fox9xucs
Antes de darmos início ao estudo das vias metabólicas propriamente ditas, precisamos definir alguns conceitos
sobre esses carreadores e moléculas energéticas, NADH, FADH e ATP. Fique atento ao próximo tópico!
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3.1.1. ATP (adenosina trifosfato)
O ATP é formado por três grupos fosfato e uma adenina ligada a uma ribose (formando uma adenosina). Em
especial, os dois últimos fosfatos da cadeia são de alta energia, e, quando suas ligações sofrem hidrólise (quebra),
ocorre a liberação de um fosfato inorgânico (Pi) para o meio, ou, então, um grupo fosfato pode ser transferido
para algum composto, formando-se o ADP e energia livre. O ATP é a principal “moeda energética” das células,
para que moléculas de ATP sejam formadas se faz necessário unir um ADP e um Pi por meio da energia gerada
pela quebra das macromoléculas, como monossacarídeos e lipídios. Uma vez formado o ATP, a célula poderá
utilizar a energia armazenada nessas ligações entre os grupos fosfato de alta energia para realizar processos
bioquímicos que necessitam de energia. Quando uma molécula de ATP sofre hidrólise, e um Pi é liberado, uma
grande quantidade de energia livre poderá ser transferida para outra molécula, tornando possível diversos
processos celulares, que até então eram termodinamicamente desfavoráveis.
VOCÊ QUER VER?
Você sabe quanto os processos metabólicos celulares são complexos? Acesse o site <
> e explore um pouco a grandiosidade de reaçõeshttp://biochemical-pathways.com/#/map/1
químicas que ocorrem em nossas células. Você vai se surpreender!
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Figura 1 - Estrutura da molécula de ATP. Em vermelho destaca-se uma das ligações de alta energia entre os 
fosfatos.
Fonte: Adaptada de Harvey (2015, p. 73).
Talvez você já tenha ouvido falar no ATP, porém NADH e FADH podem ser conceitos novos para você. Vamos
2
explorar o que são essas moléculas? Mantenha-se atento e siga em frente!
3.1.2. NADH e FADH2
NAD+ e FAD+ são agentes oxidantes, ou seja, que tem a capacidade de receber elétrons e agem como coenzimas
em diversas reações químicas envolvendo desidrogenases (enzimas que removem hidrogênios). Muitas vezes
esses elétrons são recebidos acoplados a um átomo de hidrogênio (H). Esses átomos de hidrogênio liberados
podem ser captados pelo NAD+ e FAD+. Estes então passam a ser chamados de NADH e FADH (NAD+ é capaz de
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receber um átomo de Hidrogênio e FAD+, dois). Veremos mais adiante que NADH e FADH doam seus elétrons
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sob a forma de átomos de hidrogênio. Esses, por sua vez, irão reagir com oxigênio, em um processo chamado de
Fosforilação Oxidativa, culminando com a síntese de ATP (RODWELL, 2017).
Isso não é fantástico? Na imagem a seguir, visualize a forma reduzida e oxidada de NAD+/NADH. O mesmo
raciocínio serve para FAD e FADH .
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Figura2 - Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+ / NADH). À esquerda da figura, observamos a forma 
oxidada de NAD+, já à direita a forma reduzida de NADH. Destaca-se em vermelho o sítio de ligação ao átomo de 
hidrogênio (H).
Fonte: OpenStax (2019).
Você sabe por que as vitaminas B3 e B2 são importantes?
Fique atento e aprenda mais sobre essas vitaminas.
Em breve, iremos iniciar o estudo sobre uma das principais vias metabólicas envolvidas com produção de
energia em nosso organismo: a Glicólise. Entretanto, você sabe como os carboidratos da alimentação (doces,
massas, grãos, frutas e laticínios, por exemplo) chegam até nossas células? Fique atento!
VOCÊ SABIA?
NAD+ e FAD+ são compostos derivados de vitaminas! As vitaminas niacina (vitamina B3) e
riboflavina (vitamina B2), são precursores de NAD+ e FAD+, respectivamente. A ingestão
adequada desses compostos na dieta auxilia na manutenção do metabolismo energético do
organismo. O consumo inadequado desses compostos pode levar a doenças graves! As
vitaminas do complexo B são muito importantes para a saúde. Conheça mais sobre elas, lendo
o texto Vitaminas Hidrossolúveis (GONÇALVES, 2013).
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3.1.3. Digestão e absorção de carboidratos
O processo de digestão e absorção de carboidratos se inicia pela boca, com a ação da mastigação e de enzimas
chamadas de amilase. Elas digerem o amido, polissacarídeo de origem vegetal encontrado em grãos, massas, etc.
A ação da amilase continua no intestino delgado. Lá também há outras enzimas, como sacarase e lactase, que
degradam os dissacarídeos sacarose e lactose, deixando os monossacarídeos frutose, glicose e galactose na sua
forma isolada. A glicose presente no amido e na sacarose é o principal carboidrato da nossa dieta. Dessa forma
isolada, os monossacarídeos são absorvidos pelas células intestinais e são direcionados para a corrente
sanguínea, podendo chegar aos músculos, fígado e cérebro, principalmente. Nas células os monossacarídeos,
inclusive a glicose, precisam de auxílio de transportadores específicos chamados de GLUT, pois eles não se
difundem livremente pela membrana plasmática. Esses transportadores de membrana são classificados como
GLUT-1 a GLUT-14 e possuem certa especificidade tecidual (HARVEY, 2015). Clique nos itens a seguir e aprenda
mais sobre o tema.
• 
O GLUT-3 é o principal transportador da glicose no sistema nervoso central.
• 
Já o GLUT-4 é abundante no tecido adiposo, coração e no músculo esquelético.
• 
O GLUT-2, encontrado no fígado, pode tanto transportar a glicose para dentro dessas células
(quando os níveis de glicose no sangue estão altos) quanto transportar a glicose das células para o
sangue (quando os níveis sanguíneos de glicose estiverem baixos, por exemplo, no jejum).
As células do tecido hepático, neurônios e eritrócitos não necessitam de insulina para transportar a glicose. Já as
células que têm GLUT-4, como tecido adiposo e músculos, necessitam da insulina para que o transportador seja
capaz de internalizar a glicose (NAVALE; PARANJAPE, 2016). A insulina é um hormônio produzido pelo
pâncreas, quando a concentração de glicose no sangue se eleva. Quando produzida, sensibiliza as células
musculares e adipócitos a captar glicose, removendo-a da corrente sanguínea. Outro hormônio, também
produzido pelo pâncreas, glucagon, tem efeito contrário, estimulando a liberação de moléculas de glicose para a
corrente sanguínea, quando a glicemia começa a baixar. Essa liberação ocorre principalmente em condições de
jejum, pela quebra do glicogênio hepático. A manutenção da glicemia é fundamental para nosso organismo, visto
que alguns órgãos, como o cérebro, necessitam de um aporte constante de glicose para sua manutenção.
Vamos dar início ao estudo da via glicolítica, uma das vias metabólicas mais importantes em nosso organismo!
3.1.4. Glicólise
A Glicólise é um processo que ocorre integralmente no citoplasma celular e pode ser definida como a quebra de
moléculas de glicose (6 carbonos) em 2 moléculas de piruvato (um composto mais simples de 3 carbonos). De
acordo com Nelson (2014):
Na glicólise (do grego glykys, “doce” ou “açúcar”, e lysis, “quebra”), uma molécula de glicose é
degradada em uma série de reações catalisadas por enzimas, gerando duas moléculas do composto
de três átomos de carbono, o piruvato. Durante as reações sequenciais da glicólise, parte da energia
livre da glicose é conservada na forma de ATP e NADH (NELSON, 2014, p. 544).
Na verdade, a Glicólise é um conjunto de dez reações químicas, que possui como produto final duas moléculas de
piruvato. Ainda, durante essas reações químicas são liberados ATP e NADH. O ATP pode ser imediatamente
utilizado pela célula como fonte de energia. Já o NADH seguirá para a fosforilação oxidativa quando houver
oxigênio disponível. Classicamente, as cinco primeiras reações da via glicolítica são chamadas de Fase de
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oxigênio disponível. Classicamente, as cinco primeiras reações da via glicolítica são chamadas de Fase de
, sendo que ao custo de 2 moléculas de ATP, ocorre a fosforilação da e sua conversão a Preparação glicose 
. Já as cinco últimas reações são chamadas de , pois ocorre agliceraldeído-3-fosfato Fase de Pagamento
conversão oxidativa do em e formação de 4 ATPs e 2 NADH. Na imagemgliceraldeído-3-fosfato piruvato
abaixo, pode ser observada uma representação esquemática da Glicólise.
Figura 3 - Representação esquemática de Glicólise. Perceba que há uma divisão didática em Fase de Preparação e 
Fase de Pagamento.
Fonte: Adaptada de Marzzoco (2015, p. 120).
No objeto interativo abaixo, você poderá aprender mais sobre etapas da Glicólise. Acompanhe!
Um ponto importante a ser observado, é que o saldo líquido de moléculas de ATP é igual a dois (2 ATP). Isso se
deve ao fato de que embora sejam produzidas quatro moléculas de ATP (4 ATPs) durante as etapas finais, duas
moléculas de ATP (2 ATPs) são consumidas nas etapas iniciais de preparação. Essas duas moléculas são
essenciais para a ativação da molécula de glicose, o que possibilita o início da glicólise. Na imagem abaixo, temos
um resumo das moléculas consumidas e produzidas na glicólise.
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Figura 4 - Resumo da via glicolítica, na parte superior os compostos consumidos e na parte inferior os compostos 
produzidos.
Fonte: Elaborada pelo autor (2018).
Os demais monossacarídeos da dieta, galactose e frutose, que representam a minoria dos carboidratos
consumidos diariamente, são convertidos em grande parte no fígado, em intermediários da glicólise e assim são
oxidados na via. A galactose é convertida em glicose 6-fosfato e a frutose é convertida a di-hidroxiacetona fosfato
e gliceraldeído 3-fosfato. Ambos produtos formados seguem a via glicolítica.
3.1.5. Destinos do Piruvato
Após a produção de Piruvato, essa molécula pode ter três destinos. Clique nas abas abaixo e aprenda mais sobre
o tema.
Destino 1
Em tecidos com disponibilidade de oxigênio, a glicólise é apenas a primeira etapa de oxidação completa da
glicose. Nesses tecidos, o piruvato irá sofrer uma descarboxilação (perder um carbono), na forma de CO , dando
2
origem ao Acetil-CoA. Esse processo ocorre na mitocôndria e direciona o Acetil-CoA para o Ciclo de Krebs para
sua oxidação completa. Iremos abordar o Ciclo de Krebs mais adiante.
Destino 2
Em tecidos com restrição de oxigênio (hipóxia), como, por exemplo, o músculo em contração vigorosa, o piruvato
será reduzido a lactato por meio da fermentação láctica. Nesse processo, o NADH produzido durante a glicólise,
pode ser reoxidado a NAD+, e desse modo a célula consegue continuar realizando glicólise. Essa é a chamada
glicólise anaeróbia que ocorre em nosso organismo. Esse processo é pouco eficiente, o rendimento de energia (2
ATP por glicose) é muito menor frente ao que pode ser obtido pela oxidação completa do piruvato, passando
pelo Ciclo de Krebs (cerca de 30 ATP por glicose).
Destino 3
Principalmente em microrganismos como leveduras, na fabricação de cerveja e pão, o piruvato é convertido, em
VOCÊ QUER VER?
Assistaao vídeo - SUPER EASY, para umaSteps of Glycolysis Reactions Explained - Animation
experiência incrível! Nesse vídeo, você irá visualizar de uma maneira baste interativa as
moléculas envolvidas em cada reação da glicólise. Disponível em: <https://www.youtube.com
>./watch?v=uWOURkrxpH4
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Principalmente em microrganismos como leveduras, na fabricação de cerveja e pão, o piruvato é convertido, em
condições de hipóxia, em etanol e CO
2
, um processo chamado de fermentação alcoólica (NELSON, 2014).
Até agora, pudemos perceber o papel fundamental da glicose no metabolismo. Alguns tecidos dependem, quase
exclusivamente, da glicose para produção de energia. São exemplos desses órgãos o cérebro, eritrócitos,
testículos e medula renal. Somente o cérebro consome em média 120 g de glicose/dia! Essa quantidade
representa mais da metade das moléculas de glicose que temos estocadas na forma de glicogênio hepático e
muscular (NELSON, 2014).
Em períodos de jejum, nosso organismo precisa suprir a necessidade de moléculas de glicose,
independentemente dos estoques de glicogênio. Nosso organismo é capaz de regular a glicemia basicamente
através de dois processos. Um deles é a Glicogenólise, quebra do glicogênio em glicose e liberação para corrente
sanguínea. O outro é a Gliconeogênese! Temos a capacidade de produzir novas moléculas de glicose a partir de
compostos não glicídicos (que não são carboidratos). Em nossa corrente sanguínea, mesmo após um período de
jejum, ou exercício físico prolongado, a concentração plasmática de glicose, chamada de glicemia, é sempre
mantida dentro de um faixa ideal. A via metabólica chamada de Gliconeogênese é capaz de produzir novas
moléculas de glicose a partir do piruvato e outros compostos. Vamos conhecer mais sobre a Gliconeogênese?
3.1.6. Gliconeogênese
Essa é uma via bioquímica que em mamíferos ocorre majoritariamente no fígado e utiliza quase o mesmo
aparato enzimático da glicólise.
Após as refeições, a absorção dos alimentos faz aumentar a glicemia (concentração de glicose
plasmática). Neste período, a liberação de insulina pelo pâncreas permite a absorção de glicose por
todos os tecidos. Gradativamente, a glicemia diminui e, ao ser atingido um nível basal, ocorre uma
alteração na secreção pancreática: a insulina é substituída por glucagon. Este hormônio estimula a
degradação do glicogênio hepático e a liberação de glicose do fígado mantém a glicemia basal. No
entanto, a reserva hepática de glicogênio é limitada e insuficiente para manter níveis glicêmicos
normais além de 8 horas de jejum. Depois deste período, a contribuição do glicogênio hepático
decresce, ao mesmo tempo em que é acionada outra via metabólica de produção de glicose: a
gliconeogênese (MARZZOCO, 2015, p. 174).
As principais moléculas precursoras para a síntese de novas moléculas de glicose são: lactato, glicerol e
VOCÊ QUER LER?
A fadiga muscular relacionada ao exercício muscular intenso é associada às cãibras, por muitos
esportistas. Essa associação é equivocadamente realizada com base no excesso de ácido lático
produzido, a partir do lactato, em condições de exercício físico extenuante, em que o músculo
não é suprido por oxigênio adequadamente. Ou seja, alguns praticantes de exercícios atribuem
suas câimbras ao ácido lático acumulado nos músculos após um exercício extenuante. Acesse o
site e leia o texto produzido por Bordoni e Varacallo, intitulado (CãibrasMuscleCramps
Musculares, do inglês). Descubra as verdadeiras causas dessa condição! Disponível em: <
>.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK499895/
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As principais moléculas precursoras para a síntese de novas moléculas de glicose são: lactato, glicerol e
aminoácidos. Há três pontos, das dez reações da glicólise, que se faz necessário a realização de um “contorno”.
Isso se deve ao fato de que sete enzimas catalisam reações reversíveis, tanto na glicólise quanto na
gliconeogênese, porém, três delas catalisam reações irreversíveis, sendo necessária ação de outras enzimas para
que o processo ocorra. Abaixo temos uma imagem que compara as etapas da glicólise e gliconeogênese. Observe
que alguns pontos da glicólise utilizam enzimas diferentes das reações correspondentes da gliconeogênese:
• Glicose – Glicose 6-fosfato;
• Frutose 6-fosfato – Frutose 1,6-bifosfato;
• Fosfoenolpiruvato – Piruvato.
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Figura 5 - Etapas da glicólise (setas pretas) e gliconeogênese (setas azuis). As setas vermelhas mostram as 
necessidades energéticas da gliconeogênese.
Fonte: Harvey (2015, p. 121).
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Para que novas moléculas de glicose se formem, a primeira reação que precisa ocorrer é a conversão de piruvato
a fosfoenolpiruvato. Na glicólise, o fosfoenolpiruvato é convertido a piruvato pela enzima piruvato-cinase, porém
essa enzima não é capaz de realizar a reação contrária. Sendo assim, ao passo que na glicólise, em apenas uma
reação o fosfoenolpiruvato é convertido em piruvato, na gliconeogênese, são necessárias duas reações para
converter o piruvato em fosfoenolpiruvato (número 1 e 2 em azul, na imagem acima). É necessário o transporte
do piruvato do citoplasma para a mitocôndria, pois aí se encontram as enzimas que catalisam a reação. Uma vez
na mitocôndria, o piruvato sofre ação da piruvato-carboxilase (1), e é convertido em oxaloacetato. Em seguida, o
oxaloacetato é convertido em fosfoenolpiruvato (2) pela fosfoenolpiruvato-carboxicinase. Cada uma dessas duas
reações consome um fosfato de alta energia, sendo gastos, ao todo, duas dessas moléculas, por piruvato formado.
Ao passo que na glicólise, a conversão de fosfoenolpiruvato em piruvato gerou apenas um ATP por piruvato. O
segundo desvio refere-se à etapa de fosforilação da frutose-6-fosfato pela fosfofrutocinase-1 (número 3 em azul
na imagem acima). A geração de frutose-6-fosfato a partir de frutose-1,6-bifosfato é catalisada por uma enzima
diferente, a frutose-1,6-bifosfatase. Por fim, o terceiro contorno é a reação final da gliconeogênese, a
desfosforilação da glicose-6-fosfato para formar glicose (número 4 em azul na imagem acima). O inverso da
reação da hexocinase e catalisado pela glicose-6-fosfatase.
Como visão geral, é possível converter piruvato em moléculas de glicose novamente, porém esse processo é
desfavorável energeticamente para a célula, em outras palavras, a célula gasta mais energia para realizar a
gliconeogênese, do que efetivamente a glicólise forneceu.
Como dito anteriormente, além do piruvato há outros precursores para síntese de glicose. De acordo com
Marzzoco (2015) esses compostos podem ser de diferentes tipos. Clique nas abas e confira!
Glicerol
O glicerol produto da quebra de triacilglicerol nos adipócitos é utilizado pelo fígado para
produzir glicose. A fosforilação do glicerol pela glicerol-cinase, seguida pela oxidação do
carbono central pela glicerol 3-fosfato-desidrogenase, gera di-hidroxiacetona-fosfato,
intermediário da gliconeogênese no fígado.
Lactato
O lactato produzido pela glicólise nos eritrócitos ou no músculo em anaerobiose (por
exemplo, em exercício vigoroso) é transportado pela corrente sanguínea até o fígado, em um
processo conhecido como Ciclo de Cori. No citoplasma dos hepatócitos ele é convertido em
piruvato pela ação da lactato-desidrogenase. O piruvato produzido segue a via gliconeogênica
descrita acima.
Aminoácidos
No fígado, grande parte dos aminoácidos são convertidos em piruvato e outros
intermediários da gliconeogênese. Um dos mais importantes é a alanina, que através da
remoção de seu grupo amino (desaminação), no interior das mitocôndrias dos hepatócitos,
produz diretamente moléculas de piruvato. Este então segue a via gliconeogênica descrita
acima. Outro aminoácido relevante para gliconeogênese é a glutamina, que é convertida até
oxalacetato e posteriormente em fosfoenolpiruvato. O catabolismo de aminoácidos será
melhor detalhado nas próximas seções.
Acompanhe, na imagem abaixo, os precursores não glicídicos na gliconeogênese hepática.
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Figura 6 - Precursores não glicídicos na gliconeogênesehepática. Lactato é convertido em piruvato; muitos 
aminoácidos são catabolizados, direta ou indiretamente, em piruvato; glicerol e convertido em Di-
hidroxiacetona-fosfato.
Fonte: Elaborada pelo autor (2019).
A seguir, leia o caso clínico e compreenda na prática o que foi estudado até o momento.
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Nossos estudos sobre a glicólise e gliconeogênese nos permitiram até agora saber que nosso organismo é capaz
de produzir ATP e coenzimas (NADH), a partir da glicólise. Além disso, aprendemos que, em situações de jejum,
nosso organismo é capaz de sintetizar novas moléculas de glicose a partir de outros compostos. No próximo
tópico, vamos dar início ao estudo sobre o Ciclo de Krebs e Fosforilação Oxidativa. Esse conjunto de reações
CASO
Homem de 56 anos vai à consulta médica de acompanhamento do diabetes tipo 1 que tem
desde os 12 anos e sempre foi tratada com o uso de insulina. Relata sentir tremores e sudorese
às 2 horas da madrugada com açúcar sanguíneo muito baixo, na ordem de 40 mg/dL. Sua
esposa relata sentir um hálito com leve cheiro de acetona. Entretanto, nota que pela manhã, ao
levantar em jejum, os níveis de açúcar no sangue estão altos, mesmo sem ingerir qualquer
carboidrato. Seu médico explicou que os níveis altos de açúcar ao amanhecer eram o resultado
de processos bioquímicos em resposta à hipoglicemia noturna. Essa pessoa apresenta a
manifestação clássica do efeito de Somogyi, que se constitui em hiperglicemia ao acordar em
jejum como resposta à hipoglicemia na madrugada e ao amanhecer. A recomendação médica
foi que o paciente reduzisse a dose noturna de insulina que tomava e monitorasse a glicemia
na madrugada e ao acordar, pela manhã, por alguns dias. A conduta surtiu efeito positivo, com
melhora dos sintomas.
Feedback: O fígado é um órgão altamente especializado que desempenha um papel central no
metabolismo da glicose do corpo todo. Durante os períodos de grande disponibilidade de
glicose, o fígado aumenta a captação, o armazenamento e a utilização de glicose. De maneira
oposta, quando a disponibilidade de glicose exógena diminui (por exemplo, durante o jejum
noturno) o fígado aumenta a produção de glicose, auxiliando a manter os níveis sanguíneos de
glicose. O fígado usa dois mecanismos para a produção endógena de glicose, a mobilização do
glicogênio intracelular (glicogenólise) e a síntese de glicose a partir de outros precursores que
não os carboidratos (gliconeogênese). A insulina é secretada pelas células β das ilhotas do
pâncreas durante períodos de alta disponibilidade de glicose. Esse hormônio peptídico ajuda a
diminuir a glicose sanguínea para a faixa normal ao estimular a glicogênese e a glicólise e, ao
mesmo tempo, inibir a glicogenólise e a gliconeogênese. Por outro lado, a secreção de glucagon
pelas células α das ilhotas do pâncreas é estimulada quando a disponibilidade de glicose
sanguínea reduz. O glucagon tem como alvo primário o metabolismo hepático da glicose,
aumentando a produção de glicose (via gliconeogênese e glicogenólise). Além disso, da mesma
maneira que o glucagon, a secreção de adrenalina aumenta durante os períodos de baixa
disponibilidade de glicose. O diabetes tipo 1 é causado por uma deficiência severa ou total na
produção de insulina. Essa doença, também conhecida como diabetes de aparecimento
precoce, é geralmente causada por destruição autoimune de células β pancreáticas. A falta de
insulina, somada aos níveis elevados de glucagon e adrenalina, leva a uma alta taxa de
liberação de glicose pelo fígado, mantida pela β-oxidação dos ácidos graxos. Essa alta taxa de β-
oxidação de ácidos graxos resulta em uma produção excessiva de corpos cetônicos e
cetoacidose subsequente. O tratamento do diabetes tipo 1 envolve o monitoramento regular
dos níveis de glicose no sangue e a administração de insulina. A terapia com insulina associada
com o jantar leva a uma diminuição nos níveis de glicose no sangue. Essa baixa glicemia
dispara a liberação dos hormônios contrarregulatórios, glucagon e adrenalina, estimulando
assim a produção hepática de glicose. Inadvertidamente, isso resulta em níveis elevados de
glicose ao amanhecer (o efeito Somogyi).
Fonte: adaptado de TOY, E., C. et al. 3 ed. AMGH, 2016, p. 227-Casos Clínicos em Bioquímica.
233.
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nosso organismo é capaz de sintetizar novas moléculas de glicose a partir de outros compostos. No próximo
tópico, vamos dar início ao estudo sobre o Ciclo de Krebs e Fosforilação Oxidativa. Esse conjunto de reações
permite a oxidação completa de carboidratos, aminoácidos e lipídios.
Antes de seguirmos em frente, vamos testar seu conhecimento sobre os princípios gerais da gliconeogênese?
Para tanto, realize a atividade proposta abaixo.
Para dar sequência aos seus estudos, fique atento ao tema a seguir: Cliclo de Krebs e cadeia respiratória.
3.2. Ciclo de Krebs e Cadeia respiratória
Quando nossas células estão em condições aeróbias e oxidam os combustíveis orgânicos dióxido de carbono e
água, a glicólise é apenas a primeira etapa para a oxidação completa da glicose. Quando nessas condições, o
piruvato produzido pela glicólise é convertido em Acetil-CoA (um composto central no metabolismo energético)
e posteriormente oxidado a H O e CO com consumo de Oxigênio. A esse processo damos o nome de Respiração
2 2 
Celular. Veremos que o primeiro passo para continuação da oxidação do piruvato é o Ciclo de Krebs, também
chamado de Ciclo do Ácido Cítrico.
Segundo Nelson (2014), a respiração celular acontece em três estágios principais:
No primeiro, moléculas combustíveis orgânicas – glicose, ácidos graxos e alguns aminoácidos – são
oxidadas para produzirem fragmentos de dois carbonos, na forma do grupo acetil da acetil-coenzima
A (acetil-CoA). No segundo estágio, os grupos acetil entram no ciclo do ácido cítrico, que os oxida
enzimaticamente a CO ; a energia liberada é conservada nos transportadores de elétrons reduzidos
2
NADH e FADH . No terceiro estágio da respiração, estas coenzimas reduzidas são oxidadas, doando
2
prótons (H ) e elétrons. Os elétrons são transferidos ao O – o aceptor final de elétrons – por meio de+
2
uma cadeia de moléculas transportadoras de elétrons, conhecida como cadeia respiratória (NELSON,
2014, p. 633).
- -16
Figura 7 - Processo geral da respiração celular, pelo qual, macromoléculas são oxidadas totalmente em CO2 e 
H2O, com produção de ATP. Entre parênteses está destacado o número de carbonos de cada composto e em 
vermelho as etapas de saída de NADH/FADH2.
Fonte: Adaptada de Nelson (2014, p. 634).
O piruvato, produto final da glicólise, deve ser transportado para o interior da mitocôndria antes que possa
entrar no Ciclo de Krebs. Esse transporte é efetuado por um transportador específico para o piruvato, que o
ajuda a cruzar a membrana mitocondrial interna. Uma vez na matriz, o piruvato é convertido em acetil-CoA pelo
complexo da piruvato-desidrogenase, um complexo formado por três enzimas (HARVEY, 2015). A ação do
complexo enzimático ocorre na membrana interna da mitocôndria e a conversão de Piruvato em Acetil-CoA
libera um CO e um NADH num processo de descarboxilação.
2
Figura 8 - Reação de conversão realizada pelo complexo da piruvato desidrogenase. Destacado em rosa são os 
- -17
Figura 8 - Reação de conversão realizada pelo complexo da piruvato desidrogenase. Destacado em rosa são os 
átomos removidos do piruvato que formam o CO2. Em verde, Coenzima A que irá se ligar ao Acetil (molécula de 
dois carbonos que resulta da remoção de CO2), formando Acetil-CoA.
Fonte: Adaptada de Nelson (2014, p. 634).
Agora, assista a videoaula abaixo e amplie seus conhecimentos sobre o tema.
https://cdnapisec.kaltura.com/p/1972831/sp/197283100/embedIframeJs/uiconf_id/30443981/partner_id
/1972831?iframeembed=true&playerId=kaltura_player_1552398066&entry_id=1_ud57w06j
Veremos nos próximos tópicos que os lipídios também podem ser convertidos em Acetil-CoA, e o mesmo ocorre
com alguns aminoácidos. Outros aminoácidos vão dar origem a compostos intermediários do Ciclo de Krebs.Por
enquanto, vamos focar nas reações que ocorrem no Ciclo de Krebs, e posteriormente vamos abordar de forma
integrada como os diferentes combustíveis orgânicos alimentam o ciclo.
Agora que já sabemos de onde vem o composto de partida para o Ciclo de Krebs, vamos explorar um pouco mais
as reações que permitem a oxidação completa do Acetil-CoA? Fique atento!
3.2.1. Ciclo de Krebs
O Ciclo de Krebs, ou Ciclo do Ácido Cítrico, ocorre nas mitocôndrias e se inicia pela condensação do acetil (2
carbonos), proveniente do Acetil-CoA, com oxaloacetato (4 carbonos) para formar citrato (6 carbonos). Essa
reação é catalisada pela enzima citrato-sintase e possui caráter irreversível (RODWELL, 2017).
VOCÊ QUER LER?
Um cofator importante para o complexo da piruvato-desidrogenase na conversão de piruvato
em Acetil-CoA é a Tiamina Pirofosfato (TPP). Ele é sintetizado a partir da vitamina tiamina
(vitamina B1). Deficiências de tiamina na dieta podem levar a uma doença grave chamada de
Beribéri. Entre as causas associadas à deficiência de tiamina, destaca-se a alimentação
monótona, com base no consumo de arroz polido, e consumo excessivo de bebidas alcoólicas.
Os sinais e sintomas que inicialmente são leves como insônia, nervosismo, irritação, fadiga,
perda de apetite e energia e evoluem para quadros mais graves como paralisia, edema de
membros inferiores, dificuldade respiratória e cardiopatia. Para saber mais, leia o texto
Deficiência de Tiamina como Causa de Cor Pulmonale Reversível. Disponível em: <http://www.
>.scielo.br/pdf/abc/v91n1/a13v91n1.pdf
- -18
Figura 9 - Reação de condensação entre Acetil-CoA e Oxaloacetato formando Citrato, primeiro composto do Ciclo 
de Krebs. Reação catalisada pela enzima citrato-sintase, consumindo uma molécula de água e liberando a 
coenzima A para o meio.
Fonte: Nelson (2014, p. 640).
Após a formação do citrato, ocorre uma série de reações que levam a liberação de dois CO , três NADH, um ATP e
2
um FADH . Após essa sequência de reações forma-se novamente um oxaloacetato, pronto para ser condensado
2
novamente com um novo Acetil-CoA. O processo é um tanto quanto lógico, visto que um composto com quatro
carbonos (oxaloacetato) se condensa com outro, de dois carbonos (Acetil-CoA), formando um composto de seis
carbonos (citrato). Então, após duas descarboxilações, volta a se formar um composto com quatro carbonos
novamente (oxaloacetato).
Navegue pelo objeto interativo abaixo e aprenda mais sobre o Ciclo de Krebs. Confira!
Chegamos então ao final do Ciclo de Krebs, no qual a partir da oxidação de um Acetil-CoA pode-se obter, 3 NADH,
1 FADH , 1 ATP e 2 CO . O ATP poderá ser utilizado como fonte de energia pela célula, já as moléculas de NADH e
2 2
FADH serão posteriormente direcionados para a cadeia respiratória, para síntese de mais moléculas de ATP.
2
Agora, vejamos se você compreendeu os conceitos mais importantes sobre o Ciclo de Krebs. Para isso, resolva
com atenção a atividade proposta na sequência.
Pudemos verificar até agora a capacidade de nossas células em metabolizar carboidratos, especialmente, a
VOCÊ O CONHECE?
Você sabe por que o Ciclo de Krebs recebe esse nome? Ele se deve a Hans Krebs, médico e
bioquímico alemão (1900-1981). Ele foi o grande responsável por desvendar a sequência das
reações do Ciclo do Ácido Cítrico. Essa descoberta lhe rendeu o prêmio Nobel de Fisiologia ou
Medicina em 1953 (compartilhado com Fritz Lipmann). Para conhecer mais sobre a história e
os feitos desse cientista fantástico acesse: <https://www.nobelprize.org/prizes/medicine
>./1953/krebs/biographical/
- -19
Pudemos verificar até agora a capacidade de nossas células em metabolizar carboidratos, especialmente, a
glicose, em uma via metabólica chamada de glicólise. O piruvato, produto da glicólise, é convertido em Acetil-CoA
que avança para o Cliclo de Krebs e é totalmente oxidado. Não devemos esquecer que pela glicólise são
produzidas duas moléculas de piruvato. Portanto, a partir de uma glicose, conseguimos “girar” o Ciclo de Krebs
duas vezes.
Então, temos que:
• Da glicólise: são liberados 2 ATPs (4 liberados, menos 2 consumidos) e 2 NADH.
• Da descarboxilação do piruvato e síntese de acetil-CoA: 2 NADH (uma para cada piruvato).
• Do Ciclo de Krebs (2 voltas): 2 ATP (ou GTP),6 NADH,2 FADH .
2
• No total, a partir de uma glicose: 4 ATP, 10 NADH, 2 FADH .
2
Iniciamos este capítulo enfatizando a importância do ATP como fonte de energia para as células. Fica claro que,
até agora, foram produzidas moléculas de ATP efetivamente, certo? Entretanto, para onde se destinam e qual a
finalidade das coenzimas oxidadas NADH e FADH ?
2
Elas são direcionadas para a cadeia respiratória, nas mitocôndrias. Veremos que a partir de uma molécula de
glicose poderemos aumentar o número de moléculas de ATP produzidas para algo em torno de 30 ATPs, muito
mais do que os 4 ATPs já produzidos. Fique atento ao próximo tema.
3.2.2. Cadeia respiratória
A Cadeia Respiratória é basicamente a combinação de eventos que ocorrem em dois processos: Cadeia
transportadora de elétrons e Fosforilação oxidativa. A Fosforilação oxidativa é precedida pela transferência de
elétrons provenientes de NADH e FADH através da Cadeia transportadora de elétrons. Basicamente, para que a
2,
Fosforilação oxidativa ocorra é necessária uma força, chamada de próton-motriz. Essa força só é formada graças
a Cadeia de transportadora de elétrons.
Vamos recordar que um átomo de hidrogênio é composto por um próton (no núcleo com carga positiva) e um
elétron (na periferia com carga negativa). Aquilo que chamamos de H , na verdade, não é um átomo de+
hidrogênio completo, mas, sim, apenas o próton. É possível, também, que o hidrogênio exista na forma de um íon
com carga negativa, chamado de hidreto, que possui um próton e dois elétrons ( H ).: -
Figura 10 - Hidrogênio na sua forma atômica neutra (ao centro) e íon hidreto (a direita).
Fonte: Naming [s.d].
A maior parte dos elétrons transportados pela cadeia de transporte de elétrons é proveniente da doação dos
elétrons de íons hidretos ( H ) removidos do NADH, que ao perderem seus dois elétrons, se tornam prótons (H ),: - +
e são bombeados para fora da matriz mitocondrial. Esse bombeamento de prótons gera uma diferença de
concentração entre a matriz e o espaço intermembrana. Isso faz com que os H retornem a matriz por meio de+
canais específicos, fornecendo a energia necessária para a síntese de ATP.
Vamos entender melhor como esses processos ocorrem?
• Cadeia transportadora de elétrons: é formada por um conjunto de quatro complexos de transporte 
•
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•
•
- -20
• Cadeia transportadora de elétrons: é formada por um conjunto de quatro complexos de transporte 
inseridos na membrana interna da mitocôndria. Os complexos I e II catalisam a transferência de elétrons 
para a ubiquinona (coenzima Q, ou apenas “Q”) a partir de dois doadores de elétrons diferentes: NADH 
(complexo I) e succinato-FADH (complexo II). O complexo III carrega elétrons da ubiquinona reduzida 
2
para o citocromo c, e o complexo IV completa a sequência, transferindo elétrons do citocromo c para o O . 
2
Os complexos, I, III e IV, além de funcionarem como transportadores de elétrons, atuam também como 
bombeadores de prótons (H+) da matriz mitocondrial para o espaço intermembrana (RODWELL, 2017).
• Fosforilação oxidativa: De acordo com o modelo quimiosmótico proposto por Peter Mitchell,
[...] a energia eletroquímica inerente à diferença de concentração de prótons e a separação de cargas
através da membrana mitocondrial interna – a força próton-motriz – impulsiona a síntese de ATP, à
medida que os prótons fluem passivamente de volta à matriz, por meio de um poro para prótons na
ATP-sintase (NELSON, 2014, p. 747).
A ATP-sintase (também chamada de complexo F F ) é a enzima que catalisa a formação de ATP, a partir de ADP
0 1
+ Pi. Em outras palavras, os prótons que foram bombeados para o espaço intermembrana, retornam para a
matriz. Durante sua passagem pela ATP-sintase, acoplada a membranainterna, eles fornecem a energia livre
necessária para síntese de moléculas de ATP.
Na figura a seguir, podemos observar que o início da Cadeia transportadora de elétrons ocorre com a
transferência de elétrons para o Complexo I e Complexo II pelo NADH e FADH , respectivamente. NADH e FADH
2 2
são provenientes do Ciclo de Krebs e outros processos metabólicos, como a glicólise. Concomitante a essa
transferência há bombeamento de H para fora da matriz, a partir dos Complexos I, III e IV.+
•
•
VOCÊ QUER LER?
Os compostos de cianeto são utilizados em diferentes setores da indústria, sendo a maior parte
utilizada na produção de tecidos, plásticos e fármacos. Uma pequena parte também é utilizada
na indústria de mineração. Pode ser quimicamente sintetizado, mas também é encontrado em
plantas naturalmente! Em 1924, um composto a base de cianeto, chamado de Zyklon B, foi
desenvolvido, inicialmente utilizado como pesticida. Porém, esse composto passou a ser
utilizado como arma química em campos de concentração na Alemanha Nazista. O cianeto
bloqueia a cadeia transportadora de elétrons, podendo levar a morte indivíduos expostos a
elevadas concentrações desse composto. Leia o texto A avaliação dos efeitos tóxicos do cianeto
, e aprenda mais sobre esse composto.e do tiocianato no período perinatal. Estudo em ratos
Disponível em: <http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/10/10133/tde-21052007-
>.171727/publico/Altair_Benedito_Sousa.pdf
- -21
Figura 11 - Etapas da Cadeia transportadora de elétrons e Fosforilação oxidativa. As setas indicam o fluxo de 
transporte dos elétrons e o bombeamento de H+.
Fonte: Oxidative [s.d.]
Esses primeiros elétrons que chegam ao Complexo I e II são transferidos para a Coenzima Q, que, por sua vez,
através do Complexo III os transfere para o citocromo c. Por fim, o citocromo c transfere esses elétrons ao
Complexo IV. Em conjunto com átomos de oxigênio (que será o aceptor final desses elétrons) e H da matriz+ 
mitocondrial, esses elétrons irão possibilitar a síntese de moléculas de H O no Complexo IV. Os H bombeados
2
+
para o espaço intermembrana, irão retornar pelo poro da ATP-sintase e fornecer a energia necessária para a
síntese de ATP a partir de ADP + Pi, num processo chamado de Fosforilação Oxidativa.
A força próton-motriz, gerada a partir da oxidação completa de uma molécula de glicose durante a glicólise
aeróbica é suficiente para formar muitas moléculas de ATP. A razão entre ATP sintetizado é de cerca de 2,5
quando os elétrons entram na cadeia respiratória pelo complexo I, e 1,5 quando os elétrons entram através da
ubiquinona (Complexo III) (NELSON, 2014). Sendo assim cada NADH rende 2,5 ATP e cada FADH rende 1,5
2
ATP. Retomando o raciocínio da quantidade de ATP gerado por molécula de glicose completamente oxidada,
VOCÊ QUER VER?
Assista ao vídeo e visualize o processo de transporte Electron Transport Chain [HD Animation] 
dos elétrons pelos complexos I – IV e a síntese de ATP (fosforilação oxidativa). Disponível em: <
>.https://www.youtube.com/watch?v=G3Y2Ig3YTL0
- -22
ATP. Retomando o raciocínio da quantidade de ATP gerado por molécula de glicose completamente oxidada,
temos que:
Figura 12 - Quantidade de ATP formado na oxidação da glicose e seus intermediários.
Fonte: Elaborado pelo autor (2018).
Nessa seção, você aprendeu que a partir dos doadores de elétrons iniciais NADH e FADH gera-se um fluxo de
2
elétrons pelos complexos I, II, III e IV, o que resulta no bombeamento de prótons através da membrana
mitocondrial interna. Esse bombeamento torna a matriz mitocondrial alcalina em relação ao espaço
intermembrana (ácido, rico em prótons H ). Esse gradiente de prótons fornece a energia (na forma de força+
próton-motriz) para a síntese de ATP a partir de ADP e Pi pela ATP-sintase.
3.3. Metabolismo de lipídios e corpos cetônicos
Até o momento, vimos que a glicose é um importante combustível energético para nosso organismo. Através
dela, nossas células realizam a glicólise, o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa, produzindo ATP. Entretanto,
além da glicose, é possível produzir ATP, a partir dos ácidos graxos. Os ácidos graxos são os lipídios mais
abundantes em nosso organismo.
Eles são estocados na forma de triacilglicerol em nossos adipócitos. Os ácidos graxos são formados por longas
cadeias carbônicas e por meio da união de três ácidos graxos à uma molécula de glicerol, forma-se o
triacilglicerol. Em alguns órgãos como coração, os ácidos graxos fornecem até 80% da energia necessária para as
células (NELSON, 2014).
A partir dos ácidos graxos, podemos obter Acetil-CoA, e ele será oxidado no Ciclo de Krebs. O processo pelo qual
os ácidos graxos são convertidos em Acetil-CoA chama-se β-oxidação. Além disso, o Acetil-CoA obtido pode ser
convertido em outros compostos, como os corpos cetônicos.
Em condições de baixas concentrações de glicose no sangue, e síntese de corpos cetônicos pode suprir parte da
necessidade cerebral por glicose. A β-oxidação e o metabolismo de corpos cetônicos serão nossos próximos
objetos de estudo.
Agora, assista a videoaula abaixo e amplie seus conhecimentos sobre o tema.
https://cdnapisec.kaltura.com/p/1972831/sp/197283100/embedIframeJs/uiconf_id/30443981/partner_id
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Antes de iniciarmos o conteúdo de metabolismo dos ácidos graxos, vamos explorar como eles são digeridos,
absorvidos e transportados em nosso organismo.
3.3.1. Digestão, absorção e transporte de lipídios
Basicamente, há três formas de obtenção de lipídios pelas células: obtêm gorduras na dieta, mobilizam gorduras
armazenadas em tecidos especializados (tecido adiposo, consistindo em células chamadas adipócitos) e, no
fígado, convertem o excesso dos carboidratos da dieta em gordura para a exportação aos outros tecidos
(NELSON, 2014). A absorção de lipídios provenientes da dieta se inicia no intestino, com ação dos sais biliares e
enzimas lipases que convertem as gorduras da dieta (na forma de triacilgliceróis) em glicerol e ácidos graxos
livres para serem absorvidos. Eles são absorvidos e convertidos novamente em triacilgliceróis, incorporados em
quilomícrons e transportadas para diversos órgãos pela corrente sanguínea e sistema linfático. Ao chegar aos
tecidos periféricos, enzimas lipase presentes nos capilares sanguíneos, converte os triacilgliceróis em ácidos
graxos livres e glicerol, para que os mesmos sejam absorvidos pelas células. Nas células, eles podem ser
consumidos na produção de energia (como nos músculos) ou serem estocados na forma de triacilgliceróis
novamente (como nos adipócitos). A imagem abaixo ilustra esse processo.
Figura 13 - Digestão, absorção e transporte de lipídios provenientes da dieta.
Fonte: Nelson (2014, p. 668).
Em situações de jejum, ou quando a glicemia começa a baixar, há liberação do hormônio pancreático glucagon.
- -24
Em situações de jejum, ou quando a glicemia começa a baixar, há liberação do hormônio pancreático glucagon.
Nesse cenário, há ativação de enzimas lipases no tecido adiposo (hormônio sensíveis) que fazem a quebra de
triacilgliceróis em ácidos graxos livres e glicerol. Os ácidos graxos são liberados do adipócito para a corrente
sanguínea, onde se liga a proteína plasmática albumina. Ligados a essa proteína solúvel os ácidos graxos são
transportados aos órgãos como coração e músculo. Já o glicerol, liberado pela ação das lipases é utilizado como
precursor da gliconeogênese no fígado. Aproximadamente 95% da energia disponível nos triacilgliceróis se
concentra nos ácidos graxos e apenas 5% no glicerol (NELSON, 2014).
Uma vez transportados pela membrana plasmática, os ácidos graxos livres (provenientes da dieta ou dos
estoques do tecido adiposo) chegam ao citoplasma das células. Entretanto, as enzimas necessárias para a
degradação de ácidos graxos nas células encontram-se nas mitocôndrias. Os ácidos graxosmais comuns em
nosso organismo possuem 16 átomos de carbono ou mais (ex. ácido palmítico, 16 carbonos, e ácido esteárico, 18
carbonos), e não conseguem passar pela membrana mitocondrial livremente. Portanto, se faz necessária uma
série de reações através do Ciclo da Carnitina. O ácido graxo é inicialmente convertido em Acil-CoA graxo. Nesse
processo, o ácido graxo é ligado a uma coenzima A pela ação da enzima acil-coa sintetase com consumo de 1 ATP.
Figura 14 - Conversão de um Ácido Graxo em um Acil-CoA graxo.
Fonte: Construída pelo autor, adaptada de Baggot [s.d].
A membrana interna da mitocôndria é impermeável a Acil-CoA graxo, por isso através da ligação a uma molécula
de Carnitina, ele consegue ser transportado para a matriz mitocondrial, voltando a sua forma original de Acil-
CoA graxo posteriormente, liberando a Carnitina para realizar outros transportes. Sendo assim a Carnitina
desempenha papel essencial no metabolismo dos ácidos graxos para produção de energia (MARZZOCO, 2015).
Uma vez na matriz mitocondrial pode-se iniciar a β-oxidação, na qual a cadeia do ácido graxo (agora acil-CoA
graxo) poderá ser oxidada.
- -25
A β-oxidação, ou Ciclo de Lynen, é um processo de oxidação dos ácidos graxos que ocorre na matriz
mitocondrial. Muitos tecidos utilizam ácidos graxos como fonte de produção de energia na forma de ATP, como,
por exemplo, os músculos e coração. O Cérebro e as hemácias não utilizam lipídios, fazendo uso exclusivamente
de carboidratos para produção de energia.
Graças ao transporte, com auxílio de Carnitina, o Acil-CoA, agora no interior da matriz mitocondrial, sofrerá uma
série de reações que culminarão com a formação de múltiplas moléculas de Acetil-coA, com liberação de FADH
2
e NADH. Segundo Marzzoco (2015, p. 198), “Esta via consta de uma série cíclica de quatro reações, ao final das
quais a acil-CoA é encurtada de dois carbonos, que são liberados sob a forma de Acetil-CoA, com produção de
FADH e NADH”.
2
O objeto abaixo você poderá aprender outros aspectos relacionados ao Ciclo de Lynen ou β-oxidação. Fique
atento e confira!
Sendo assim, perceba que, em cada volta do ciclo de Lynen, há produção de 1 FADH , 1 NADH, 1 acetil-CoA e 1
2
acil-CoA com dois átomos de carbono a menos que o ácido graxo original. Sempre que o número de átomos de
carbono do ácido graxo for par, a última volta do ciclo de oxidação inicia-se com uma acil-CoA de quatro
carbonos. Neste caso, são produzidas 2 acetil-CoA (além de FADH e NADH). O número de voltas percorridas por
2
um Acil-CoA graxo dependerá do número de carbonos que ele possui. Os ácidos graxos com número ímpar de
carbonos (menos comuns em nossa dieta) possuem um mecanismo extra para a última volta no clico de Lynen,
quando restam 3 carbonos na cadeia. Para aprender mais sobre o tema, sugerimos que você consulte as
indicações de leitura deste tópico.
Vamos tomar como exemplo o ácido palmítico, um ácido graxo de 16 carbonos. São necessárias sete voltas no
ciclo, gerando um total de 8 Acetil-CoA, já que na última volta formam-se duas moléculas de Acetil-CoA.
Assumindo que no Ciclo de Krebs sejam formados 3 NADH, 1 FADH e 1 ATP por Acetil-CoA oxidado, nesse caso,
2
temos o resultado final apresentado no quadro abaixo.
VOCÊ SABIA?
Você sabia que algumas pessoas utilizam suplementos a base de Carnitina para perder peso?
Será que isso é eficiente?
A Carnitina é um composto produzido pelo próprio organismo, a partir dos aminoácidos lisina
e metionina, sendo considerado um micronutriente não essencial. Alguns indivíduos fazem uso
de suplementos a base de Carnitina (L-carnitina ou derivados), buscando acelerar a perda de
peso ou melhorar desempenho esportivo. De acordo com a International Society of Sports
, em uma publicação recente (KERKSICK, 2018), esse assunto ainda é um tantoNutrition
quanto controverso no meio científico, não havendo consenso entre o real benefício da
suplementação de Carnitina para perda de peso e/ou melhora no rendimento esportivo.
Leia o texto que se encontra no link abaixo e saiba mais sobre esse assunto e sobre outros
suplementos comumente utilizados por praticantes de esportes! Disponível em: <https://www.
>.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6090881/
- -26
Quadro 1 - Quantidade de ATP formado na oxidação (β-oxidação e ciclo de Krebs) do ácido palmítico e seus 
intermediários.
Fonte: Elaborado pelo autor (2018).
Fica evidente que o rendimento em mols de ATP é muito maior a partir de uma molécula de ácido graxo do que a
partir de uma molécula de glicose. Mesmo que esse ácido graxo tivesse apenas 6 carbonos (o mesmo número de
carbonos que a glicose) ainda assim, seriam produzidos mais ATPs que os 32 produzidos pela oxidação total da
glicose.
A seguir, você estudará acerca da síntese de ácidos graxos. Além disso, também conhecerá sobre o metabolismo
de corpos cetônicos. Fique atento!
3.3.2 Síntese de ácidos graxos e Metabolismo de corpos cetônicos
Como visto até agora, o Acetil-CoA é um composto chave nos processos metabólicos celulares. A partir dele é
possível produzir energia na forma de ATP, porém ele também pode ser utilizado para síntese “de novo” de
macromoléculas. De forma geral, a célula poderá se deparar com um excesso de Acetil-CoA em duas situações
quase que opostas: 1) Quando ingerimos muito carboidrato e 2) quando estamos em jejum prolongado.
1. Ingestão elevado de carboidratos na dieta: em dietas muito ricas em carboidratos, a glicólise irá levar a
produção de muitas moléculas de piruvato, que serão descarboxiladas a acetil-CoA e endereçadas ao ciclo de
Krebs. Ao se unir com oxaloacetato, formam citrato em grande quantidade. O excesso de citrato por sua vez inibe
a continuação do ciclo de Krebs, através da inibição das enzimas que participam do ciclo. Além disso, nessas
condições há um balanço elevado de NADH e ATP nas células o que favorece esse processo. Com isso o excesso
de citrato passa a ser deslocado para o citoplasma das células, onde é convertido em Acetil-CoA e então servirá
como base para síntese de ácidos graxos, alongando a cadeia de dois em dois carbonos (MARZZOCO, 2015). Esse
processo de síntese ocorre majoritariamente no fígado, e então os ácidos graxos são enviados ao tecido adiposo,
pela corrente sanguínea, para serem armazenados na forma de triacilglicerol (gordura). O Acetil-CoA serve ainda
como precursor para síntese de colesterol. Ele é produzido em partes pelo nosso organismo e em partes obtido
da dieta. Embora seja um componente importante para nosso organismo, altos índices de colesterol,
especialmente o colesterol LDL, são associados a doenças cardiovasculares (SORAN, 2017).
- -27
Figura 15 - Mecanismo de síntese de ácidos graxos a partir do excesso carboidratos da dieta.
Fonte: Elaborada pelo autor (2018).
2. Em caso de ingestão limitada de nutrientes, principalmente de carboidratos (como num estado de jejum
prolongado ou em dietas restritivas), mediante a liberação do hormônio glucagon nosso corpo inicia um
processo de lipólise (quebra dos triacilgliceróis acumulados na forma de gordura) e liberação acentuada de
ácidos graxos livre. Nesse sentido, o metabolismo dos ácidos graxos se acelera, dada a alta disponibilidade
desses compostos nas células. Nas mitocôndrias das células hepáticas, esse catabolismo acentuado de ácidos
graxos, gera muitas moléculas de Acetil-CoA. Nessa situação, ocorre a conjugação de 3 Acetil-CoA em um
composto chamado de Acetoacetato. Esse composto poderá ser exportado do fígado para corrente sanguínea, e
ser utilizado como fonte de energia (sendo quebrado em acetil-CoA novamente) por outros órgãos como
músculo e cérebro. Particularmente, o Acetoacetato é importante para o cérebro, pois, ele é produzido quando o
organismo está em escassez de glicose, podendo ser uma forma alternativa de produção de energia para o
sistema nervoso, já que esse não faz uso de lipídios. Do Acetoacetato, deriva a acetona, um composto volátil,
eliminado na respiração. O acetoacetato e seus derivados (acetona e β-hidroxibutirato) são chamados decorpos
cetônicos. Quando a produção de corpos cetônicos ultrapassa o aproveitamento pelos tecidos extra-hepáticos,
estabelece-se uma condição denominada cetose, caracterizada por uma concentração elevada (até centenas de
vezes maior do que a normal) de corpos cetônicos no plasma (cetonemia) e na urina (cetonúria), podendo levar
a um quadro de cetoacidose e até a morte (MARZZOCO, 2015).
Nesse tópico, você pôde entender melhor como funciona o metabolismo dos lipídios provenientes da dieta ou
dos estoques corporais. Através da oxidação dos ácidos graxos é possível produzir energia na forma de ATP.
Além disso, nosso corpo é capaz de estocar lipídios, formados a partir de carboidratos da dieta e também
produzir corpos cetônicos em condição de jejum ou dieta restritiva.
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3.4. Catabolismo de aminoácidos e ciclo da Ureia
Além de carboidratos e lipídios, um terceiro grupo de macromoléculas se destaca do ponto de vista metabólico e
energético. Os aminoácidos talvez sejam as moléculas mais versáteis em nosso organismo. Podem ser oxidados
para produção de energia assim como as anteriores, e também são os blocos de construção de nossas proteínas,
servem como precursores para diversos outros compostos. Além disso, funcionam como transportadores e
sinalizadores celulares e auxiliam na manutenção e no equilíbrio osmótico/iônico nas células. Nosso organismo
obtém a maior parte dos aminoácidos necessários a partir das proteínas da dieta, embora alguns sejam possíveis
de serem sintetizados de forma endógena a partir de outros compostos. Em geral, os aminoácidos são
classificados como essenciais e não essenciais. Os aminoácidos essenciais são aqueles que nosso organismo não é
capaz de sintetizar, sendo seu consumo através da dieta nossa única forma de obtenção.
Quadro 2 - Aminoácidos essenciais e não essenciais. Aqueles chamados de essenciais condicionais, são 
usualmente classificados como não essenciais.
Fonte: Nelson (2014, p. 709).
A oxidação de aminoácidos para produção de energia ocorre em nossas células quando:
• o aporte de aminoácidos diário excede a necessidade de do organismo para síntese proteica;
• durante a “reciclagem” normal de proteínas celulares, quando proteínas que estão perdendo suas 
funções biológicas estão sendo degradadas e outras estão sendo sintetizadas, os aminoácidos 
remanescentes são oxidados para produzir energia;
• durante o jejum ou no diabetes não controlado, quando está indisponível uma fonte de carboidrato para 
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• durante o jejum ou no diabetes não controlado, quando está indisponível uma fonte de carboidrato para 
ser oxidado, sendo utilizadas as proteínas celulares (NELSON, 2014).
Agora, assista a videoaula abaixo e amplie seus conhecimentos sobre o tema.
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Nessa seção, iremos explorar principalmente o mecanismo de catabolismo dos aminoácidos para produção de
energia. Veremos ainda que, apenas os esqueletos carbônicos dos aminoácidos são utilizados para produção de
energia. Quando os aminoácidos são mobilizados para serem oxidados, o grupo amino deve ser removido da
molécula, e será convertido em um composto excretado na urina, a ureia.
3.4.1. Digestão e absorção de aminoácidos
O processo de digestão de proteínas da dieta se inicia no estômago com ação do ácido clorídrico (HCl). Esse age
como um potente agente desnaturante, desfazendo boa parte dos dobramentos internos das cadeias
polipeptídicas, deixando-as mais susceptíveis as próximas etapas de degradação. Ainda no estômago sob a ação
da enzima pepsina inicia-se a quebra das ligações peptídicas e as proteínas são convertidas em peptídeos curtos
e aminoácidos livres. Conforme segue o trânsito gastrointestinal, ao chegar no intestino delgado, sob ação das
enzimas tripsina, quimotripsina e outras enzimas líticas, o processo de degradação de peptídeos em aminoácidos
se completa. Esse “pool” de aminoácidos pode então ser absorvido pelas células da mucosa intestinal, sendo
direcionados para os capilares sanguíneos. Independentemente do tipo ou fonte de proteínas consumidas, elas
sempre serão totalmente hidrolisadas e os aminoácidos disponibilizados para o organismo somente na sua
forma isolada (HARVEY, 2015). Uma vez na corrente sanguínea eles podem ser transportados para dentro das
células. Para isso, existem sistemas de transporte específicos para aminoácidos na membrana plasmática das
células. Para que qualquer aminoácido possa ser utilizado com finalidades oxidativas é necessário que seu grupo
amino seja removido, sendo esta uma etapa obrigatória para o catabolismo de todos os aminoácidos. A seguir,
vamos explorar um pouco mais esse mecanismo.
3.4.2. Transaminação e Desaminação
A presença do grupo amino mantém os aminoácidos a salvo da degradação oxidativa. O primeiro passo no
catabolismo da maioria dos aminoácidos é a transferência de seus grupos amino para o α-cetoglutarato,
formando glutamato. Esse processo é chamado de Transaminação e é realizado por uma classe de enzimas
chamadas de Transaminases. Cada enzima Transaminase possui especificidade para um ou poucos aminoácidos.
Entretanto, todas, ao realizar a transferência do grupo amino, formam um α-cetoácido correspondente ao
aminoácido utilizado (NELSON, 2014). Todas as Transaminases necessitam de um derivado da vitamina B6
(piridoxal-fosfato) como coenzima dessa reação. Os α-cetoácidos são moléculas bastante diversas,
caracterizados pela presença de uma carbonila e um grupo ácido carboxílico. São exemplos de α-cetoácidos:
Piruvato e Oxalacetato. Na imagem abaixo, temos uma representação geral desse processo:
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Figura 16 - Transaminação de um aminoácido hipotético, formando glutamato e um α-cetoácido correspondente.
Fonte: Harvey (2015, p. 250).
Mais adiante, vamos apresentar quais os destinos possíveis dos esqueletos carbônicos liberados na forma desses
α-cetoácidos. Por enquanto, vamos focar no destino do grupo amino transferido ao α-cetoglutarato, que deu
origem ao glutamato.
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Como descrito anteriormente, os grupos amino da maioria dos aminoácidos são, no final, afunilados na síntese
de glutamato, por meio de transaminação com o α-cetoglutarato. O glutamato sofre uma desaminação oxidativa
final, que nada mais é do que a remoção do grupo amino, numa reação catalisada pela enzima glutamato-
desidrogenase. Essa desaminação forma novamente o α-cetoglutarato, que poderá ser novamente utilizado para
a reação de transaminação com outros aminoácidos. Essa desaminação culmina com a produção de uma
molécula de amônia livre (NH ). A amônia produzida nos tecidos extra-hepáticos é transportada até o fígado,
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onde será convertida em ureia, que é a principal forma de eliminação dos grupos amino através da urina
(HARVEY, 2015).
3.4.3. Ciclo da Ureia
A conversão de amônia em ureia ocorre no fígado, em parte no citoplasma, em parte na mitocôndria da célula
hepática, por um processo chamado de Ciclo da Ureia. Resumidamente, a amônia combina-se com bicarbonato
(HCO ) formando um composto chamado de carbamoil-fosfato, em uma reação química que consome 2 ATP. Por
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sua vez, o carbamoil-fosfato combina-se com ornitina, formando citrulina. A partir da citrulina ocorrem diversas
reações químicas, que culminam com a liberação de ureia e formação de nova molécula de ornitina
(recomeçando o ciclo). Na imagem a seguir, podemos observar as reações gerais do ciclo da ureia:
VOCÊ QUER LER?
As Transaminases são enzimas intracelulares. A presença de níveis plasmáticos elevados de
aminotransferases indica lesão em células ricas nessas enzimas. Por exemplo, traumas físicos
ou processos patológicos podem causar lise celular, resultando na liberação de enzimas
intracelulares para o sangue. Duas aminotransferases – AST (alanina aminotransferase) e ALT
(aspartato aminotransferase) – são de especial valor diagnóstico quando aparecemno plasma,
sendo úteis no diagnóstico de doenças hepáticas, infarto do miocárdio e doenças musculares.
Acesse o e saiba mais: <link https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/26834
>./000758693.pdf
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Figura 17 - Ciclo da ureia. Após a ligação de uma amônia (NH4+) e um bicarbonato (HCO3-), forma-se carbamoil-
fosfato, que então se combina com ornitina, formando citrulina. Após diversas reações químicas, libera-se uma 
ureia.
Fonte: Marzzoco (2015, p. 226).
Na figura, a numeração indica a ação das enzimas (1) carbamoil-fosfato sintetase I e (2) ornitina
transcarbamoilase, ambas encontradas nas mitocôndrias, e (3) argininossuccinato sintetase, (4)
argininossuccinato liase e (5) arginase, enzimas citoplasmáticas. Como podemos observar, ocorre o transporte
mediado por translocases da ornitina e da citrulina entre o citoplasma e o interior das mitocôndrias, sendo o
ciclo da ureia, um conjunto de reações que ocorrem em partes no citoplasma, e em partes na mitocôndria.
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3.4.4. Destino dos esqueletos carbônicos dos aminoácidos
Em conjunto os 20 α-cetoácidos produzidos a partir da transaminação dos 20 aminoácidos, podem convergir na
produção de 6 produtos, entre eles Acetil-CoA, Piruvato, Oxaloacetato e outros intermediários do Ciclo de Krebs.
Nesse ponto, eles podem ser consumidos e oxidados totalmente a gás carbônico e água, ou então, podem ser
convertidos em outras macromoléculas. Aqueles aminoácidos os quais seus esqueletos carbônicos (na forma de
α-cetoácidos) se destinam a síntese de Acetil-CoA são chamados de cetogênicos, pois posteriormente, esse Acetil-
CoA vai dar origem a corpos cetônicos. Já aqueles aminoácidos os quais seus esqueletos carbônicos (na forma de
α-cetoácidos) se destinam a síntese de Piruvato, Oxaloacetato e outros intermediários do Ciclo de Krebs são
chamado de glicogênicos, pois podem ser convertidos em glicose pela gliconeogênese (HARVEY, 2015). A
imagem seguinte ilustra esse processo:
Figura 18 - Destino dos esqueletos carbônicos dos 20 aminoácidos.
Fonte: Nelson (2014, p. 711).
Sendo assim, comprova-se a versatilidade metabólica dos aminoácidos em nosso organismo. Elas podem ser
muito mais do que apenas blocos de construção das proteínas.
Vamos verificar se você foi capaz de compreender os principais conceitos associados ao metabolismo
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Vamos verificar se você foi capaz de compreender os principais conceitos associados ao metabolismo
energético? Para tanto, realize a atividade proposta na sequência.
Para complementar seus estudos sobre os Processos Biológicos Básicos, a seguir, você verá sobre a regulação
hormonal do ciclo absortivo e de jejum. Fique atento!
3.5 Regulação hormonal do ciclo absortivo e de jejum
Basicamente, os processos bioquímicos vistos até agora são regulados a depender do momento que seu
organismo se encontra: alimentado ou em jejum.
No estado alimentado, o hormônio predominante é a insulina. Nesse estado, a glicose advinda da alimentação é
absorvida no intestino, e pela corrente sanguínea chega ao fígado onde poderá ser estocada na forma de
glicogênio. Ainda no fígado, sob influência de insulina, essa glicose é degradada pela glicólise até piruvato,
formando acetil-CoA, que será utilizado como substrato para síntese de ácidos graxos (lipogênese), para serem
estocados no tecido adiposo. Ainda, no estado alimentado, a glicose é o principal combustível para o cérebro, e
também é captada pelos músculos para produção de energia. Já os lipídios são absorvidos pelo sistema linfático e
direcionado ao fígado. Então, serão acondicionados nas lipoproteínas (VLDL, LDL e HDL), transportadas pelo
organismo até o tecido adiposo para serem estocados e até os músculos para serem consumidos como fonte de
energia. Já os aminoácidos advindos da dieta, são absorvidos no intestino e via corrente sanguínea direcionados
também ao fígado, utilizados principalmente como fonte para síntese proteica. Em linhas gerais, sob influência
da insulina, as vias glicólise, lipogênese e glicogênese (síntese de glicogênio) estão ativadas.
Figura 19 - Metabolismo geral no estado Alimentado (absortivo).
Fonte: Nelson, (2009, p. 931).
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Fonte: Nelson, (2009, p. 931).
No estado de jejum, nosso organismo está sob influência do glucagon majoritariamente. Nesse momento, os
estoques de lipídios e carboidratos são mobilizados. Os triacilgliceróis estocados no tecido adiposo sofrem
lipólise intensa, liberando ácidos graxos livres na corrente sanguínea (lipólise). Esses ácidos graxos são captados
pelos músculos para produção de energia e pelo fígado, onde sofrem beta-oxidação. No fígado, esse processo dá
origem aos corpos cetônicos, posteriormente consumidos pelo cérebro e outros tecidos. Ainda, o glicerol
liberado da quebra dos triacilgliceróis, serve como precursor da gliconeogênese, bem como muito aminoácidos
provenientes da proteólise endógena no fígado. Associado à gliconeogênese, a glicogenólise hepática (quebra de
glicogênio) auxilia na manutenção da glicemia, afim de garantir um aporte de glicose constante ao cérebro.
Figura 20 - Metabolismo geral no estado de Jejum.
Fonte: Nelson (2009, p. 934).
Como observado, em linhas gerais, no estado de jejum, as vias da lipólise, da gliconeogênese e da glicogenólise
estão ativadas, provendo substratos que nas células serão convertidos em energia para manutenção das suas
funções.
Agora, antes de continuar seus estudos sobre os processos biológicos, reveja os principais temas abordados
neste capítulo.
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Síntese
Concluímos o terceiro capítulo sobre o metabolismo energético. Agora, você já conhece as principais
macromoléculas energéticas e as principais vias metabólicas produtoras de energia em nosso organismo.
Neste capítulo, você teve a oportunidade de:
• conhecer o conceito de metabolismo e de como nossas células obtém energia através dos alimentos;
• identificar os principais intermediários energéticos relacionados a conservação de energia nas células: 
ATP, NADH e FADH2;
• identificar as principais macromoléculas que podem ser utilizadas para produção de energia;
• conhecer como ocorre a digestão, absorção e transporte das principais macromoléculas;
• conhecer o rendimento energético e as etapas para a completa oxidação de carboidratos, lipídios e 
aminoácidos;
• conhecer as principais vias metabólicas na manutenção da glicemia nos períodos de jejum e alimentado.
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