7 Metabolismo Carboidratos

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18/05/2020
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Metabolismo da Glicose
Profª Mabel Barbosa Esteves
Introdução
Introdução
Regulação da Glicose
Utilização de energia da glicose
com O2 sem O2
Glicólise
Oxidação do Piruvato
Ciclo do ácido cítrico
Cadeia de transporte 
de elétrons
Fermentação
Citoplasma
Glicólise
Glicose
2 Piruvato
2 ATP
4 ATP
2 Piruvato 2 Acetil CoA
Ciclo de Krebs
CO2
2 ATP
NADH
FADH2
Oxigênio
H2O
34 ATP
Fosforilação 
Oxidativa
CO2
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Importância da Glicólise
1 – Principal meio de degradação da Glicose
2 – Obtenção de Energia mesmo em condições Anaeróbias
3 – Permite a degradação da Frutose e da Galactose
Principais Razões:
• Outras Razões:
-Os tecidos têm necessidade de transformar a energia contida na 
glicose em ATP
-A Glicólise é fundamental para a produção de Acetil-CoA
-A Glicólise foi um dos primeiros sistemas enzimáticos a ser 
esclarecido, contribuindo o seu estudo para a melhor compreensão 
dos processos enzimáticos e de metabolismo intermediário
GLICOSE – 6C
Piranose
ATP → ADP + Pi
P
ATP → ADP + Pi
P
Furanose
DESAFIO
A Glicólise possui 2 fases:
Fase preparatória
Ativação ou Fosforilação da
glicose e sua conversão para
gliceraldeído 3-fosfato.
→ A energia é gasta! 
A Glicólise possui 2 fases:
Fase compensatória
Conversão do 
gliceraldeído 3-fosfato 
para piruvato e formação 
acoplada de ATP.
→ A energia é 
produzida!
Resumindo, passo a passo...
• Entrada da glicose nas células através de GLUT 1 e GLUT5
Fase preparatória
• Fosforilação da glicose (irreversível)
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• Conversão de glicose 6-fosfato em frutose 6-fosfato
• Fosforilação da frutose 6-fosfato em frutose 1,6-bisfosfato
AMP, ADP
ATP, Citrato
• Clivagem da frutose 1,6-bisfosfato
• Interconversão de trioses fosfato
× A Frutose 1,6- Bifosfato é dividida pela aldolase em duas trioses fosfatadas 
ficando cada uma com um fosfato
Fase compensatória
Oxidação do gliceraldeído 3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato
Transferência de fosforila do 1,3-bisfosfoglicerato para
ADP
• Conversão de 3-fosfoglicerato a 2 fosfoglicerato
• Desidratação do 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato
O 3-Fosfoglicerato é Isomerado a 2-Fosfoglicerato pela Fosfoglicerato 
Mutase 
Há Desidratação e redistribuição da Energia
• Fosfoenolpiruvato + ADP Piruvato + ATP
P
r
o
d
u
ç
ã
o
d
e
E
n
e
r
g
i
a
 É Catalizada pela Piruvato Quinase
 Transferencia do Grupo Fosfato do Fosfoenolpiruvato para o 
ADP
 Produto intermédio 
Enol-Piruvato que é 
Convertido à forma Ceto 
Piruvato
 Reação Exergônica Irreversível
• Balanço da glicólise:
Glicose + 2 Pi + 2 ATP + 4 ADP + 2 NAD+ 
2 piruvatos + 4 ATP + 2 ADP + 
2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
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O Piruvato pode seguir dois caminhos diferentes após a sua
Formação, dependendo das conduções do meio:
 Em condições Anaeróbicas:
- Formam-se produtos de Fermentação (Etanol e CO2 no caso
da fermentação Alcoólica; Ácido Láctico na Fermentação
Láctica).
Citoplasma
Glicólise
Glicose
2 Piruvato
2 ATP
4 ATP
2 Piruvato
2 NADH
Oxidação do Piruvato
- piruvato é convertido em acetato e este, em acetil CoA;
- a coenzima A (CoA) é uma molécula complexa responsável
pela ligação da molécula de acetato de dois carbonos;
- a formação de acetil CoA é uma reação de muitos passos,
catalisada pelo complexo piruvato desidrogenase, multi-
enzimático, encontrado na memb. mitocondrial interna.
 Em condições Aeróbicas:.
A desidrogenação e descarboxilação combinadas do
piruvato em acetil-CoA requer :
5 coenzimas ou grupos prostéticos
- tiamina pirofosfato (TPP),
- flavina adenina dinucleotídeo (FAD) ,
- coenzima A (coA),
- nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD),
- lipoato.
Quatro vitaminas diferentes requeridas na nutrição humana são
componentes vitais desse sistema: tiamina (B1 no TPP), riboflavina
(B2 no FAD), niacina (B3 no NAD) e pantotenato (B5 na coenzima A).
Complexo da piruvato desidrogenase
3 enzimas:
- piruvato desidrogenase (E1),
- diidrolipoil transacetilase (E2),
- diidrolipoil desidrogenase (E3).
Também fazem parte do complexo:
- 2 proteínas reguladoras,
- 1 proteína quinase,
- 1 fosfoproteína fosfatase.
Complexo da piruvato desidrogenase Conversão de piruvato em acetil CoA
complexo da piruvato desidrogenase
(E1 + E2 + E3)
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Regulação do complexo piruvato desidrogenase
- Altas concentrações de acetil CoA;
- NADH;
- Fosforilação do complexo piruvato desidrogenase
através da quebra e ATP;
Inibe o complexo:
- Vasopressina e agonistas alfa-1-adrenérgicos;
- Insulina.
Ativa o complexo:
- Baixa concentração de acetil CoA;
- NAD e ADP;
1º estágio do catabolismo celular: Produção de acetil-
CoA pelos nutrientes.
Importância do Ciclo de Krebs
- processo anfibólico -
Importância do Ciclo de Krebs
2º estágio do
catabolismo celular:
Degradação da acetil-
CoA pelo Ciclo de
Krebs.
Importância do Ciclo de Krebs
3º estágio do catabolismo celular: formação de ATP.
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• 2 átomos de C
entram no ciclo
como um acetil,
formando citrato;
• 2 átomos de C
deixam o ciclo na
forma de CO2;
• 8 elétrons e 8 prótons
são transferidos para
NAD+ (3) e FAD (1).
Visão geral das etapas do Ciclo de Krebs
1. Condensação. Produção do primeiro ácido
tricarboxílico;
Visão das 8 etapas do Ciclo de Krebs
• Um composto de 4C (oxaloacetato) se condensa com um acetil (com 2C), originando um
ácido tricarboxílico de 6C (citrato);
Visão das 8 etapas do Ciclo de Krebs
Etapa 2: Desidratação e hidratação.
Visão das 8 etapas do Ciclo de Krebs
Etapa 3: 1ª descarboxilação oxidativa.
• Um isômero do citrato é a seguir descarboxilado;
Etapa 4: Reação irreversível. 2ª descarboxilação
oxidativa
Visão das 8 etapas do Ciclo de Krebs
• O composto resultante, com 5C (alfa-cetoglutarato) também sofre descarboxilação
oxidativa, originando um composto de 4C;
Visão das 8 etapas do Ciclo de Krebs
Etapa 5: Fosforilação no nível do substrato.
• O oxaloacetato é então regenerado a partir do succinato.
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Visão das 8 etapas do Ciclo de Krebs
Etapa 6: Desidrogenação. Etapa 7: Hidratação do Fumarato a Malato.
isão detalhada das etapas do Ciclo de KrebsVisão das 8 etapas do Ciclo de Krebs
Equilíbrio é determinado pela disponibilidade de acetil-CoA.
Visão detalhada das etapas do Ciclo de Krebs
Etapa 8: Desidrogenação.
Ciclo de Krebs
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O ↔
2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H
+ + CoA
O que fazer com esses elétrons?
A acetil-CoA doa 8 elétrons e 2 carbonos para o ciclo de
Krebs.
Fosforilação oxidativa
Do que precisa: Prótons e elétrons – NADH e FADH2;
• Esses vêm das reações de oxidação da glicólise, ciclo de
Krebs, β-oxidação, etc;
• Na mitocôndria os prótons e elétrons são removidos pela
NADH desidrogenase (Complexo I) e pela Succinato
desidrogenase (Complexo II);
• Os elétrons são tomados por componentes com maior
potencial redutor cada vez maiores e os prótons são
bombeados para o espaça intermembrana;
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 Ocorrem 3 tipos de transferência de elétrons:
 direta de elétrons, p.ex. redução do Fe+3 (férrico) a Fe+2
(ferroso),
 como um átomo de hidrogênio (H+ + e-);
 como um íon hidreto (:H-), que possui 2 elétrons.
Fosforilação oxidativa
A ordem dos carregadores deduzida é: 
NADH ou FADH2 → Q → citocromo b → citocromo c1 →
citocromo c → citocromo a → citocromo a3 → ½ O2
Cadeia Transportadora de Elétrons
• Os elétrons são passados de molécula para molécula presente
nas cristas mitocondriais pelos CITOCROMOS.
• Quando o elétron “pula” de um citocromo para outro até chegar
no aceptor final (o oxigênio), ocorre liberação de energia que
contribuirá para formar o gradiente de prótons e, então ser
convertida em ATP.
CITOCROMOS = São 
proteínas transferidoras 
de elétrons que possuem 
Fe e Cu e estão localizadas 
nas cristas.
ADP
ATP
C.I: NADH desidrogenase Ubiquinona oxido-redutase C.II: Succinato desidrogenase
C.III: Citocromo b-c: Citocromo c oxido-redutase C.IV: Citocromooxidase
Fosforilação oxidativa - Sinopse
C.I: NADH desidrogenase Ubiquinona oxido-redutase C.II: Succinato desidrogenase
C.III: Citocromo b-c: Citocromo c oxido-redutase C.IV: Citocromo oxidase
Cit C
3ATP
3ADP
NADH
NAD+
+
+
C
o
m
p
. I
e e 
e e 
+
+
C
o
m
p
. I
II
e e 
+
+
C
o
m
p
.I
V
e e 
e e 
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Matriz mitoc.
Esp. Intermembr.
Fosforilação oxidativa
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/Mitochondrial_electron_transport_chain%E2%80%94Etc4_pt.svg
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FO bomba de prótons
F1: ATP sintase
3 unidades b ligam se a 
ATP, ADP e Pi.
Cada uma tem uma 
conformação especifica 
num dado momentoForma T: Atividade catalítica
Forma L: liga substratos fracamente (s/ ativ. catalítica)
Forma O: Aberta. Pouca afinidade por substratos
Passagem de prótons; mudança T-O L-T O-L
(Portão prótons)
(Liga F0-F1)
Regula ATPase
O
ADP + 
Pi
ATP
ATP
ADP + 
Pi
ATP
ATP
Elenco -
Complexo V: 
ATP sintase Citosol
Crista mitocondrial
Mitocôndria
Glicose (6 
C) C6H12O6
Total: 
10 NADH
2 FADH2
1 ATP1 ATP
1 NADH 1 NADH
Piruvato (3 C) Piruvato (3 C) 
6 O2
6 H2O
32 ou 34 
ATP
6 NADH
2 FADH2
2 ATP
4 CO2
2 CO2
2 NADH
2 acetil-CoA
(2 C)
Ciclo 
de 
Krebs
Visão geral do processo respiratório 
em célula eucariótica
E se os níveis de glicose 
baixarem?
Mobilização da Glicose
Proteína 
Muscular
AAS
Alanina
Proteínas de 
Fase Aguda
TAG Glicerol + AGs
Glicogênio 
Hepático
Gliconeogênese
Glicose Glicogenólise
Gliconeogênese
 Síntese de glicose a partir de precursores não glicídicos:
piruvato, lactato, glicerol e aminoácidos, propionil CoA;
Ocorre principalmente no fígado e, em menor escala, no
rim;
 Ocorre parte no citosol e parte na mitocôndria;
 Enzima reguladora = piruvato carboxilase - transforma o
piruvato em oxaloacetato
 Atividade aumentada em situações de hipoglicemia, dieta
pobre em carboidrato e/ou rica em ptn, jejum prolongado e
diabetes.
Gliconeogênese
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Perfil metabólico dos órgãos
Provê subtrato energético para
cérebro, músculos e outros órgãos;
Metabolismo da glicose, do lipídio e
de aa.
Fontes energéticas: glicose, ác.graxos 
e corpos cetônicos
Depósito de glicogênio  glicose 6-P
Não possui glicose 6-fosfatase.
 Síntese da glicose a partir do piruvato - utiliza 
várias enzimas da GLICÓLISE 
 Três reações da glicólise são essencialmente 
IRREVERSÍVEIS:
Hexoquinase
Fosfofrutoquinase
Piruvato quinase. 
Gliconeogênese
GlicóliseGliconeogênese
Metabolismo
2º desvio – fosfofrutocinase/frutose 1,6-bisfosfatase
 
fructose-6-phosphate fructose-1,6-bisphosphate 
Phosphofructokinase  
CH2OPO3
2
OH
CH2OH
H
OH H
H HO
O
6
5
4 3
2
1 CH2OPO3
2
OH
CH2OPO3
2
H
OH H
H HO
O
6
5
4 3
2
1
ATP ADP
Pi H2O
  Fructose-1,6-biosphosphatase 
Gliconeogênese
3º desvio - hexocinase/glicose 6-fosfatase
 
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
HH O
OH
H
OHH
OH
CH2OPO3
2
H
OH
H
H2O
1
6
5
4
3 2
+ Pi
glucose-6-phosphate glucose 
Glucose-6-phosphatase 
Gliconeogênese
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Glicólise GERA 2 ligações P do ATP. 
Gliconeogênese GASTA 6 ligações P do ATP e GTP.
Como regular tantas 
reações?
Controle Da Glicólise
A necessidade glicolítica varia de acordo com os 
diferentes estados fisiológicos;
Há uma ativa degradação deste açúcar após uma 
refeição rica em hidratos de carbono, assim como uma 
acentuada redução durante o jejum;
Deste Modo, o grau de conversão de Glicose para o 
Piruvato é regulado, de acordo com as necessidades 
celulares
Controle Da Glicólise
 O Controle a Longo Prazo da Glicólise, particularmente no 
fígado, é efetuado a partir de alterações na quantidade de 
Enzimas glicolíticas. Isto terá reflexos nas taxas de síntese e 
degradação
 O Controle a Curto Prazo é feito por alteração alostérica 
(concentração de Produtos) reversível das enzimas e também 
pela sua fosforilação.
As enzimas de controle são as que catalisam as reações 
irreversíveis:
-Hexoquinase
-Fosfofrutoquinase
-Piruvato quinase
Controle Da Glicólise
Ativadores da hexocinase:
- F1P (fígado) – Compete com a F6P para a
proteína reguladora da glicocinase, cancelando
o seu efeito inibitório.
- Pi – É um interveniente no processo glicolítico
(intervém na reação 6) pelo que faz sentido que
a ter um papel regulatório, seja um papel
estimulador.
Inibidores da hexocinase:
- G6P (músculo) – É o produto da reação. Se temos muito produto, não vamos 
precisar de continuar a produzir mais…
- F6P (fígado) – É o produto da reação seguinte (reação 2), mas pode ser 
interpretado da mesma forma que o anterior. Ou seja, se estamos a acumular o 
intermediário formado a partir do produto da reação, não adianta continuarmos a 
sintetizar mais produto. Esta inibição ocorre através de uma proteína denominada 
proteína reguladora da glucocinase.
Controle Da Glicólise
Ativadores da PFK-1:
- Frutose-2,6-bisfosfato (fígado) –
Regulador alostérico mais significativo
da PFK-1, reduzindo a sua afinidade
para os inibidores ATP e citrato. É
produzida em resposta à insulina e
degradada em resposta ao glucagon.
- F6P –É o substrato, portanto faz
sentido que se temos muito substrato a
enzima seja ativada
- ADP e AMP – São produzidos quando
se gasta ATP, ou seja, sinalizam um
estado energético em baixa. Sendo
assim, faz todo o sentido que ativem a
glicólise, de forma a que a célula possa
repor os seus valores energéticos
normais. Ativam a enzima porque
aliviam a inibição causada pelo ATP.
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Controle Da Glicólise
Inibidores da PFK-1:
- ATP – Se a célula já tiver ATP, a glicólise
é inibida, impedindo assim um gasto
desnecessário de glicose! O ATP inibe a
PFK-1 porque diminui a afinidade da
enzima para o seu substrato, a F6P.
- Citrato – Acentua o efeito inibitório do ATP.
Esta molécula é o primeiro intermediário do
passo seguinte do catabolismo aeróbico, o
ciclo de Krebs. Portanto, se estão a
acumular intermediários do ciclo de Krebs,
não adianta continuar a efetuar glicólise.
- PEP – É um intermediário da glicólise formado na penúltima reação. Se houver
acúmulo deste intermediário, as reações anteriores têm que ser inibidas, de
forma a impedir um acúmulo ainda maior dessa molécula.
- H+ – Particularmente sensível às alterações de pH, funcionando como um
“interruptor” que se desliga, p.ex., quando efetuamos uma fermentação láctica
(produz H+) exagerada, impedindo acúmulo de H+ ainda maior.
Controle Da Glicólise
Insulina
Efeito da insulina e glucagon
na síntese das enzimas-
chave da glicólise no fígado.
Glucagon
- produzida numa situação 
de hipoglicemia;
- eleva a concentração de 
glicose no sangue. 
- Portanto, faz todo o 
sentido que iniba a 
glicólise, pois este 
processo gasta glicose, 
o que vai acentuar ainda 
mais a reduzida 
concentração sanguínea 
de glicose. 
- Diminui os níveis de 
frutose-2,6-bisfosfato.
A Glicólise e a Gliconeogênese ocorrem na mesma célula.
No entanto, as duas vias NÃO ocorrem simultaneamente.
Se isto ocorresse, haveria um gasto de energia inútil.
Regulação Recíproca
Glicólise x Gliconeogênese 
A regulação do funcionamento das duas vias é feita pelo ATP e 
seu derivado (AMP) que atuam em enzimas alostéricas e por 
frutose 2,6 bisfosfato
Indução e repressão da síntese
Insulina 
Insulina 
Glucagon
Glucagon
Glucagon
Glucagon
(Stryer, 2004)
Relações da glicólise com outras vias metabólicas
• Enzimas e substratos comuns 
ao Ciclo das Pentoses.
• O Piruvato também tem 
origem na degradação de 
alguns aminoácidos.
• O Glicerol é oxidado no Ciclo 
de Krebs através da Via 
Glicolítica.
• Os carbonos da Di-
hidroxiacetona fosfato são 
utilizados na Síntese de 
Triacilgliceróis.
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Regulação do 
Ciclo de Krebs
Isocitrato desidrogenase
estimulada por ADP, o que
aumenta sua afinidade para os
substratos.NADH e o ATP inibem esta
enzima;
Alfa-cetoglutarato desidrogenase
inibida por succinil-CoA, NADH e alta
concentração de ATP.
Estimulada por Ca2+
Os intermediários do Ciclo de Krebs são precursores
anabólicos!
Coração 
Músculo
Maioria dos 
Tecidos
Cérebro
Rim 
Fígado
Os intermediários do Ciclo de Krebs são 
precursores anabólicos!
Resumindo....
REFERÊNCIAS
DEVLIN, T.M. Manual de bioquímica com correlações 
clínicas. São Paulo: Blucher, 2011.
NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica de 
Lehninger: Lehninger. Porto Alegre: ArtMed, 2014. 
VOET, D.; VOET, J.G. Bioquímica, 4. ed. Porto Alegre: 
ArtMed, 2013.
SHI et al. Review: Traumatic brain injury and 
hyperglycemia, a potentially modifiable risk factor. 
Oncotarget, 7(43). 2016.