Glicólise e Gliconeogênese

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Glicólise e Gliconeogênese 
Introdução 
Em animais e vegetais, a glicose 
tem quatro destinos: pode ser usada na 
síntese de polissacarídeos; pode ser 
armazenada; ser oxidada a piruvato para 
fornecer ATP; ou ser oxidada pela via das 
pentoses-fosfato. 
Organismos fotossintéticos fazem 
glicose por redução do CO2. Organismos 
não fotossintéticos produzem glicose pelo 
processo de gliconeogênese. 
Glicólise 
Na glicólise, uma molécula de 
glicose é quebrada, gerando duas 
moléculas de três carbonos, o piruvato. 
Nessa reação, parte a energia é 
conservada em ATP e NADH. 
A glicólise é uma via central quase 
universal do metabolismo da glicose. Nas 
reações de fermentação, ocorre a quebra 
anaeróbia da glicose para obter energia. 
A glicólise ocorre em 10 etapas, 
onde 5 constituem a fase preparatória, em 
que a glicose é fosforilada (etapa 1) à 
glicose-6-fosfato. 
 A glicose-6-fosfato é convertida à 
frutose-6-fosfato (etapa 2). 
 A frutose-6-fosfato é fosforilada à 
frutose-1,6-bifosfato (etapa 3). 
Nas duas fosforilações, o ATP 
fornece os fosforils. A frutose-1,6-bifosfato 
é dividida em duas moléculas de três 
carbonos: a dihidroxicetona-fosfato e o 
gliceraldeído-3-fosfato (etapa 4). 
A dihidroxicetona-fosfato é 
isomerizada a outra molécula de 
gliceraldeído-3-fosfato (etapa 5), 
finalizando a fase preparatória. 
O ganho de energia provém da fase 
de pagamento. A etapa 6 é onde o 
gliceraldeído-3-fosfato é oxidado e 
fosforilado por fosfato não orgânico para 
formar 1,3-bifosfatoglicerato. Duas 
moléculas de 1,3-bifosfatoglicerato são 
convertidas a duas moléculas de piruvato 
(etapa 7 a 10). 
O piruvato pode ser metabolizado 
por três rotas catabólicas. Em organismos 
aeróbios, o piruvato é oxidado para formar 
 
acetil-CoA e ser levado, posteriormente, ao 
ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico). 
O segundo destino é a fermentação 
lactática. Quando em contração vigorosa, 
o músculo esquelético trabalha em 
condições anaeróbios, onde o NADH não 
pode ser reoxidado a NAD+. Sendo assim, 
o piruvato é reduzido a lactado, recebendo 
os elétrons do NADH. 
O terceiro destino é a fermentação 
alcoólica. Leveduras, em condições 
anaeróbias, produzem etanol e CO2 a partir 
do piruvato. 
Fase Preparatória 
Na fase preparatória da glicólise, 
duas moléculas de ATP são consumidas. 
Na etapa 1 ocorre a fosforilação 
irreversível da glicose com o ATP como 
doador e a hexoquinase como enzima. As 
quinases são enzimas que catalisam a 
transferência do grupo fosforil do ATP. 
 
Na etapa 2 ocorre a conservação da 
glicose-6-fosfato a frutose-6-fosfato pela 
enzima fosfo-hexose-isomerase, sendo 
uma reação reversível. 
Na etapa 3 ocorre a fosforilação da 
frutose-6-fosfato a frutose-1,6-bifosfato 
pela enzima fosfofrutoquinase-1, que 
catalisa a transferência irreversível de um 
grupo fosforil do ATP. Essa enzima pode 
ser inibida quando a célula tiver muito ATP 
e estiver bem suprida por outro 
combustível, como ácidos graxos. 
Na etapa 4 ocorre a clivagem 
reversível da frutose-1,6-bifosfato para a 
formação de duas trioses-fosfato, o 
gliceraldeído-3-fosfato e a dihidroxicetona-
fosfato por meio da enzima frutose-1,6-
bifosfato-aldolase ou apenas aldolase. 
 
Na etapa 5 ocorre a interconversão 
das trioses-fosfato, onde a dihidroxicetona-
fosfato é convertida a gliceraldeído-3-
fosfato pela enzima triose-fosfato-
isomerase em uma reação reversível. Isso 
ocorre porque apenas o gliceraldeído pode 
ser degradado nas outras fases da glicólise. 
Fase de Pagamento 
A fase de pagamento da glicólise 
inclui as etapas de fosforilação que 
conservam energia em ATP e NADH. 
Na etapa 6 ocorre a oxidação do 
gliceraldeído-3-fosfato a 1,3-
bifosfatoglicerato por meio da enzima 
gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase. Isso 
ocorre sem um ATP, e sim com um anidrido 
de ácido carboxílico com ácido fosfórico, o 
acil-fosfato. 
Na etapa 7 ocorre a transferência de 
um grupo fosforil de 1,3-bifosfatoglicerato a 
um ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato 
pela enzima fosfoglicerato-quinase. Como 
se observa, as etapas 6 e 7 constituem um 
processo de acoplamento de energia em 
que 1,3-bifosfoglicerato é um intermediário 
comum. A energia liberada da oxidação de 
um aldeído a um grupo carboxilato é 
conservada pela formação coplada de ATP 
a partir de ADP e Pi. 
Na etapa 8 ocorre a conversão do 3-
fosfoglicerato para 2-fosfoglicerato pela 
enzima fosfoglicerato-mutase em uma 
reação reversível. 
Na etapa 9 ocorre a desidratação de 
2-fosfoglicerato para fosfoenolpiruvato pela 
enzima enolase que promove a remoção 
reversível de água do 2-fosfoglicerato. Essa 
reação converte um composto com baixo 
potencial de transferência de grupo fosforil 
para um com alto potencial. 
Na etapa 10 ocorre a transferência 
de um grupo fosforil do fosfoenolpiruvato 
para um ADP, formando ATP com a enzima 
piruvato-quinase. 
O piruvato resultante aparece 
inicialmente em sua forma enólica, depois 
tautomeriza de modo rápido à sua forma 
cetônica, que predomina em pH 7,0. 
Balanço Geral 
O balanço geral da glicólise é 
demonstrado na seguinte fórmula: 
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 
2ADP + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O 
Para produzir a mesma quantidade 
de ATP, é necessário consumir cerca de 15 
vezes mais glicose em condições 
anaeróbias do que aeróbias. 
Carboidratos da Glicólise 
O amido é a principal fonte de 
carboidratos na dieta. Sua digestão tem 
início na boca, onde a α-amilase salivar 
hidrolisa suas ligações glicosídicas. No 
estômago, a α-amilase é inativada pelo pH 
baixo, voltando apenas no intestino 
delgado, onde gera maltose, maltotriose e 
dextrinas. A maltose e as dextrinas são 
degradados até glicose por enzimas 
intestinais. O glicogênio da dieta segue a 
mesma via do amido. 
A celulose é digerida por 
ruminantes, que produzem a celulase, uma 
enzima que degrada celulose em glicose. 
Os estoques de glicogênio podem 
ser mobilizados para o uso da célula por 
uma reação fosfolítica pela enzima 
glicogênio-fosforilase (amido-fosforilase 
em vegetais), gerando glicose-1-fosfato e 
um polímero com uma unidade de glicose a 
menos. A glicose-1-fosfato é convertida a 
glicose-6-fosfato pela fosfoglicomutase 
em uma reação reversível. 
Já os dissacarídeos devem ser 
hidrolisados a monossacarídeos antes de 
entrar na célula. 
Esses monossacarídeos formados 
são transportados ao sangue e para vários 
tecidos, onde são fosforilados e entram na 
sequência glicolítica. 
A frutose, por exemplo, é fosforilada 
pela hexoquinase, gerando frutose-1-
fosfato. A frutose-1-fosfato é clivada a 
gliceraldeído e dihidroxicetona-fosfato, 
onde o gliceraldeído é fosforilado pelo ATP 
e a dihidroxicetona-fosfato é convertida a 
gliceraldeído-3-fosfato. Assim, ambos 
gliceraldeídos entram na glicólise. 
Fermentação Láctica 
Em condições anaeróbias, o NADH 
gerado pela glicólise não pode ser 
reoxidado pelo O2. A falta de NAD+ deixaria 
a célula carente de aceptor de elétrons para 
a oxidação de gliceraldeído-3-fosfato, 
portanto, o NAD+ é regenerado de outra 
forma: pela glicólise anaeróbia. 
Quando tecidos animais estão sem 
oxigênio, o NAD+ é regenerado a partir de 
NADH pela redução do piruvato a lactato 
pela lactato-desidrogenase. 
O lactato formado pelo músculo 
esquelético pode ser reciclado no fígado, 
onde é convertido em glicose. Quando o 
lactato é produzido em grande quantidade 
em exercício intenso, a acidificação do 
lactato em ácido láctico nos músculos e no 
sangue promove a fadiga muscular. 
Portanto, fermentação é o processo 
que extrai energia, mas não consome 
oxigênio nem varia as concentrações de 
NAD+ ou NADH+. 
Fermentação Alcóolica 
Leveduras fermentam glicose em 
etanol e CO2 em duas etapas: 
Na primeira etapa, o piruvato é 
descarboxilado de modo irreversível pela 
enzima piruvato-descarboxilase e pela 
coenzima tiamina-pirofosfato (TPP -
derivada da vitamina B1). Na segunda 
etapa, o acetaldeído é reduzido a etanol de 
maneira reversível pela enzimaálcool-
desidrogenase e pelo NADH. Assim, a 
equação geral da fermentação alcóolica é: 
Glicose + 2ADP + 2Pi → 2 etanol + 2CO2 + 2ATP + 
2H2O 
Gliconeogênese 
A gliconeogênese é o método para 
sintetizar glicose a partir de precursores 
que não são carboidratos, ou seja, criar 
glicose a partir de piruvato e compostos de 
três e quatro carbonos relacionados. Em 
mamíferos, ela ocorre no fígado, córtex 
renal e no intestino delgado. Após 
exercícios intensos, o lactato produzido no 
músculo retorna ao fígado, onde é 
convertido em glicose, que volta aos 
músculos para ser convertida a glicogênio. 
 
A gliconeogênese e a glicólise 
compartilham várias etapas. Porém, três 
reações da glicólise são irreversíveis e não 
podem ser utilizadas na gliconeogênese: 
→ Conversão de glicose em glicose-6-
fosfato; 
→ Fosforilação da frutose-6-fosfato em 
frutose-1,6-bifosfato; 
→ Conversão de fosfoenolpiruvato em 
piruvato. 
Sendo assim, a gliconeogênese 
contorna essas três etapas por meio de 
diferentes enzimas. 
Conversão de 
Fosfoenolpiruvato em 
Piruvato 
A primeira reação de contorno é a 
conversão de piruvato em fosfoenolpiruvato 
(PEP) pela substituição da enzima piruvato-
quinase. Primeiro, o piruvato é transportado 
do citosol para a mitocôndria ou é gerado 
dentro da mitocôndria pela transaminação 
da alanina. Depois, a enzima piruvato-
carboxilase e a coenzima biotina 
convertem o piruvato a oxaloacetato: 
Piruvato + HCO3- + ATP → Oxaloacetato + 
ADP + Pi 
A biotina é utilizada como 
transportadora ativa de bicarbonato. 
Como a membrana mitocondrial não 
tem transportador para o oxaloacetato, o 
mesmo deve ser reduzido a malato pela 
enzima malato-desidrogenase com o 
consumo de NADH: 
Oxaloacetato + NADH + H+ ↔ Malato + 
NAD+ 
O malato deixa a mitocôndria por um 
transportador e no citosol ele é reoxidado a 
oxaloacetato com a produção de NADH: 
Malato + NAD+ → Oxaloacetato + NADH + 
H+ 
Por fim, o oxaloacetato é convertido 
a PEP pela fosfoenolpiruvato-
carboxiquinase. Esta reação reversível 
utiliza GTP como doador de fosforil: 
Oxaloacetato + GTP ↔ PEP + CO2 + GDP 
 
 
 
Quando o lactato é o precursor, sua 
conversão em piruvato gera NADH, e a sua 
exportação como malato da mitocôndria é 
desnecessária. Dentro da mitocôndria, o 
piruvato é convertido a oxaloacetato e este 
é convertido diretamente a PEP. O PEP é 
então transportado para fora da mitocôndria 
para dar continuidade à gliconeogênese. 
Fosforilação da Frutose-
6-fosfato 
A segunda reação de contorno é a 
fosforilação da frutose-6-fosfato pela 
fosfofrutoquinase-1. Como essa reação é 
irreversível, a geração de frutose-6-fosfato 
a partir de frutose-1,6-bifosfato é catalisada 
por outra enzima, a frutose-1,6-
bifosfatase, que promove a hidrólise 
irreversível do fosfato em C-1: 
Frutose-1,6-fosfato + H2O → Frutose-6-
fosfato + Pi 
Conversão de Glicose-6-
fosfato em Glicose 
O terceiro contorno é a reação final 
da gliconeogênese, a formação de glicose. 
A reação é catalisada pela glicose-6-
fosfatase, ocorrendo a hidrólise simples de 
uma ligação éster fosfato: 
Glicose-6-fosfato + H2O → Glicose + Pi 
Balanço Energético 
Na gliconeogênese, para cada 
molécula de glicose formada a partir de 
piruvato, seis grupos fosfato são 
consumidos (4ATP e 2GTP). Além disso, 
são necessárias duas moléculas de NADH. 
Portanto, a gliconeogênese é uma reação 
de alto custo energético, mas necessária.