Metabolismo, Glicólise e Fermentação

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Introdução ao Metabolismo 
Os nutrientes, ao serem oxidados, perdem 
prótons (H+) e elétrons (e-) e os seus átomos de C são 
convertidos em CO2. Os H+ e e- são recebidos por 
coenzimas na forma oxidada, que passam a ficar 
reduzidos. A reoxidação dessas coenzimas ocorre com 
a transferência desses compostos para o oxigênio 
molecular, que é então convertido em água. 
A energia liberada com a reoxidação das 
coenzimas é utilizada para sintetizar o ATP a partir do 
ADP + Pi( a pH 7,4). A energia do ATP é HPO4
−2 
retirada por meio da dissociação hidrolítica do seu 
fosfato terminal. 
 
A dissociação do fosfato terminal do ATP não 
é uma reação simples, pois, por ter ΔG < 0, ela ocorre 
espontaneamente; todavia, essa reação é muito lenta, o 
que traz a necessidade da utilização de enzimas para 
catálise. Sendo assim, essas enzimas estão sob rígido 
controle celular, pois se estivessem livres, fariam a 
hidrólise de todo ATP encontrado (já que é 
termodinamicamente viável), sendo inviável à vida. 
 
OBS! ​G = Energia Livre de Gibbs; no qual G = 
H(entalpia) - T.S(Temperatura e Entropia); ΔG = 
G​reagentes - G​produtos​. A segunda Lei da Termodinâmica 
declara que a entropia de um sistema deve aumentar 
quando um processo ocorre de forma espontânea. 
Assim, em T e P ctes, 
● quando ΔG < 0, a reação ocorre 
espontaneamente (chamada de exergônica - 
catabolismo); 
● quando ΔG > 0, não é espontâneo, 
necessitando de energia livre do meio (reação 
endergônica - anabolismo); 
● já ΔG=0, o sistema está em equilíbrio. 
É válido frisar que a entalpia e G não 
dependem um do outro. 
 
OBS! Quando os reagentes estão presentes em 
concentrações de 1,0 mol/L, a ΔG​0 é a variação de 
energia livre padrão 
 
Toda reação química endergônica necessita de 
energia para ocorrer (ΔG>0), a célula, por meio da 
adição de um intermediário (transportador) cria uma 
instabilidade e dá mais energia à reação, que propicia 
formação dos produtos (podendo ou não ter o uso de 
enzimas no meio). Segue o conjunto de reações real 
que ocorre para a formação do produto, no caso do 
ATP sendo o intermediário: 
 
energia livre) B ΔGA + B + ( → A > 0 
TP A ) DP en. livre) ΔGA + A → ( − P i + A + ( < 0 
A ) B energia livre) ΔG( − P i + B → A + P i + ( < 0 
TP B DP osfatoi ΔGA + B + A → A + A + f < 0 
 
Nesse caso, o ATP transfere a energia de uma 
outra reação exergônica (que seria advinda da 
fosforilação oxidativa) para uma endergônica. 
OBS! ​É válido ressaltar que o ADP-P armazena mais 
energia que A-P ou B-P, por isso há liberação de 
energia livre (a hidrólise do ATP compensa a energia) 
 
Metabolismo 
É o processo de obtenção, armazenamento e 
utilização de energia, e a transformação de 
precursores obtidos no meio em compostos 
característicos de cada organismo, feito por meio de 
uma intrincada rede de reações químicas. 
Para a produção de energia, os 3 principais 
macronutrientes convergem para formação da 
Acetil-CoA, que continuará na respiração celular. 
 
Anabolismo X Catabolismo 
Catabolismo: o conjunto de reações 
degradativas e produtoras de energia livre. 
Anabolismo: o conjunto de reações de síntese 
que invariavelmente requerem injeção de energia para 
que ocorram. 
 
OBS! ​Reações exergônicas: que liberam energia livre. 
Reações endergônicas: que absorvem energia livre. 
 
Coenzimas 
O papel das coenzimas é atuar como 
carreadores transitórios de átomos ou grupos 
funcionais específicos​. A fonte das coenzimas é por 
meio da dieta do organismo (vitaminas, aa. essenciais 
e etc). Exemplos de coenzimas são a NADH e a FAD. 
Muitas enzimas metabólicas necessitam de 
cofatores para o seu funcionamento, que podem ser 
íons metálicos ou compostos orgânicos (coenzima), a 
forma cataliticamente ativa (enzima + cofator) é 
chamada de ​holoenzima​. A enzima metabólica pode 
se ligar ao seu cofator de forma transitória ou 
permanentemente, quando for permanente, o cofator é 
caracterizado como ​grupo prostético​. 
A enzima metabólica sem o cofator é chamado 
de ​apoenzima​. 
OBS! ​O catabolismo é convergente, pois o 
catabolismo da glicose, do ácido graxo e do 
aminoácido, no contexto da respiração aeróbica, 
converge para a formação da Acetil-CoA. 
OBS! ​Já o anabolismo é divergente, pois certos 
metabólitos do processo de respiração aeróbica, pode 
gerar outros produtos, como lipídeos, aminoácidos e 
glicídios. 
 
Metabolismo de carboidratos em 
células animais 
● Glicólise Anaeróbica 
● Glicólise Aeróbica 
● Via das pentoses Fosfato 
● Glicogênese 
● Síntese de Glicogênio 
● Glicogenólise 
 
OBS! ​Certos hormônios modulam essa 
metabolização, como insulina, glucagon, adrenalina e 
T3/T4 
 
Estado de hiperglicemia e secreção de insulina 
As ​células beta-pancreática apresentam em 
suas membranas ​GLUT2 (internaliza a glicose por 
difusão facilitada - normalmente em um estado 
alimentado). Ao estar internalizada, a glicose é alvo 
de uma fosforilação pela ​glicocinase (enzima expressa 
mediante a um excedente de glicose na corrente 
sanguínea, considerado com um tampão sanguíneo); 
assim, ela é submetida à respiração celular e a 
formação de ATP. Por conseguinte, o ATP causa o 
fechamento dos canais de K dependentes de ATP, isso 
causa a despolarização da membrana e o influxo de 
Ca+ pela canal de Ca+ dependente de voltagem, 
promovendo a fusão da membrana vesicular 
(contendo insulina) e da membrana plasmática, 
liberando o conteúdo de insulina na via sistêmica. 
Assim, a maior circunstância metabólica para 
a glicólise é o estado de hiperglicemia (alimentado), 
no qual há maior influxo de glicose nas células por 
ação da insulina. 
 
Fontes de Glicose 
A glicose pode ser advinda da dieta 
(necessidade diária de 160g) e de forma endógena (via 
hepática). O cérebro utiliza 150g de glicose, e os 
outros tecidos utilizam 40g. 
Os neurônios apresentam GLUT3 (sem 
necessidade de insulina), os eritrócitos têm GLUT1 
(sem nec. de insulina) e o músculo esquelético utiliza 
GLUT4 (necessita de insulina). 
 
Etapas Moleculares para Internalização da glicose 
1. Insulina circulante 
2. Sensibilização do receptor tirosinaquinase por 
associação à insulina na MEC (receptor 
tetramérico, encontrado na membrana, com 2 
subunidades alfa e 2 betas) 
3. Aumento da disponibilidade de GLUT4s na 
membrana, por meio da fusão de vesículas 
4. Internalização da glic. por meio das GLUT4s 
5. Síntese de Glicocinase (Hexoquinase IV) 
6. Fosforilação da glicose pela Hexoquinase IV 
7. Destinos metabólicos da Glicose-6-fosfato 
 
GLICÓLISE 
Glicólise é o processo enzimático degradação 
da glicose em uma série de reações, que resulta na 
formação de 2 piruvatos, o qual ocorre no início do 
processo de respiração celular. A glicólise pode ser 
aeróbica (formando piruvato como produto) ou 
anaeróbica (lactato como produto), de acordo com a 
disponibilidade de O2 e com o tecido. Durante as 
reações sequenciais da glicólise, parte da energia livre 
da glicose é conservada na forma de ATP e NADH. 
A glicólise é a principal rota para o 
metabolismo dos carboidratos. A capacidade de a 
glicólise produzir ATP na ausência de oxigênio é 
particularmente importante, uma vez que permite que 
o músculo esquelético realize níveis muito altosde 
exercícios quando o suprimento de oxigênio for 
insuficiente, e também porque permite que os tecidos 
sobrevivam durante episódios de anóxia. Além disso, 
a quebra glicolítica da glicose é a única fonte de 
energia metabólica em alguns tecidos e células de 
mamíferos (p. ex., eritrócitos, medula renal, cérebro e 
esperma) 
A glicose e seus metabólitos também 
participam em outros processos – por exemplo, na 
síntese do polímero de armazenamento, o glicogênio, 
no músculo esquelético e no fígado e na via das 
pentoses-fosfato, uma parte alternativa da via 
glicolítica. 
 
Visão Geral 
A glicólise é feita em 10 etapas, divididas em 
2 fases principais: as 5 primeiras reações na fase 
preparatória (investimento de 2 ATP) e as outras 5 na 
fase de pagamento (ganho de 4 ATP e 2 NADH). O 
piruvato pode ter 3 destinos possíveis, passar pelo 
Ciclo de Krebs, redução à lactato (fermentação 
láctica) e produção de etanol (fermentação alcoólica), 
dependendo do organismo e da condição de O2. 
 
OBS! ​O piruvato pode ser utilizada em destinos 
anabólicos no organismo 
 
Equação Geral 
 
 
Sendo assim (ΔGfinal<0), pode-se afirmar que 
a glicólise é um processo irreversível 
 
Importância dos intermediários fosforilados 
Todos os 9 intermediários da glicólise são 
fosforilados, tendo os grupos fosforil 3 funções 
principais: 
● A membrana não consegue transportar açúcar 
fosforilado; assim, depois da primeira 
fosforilação da glicose (em glicose-6-fosfato), 
a célula não precisa gastar energia para manter 
a o intermediário dentro da célula. 
● Os grupos fosforil são componentes essenciais 
na conservação enzimática da energia 
metabólica 
● A energia de ligação resultante do 
acoplamento de grupos fosfato ao sítio ativo 
de enzimas reduz a energia de ativação e 
aumenta a especificidade das reações 
enzimáticas 
 
Primeira Reação Enzimática da Glicólise - 
Hexocinase 
Feitas pelas isoenzimas da família Hexocinase, 
com 4 integrantes: a Hexocinase I (encontrada na 
maioria das células), II (coração), IV (fígado - 
chamada de glicocinase). Essa primeira reação ocorre 
após a entrada da glicose na célula, o qual, por meio 
da sua fosforilação, impede a saída da 
glicose-6-fosfato da célula (muda a sua conformação). 
A hexoquinase utiliza o íon magnésio (Mg2+) 
como cofator para ficar ativo e catalisar a 
transferência do grupo fosfato do ATP (doador) para a 
hidroxila do C6 da glicose (receptor), criando o 
composto Glicose-6-fosfato. 
Perceber que a reação é espontânea (com ação do ATP) e 
irreversível ​(deltaG < 0) termodinamicamente. Processo 
chamado de fosforilação de substrato (ATP é como substrato) 
Na maioria dos tecidos e glicose-6-P é um 
potente inibidor alostérico da hexoquinase, permitindo 
ao tecido ajustar o consumo de glicose à sua demanda. 
 
OBS! ​Vale lembrar que a ligação da holoenzima com 
a sua substância de atuação é, geralmente, feita por 
interações fracas (não covalentes), que são quebradas 
após a formação do produto. 
OBS! ​O Km (Constante de Michaelis) é um 
parâmetro cinético que denota a afinidade e 
velocidade de associação de uma enzima ao seu 
substrato, sendo que quanto menor o Km, maior a 
afinidade e velocidade. 
OBS! ​A catálise da reação diminui a necessidade de 
energia livre utilizado para a reação, bem como 
aumenta a velocidade (e disponibilidade) dos produtos 
no organismo. 
 
 
Como a Hexocinase I tem menor Km que a Hexocinase IV, ela 
se associa a mais moléculas de glicose com uma menor 
concentração (chegando a 100% em baixa [glicose]) que a 
hexocinase IV, a qual atua como tampão para glicose sistêmica. 
A glicocinase funciona como tampão, pois a 
sua expressão no citosol é regulada por uma proteína 
reguladora de ligação nuclear, que, quando a glicose 
sistêmica está baixa, carrega a Hexocinase IV para 
dentro do núcleo, e quando está em uma 
hiperglicemia, libera a Hexocinase IV de dentro do 
núcleo (regulação da glicólise por expressão gênica). 
 
Segunda Reação Enzimática da Glicólise - 
fosfo-hexose-isomerase 
A enzima fosfo-hexose-isomerase (ou 
fosfoglicose-isomerase) catalisa a isomerização 
reversível da G-6-P (aldose) a frutose-6-fosfato 
(cetose). 
 
A reação ocorre em ambos sentido pela baixa 
variação de energia livre. 
 
Terceira Reação da Glicólise - Fosfofrutocinase-1 
(PFK-1) 
A enzima fosfofrutocinase-1 (PFK-1), utiliza 
íon Mg como cofator, catalisa a transferência de um 
grupo fosforil do ATP para a frutose-6-fosfato, 
formando a frutose-6-bifosfato. 
 
Trata-se de uma reação irreversível, e também 
é a primeira etapa comprometida da via glicolítica 
(nem um outro composto a partir dessa reação pode 
ter outro destino além da glicólise). 
A fosfofrutocinase-1 está sujeita a uma 
complexa modulação alostérica​; sua atividade estará 
aumentada sempre que o suprimento de ATP da célula 
estiver prejudicado ou quando ocorrer acúmulo dos 
produtos da degradação de ATP, ADP e AMP. A 
enzima estará inibida sempre que a célula tiver muito 
ATP e estiver bem suprida por outro combustível, 
como ácidos graxos. 
 
Quarta Ração da Glicólise 
Feita pela enzima frutose-1,6- 
-bifosfato-aldolase (ou aldolase), cliva a 
frutose-1,6-bifosfato para a formação de duas 
trioses-fosfato diferentes, a aldose 
gliceraldeído-3-fosfato e a cetose 
di-hidroxiacetona-fosfato: 
 
Embora a reação da aldolase tenha uma 
variação da energia livre padrão fortemente positiva, 
nas baixas concentrações dos reagentes presentes na 
célula a variação real da energia livre é pequena, e a 
reação da aldolase é prontamente reversível. 
 
Quinta Reação da Glicólise - 
Triose-fosfato-isomerase (TIM) 
A di-hidroxiacetona-fosfato é rápida e 
reversivelmente convertida a gliceraldeído-3-fosfato 
(GAP) pela enzima triose-fosfato-isomerase, pois a 
primeira substância não pode ser degradada na via 
glicolítica, sendo necessária a sua conversão. Com a 
quinta reação há o término da fase preparatória da 
glicólise. 
 
 
Sexta Reação da Glicólise - 
Gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase 
A primeira etapa da fase de pagamento é a 
oxidação do gliceraldeído-3-fosfato a 
1,3-bifosfoglicerato, catalisada pela enzima 
gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase. 
 
Esta é a primeira das reações da glicólise que 
há a conservação da energia na forma de NADH. 
 
Sétima Reação da Glicólise - Fosfoglicerato-cinase 
A enzima fosfoglicerato-cinase transfere o 
grupo fosforil de alta energia do grupo carboxil do 
1,3-bifosfoglicerato para o ADP, formando ATP e 
3-fosfoglicerato. 
Vale frisar que 
as etapas ➏ e ➐ da 
glicólise constituem 
um processo de 
acoplamento de 
energia em que 
1,3-bifosfoglicerato é 
um intermediário 
comum; ele é formado 
na primeira reação 
(que seria endergônica 
se isolada) e seu grupo 
acil-fosfato é 
transferido ao ADP na 
segunda reação (que é extremamente exergônica); ou 
seja, as etapas 6 e 7 ocorrem quase que 
simultâneamente para manter a [1,3-bifosfoglicerato] 
baixo e incentivar a formação dos produtos da 6 
reação. 
 
OBS! ​É comum todas as enzimas “cinases” conterem 
o íon magnésio como cofator. 
 
Oitava Reação da Glicólise - Fosfoglicerato-mutase 
A enzima fosfoglicerato-mutase catalisa o 
deslocamento reversível do grupo fosforil entre C-2 e 
C-3 do glicerato; Mg21 éessencial para essa reação. 
 
 
Nona Reação da Glicólise - Enolase 
A enolase promove a remoção reversível de 
uma molécula de água do 2-fosfoglicerato para gerar 
fosfoenolpiruvato (PEP) 
 
O mecanismo da reação da enolase envolve 
um intermediário enólico estabilizado por Mg2. 
 
Décima Reação da Glicólise - Piruvato-cinase 
A última etapa na glicólise é a transferência do 
grupo fosforil do fosfoenolpiruvato ao ADP 
(fosforilação a nível de substrato), catalisada pela 
piruvato-cinase, que exige K+ e Mg++ ou Mn++ 
 
Nesta fosforilação, o piruvato resultante 
aparece inicialmente em sua forma enólica, depois 
tautomeriza de modo rápido e não enzimático à sua 
forma cetônica, que predomina em pH 7,0. 
 
 
 
 
 
 
OBS! ​O ajuste necessário na velocidade da glicólise é 
alcançado pela interação complexa entre o consumo 
de ATP (balanço energético), a regeneração de 
NADH (balanço redox) e a regulação alostérica de 
algumas enzimas glicolíticas – incluindo a 
hexocinase, a PFK-1 e a piruvato-cinase – e as 
flutuações segundo a segundo das concentrações dos 
metabólitos-chave que refletem o equilíbrio celular 
entre a produção e o consumo de ATP. Em uma escala 
de tempo um pouco maior, a glicólise é regulada pelos 
hormônios glucagon, adrenalina e insulina e por 
variações na expressão de genes de várias enzimas 
glicolíticas. 
 
Possíveis destinos do piruvato 
Em condições aeróbicas, o piruvato formado 
na etapa final da glicólise é oxidado a acetato 
(acetil-CoA), que entra no ciclo do ácido cítrico e 
assim vai; o NADH formado na 6 reação é oxidado e 
seu elétron (na forma de íon hidreto, H-) é transferido 
ao O2 na respiração mitocondrial. 
Todavia, em caso de hipóxia, o NADH não 
pode ser reoxidado pelo O2; sendo assim, a falta do 
NAD+ na célula cessaria a Sexta reação da glicólise e, 
logo, as reações subsequentes. Portanto, o NAD+, 
nesses casos, é regenerado com a fermentação. 
 
Fermentação Lática 
No caso de falta de O2 para suprir as 
necessidade energéticas, as células animais fazem a 
fermentação láctica, a partir do piruvato, por meio da 
enzima LDH (Lactato Desidrogenase) e com 
disponibilidade de NADH (fase limitante). 
 
Como na sexta reação da glicólise há produção 
de NADH e na fermentação lática há produção de 
NAD+ + H+, não ocorre variação líquida de NAD+ 
durante a respiração anaeróbia. 
As hemácias, a córneo, o cristalino, células da 
retina e medula renal fazem fermentação láctica 
obrigatória (maior parte da produção energética). 
Todavia, no músculo esquelético, a fermentação 
láctica é circunstancial, mas apenas na condição de 
baixo suprimento de oxigênio: fibras vermelhas 
(resistentes e pouca fermentação), fibras brancas 
(explosivas e muita fermentação) e raras (elevada 
capacidade oxidativa). Já o fígado faz o 
aproveitamento do lactato, por meio da transformação 
do lactato em piruvato, a fim de desintoxicar o 
organismo da grande [lactato] gerado constantemente. 
Quando o lactato é produzido em grande 
quantidade durante a contração muscular vigorosa (p. 
ex., durante uma arrancada), a acidificação resultante 
da ionização do ácido láctico nos músculos e no 
sangue limita o período de atividade vigorosa 
A alta concentração de certas enzimas, como 
fosfocreatina quinase (CPK), LDH e 
fosfofrutoquinase (PFK) demonstram a alta produção 
de fermentação lática. 
 
Fermentação alcoólica 
Realizada pela Saccharomyces cerevisiae, é a 
base da produção de pães, cervejas e etc; há produção 
de etanol e CO2 a partir da glicose. 
Da glicose, há 10 reações de metabolização 
(glicólise), criando 2 moléculas de piruvato, os quais, 
serão metabolizados pela acetaldeído desidrogenase 
(etapa de descarboxilação do piruvato), gerando 2 
acetaldeídos, que, por sua vez, é metabolizado pela 
álcool desidrogenase, formando 2 etanóis e 2 NAD+. 
 
 
 
Funções da glicólise 
● Geração rápida de ATP (2 ATPs) 
● Gerar intermediários para síntese de outros 
compostos 
● Regenerar NAD+ citosólico (fermentação) 
● Impulsiona o metabolismo mitocondrial - 
balanço redox e energético favorável 
 
Metabolismo Anaeróbico 
A glicólise pode ocorrer de duas maneiras 
distintas: aeróbica ou anaeróbica, de acordo com a 
disponibilidade de O2 e tecido 
 
Disponibilidade de Glicose pela dieta 
A disponibilidade de glicose no sangue se dá 
pela alimentação, no qual, a quebra dos açúcares leva 
a formação do monossacarídeo de glicose, que é 
absorvido pelas SGLT1 (Na+/glucose Symporter) 
presentes na membrana apical das células do intestino. 
Sendo assim, as glicose sai das células entéricas para 
a corrente sanguínea por meio das GLUT2s (principal 
transportador de glicose e outras hexoses) na 
membrana basolateral. 
 
Fase de investimento de energia 
Etapa de geração de intermediários 
fosforilados e conversão de hexoses em trioses. Após 
a transformação da glicose pela hexoquinase, criando 
a glicose-6-fosfato