BIOENERGÉTICA E METABOLISMO - Glicólise, Ciclo de Krebs, Fermentação, Cadeia Respiratória, Gliconeogenese,

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BIOENERGÉTICA E METABOLISMO 
 
Conceito de metabolismo: maneira pela qual o organismo processa suas moléculas, seja no sentido da síntese, para 
a obtenção de macromoléculas tais como: proteínas, lipídeos, polissacarídeos e ácidos nucléicos; ou no sentido da 
lise, para obtenção de moléculas precursoras tais como aminoácidos, ácidos graxos, monossacarídeos, bases 
nitrogenadas, ou mais ainda para a obtenção de energia necessária para a manutenção do organismo vivo. 
 
Anabolismo: divisão do metabolismo responsável pela síntese de macromoléculas (proteínas, lipídeos, 
polissacarídeos e ácidos nucléicos) a partir de moléculas precursoras (aminoácidos, ácidos graxos, monossacarídeos, 
bases nitrogenadas), para tanto necessitando de energia (gerada pelo catabolismo), e também da síntese de 
moléculas precursoras a partir de moléculas pobres em energia como CO2 e H2O 
 
Catabolismo: divisão do metabolismo responsável pela quebra de macromoléculas usualmente proveniente dos 
alimentos para a obtenção de moléculas precursoras necessárias para a construção de suas próprias 
macromoléculas (enzimas, lipídeos de membranas) ou obtenção de energia, tanto quebrando as macromoléculas até 
moléculas pobres em energia como CO2 e H2O. 
 
o As reações catabólicas e anabólicas de um grupo de biomoléculas são reguladas inversamente, para se evitar um 
processo dispendioso de energia. Assim quando uma via está ocorrendo, a outra é suprimida. Tal regulação não 
seria possível caso as vias fossem catalisadas exatamente pelo mesmo conjunto de enzimas operando nos dois 
sentidos, uma vez que a inibição de enzimas envolvidas no catabolismo implicaria também na inibição de 
sequências de reações anabólicas 
 
Termodinâmica 
- Uma reação química pode ser analisada em dois aspectos: velocidade de reação e variação de energia envolvida 
- Em uma reação química de uma substancia A e uma substancia B, em relação à variação de energia, só interessa a 
condição inicial e a condição final, o processo não altera o resultado 
- A variação vai ser a mesma, não importa como a reação aconteça 
- A variação de energia é fundamental para saber se a reação vai acontecer ou não espontaneamente 
 
Reação espontânea: parte de um nível maior de energia para um nível menor 
 - Reações exergônicas: liberam energia 
 - Não significa que acontecerá rapidamente 
 
Reações endergônicas: começam de um nível baixo de energia e passam para um nível maior 
 - Só acontecem se houver fornecimento de energia 
 
ΔG = variação de energia: indica se a reação será espontânea da esquerda para a direita ou da direita para a 
esquerda 
Ex: A + B → C + D 
 ΔG +: vai de menos energia para mais energia, ou seja, não é espontânea (endergônica) 
 - Nível de energia de A+B é menor que C+D 
 
Ex: A + B → C + D 
 ΔG – : nível de energia de A+B é maior que de C+D. Reação espontânea (exergônica) 
 
 
 
 
Valor de ΔG depende da pressão, temperatura, natureza química das substancias e suas concentrações. 
- Condições padrão: ΔG = 0’ 
o Pressão: 1 atm 
o Temperatura: 25° C 
o Concentração: 1 molar 
o PH: 7 
 
- O interior da célula não está dentro das condições padrão 
- A célula, principalmente a membrana (plasmática e das organelas) altera as concentrações das substancias 
envolvidas 
- As membranas manipulam as concentrações das substancias para que o ΔG fique negativo no sentido de interesse 
da célula 
- Quando a velocidade da reação da direita para a esquerda é igual a velocidade da esquerda para a direita, o ΔG = 0, 
ou seja, a reação entrou em equilíbrio (quantidade de energia dos dois lados se iguala) 
 
1ª lei da termodinâmica: energia pode ser convertida de uma forma a outra, mas não pode ser criada nem destruída 
 
2ª lei da termodinâmica: no universo a desordem sempre aumenta 
- Medida de desordem é a entropia 
o Ordem: baixa entropia 
o Desordem: alta entropia 
- Sempre vai da ordem para a desordem (- entropia para + entropia) 
 
- Uma célula é altamente organizada (baixa entropia), MAS enquanto ela baixa a entropia de uma forma, de outra 
forma ela está aumentando muito mais. 
 Ex: para juntar os aminoácidos (baixa entropia) é preciso obter energia do exterior, por exemplo a glicose. 
Na quebra da glicose, ocorre a liberação de CO2, aumentando a entropia. A célula diminui sua entropia interior 
aumentando a entropia de fora. 
 
GLICOLISE 
- A célula converte diferentes fontes de energia em uma molécula: ATP 
- Via catabólica 
- Glicose: principal fonte de energia da célula 
- A glicólise gasta 2 ATP, produz 4 ATP, tendo um saldo de 2 ATP 
- Ela oxida a molécula de glicose, ou seja, extrai elétrons ricos em energia e passa para o NAD+ 
- NAD+: carreador de elétrons ricos em energia 
- Glicólise quebra a glicose formando dois piruvato 
- Total de 10 reações 
 
1ª REAÇÃO (IRREVERSIVEL) Cinase: transferência de fosfato 
- Enzima envolvida: hexocinase 
- Gasta um ATP 
- Glicose  glicose 6-fosfato 
- É transferido o fosfato do ATP para a glicose (ligado ao carbono 6) 
- O fosfato tem carga negativa e não passa pela membrana plasmática 
- É adicionado para a glicose permanecer presa dentro da célula 
 
 
 
2ª REAÇÃO Isomerase: converse um isômero em outro 
- Enzima envolvida: fosfoglicose isomerase 
- Glicose 6-fosfato  frutose 6-fosfato 
- A frutose é uma molécula mais simétrica 
- Posteriormente a molécula será partida ao meio e é melhor que ela seja mais simétrica 
 
3ª REAÇÃO (IRREVERSIVEL) 
- Enzima envolvida: fosfofrutocinase 
- Gasto do 2º ATP 
- Frutose 6-fosfato  frutose 1,6-bifosfato 
- Molécula fica mais simétrica ainda 
 
4ª REAÇÃO 
- Enzima envolvida: aldolase 
- Frutose será partida ao meio 
- Frutose 1,6-bifosfato  di-hidroxiacetona fosfato 
  gliceraldeído 3-fosfato 
- é preciso converter a di-hidroxiacetona em gliceraldeído 
 
5ª REAÇÃO 
- Enzima envolvida: triose fosfato isomerase 
- Conversão de di-hidroxiacetona em gliceraldeído 
- Termodinâmica: é necessário grande acumulo de di-hidroxiacetona para se converter em gliceraldeído 
- A célula consome rapidamente o gliceraldeído (próxima reação), então não acumula di-hidroxiacetona 
- O consumo rápido de GAP favorece a reação 
 
- A partir da produção de gliceraldeído, todas as reações acontecem em dobro 
 
6ª REAÇÃO 
- Enzima: gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase 
- Gliceraldeído 3-fosfato  1,3 bifosfoglicerato 
- Entrada de fosfato inorgânico (Pi) 
- Produção de NADH 
- Reação feita em dois passos: 
o 1: um H do gliceraldeído é passado para o NAD, formando o NADH. Entra uma molécula de água, o OH passa 
para o gliceraldeído e o outro H forma NADH + H 
o 2: entrada do Pi 
 
- O Pi não tem energia suficiente para se ligar ao gliceraldeído 
- A oxidação do gliceraldeído (1ª etapa) é uma reação favorável (ΔG -) 
- A entrada do Pi é uma reação desfavorável (ΔG +), ou seja, reação isoladamente impossível de acontecer 
- Ao acoplar as duas reações, o ΔG fica negativo 
- A célula oxida o gliceraldeído obtendo assim energia necessária para a entrada do Pi 
 
7ª REAÇÃO 
- Enzima: fosfoglicerato cinase 
- 1,3 bifosfoglicerato  3 fosfoglicerato 
- Fosfato transferido para o ADP 
- Primeiros 2 ATPs produzidos (pois as reações acontecem em dobro) 
- O fosfato que vai pro ADP provém do Pi (energiza-se o Pi para poder transformar em ATP) 
 
8ª REAÇÃO 
- Enzima: fosfoglicerato mutase 
- 3-fosfoglicerato  2-fosfoglicerato 
- Passa o fosfato do C3 para o C2 
- A célula coloca o fosfato em uma posição, perto da carga negativa do oxigênio, tornando sua saída mais favorável 
- Tendência do fosfato a sair 
 
9ª REAÇÃO 
- 2-fosfoglicerato  fosfoenolpiruvato 
- Retira uma molécula de H2O 
- A redistribuição dos elétrons torna a presença do fosfato altamente desfavorável 
 
10ª REAÇÃO (IRREVERSIVEL) 
- Fosfoenolpiruvato  piruvato 
- Formação de mais 2 ATPs 
 
- Fase de investimento de energia (preparatória) 
- Fase de produção de energia (de pagamento) 
 
 
FERMENTAÇÃO 
- A célula faz um ciclo: a glicólise e o ciclo de Krebs convertem o NAD+ e o FAD em NADHe FADH2 
- Na cadeia respiratória, são liberados os elétrons e voltam a ser NAD+ e FAD, podendo voltar para a glicólise e o 
ciclo de Krebs 
- Na ausência de oxigênio, a cadeia transportadora de elétrons não funciona, pois é o O2 que atrai os elétrons 
- Sem a cadeia transportadora, o NADH e o FADH2 não voltam a ser NAD+ E FAD, fazendo com que o ciclo de Krebs 
pare também 
- A glicólise também precisa de NAD+, mas ela não para pois senão a produção de ATP pararia completamente 
- A fermentação impede que a glicólise pare (restaura o estoque de NAD+) 
- Como o ciclo de Krebs para devido a ausência de O2, o piruvato formado na glicólise permanece no citoplasma, não 
entra na mitocôndria 
- Será formado o lactato, para a formação deste a partir do piruvato é preciso adicionar dois hidrogênios à molécula, 
esses hidrogênios vêm do NADH, que volta a ser NAD+, podendo então voltar a ser utilizado na glicólise. 
- Na fermentação alcoólica, primeiro o piruvato é convertido em acetaldeído, liberando CO2 
- Assim o acetaldeído é convertido em etanol, da mesma forma que o piruvato é convertido em lactato, adicionando 
dois hidrogênios 
 - Na fermentação ocorre uma oxidação parcial da glicose, ou seja, é desperdiçada muita energia dos alimentos 
 
CICLO DE KREBS 
- 2ª etapa da respiração 
- Ocorre na matriz da mitocôndria 
- Ao entrar na mitocôndria, o piruvato perde um carbono em forma de CO2, virando acetil 
- O acetil se liga a coenzima A, formando o acetil coenzima A 
- O acetil é oxidado, liberando elétrons e produzindo NADH 
- Piruvato  acetil CoA: liberação de 1 CO2 e produção de 1 NADH 
- O acetil CoA entra no ciclo de Krebs 
- No ciclo são liberados mais dois CO2 
- São produzidos 3 NADH, 1 FADH2 e 1 GTP (transformado depois em ATP) 
- A molécula de glicose é totalmente quebrada, oxidação completa 
 
 Do piruvato à acetil CoA 
- É a queda de energia decorrente da liberação do CO2 que torna possível a entrada da coenzima A 
 
 Formação do citrato 
- O acetil CoA (2C) se junta com o oxalacetato (4C), formando o citrato (6C) 
- Aumento do nível de energia, é preciso de uma fonte de energia (coenzima A) 
- A saída da CoA fornece energia para tornar possível unir o acetil e o oxalacetato 
 
 Formação do isocitrato 
- Para que, posteriormente, outro CO2 saia, é preciso de um OH saia antes, esse OH se liga a outro H, liberando uma 
molécula de água e formando o aconitato 
- A molécula de água retorna, mas em outra posição, tornando possível a saída do CO2 
- Citrato ----------- aconitato -------------isocitrato 
 (sai H2O) (entra H2O) 
 
 Formação do α-cetoglutarato 
- Saída de mais um CO2 
- Formação de NADH + H 
 
 Formação do succinil CoA 
- Saída de outro CO2 que torna possível a entrada da CoA 
- Formação de mais um NADH 
- Não há diferença de hidrogênio nas duas moléculas pois o H é reposto pela CoA 
 
> Formação do succinato 
- CoA sai 
- A saída da CoA torna possível a união de um fosfato inorgânico (Pi) com um GDP, formando um GTP 
- O GTP libera o fosfato para formar um ATP e volta a ser GDP 
 
 Formação do fumarato 
- Formação de um FADH2 
- Não há energia suficiente para formar o NADH 
 
 Formação do malato 
- Entrada de uma molécula de H2O 
 
 Formação do oxalacetato 
- Produção de um NADH + H 
- Saída de 2 hidrogenios, volta a ser oxalacetato e recomeça o ciclo 
 
CONCLUSAO: do piruvato até o fim do ciclo houve a produção de 4NADH, 1 FADH2 e 1 ATP. Como são duas 
moléculas de piruvato, esse saldo dobra 
 
 
 
 
CADEIA RESPIRATÓRIA 
- A cadeia vai produzia energia utilizando os elétrons presentes no NADH e FADH2 
- Ocorre nas cristas mitocondriais 
- Complexo I, complexo II, ubiquitinona, complexo III, citocromo C, complexo IV, carreador fosfato, ATP sintase 
 
Geração de ATP a partir do NADH 
- O complexo II não participa 
- Na cadeia, o NADH libera seu par de elétrons no completo I e volta a ser NAD+ 
- O complexo I usa essa energia do par de elétrons para bombear 4 H+ que estavam dentro da mitocôndria para o 
espaço intermembranar 
- Os elétrons são atraídos por um O2 
- Os elétrons passam de proteína a proteína na cadeia transportadora e se juntam com o O2, formando água 
- Ao chegar ao complexo III, o elétron fornece energia para bombear mais 4 H+ 
- No complexo IV, o elétron não provém mais de tanta energia, então bombeia apenas 2 H+ 
- No espaço intermembranar a carga é mais positiva, dentro da mitocôndria a carga é negativa 
- Os H+, bombeados para fora, querem voltar atraídos pelas cargas negativas 
- 1 H+ voltará para dentro da mitocôndria trazendo junto um Pi (fosfato inorgânico) 
- Outros 3 H+ passam para dentro pela ATP sintase, fazendo ela girar, unindo assim o ADP com o Pi, formando ATP 
- Um par de elétrons fornece energia para produzir 10 H+ 
- 4 H+ para produzir 1 ATP 
- Cada NADH então produz 2,5 ATPs 
 
Geração de ATP a partir do FADH2 
- Presença do complexo II, que só participa com o FADH2 
- Não passa pelo complexo I, o par de elétrons entra direto no complexo II pois não tem tanta energia 
- Não bombeia prótons no complexo II 
- Ao chegar ao complexo III, bombeia 4 H+ para fora 
- No complexo IV bombeia mais 2 H+ 
- O resto é igual ao que acontece com o NADH 
- 1 FADH2 bombeia apenas 6 H+ 
- Formação de 1,5 ATPs por FADH2 
 
 Os NADH formados na glicólise precisam entrar na mitocôndria, eles podem entrar por meio de dois processos: 
 
 Circuito Malato-aspartato 
- O aspartato passa para oxalacetato, que passa para malato 
- A diferença entre oxalacetato e malato é que o primeiro não tem 2 hidrogênios 
- Para um ser convertido no outro, o oxalacetato recebe os 2 hidrogênios provenientes do NADH e se 
transforma em malato 
 - O NADH não consegue passar pela membrana da mitocôndria, então ele transfere seus elétrons para o 
malato 
- Quem entra na mitocôndria não é o NADH e sim o malato 
- Dentro da mitocôndria, o malato volta a ser oxalacetato, retirando seus hidrogênios e devolvendo-os para o 
NAD+ 
- O oxalacetato é convertido em aspartato, que volta para o citosol 
- Com a saída do aspartato na mitocôndria, um H+ entra por transporte antiporte 
 
 
 
 
 Circuito Glicerol-fosfato 
- A di-hidroxiacetona fosfato será convertida em glicerol 3-fosfato 
- O glicerol tem 2 H a mais que a di-hidroxiacetona 
- O NADH fornece esses H para a formação do glicerol 
- O glicerol então entra na mitocôndria, para o espaço intramembranar 
- Há uma enzima que transforma o glicerol em di-hidroxiacetona, que retorna ao citosol 
- A enzima não devolve os elétrons para o NAD+, e sim para o FAD 
 
 
GLICONEOGENESE 
- Produção de glicose a partir de compostos que não são carboidratos 
- A concentração de glicose no sangue não pode ficar muito baixa 
- Glicogênio: reserva de glicose, músculos e fígado armazenam 
- Ao entrar em jejum, lentamente o fígado quebra glicogênio e libera glicose no sangue 
- Gliconeogênese é importante para manter a concentração de glicose no sangue, mesmo em jejum 
- É possível sintetizar glicose a partir de glicerol, lactato e aminoácidos 
 
Glicerol convertido em glicose 
- Glicerol faz parte do triacilgliceridio (lipídio unido a três cadeias de ácidos graxos) 
- O primeiro passo é separar o glicerol dos ácidos graxos 
 
 1ª reação: glicerol  glicerol 3-fosfato 
- Enzima: glicerol cinase 
- Quebra um ATP, transferindo o fosfato para o carbono 3 do glicerol 
 
 2ª reação: glicerol 3-fosfato  di-hidroxiacetona fosfato 
- Enzima: glicerol 3-fosfato desidrogenase 
- Oxida o glicerol 3-fosfato, transferindo H para o NAD+ 
 
A di-hidroxiacetona fosfato pode ser usada tanto para formar a glicose na gliconeogênese ou ser transformada em 
piruvato na glicólise 
 
Lactato convertido em glicose 
- No músculo, quando ocorre a fermentação láctica por falta de O2, o lactato formado vai para a corrente sanguínea, 
chega ao fígado e será transformado em piruvato, podendo assim entrar na gliconeogênese e formar glicose 
- No músculo as proteínas podem ser quebradas em aminoácidos, estes podem ser transportados na formade 
alanina e glutamina que serão levados ao fígado, convertendo-os em piruvato, podendo então ser transformado em 
glicose 
 
Conversão do piruvato à glicose 
- As reações que acontecem na glicose são quase todas reversíveis 
- Existem três reações irreversíveis, e nessas três que a gliconeogênese terá que fazer desvios 
- É por esse motivo que a gliconeogênese não é o inverso da glicólise 
 
 Desvio 1: piruvato  fosfoenol piruvato (10ª reação) 
Piruvato + CO2 + ATP + H2O  oxalacetato + ADP + Pi 
- Gastou ATP para juntar o CO2 com o piruvato 
 
Oxalacetato + GTP  fosfoenol piruvato + CO2 + GDP 
- Gasto de GTP 
- Retira-se um carbono, que fica em forma de CO2 
Na primeira reação gastou ATP para acrescentar um CO2 para que na segunda reação a saída do CO2 torna-
se uma reação possível 
O GTP serve para fornecer fosfato 
 
 Desvio 2: 1,6-bifosfato + H2O  frutose 6 fosfato + Pi 
- Hidrolise 
- Não há produção de ATP 
 
 Desvio 3: 6-fosfato + H2O  glicose + Pi 
- Hidrolise 
- Sem produção de ATP 
 
REGULAÇÃO DA GLICOLISE 
- Objetivos da glicólise: produzir ATP e fornecer precursores para vias de síntese, como a síntese de lipídeos 
- As três reações irreversíveis da glicólise servirão como ponto de controle (1ª, 3ª e 10ª) 
- A reação mais importante é a 3ª, realizada pela enzima fosfofrutocinase (pois essa reação interfere apenas a 
glicólise e não outras vias) 
 
Inibição do ponto de controle da fosfofrutocinase: 
A presença de ATP interfere na velocidade da glicólise. Com pouco ATP na célula, a glicólise aumenta a velocidade de 
reação. A fosfofrutocinase trabalha mais rápido em um ambiente com pouco ATP 
- Com muito ATP, é inibido o trabalho da fosfofrutocinase, pois se já tem muito ATP não deve acelerar a velocidade 
da glicólise 
 
Outro motivo que inibe a glicólise é a queda de pH, que faz com que a fosfofrutocinase atue de forma mais lenta 
- Se a glicólise esta muito acelerada, é possível que falte O2, e se começa a fazer a fermentação láctica, a produção 
exagerada de acido lático diminui o pH do sangue 
- A fosfofrutocinase diminui o ritmo para evitar a queda do pH sanguíneo 
 
Acumulo de citrato também inibe a fosfofrutocinase 
- O citrato, produzido no ciclo de Krebs, quando tem um acumulo, quer dizer que tem muito piruvato, então a 
fosfofrutocinase diminui de velocidade 
 
Inibição do ponto de controle da hexocinase: 
- Hexocinase é inibida pelo seu produto, a glicose 6-fosfato 
- quando é inibida a fosfofrutocinase, à um acumulo de seu substrato, que posteriormente inibe a hexocinase 
 
Hexocinase x Glicocinase 
Encontrado no musculo Encontrado no fígado 
Modulada negativamente pela glicose 6-fosfato Não é modulada negativamente pela glicose 6-fosfato 
Afinidade pela glicose Afinidade menor pela glicose 
 
- Se a glicocinase tivesse uma alta afinidade pela glicose, ela transformaria rapidamente a glicose em glicose 6-
fosfato, faltando assim glicose no sangue 
- A glicocinase só catalisa a glicose se houver sobrando no fígado 
 
Inibição da piruvato cinase acontece quando há muito ATP, ou acumulo de alanina