METABOLISMO AERÓBIO

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METABOLISMO AERÓBIO 
 
CATABOLISMO 
- conjunto de reações degradativas e 
produtoras de energia livre 
- exergônicas - liberação de energia 
para as atividades celulares 
→ participação de coenzimas: NAD+ ⇒ 
NADH (conversão da forma oxidada 
para a reduzida) 
→ liberação de CO2, NH3 e H2O - pobres 
em energia 
- fótons do sol, alimentos ingeridos 
(fonte exógena), nutrientes 
armazenados (fonte endógena) 
- respiração celular 
 
ANABOLISMO 
- conjunto de reações de síntese que 
invariavelmente requerem injeção de 
energia 
- endergônicas 
- trabalho osmótico, trabalho mecânico, 
biomoléculas complexas, demais 
trabalhos celulares 
 
Importância das coenzimas para o 
metabolismo energético 
- enzimas metabólicas → muitas 
requerem cofatores (podem ser íon 
metálico ou coenzima - molécula 
orgânica) 
⇒ HOLOENZIMA (enzima em sua 
forma completa - associada ao cofator; 
cataliticamente ativa) 
- associação transitória ou permanente 
→ se permanente: cofator = GRUPO 
PROSTÉTICO 
 
obs. enzimas sem os cofatores - 
apoenzimas 
 
 
→ flavina-adenina-dinucleotídeo: 
FADH2 
→ nicotinamida-adenina-dinucleotídeo: 
NADH 
 
Papel das coenzimas - atuar como 
carreadores transitórios de átomos ou 
grupos funcionais específicos 
 
Importância do ATP para as atividades 
celulares 
- transporte ativo 
- liberação de insulina 
- síntese proteica 
- transmissão de impulsos nervosos 
- trabalho mecânico - contração 
muscular 
 
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS 
 
 
→ momento metabólico: estado 
alimentado ou privação de alimento 
 
Importante a consideração da ação 
hormonal nas vias metabólicas 
- insulina 
- glucagon 
- adrenalina 
 
Catabolismo de proteínas, gorduras e 
carboidratos durante os 3 estágios da 
respiração celular 
- niacina (B3) → NAD+/NADH 
- riboflavina → FAD/FADH2 
 
 
→ CONDIÇÃO AERÓBICA 
 piruvato não é mantido no 
citosol 
 a descarboxilação já ocorre na 
matriz mitocondrial 
 liberação de 2 Acetil-CoA → 
ciclo do ácido cítrico 
 liberação de gás carbônico e 
água 
→ CONDIÇÃO ANAERÓBICA 
 piruvato pode gerar lactato 
(fermentação lática) ou etanol 
(fermentação alcoólica) 
 
METABOLISMO MITOCONDRIAL 
- oxidação de glicose 
- balanço energético favorável para a 
realização das atividades celulares 
 
→ RESPIRAÇÃO CELULAR - glicólise 
aeróbia ou aeróbica 
 
METABOLISMO AERÓBIO DA 
GLICOSE 
 
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + ATP 
 
- glicólise → 2 piruvatos → 
descarboxilação (matriz mitocondrial) 
→ catálise pela enzima piruvato-
desidrogenase 
- produto dessa reação: Acetil-
CoenzimaA - dá início às reações do 
ciclo do ácido cítrico 
 
obs. enzima desidrogenase na reação 
→ geração de coenzimas reduzidas 
(nesse caso - 3 NADH e 1 FADH2) 
 oxirredução 
 
CICLO DE KREBS OU CICLO DO 
ÁCIDO CÍTRICO - 8 REAÇÕES 
ENZIMÁTICAS 
- descarboxilação 
- oxirredução 
- fosforilação ⇒ ATP 
→ gerado de forma livre - fosforilação a 
nível de substrato (ADP + Pi) 
→ gerado pelas coenzimas (de forma 
indireta) - reações de oxirredução 
 
Como uma molécula com 2 carbonos é 
indispensável para gerar energia? 
 
Destino aeróbio do piruvato: matriz 
mitocondrial 
 
 
 ESTÁGIO 1: PRODUÇÃO DE 
ACETIL-COA 
 
 
→ PDH: piruvato desidrogenase 
 enzima exclusivamente 
mitocondrial 
 complexo enzimático - 3 
enzimas: E1, E2 e E3 → cada 
uma com um sítio catalítico 
próprio e demanda por 
cofatores 
 catalisa sucessivas reações de 
metabolização do piruvato → 
descarboxilação ⇒ Acetil-CoA 
 controle preciso do fluxo de 
carbono - para a continuidade 
das reações do ciclo TCA (ciclo 
dos ácidos tricarboxílicos) ou 
Krebs 
 
Descarboxilação oxidativa (do 
piruvato à acetil-coa) 
 
 
→ aqui está para 1 molécula de 
piruvato, mas como a glicose gera 2 
moléculas, tem-se que dobrar as 
quantidades dos compostos formados 
→ 2 NADH, 2 CoA, 2 CO2 
→ reação irreversível 
 
- 5 coenzimas: 
→ Coenzima A 
→ NAD+ - gerada na reação enzimática 
 impulsiona a cadeia 
transportadora de elétrons 
→ TPP (tiamina pirofosfato) 
→ lipoato 
→ FAD 
- apenas NAD+ atua como cofator 
transitório; as demais coenzimas atuam 
como grupo prostético do PDH 
 
As coenzimas NADH e FADH2 
estimulam a cadeia transportadora de 
elétrons mediante o consumo de 
oxigênio e produção de ATP 
 
Deficiência de tiamina - compromete a 
ação catalítica de E1 → não oxidação 
(descarboxilação) do piruvato → déficit 
energético → perda de funções neurais 
⇒ beribéri 
 
 
 ESTÁGIO 2: OXIDAÇÃO DO 
ACETIL-COA 
- acetil-CoA é associado ao 
oxaloacetato (ácido orgânico de 4 
carbonos; um dos intermediários que 
finaliza o ciclo) 
→ ambos são substratos dessa rota 
cíclica (Krebs) 
 
 
→ liberação de 2 CO2, de NADH e de 
FADH2 
 
Com relação à velocidade, 3 fatores se 
destacam: 
1. disponibilidade dos substratos - 
Acetil-CoA e oxaloacetato 
2. necessidade de intermediários 
do ciclo TCA como precursores 
biossintéticos 
 em determinadas 
circunstâncias 
metabólicas, alguns 
intermediários do ciclo 
TCA são desviados para 
outras rotas 
biossintéticas → fator 
limitante para a 
velocidade do ciclo 
 a oscilação desses 
níveis de intermediários 
é importante para 
controlar a velocidade 
do ciclo 
3. demanda por ATP 
 
A conservação de energia ocorre por 
meio das coenzimas e fosforilação ao 
nível de substrato 
 
 
- conjuntamente, a Acetil-CoA e o 
oxaloacetato ativam a enzima CIT 
(citrato sintase) - 1ª enzima dessa rota 
cíclica 
- reações de descarboxilação 
- reações de oxirredução - FADH2 
- geração de ATP na forma livre - 
fosforilação a nível de substrato 
- regeneração do oxaloacetato ao final 
das reações (do ciclo como um todo) 
- isso garante a funcionalidade da CIT 
se disponível Acetil-CoA → ciclo 
 
 
 ESTÁGIO 3: 
TRANSFERÊNCIA DE 
ELÉTRONS E 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
 
 
→ NADH e FADH2 são reoxidadas 
pelas reações da cadeia transportadora 
de elétrons ⇒ caracterização do 
processo de respiração celular 
- a transferência de prótons e elétrons 
por parte dessas coenzimas favorece 
condições propícias para a síntese de 
ATP mediante a fosforilação de ADP + 
Pi → ATPase/ATP sintase 
- ao mesmo tempo que ocorre a 
síntese de ATP, ocorre a redução do 
oxigênio gerando água (água 
metabólica) 
 
NADH - gera 2,5 ATP 
FADH2 - gera 1,5 ATP 
→ Relação ADP:O → fosforilação de 
ADP mediante o consumo (redução) do 
oxigênio (formando água) 
 
CADEIA TRANSPORTADORA DE 
ELÉTRONS 
CoQ - coenzima Q 
- único composto lipofílico da cadeia 
transportadora de elétrons 
- mergulhada na camada fosfolipídica 
 
Cit c - citocromo C 
- proteína periférica 
- garante o fluxo de elétrons 
- hemoproteína 
 
Esses complexos estão organizados na 
membrana mitocondrial interna 
- esse conjunto de moléculas se repete 
ao longo da membrana 
- são organizados de forma assimétrica 
de acordo com o potencial redox 
 
Complexo I: NADH desidrogenase 
- catalisa a transferência de 
equivalentes redutores da coenzima 
NADH diretamente para a CoQ 
 
NADH + CoQ (ox) → NAD+ + CoQ (red) 
 
- maior potencial redox 
 
Complexo II: succinato desidrogenase 
- única enzima do ciclo de Krebs 
ancorada na face de matriz na 
membrana mitocondrial interna (lado N) 
- transfere os equivalentes redutores da 
coenzima FADH2 para a CoQ 
 
FADH2 + CoQ (ox) → FAD + CoQ (red) 
 
Complexo III 
- recebe equivalentes redutores da 
CoQ reduzida e transfere para o 
citocromo C 
- Cit c participa ativamente da 
transferência de elétrons para o 
Complexo IV 
 
CoQ (red) + Cit c (ox) → Coq (ox) + Cit 
c (red) 
 
Complexo IV 
- menor potencial redox (oxigênio - 
elemento muito eletronegativo, que vai 
receber os elétrons) 
 - transferência de elétrons para o 
oxigênio molecular (reduz) - liberação 
de água (metabólica) 
 
Cit c (red) + ½ O2 → Cit c (ox) + H2O 
 
Concomitantemente à transferência de 
elétrons pela cadeia, ocorre o 
bombeamento de prótons através dos 
complexos I, III e IV 
- extravasamento de prótons para o 
espaço intermembrana → gradiente de 
prótons (gerado pq os prótons não 
tendem a extravasar para o citosol) 
 
FUNCIONAMENTO DA CADEIA 
TRANSPORTADORADE ELÉTRONS 
- formação de gradiente de prótons = 
síntese de ATP 
- fluxo de elétrons → redução do 
oxigênio para formar água 
 
O fluxo de elétrons só ocorre por 
ocasião da presença de centros ferro-
enxofre e das coenzimas FMN 
(complexo I), FAD e FeS (complexo II), 
HEME e Fes (complexo III), HEME e 
centros de cobre - CuA e CuB 
(complexo IV) 
- esses centros garantem a 
manutenção do potencial redox, 
culminando na redução do elemento 
mais eletronegativo do sistema 
(oxigênio molecular) para a formação 
de água 
 
 
→ POTENCIAL QUÍMICO: o ambiente 
da matriz mitocondrial fica ligeiramente 
alcalino devido ao extravasamento de 
prótons para o espaço intermembranas 
(lado P) 
→ POTENCIAL ELÉTRICO: o meio da 
matriz torna-se mais negativo 
 
Ambos os potenciais garantem um 
ambiente propício para a síntese de 
ATP - impulsionada pela força próton-
motriz 
- essa força é mediada pelo complexo 
V - duas subunidades (F1 e Fo) 
- através desse complexo V há o 
retorno de prótons H+, culminando na 
liberação do ATP recém sintetizado 
pela subunidade catalítica F1 
- F1 catalisa a fosforilação de ADP por 
Pi para gerar ATP mediante as 
condições propícias de potenciais 
químico e elétrico gerados durante os 
processos simultâneos na cadeia 
transportadora de elétrons 
- retorno de prótons pela ATPase do 
complexo V → ajuste conformacional 
→ liberação do ATP 
⇒ FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA - 
fosforilação de ADP mediante um 
consumo de oxigênio 
 
Conservação de energia da oxidação 
- eficiência da produção de energia nos 
sistemas vivos: 
→ oxidação de 1 mol de glicose = 2849 
KJ/Mol energia 
 
→ metabolismo aeróbio: 32 ATP x 30,5 
KJ/Mol (valor de hidrólise de 1 mol de 
ATP) = 976 KJ/Mol 
⇒ eficácia de 34% na geração de 
energia pelas céls em condição padrão 
 
- moléculas protagonistas para a 
conservação de energia: coenzimas e 
ATP 
- a rota que mais contribui para a 
conservação de energia é o ciclo de 
Krebs 
 
Qual a participação da coenzima NADH 
citosólica para o saldo energético? 
- lançadeiras - proteínas acopladas à 
membrana mitocondrial interna 
→ ora com função enzimática, ora sem 
→ atuam na comunicação citosol x 
matriz mitocondrial 
 
→ LANÇADEIRA GLICEROL 3-
FOSFATO 
- encéfalo, músculo esquelético 
 
 
→ a transferência dos equivalentes 
redutores do NADH gerado pela etapa 
6 da glicólise é mediada pela enzima 
citosólica glicerol-3-fosfato-
desidrogenase 
 transferência para a triose di-
hidroxiacetona-fosfato (DHAP - 
instável no citosol) - boa parte é 
convertida em GAP 
 ao receber os equivalentes 
redutores de NADH, a di-
hidroxiacetona-fosfato passa a 
ser reduzida a glicerol-3-fosfato 
 os equivalentes redutores 
incorporados à estrutura do 
glicerol-3-fosfato são 
transferidos para o grupo 
prostético FAD da isoenzima 
mitocondrial glicerol-3-fosfato 
→ fonte dos equivalentes redutores: 
NAD 
→ quem os transfere é o glicerol-3-
fosfato (daí o nome lançadeira glicerol-
3-fosfato) 
- FADH2 transfere os equivalentes 
redutores diretamente para a CoQ 
(torna-se reduzida, estimulando o 
complexo III) → continuidade ao fluxo 
de elétrons através da cadeia 
transportadora de elétrons 
 
- DHAP - recebe 2 equivalentes 
redutores do NADH citosólico 
- uma isoenzima da glicerol-3-fosfato-
desidrogenase ligada à face externa da 
membrana interna transfere então dois 
equivalentes redutores do glicerol-3-
fosfato no espaço intermembrana para 
a ubiquinona (coenzima Q; QH2) - uma 
molécula lipídica 
- ou seja, o grupo prostético dessa 
isoenzima mitocondrial é essencial 
para receber os equivalentes redutores 
e rapidamente transferir para a CoQ 
 
A lançadeira glicerol-3-fosfato contribui 
com 1,5 ATP na relação ADP:O 
 
→ LANÇADEIRA MALATO-
ASPARTATO 
- proteínas associadas à membrana 
mitocondrial interna → nesse caso, 
proteínas 2 e 5 
- ativa no fígado, rins, coração 
→ as mitocôndrias são impulsionadas 
energeticamente pela presença dessa 
lançadeira 
- transportadoras de 2 ácidos orgânicos 
→ malato e aspartato 
 
 
MALATO 
- ácido orgânico gerado na matriz 
mitocondrial por ocasião das reações 
do ciclo de Krebs → é um dos 
intermediários 
- proteína 2 
- passa por várias reações e gera 
aspartato 
 
ASPARTATO 
- ácido orgânico gerado na matriz 
mitocondrial 
- origem a partir do oxaloacetato 
(sempre) 
- proteína 5 
- depois de lançado ao citosol, passa 
por várias reações e gera malato 
→ ciclo 
 
Papel das lançadeiras - lançar para o 
citosol esses ácidos quando necessário 
 
Importância: aproveitar os equivalentes 
redutores da coenzima NADH gerada 
no citosol pelas reações da via 
glicolítica a fim de incorporá-los na 
estrutura do malato 
- malato → fundamental para o 
acontecimento do ciclo de Krebs 
- NAD+ oxidada é impulsionada ao 
citosol e dá continuidade à glicólise 
 
⇒ A lançadeira malato-aspartato 
contribui para a continuidade da via 
glicolítica no citosol e para a 
continuidade do ciclo de Krebs na 
matriz mitocondrial (pois possibilita o 
retorno do malato à matriz) 
 
- Asp mantém o pool de OAA no citosol 
- OAA é reduzido a MAL 
- MAL regenera o pool de OAA 
mitocondrial 
- continuidade do ciclo de Krebs 
 
 
→ 3 ou 5 ATP - leva em conta a 
lançadeira que está ativa (glicerol-3-
fosfato ou malato-aspartato) e de qual 
tecido está sendo mencionado 
 músculo esquelético → 
lançadeira glicerol-3-fosfato → 3 
ATP (2 coenzima FADH2 x 1,5 
ATP) 
→ o saldo energético equivale a 
uma etapa a menos (pq já 
transfere diretamente à CoQ) 
 coração → lançadeira malato-
aspartato → 5 ATP 
→ essa lançadeira movimenta o 
complexo I da cadeia 
transportadora de elétrons → 
para cada NADH que 
movimenta o complexo, são 
sintetizados 2,5 ATP (x 2 
moléculas = 5 ATP)