1.GLICÓLISE-Visao geral e reações

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Figura 1 
O piruvato é o produto 
final da glicólise, ele pode 
seguir diferentes vias 
metabólicas dependendo 
do organismo considerado 
e das condições 
metabólicas em que se 
encontra. 
Universidade Estadual do Ceará / Faculdade de Veterinária 
Bioquímica Veterinária II 
 
Prof. Dr. Genário Sobreira Santiago 
 
GLICÓLISE: Visão Geral e Reações 
 
1. INTRODUÇÃO 
 A glicólise é a via central do catabolismo da glicose de forma quase universal, não 
apenas em animais e vegetais, mas também na maioria dos microrganismos. A 
sequência de reações da glicólise difere de uma espécie para outra apenas na forma em 
que sua velocidade é regulada e no destino metabólico do piruvato formado. 
 Existem três vias importantes que podem ser tomadas pelo piruvato formado na 
glicólise. Nos organismos aeróbicos a glicólise é apenas o primeiro estágio da 
degradação aeróbica completa da glicose a CO2 e H2O (figura 1). 
 
 
 
 
 
 
 
 O piruvato assim formado é 
oxidado, com perda do seu 
grupo carboxila na forma de 
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CO2, formando o grupo acetil da acetil coenzima A. Este grupo acetil é, a seguir, 
completamente oxidado a CO2 e H2O pelo ciclo do ácido cítrico, com a intervenção 
do oxigênio molecular. Esta é a via tomada pelo piruvato nas células aeróbicas animais 
e vegetais. 
 A segunda via possível ao piruvato é a sua redução a lactato. Quando alguns 
tecidos animais precisam funcionar anaerobicamente, em especial o músculo 
esquelético em contração vigorosa, o piruvato formado na glicólise não pode ser 
oxidado devido à falta de oxigênio. Nestas condições o piruvato produzido pela glicólise 
é reduzido a lactato. No músculo esquelético, este processo é chamado de glicólise 
anaeróbia, e é uma importante fonte de ATP durante a atividade física muito intensa. 
O lactato também é produto da glicólise nos microrganismos anaeróbios que 
desenvolvem a fermentação lática (figura 1). 
 A terceira via principal aberta ao piruvato leva à formação de etanol. Em alguns 
microrganismos, como a levedura de cerveja, o piruvato é convertido anaerobicamente 
em etanol e CO2, um processo chamado fermentação alcoólica (figura 1). 
Fermentação é um termo geral que significa degradação anaeróbia da glicose ou de 
outros nutrientes orgânicos em produtos variados, com o propósito de obtenção de 
energia na forma de ATP. Como os primeiros organismos vivos apareceram em uma 
atmosfera sem oxigênio, a degradação anaeróbia da glicose é a mais antiga forma de 
mecanismo biológico para obtenção de energia das moléculas dos combustíveis 
orgânicos. 
 
2. TRANSPORTE DE GLICOSE NAS CÉLULAS 
2.1. Transporte facilitado 
 A glicose não pode se difundir diretamente na célula, mas ela penetra através de 
dois mecanismos de transporte. O primeiro mecanismo para a penetração de glicose 
nas células, o transporte facilitado, é mediado por uma família de no mínimo cinco 
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transportadores de glicose na membrana celular, 
denominados GLUT-1 a GLUT-5 (quadro 2). Os 
transportadores de glicose mostram homologia 
significativa em sua sequência primária, mas 
apresentam um padrão de expressão com 
especificidade tecidual. Por exemplo, GLUT-4 é 
abundante no tecido adiposo e músculo 
esquelético, enquanto GLUT-1 é abundante no 
eritrócito, mas baixo no músculo. O número e 
atividade dos GLUT no movimento da glicose 
estão a favor do gradiente de concentração 
– isto é, de uma elevada concentração de glicose fora da célula para uma concentração 
menor dentro da célula. Postula-se que exista um transportador na membrana, com dois 
estados de conformação. A glicose extracelular liga-se ao transportador, o qual então 
altera sua conformação, descarregando a glicose dentro da célula (figura 2). 
 
2.2. Cotransporte 
 O segundo mecanismo para a entrada de glicose nas células é o cotransporte, 
um processo requerendo energia que transporta a glicose contra um gradiente de 
concentração – isto é, de baixas concentrações de glicose fora da célula para 
concentrações maiores dentro da célula. O cotransporte é um processo mediado por 
transportador, no qual o movimento da glicose é acoplado ao gradiente de 
concentração de Na+, o qual é transportado na célula ao mesmo tempo. Este tipo de 
transporte ocorre, por exemplo, nas células epiteliais do intestino e túbulos renais. 
 
3. FASES DA GLICÓLISE 
 Antes de examinarmos os passos enzimáticos individuais da glicólise é 
interessante termos uma visão geral dela. A quebra da glicose com seis átomos de 
 
Figura 2 
Representação esquemática do 
transporte de glicose (Fonte: CHAMPE & 
HARVEY, 1996) 
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carbonos em duas moléculas de piruvato, cada uma com três átomos de carbono, é 
realizada pela ação de 10 enzimas em sequência (figura 3). 
Os primeiros cinco passos enzimáticos constituem a fase preparatória. Nestas 
reações, glicose é fosforilada enzimaticamente, primeiro no carbono 6 e depois no 
carbono 1, para a obtenção da frutose-1,6-difosfato, a qual é, então quebrada ao 
meio, produzindo duas moléculas com três átomos de carbono, o gliceraldeído 3-
fosfato, o produto da primeira fase da glicólise. Duas moléculas de ATP precisam ser 
investidas para ativar, ou preparar, a molécula de glicose deixando-a pronta para ser 
clivada em dois pedaços de três átomos de carbono; mais tarde haverá um bom retorno 
deste investimento. Outras hexoses, 
principalmente D-frutose, D-galactose e D-
manose, também podem entrar na fase 
preparatória glicólise depois de sofrerem o 
processo de fosforilação. 
A fase preparatória da glicólise serve para coletar 
as cadeias carbônicas de todas as hexoses 
metabolizadas na forma de um único produto 
comum: o gliceraldeído 3-fosfato. 
 A segunda fase da glicólise, catalisada pelas 
cinco enzimas restantes, representa o pagamento 
do rendimento da glicólise, nela a energia liberada 
pela transformação de duas moléculas de gliceraldeído 3-fosfato em duas moléculas de 
piruvato é conservada através do acoplamento da fosforilação de quatro moléculas de 
ADP a ATP (figura 3). Embora quatro moléculas de ATP sejam formadas na segunda fase 
da glicólise, o rendimento líquido final é de apenas duas moléculas de ATP por moléculas 
de glicose degradada, uma vez que duas moléculas de ATP foram gastas na primeira fase 
da glicólise. 
 
 
Figura 3 
Fases da glicólise 
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 Três tipos diferentes de transformação química ocorrem durante a glicólise: 
(1) a degradação do esqueleto carbônico da glicose formando piruvato, ou seja, a 
via dos átomos de carbono; 
(2) a fosforilação do ADP a ATP pelos compostos fosfatados de alta energia 
formados durante a glicólise, ou seja, a via dos grupos fosfato; 
(3) a transferência dos átomos de hidrogênio ou elétrons. 
 Na maioria dos tipos celulares as enzimas que catalisam a glicólise estão 
dissolvidas no citosol, o meio aquoso contínuo do citoplasma. Já as enzimas que 
promovem a fase de oxidação dos carboidratos com consumo de oxigênio estão 
localizadas na membrana mitocondrial das células eucarióticas e na membrana 
plasmática das células procarióticas. 
 
4. FUNÇÕES DOS GRUPOS FOSFATOS NA GLICÓLISE 
 O primeiro fato importante a chamar a atenção quando examinamos a via 
glicolítica é a constatação de que cada um dos seus nove intermediários é um composto 
fosforilado. Parece haver três funções desempenhadas pelos grupos fosfato: 
(1) Os grupos fosfato estão completamente ionizados em pH 7,0, isto confere carga 
líquida negativa a cada um dos intermediários da via. Como, em geral, as 
membranas celulares são impermeáveis a moléculas carregadas eletricamente, 
os intermediários da glicólise não podem escapar da célula. A glicose pode entrar 
nas células e lactato ou piruvato podem sair, porque as membranas celulares 
possuem sistemas transportadores específicos que permitem a passagem destas 
moléculas; 
(2) A segunda função dos grupos fosfato é óbvia: eles são componentesessenciais 
na conservação enzimática da energia metabólica já que são, afinal, transferidos 
para o ADP para formar o ATP; 
(3) Os grupos fosfatos servem como estruturas de reconhecimento ou ligação 
necessárias ao ajuste adequado dos intermediários glicolíticos ao sítio ativo das 
enzimas correspondentes a cada um deles. 
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 Quase todas as enzimas glicolíticas necessitam de Mg2+ para serem ativas. Como 
o Mg2+ forma complexos com os grupos fosfato dos intermediários glicolíticos, com o 
ADP e com o ATP, o sítio de ligação do substrato de muitas enzimas glicolíticas parece 
ser específico para o complexo de Mg2+ com os intermediários fosforilados. 
 
5. REAÇÕES DA GLICÓLISE – PRIMEIRA FASE 
5.1. Fosforilação da glicose 
 No primeiro passo a molécula de glicose é preparada para as reações 
subsequentes através da fosforilação na posição 6 e formação da glicose 6-fosfato 
(figura 4), às expensas do ATP. Esta reação é irreversível nas condições intracelulares e 
é catalisada pela hexoquinase, uma enzima encontrada na maioria das células animais, 
vegetais e microbianas. 
 A hexoquinase catalisa a fosforilação não só da glicose, mas também de outras 
hexoses como a manose. Em organismos ou tecidos diferentes a hexoquinase ocorre 
em formas isoenzímicas diferentes. Embora todas elas catalisem a reação indicada na 
figura 4, elas diferem em suas propriedades cinéticas (quadro 1 e figura 5). 
 Nas células musculares, por exemplo, a hexoquinase tem um 𝑘𝑚 para a glicose 
de valor baixo e, desta forma, fosforilará a glicose do sangue (4 a 5 mM) com velocidade 
máxima. A hexoquinase é fortemente inibida pelo seu produto, glicose 6-fosfato. Essas 
evidências levaram a conclusão de que a hexoquinase é uma enzima reguladora, na 
qual a glicose 6-fosfato é tanto o substrato como o regulador alostérico: sempre que a 
concentração de glicose 6-fosfato no interior da célula sobe acima do seu 
nível normal, ela passa a inibir temporária e reversivelmente a 
hexoquinase, levando a velocidade de sua formação a um equilíbrio com a 
velocidade de sua utilização. 
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Quadro 1. Propriedades da hexoquinase e glicoquinase 
 Hexoquinase Glicoquinase 
Distribuição tecidual Maioria dos tecidos Fígado e células-β 
𝑘𝑚 Baixo (0,1𝑚𝑚𝑜𝑙𝐿
−1 = 2𝑚𝑔%) Alto (10𝑚𝑚𝑜𝑙𝐿−1 = 200𝑚𝑔%) 
𝑣𝑚á𝑥 Baixa Alta 
Inibição pelo produto Sim Não 
Fonte: CHAMPE & HARVEY (1996) 
 
 No fígado (e nas células β do pâncreas), a glicoquinase é a enzima predominante 
para fosforilação da glicose. A glicoquinase difere da hexoquinase por requerer 
uma concentração muito maior de glicose para atingir metade da saturação. Assim, a 
glicoquinase somente funciona quando a concentração intracelular de glicose no 
hepatócito está elevada, como durante o breve período após o consumo de uma dieta 
rica em carboidratos, quando níveis elevados de glicose são enviados para o fígado 
 
Figura 4 
Fase de investimento 
energético: fosforilação da 
glicose 
 
 
Figura 5 
Efeito da concentração da 
glicose sobre a velocidade de 
fosforilação catalisada pela 
hexoquinase e glicoquinase 
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através da veia porta. A glicoquinase possui 𝑘𝑚 para glicose elevada, permitindo ao 
fígado remover efetivamente este afluxo de glicose do sangue portal. Isto impede que 
grandes quantidades de glicose penetrem na circulação sistêmica após uma refeição rica 
em carboidratos e, assim, minimiza a 
hiperglicemia durante o período absortivo. 
Outro aspecto importante da 
glicoquinase: sua deficiência na doença 
diabetes mellitus. Nesta doença o 
pâncreas não secreta insulina em 
quantidades normais, a glicose sanguínea 
atinge níveis muito altos e pouco glicogênio 
é formado. 
 
5.2. Isomerização da glicose 6-fosfato 
 
 A enzima fosfoglicose isomerase 
catalisa a isomerização reversível de glicose 
6-fosfato, uma aldose, em frutose 6-
fosfato, uma cetose. Esta reação envolve o 
deslocamento do oxigênio carbonílico do 
carbono 1 para o carbono 2 (figura 6). 
5.3. Fosforilação da frutose 6-fosfato 
 Esta é segunda das duas reações preparatórias da glicólise. A 
fosfofrutoquinase 1 catalisa a reação de transferência de um grupo fosfato do ATP 
para a posição 1 frutose 6-fosfato formando a frutose-1,6-bifosfato. 
 
Figura 6 
Fase de investimento energético: conversão da 
glicose 6-fosfato em trioses fosfato 
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 Nas condições existentes na célula, a reação da fosfofrutoquinase 1 é 
essencialmente irreversível. Esta reação é o segundo ponto importante da 
regulação da glicólise. A atividade da fosfofrutoquinase 1 é acelerada sempre que o 
suprimento celular de ATP torna-se baixo ou há um excesso dos produtos de hidrólise 
do ATP, ADP e AMP, principalmente este último. Ela é inibida sempre que a célula dispõe 
de ATP suficiente e está bem suprida de outros combustíveis, como o citrato e os ácidos 
graxos. A ação reguladora da fosfofrutoquinase 1 será discutida mais amplamente 
no segundo módulo sobre glicólise. 
 
5.4. Clivagem da frutose 1,6-bifosfato 
 Esta reação é catalisada pela enzima frutose difosfato aldolase, geralmente 
chamada simplesmente de aldolase. A frutose 1,6-bifosfato é clivada reversivelmente 
em duas trioses fosfato diferentes gliceraldeído 3-fosfato (G3P), uma aldose, e 
diidroxiacetona fosfato (DHAP), uma cetose. 
 
5.5. Interconversão das trioses fosfato 
 Apenas uma das trioses fosfato formadas pela aldolase, o G3P, pode ser 
degradada pelos passos subsequentes da glicólise. Entretanto, a DHAP pode ser 
convertida rápida e reversivelmente em G3P pela quinta enzima da sequência glicolítica, 
a triose fosfato isomerase. Assim, esta isomerização resulta na produção de duas 
moléculas de G3P a partir da clivagem da frutose 1,6-difosfato. 
6. REAÇÕES DA GLICÓLISE – SEGUNDA FASE 
6.1. Oxidação do gliceraldeído 3-fosfato 
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 Esta é a primeira das duas reações da glicólise preservadoras de energia e que 
levam à síntese de ATP (figura 7), sendo catalisada pela gliceraldeído 3-fosfato 
desidrogenase. 
 O aceptor de hidrogênio na reação da gliceraldeído 3-fosfato 
desidrogenase é o NAD+, a forma oxidada da nicotinamida adenina 
dinucleotídeo, a qual contém a vitamina nicotinamida. A reação com o NAD+ ocorre 
pela transferência enzimática de um íon hidreto (:H-) do grupo aldeído do G3P para a 
posição 4 do anel da nicotinamida do NAD+, levando a sua redução nas posições 1 e 4 
do anel e produzindo a coenzima reduzida NADH. O outro átomo de hidrogênio da 
molécula do substrato aparece no meio como H+. Por esta 
razão a redução enzimática do NAD+ é escrita incluindo o 
hidrogênio formado: 
 
 Substrato reduzido + NAD+ ⇌ substrato oxidado + NADH + H+ 
 
 
 
 
 Uma vez que existe somente uma quantidade limitada de 
NAD+ na célula, o NADH formado deve ser reoxidado em NAD+ 
para que a glicólise continue. Dois importantes mecanismos 
para oxidar o NADH são (1) a conversão ligada ao NADH do 
piruvato em lactato e (2) a oxidação via cadeia respiratória. 
 
6.1.1. Fosforilação em nível de substrato 
 
Figura 7 
Fase geradora de energia: conversão do 
G3P em 2-fosfoglicerato 
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 A oxidação do grupo aldeído do G3P até um grupo carboxila está acoplada à 
adesão do grupo 𝑃𝑖 ao grupo carboxila. O grupo fosfato de alta energia do carbono 1 do 
1,3-difosfoglicerato conserva muito da energia livre produzida pelo G3P. A formação do 
1,3-difosfoglicerato é um exemplo de fosforilação em nível de substrato na qual a 
produção de um fosfato de alta energia está acoplada diretamente à oxidação de um 
substrato, ao invés de resultar da fosforilação oxidativa via cadeia de transporte de 
elétrons. A energia deste fosfato de alta energia conduz a síntese do ATP na reação 
seguinte da glicólise. 
 
6.1.2. Síntese do 2,3-difosfoglicerato 
 O 1,3-difosfoglicerato é convertido em 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG) pela ação 
da difosfoglicerato mutase.O 2,3-DPG, que é encontrado apenas em pequenas 
quantidades na maioria das células, está presente em alta concentração nos eritrócitos. 
O 2,3-DPG é hidrolisado por uma fosfatase até 3-fosfoglicerato, que também é um 
intermediário da glicólise. Na hemácea a glicólise é modificada pela inclusão dessas 
reações de shunt. 
6.2. Formação do ATP a partir do 1,3-difosfoglicerato e ADP 
 
 O grupo fosfato de alta energia do 1,3-difosfoglicerato é usado para sintetizar 
ATP a partir de ADP em uma reação catalisada pela fosfoglicerato quinase, a qual, 
ao contrário da maioria da maioria das outras reações catalisadas por quinases, é 
reversível. Duas moléculas de 1,3-difosfoglicerato são formadas a partir de cada 
molécula de glicose. Assim, esta reação da quinase repõe as duas moléculas de ATP 
consumidas na formação anterior de glicose 6-fosfato e frutose 1,6-difosfato. 
 
6.3. Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato 
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 Esta reação é catalisada pela fosfoglicerato mutase; nela ocorre um 
deslocamento reversível do grupo fosfato no interior da molécula do substrato. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.4. Desidratação do 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato (PEP) 
 A desidratação do 2-fosfoglicerato é a segunda reação da sequência glicolítica na 
qual é gerado um composto fosfatado de alta energia. Esta reação é catalisada pela 
enolase e consiste na remoção reversível de uma molécula de água do 2-fosfoglicerato 
com a produção de fosfoenolpiruvato (figura 8). 
 
Figura 8 
Fase geradora de energia: 
conversão do 2-fosfoglicerato 
em lactato 
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 Embora o 2-fosfoglicerato e o PEP tenham quase que a mesma quantidade de 
energia, a perda da molécula de água pelo 2-fosfoglicerato provoca uma redistribuição 
da energia no interior da molécula de tal forma que ocorre um decréscimo maior de 
energia livre quando o grupo fosfato do PEP é hidrolisado. 
 
6.5. Formação do piruvato 
 O último passo da glicólise é a transferência do grupo fosfato de alta energia do 
PEP para o ADP e é catalisada pela piruvatoquinase. Esta reação é outro exemplo de 
fosforilação em nível de substrato. 
6.5.1. Regulação para frente (feed-forward) 
 No fígado, a piruvatoquinase é ativada pela frutose 1,6-difosfato, o produto da 
reação da fosfofrutoquinase. Esta regulação para frente, ao invés de regulação 
retroativa (feedback), tem o efeito de ligar as atividades das duas quinases: a 
atividade aumentada da fosfofrutoquinase, resultando em níveis elevados 
de frutose 1,6-bifosfato, ativa a piruvatoquinase. 
 
6.5.2. Modulação covalente da piruvatoquinase 
 A fosforilação por uma proteína quinase dependente de AMPc leva à 
inativação da piruvatoquinase no fígado (figura 9). Quando os níveis de glicose no 
sangue estão baixos, o glucagon elevado aumenta os níveis de intracelulares de AMPc, 
o qual favorece a fosforilação e inativação da piruvatoquinase. Assim, o PEP é incapaz 
de continuar na glicólise mas, ao invés, entra na rota gliconeogênica. 
 
 
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Figura 9 
A modificação covalente 
da piruvatoquinase resulta 
na inativação da enzima 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7. LEITURA 
“Uma família de transportadores permite à glicose entrar nas células 
animais e sair delas” 
 Vários transportadores de glicose participam no movimento 
termodinamicamente favorável da glicose através das membranas citoplasmáticas das 
células animais. Cada membro desta família de proteínas, chamados de GLUT1 a GLUT5 
(do inglês glucose transporter) é constituído de uma única cadeia polipeptídica com 
cerca de 500 aminoácidos (quadro 2). 
 
Quadro 2. Família de transportadores de glicose 
 
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Nome Localização em tecido 𝐾𝑚 Comentários 
GLUT1 Todos os tecidos de 
mamíferos 
1 mM Captação basal de glicose 
GLUT2 Fígado e células β do 
pâncreas 
15-29 mM No pâncreas desempenha um 
papel na regulação da insulina 
GLUT3 Todos os tecidos de 
mamíferos 
1 mM Captação basal de glicose 
GLUT4 Células musculares e 
adiposas 
5 mM A quantidade na membrana 
citoplasmática do miócito 
aumenta durante um 
treinamento de resistência 
GLUT5 Intestino delgado _ Principalmente um 
transportador de frutose 
 
 Os membros desta família têm papéis distintos: 
1. GLUT1 e GLUT3, presentes em quase todos as células de mamíferos, são responsáveis 
pela captação basal de glicose. Sua 𝑘𝑚 para a glicose é cerva de 1 mM, 
significativamente menor do que o nível normal de glicose no soro, que tipicamente 
varia de 4 a 8 mM. Por isso, GLUT1 e GLUT3 transportam continuamente glicose numa 
velocidade essencialmente constante. 
 
2. GLUT2, presente no fígado e células β do pâncreas, é diferente por ter alta 𝑘𝑚 para a 
glicose (15-20 mM). Por isso, a glicose só entra nesses tecidos com velocidade 
biologicamente significativa quando houver muita glicose no sangue. Portanto, o 
pâncreas pode, desse modo, perceber o nível de glicose e ajustar de acordo com isso a 
velocidade de secreção de insulina. A insulina sinaliza a necessidade de remover glicose 
do sangue para armazená-lo como glicogênio ou convertê-la a lipídeos. A alta 𝑘𝑚 da 
GLUT2 assegura também que a glicose somente adentre rapidamente o fígado no 
período de saciedade. 
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3. GLUT4, que tem 𝑘𝑚 de5 mM, transporta glicose para dentro das células musculares e 
adiposas. O número de transportadores GLUT4 na membrana citoplasmática aumenta 
rapidamente na presença de insulina, que sinaliza o estado de saciedade. Por isso, a 
insulina promove a captação de glicose pelo músculo e pelo tecido adiposo. O 
treinamento de resistência a exercícios aumenta a quantidade desse transportador 
presente nas membranas das células musculares. 
 
4. GLUT5, presente no intestino delgado, funciona primariamente como transportador 
de frutose. 
(Fonte: BERG et al., 2008) 
 
8. BIBLIOGRAFIA 
BERG, J.M., TYMOCZKO, J.L., STRYER, L. Bioquímica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 
2008, 1114p. 
CHAMPE, P.C., HARVEY, R. A. Bioquímica Ilustrada. Porto Alegre: Artes Médicas, 1996, 
446p. 
HELPERN, M. J. Bioquímica. Lisboa: LIDEL. 1997, 619p. 
 
LEHNINGER, A. L. Princípios de bioquímica. São Paulo: Sarvier, 1985. 725p. 
 
LEHNINGER, A. L., NELSON, D. L., COX, M. M. Princípios de bioquímica. São Paulo: 
SARVIER. 1995, 839p. 
 
MARZZOCO, A., TORRES, B,B. Bioquímica Básica. São Paulo: Guanabara Koogan, 2007. 
386p. 
 
NELSON, D.L., COX, M.M. Princípios de bioquímica. São Paulo: Sarvier, 2002. 975p. 
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PRATT, C. W., CORNELY, K. Bioquímica essencial. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 
2006, 716p.