Resumo BQ2

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As vias metabólicas podem ser lineares ou ramificadas, gerando vários produtos finais. Em geral as vias 
catabólicas são convergentes e as anabólicas as divergentes. Algumas vias são cíclicas onde o composto inicial 
da via é regenerado durante o ciclo e entra novamente na via.
Como as vias metabólicas são sinteticamente controladas pela concentração do substrato, conjuntos separados 
de intermediários anabólicos e catabólicos também contribuem para o controle das taxas metabólicas. A 
regulação mais imediata é a concentração de substrato. Um segundo tipo de regulação é a regulação alostérica 
por um intermediário metabólico ou uma coenzima - ex. um aminoácido ou ATP - que sinaliza o estado 
metabólico dentro da célula. Em outros casos, o sinal extracelular modifica a concentração de uma enzima 
alterando a velocidade de sua síntese ou degradação, de tal forma que seu efeito só é percebido em minutos ou 
até horas.
Para a síntese de aminoácidos, nucleotídeos e 
outros componentes os organismos necessitam de 
uma fonte de nitrogênio. As bactérias e plantas 
geralmente podem utilizar amônia ou nitrato como 
única fonte enquanto que os vertebrados a obtém 
na forma de aminoácidos e outros compostos 
orgânicos. Apenas algumas cianobactérias e 
bactérias podem fixar o nitrogênio atmosférico (N2) 
em amônia
Em processos metabólicos, e em todas as transformações 
energéticas, existe uma perda de energia útil (energia 
livre) e um aumento inevitável na quantidade de energia 
não utilizável (calor e entropia)
No anabolismo, também chamado de biossíntese, percursores pequenos e 
simples formam moléculas maiores e mais complexas com a energia 
provinda por exemplo da transferência do grupo fosforil do ATP e o poder 
redutor de NADH, NADPH e FADH2.
O catabolismo é a fase de degradação do metabolismo por meio de 
reações que liberam energia, uma parte é conservada na forma de ATP’s e 
transportadores de elétrons reduzidos (NADH, NADPH e FADH2) e o 
restante é perdido como calor.
O metabolismo é a soma de todas as transformações que ocorrem em 
uma célula ou organismo. Ele ocorre por meio de uma série de reações 
catalisadas por enzimas que constituem as vias metabólicas. Cada uma 
das etapas consecutivas em uma via metabólica produz uma pequena 
alteração química, em geral adição ou remoção ou transferência de um 
grupo funcional.
O percursor é convertido em produto por meio de uma série de 
intermediários metabólicos chamados de metabolitos. 
Bioenergética e Metabolismo
O metabolismo é uma atividade celular altamente coordenada, no qual muitos sistemas multienzimáticos (vias 
metabólica) cooperam para (1) obter energia química capturando energia solar ou degradando nutrientes ricos 
em energia obtidos no meio ambiente; (2) converter as moléculas dos nutrientes em moléculas com 
características próprias de cada célula, incluindo precursores de macromoléculas; (3) polimerizar precursores 
monoméricos em macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos); e (4) sintetizar e degradar 
biomoléculas necessárias para as funções celulares especializadas, como lipídeos de membrana, mensageiros 
intracelulares e pigmentos.
Os organismos autotróficos (bactérias fotossintéticas, algas verdes e plantas vasculares) podem usar dióxido de 
carbono da atmosfera como sua única fonte de carbono, a partir do qual eles formam todas as suas biomoléculas 
constituídas de carbono. Alguns organismos autotróficos como as cianobactérias, também podem utilizar o 
nitrogênio atmosférico para gerar todos os seus componentes nitrogenados.
Os heterotróficos não podem utilizar o dióxido de carbono atmosférico e devem obter carbono a partir de seu 
meio ambiente na forma de moléculas orgânicas relativamente complexas, como a glicose. 
Bioenergética e Termodinâmica
Bioenergética é o estudo quantitativo das transduções energéticas que ocorrem nas células vivas.
A clivagem de ligações covalentes pode se dar de duas formas. A clivagem homolítica separa igualmente o 
par de elétrons compartilhado entre os átomos. Na clivagem heterolítica um dos átomos fica com o par de 
elétrons. 
Nucleófilos são grupos funcionais ricos em elétrons e são capazes de doá-los.
Eletrófilos são grupos funcionais deficiente de elétrons e os procuram.
Em animais e vegetais vasculares a glicose possui 
quatro destinos principais: (1)utilizada na síntese de 
polissacarídeos complexos direcionados ao espaço 
extracelular, (2) ser armazenada nas células (como 
polissacarídeo ou sacarose), (3) ser oxidada a 
compostos de três átomos de carbono (piruvato) 
por meio da glicólise, para fornecer ATP e 
intermediários metabólicos, (4) ser oxidada pela via 
pentoses-fosfato (fosfogliconato) produzindo 
ribose-5-fosfato para a síntese de ácidos nucleicos 
e NADPH para processos biossintéticos redutores.
A fermentação é um termo geral para a degradação 
anaeróbia da glicose ou outros nutrientes orgânicos 
para a obtenção de energia, conservada como ATP.
A glicose é formada por 6 átomos de carbono e a sua 
quebra em duas moléculas de 3 carbonos (piruvato) é 
realizada em 10 etapas, sendo que as 5 primeiras 
constituem a fase preparatória. A fase preparatória 
consome 2 ATP por molécula de glicose. Na fase 
compensatória são produzidas 4 moléculas de ATP, 
ficando um saldo de apenas 2, e ainda são transferidos 
dois íons hidreto para duas moléculas de NAD+, 
formando NADH.
O piruvato pode ter três destinos de acordo como tipo 
celular e as condições das células. 
(1) O piruvato é oxidado, com a perda de seu grupo carboxil na forma de CO2, para gerar o grupo
acetil-co-enzima A; o grupo acetil é então completamente oxidado a CO2 no ciclo do ácido cítrico.
Os elétrons gerados nesta reação são transferidos para O2 por meio de transportadores na
mitocôndria, formando H2O. a energia liberada nas reações de transferência de elétrons impulsiona
a síntese de ATP na mitocôndria.
(2) o segundo destino do piruvato é a sua redução a lactato por meio da fermentação lática. Quando
em contração vigorosa, o músculo esquelético trabalha em baixas condições de oxigênio (hipóxia),
em que NADH não pode ser reoxidado a NAD+, no entanto, NAD+ é necessário como aceptor de
elétron para a oxidação do piruvato. Sob essas condições, o piruvato é reduzido a lactato,
recebendo os elétrons do NADH, desta forma regenerando o NAD+ necessário para continuar a
glicólise. Certos tecidos e tipos celulares (retina e eritrócitos p. ex.) convertem a glicose em lactato
mesmo em condições aeróbias.
(3) A terceira rota principal do catabolismo do piruvato leva à produção de etanol. Em alguns tecidos
vegetais e em certos invertebrados, protistas e micro-organismos como levedura da cerveja e do
pão, o piruvato é convertido, em hipóxia ou condições anaeróbia, em etanol e CO2, no processo da
fermentação etanólica. (alcoólica).
Glicólise
A glicose é uma molécula altamente energética e varia a energia livre padrão em cerca de -2,840 
KJ/Mol quando oxidada até CO2 e H2O. A armazenagem da glicose em polímeros de alta massa 
molecular como glicogênio e amido permite a estocagem de grande quantidade porém sem alterar 
tanto a osmalaridade do citosol. A glicose pode ser liberada destes polímeros e ser utilizada para a 
produção de ATP de maneira aeróbia e anaeróbia.
Fase preparatória:
Na primeira etapa a glicose é fosforilada no C6 com o uso de um ATP pela enzima hexocinase.
Na segunda etapa a glicose-6-fosfato é transformada emfrutose-6-fosfato pela enzima fosfo-
hexose-isomerase (fosfoglicose-isomerase) transformando assim a antiga aldose em uma cetose.
Na terceira etapa ocorre a transferência do grupo fosforil de uma molécula de ATP para o C1 da 
frutose-6-fosfato pela enzima fosfofrutocinase-1 (PFK-1), formando frutose-1,6-bifosfato, a primeira 
molécula comprometida, ou seja, que invariavelmente vai participar da glicólise não tendo destinos 
alternativos. A atividade da PFK-1 é realizada por modulação alostérica. Quando o ATP estiver em 
baixos níveis ela será ativada e quando os produtos da quebra do ATP, principalmente o AMP 
estiverem altos ela será inibida. Em alguns organismos a frutose-1,6-bifosfato é um ativador potente 
da PFK-1. A ribulose-5-fosfato também ativa indiretamente a PFK-1.
Na quarta etapa a enzima frutose-1,6-bifosfato-aldolase ou simplesmente aldolase cliva a 
frutose-1,6-bifosfato em duas moléculas de trioses-fosfato diferentes a aldose gliceraldeído-3-
fosfato e a cetose di-hidroxiacetona-fosfato, esta reação é reversível e age no sentido reverso 
durante a gliconeogênese.
Na quinta etapa a molécula de di-hidroxiacetona-fosfato é convertida a gliceraldeído-3-fosfato pela 
enzima triose-fosfato-isomerase.
Fase compensatória:
Na sexta etapa a enzima gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase transforma as duas moléculas de 
gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-bifosfoglicerato oxidando o grupamento aldeído e formando duas 
moléculas de NADH a partir de NAD+. Esta reação seria endergônica caso não fosse acoplada a 
próxima etapa.
Na sétima etapa a enzima fosfoglicerato-cinase transfere o grupo fosforil das moléculas de 1,3-
bifosfoglicerato formando 2 moléculas de 3-fosfoglicerato e duas de ATP a partir de ADP.
Na oitava etapa a enzima fosfoglicerato-mutase transfere o grupo fosforil do carbono 3 para C-2 
formando 2-fosfoglicerato.
Na nona etapa a enolase provoca uma perda reversível de uma molécula de agua do 2-
fosfoglicerato formando assim fosfoenolpiruvato.
Na décima etapa a piruvato-cinase transfere um grupamento fosforil para um ADP que torna-se 
ATP formando moléculas de piruvato
O rendimento da quebra da glicose em condições aeróbias até a oxidação a CO2 rende 30/32 
moléculas de ATP. Em condições anaeróbias este rendimento cai para apenas 2 moléculas de ATP. 
Em condições anaeróbias é necessário passar pelo ciclo cerca de 15 vezes para se equiparar em 
rendimento à condição aeróbia.
O glicogênio endógeno é fosforilado na extremidade não redutora para liberar uma molécula de 
glicose-1-fosfato. É então convertido a glicose-6-fosfato pela fosfoglicomutase.
Em condições aeróbias as moléculas de piruvato serão oxidadas a acetato (Acetil CoA). Porém em 
condições de hipóxia não existe O2 para receber os elétrons e regenerar o NADH a partir do NAD+. 
Todavia NAD+ é necessário para oxidar o gliceraldeído-3-fosfato e dar continuidade ao processo. 
Para regenerar o NAD+ em condições anaeróbias os elétrons são passados para as moléculas de 
piruvato reduzindo-os a lactato pela lactato-desidrogenase. A acidificação do ácido lático devido ao 
acumulo de lactato limita o exercício vigoroso. O lactato posteriormente pode ser reciclado em 
glicose no fígado. Em leveduras e outros microorganismos o piruvato é convertido em CO2 e etanol 
invés de lactato.
Em mamíferos a gliconeogênese ocorre principalmente no 
fígado onde o lactato produzido durante exercício 
vigoroso é novamente convertido em glicogênio. Em 
plantas com semente a gordura e proteínas armazenadas 
na semente são convertidas a sacarose pela 
gliconeogênese para a distribuição pela planta.
Sete das dez reações glicolíticas são reversíveis na 
gluconeogênese porem três etapas são essencialmente 
irreversíveis mas são catalisadas por outras enzimas.
O piruvato é enviado para a mitocôndria onde com o 
auxílio da coenzima biotina a enzima piruvato-carboxilase 
o converte em oxaloacetato. Ela é a primeira enzima de
regulação da via glicogênica e necessita de Acetil-CoA
como um efetor positivo. Acetil-CoA é produzido pela
oxidação de ácidos graxos e portanto sinaliza o acúmulo
destas moléculas tipo de combustível. A reação desta
enzima pode reconstituir o oxaloacetato da via do ácido
cítrico.
Para o transporte do oxaloacetato para o citosol ele deve 
ser convertido a malato pela enzima malato-
desidrogenase mitocondrial com o consumo de NADH. 
Esta enzima mitocondrial é utilizada no sentido oposto 
pelo ciclo do ácido cítrico. No citosol o malato é oxidado 
novamente a oxaloacetato com a redução de um NADH.
A enzima fosfoenolpiruvato-carboxicinase transfere o 
grupamento fosforil de um GTP para o oxaloacetato 
transformando-o em PEP.
Quando o percursor é o lactato ele vai ser convertido a piruvato no citosol e vai para a mitocôndria. 
A diferença principal é que após ser convertido a oxaloacetato na mitocôndria a enzima PEP-
carboxilase mitocondrial o converte direto para PEP que será exportado novamente para o citosol. 
Isto ocorre porque a conversão de lactato a piruvato já gera NADH.
A segunda reação muita exergônica e portanto irreversível é a fosforilação da frutose-6-fosfato pela 
PFK1. A geração de frutose-6-fosfato a partir de futose-1,6-bifosfato é catalisada pela enzima 
frutose-1,6-bifosfatase (FBPase-1) que promove hidrólise do fosfato em C1.
O terceiro contorno é a desfosforilação da glicose-6-fosfato para formar a molécula de glicose. Esta 
enzima é a glicose-6-fosfatase e age hidrolisando a ligação éster. Ela se encontra nos hepatócitos 
e em células renais que são capazes de fornecer glicose para outros tecidos.
Durante a gliconeogênese são gastos 6 grupos fosfatos (4 ATP e 2 GTP) e dois NADH.
Alguns intermediários do ciclo do ácido cítrico são glucogênicos: Citrato, isocitrato, α-cetoglucarato, 
succinil-CoA, succinato, fumarato e malato. Com a retirada do grupo amina os aminoácidos alanina 
e glutamina formam com seus esqueletos carbônicos piruvato e α-cetoglucarato respectivamente.
Os animais não podem gerar glicose a partir de ácidos graxos pois a reação da piruvato-
desidrogenase é irreversível e não existe outra enzima que retorne está molécula de acetil-CoA em 
piruvato. Porém plantas leveduras e bactérias possuem o ciclo do glioxilato onde conseguem 
converter acetil-CoA em oxaloacetato. Isto é importante na germinação de semente, que possuem 
reservas de óleos.
Gliconeogênese
A via catabólica mais comum da glicose é a glicólise e 
posterior oxidação do ciclo do ácido cítrico. Porém de 
grande importância para a célula é a degradação da 
glicose-6-fosfato pela via das pentoses-fosfato. Esta via 
gera a produção de ribose-5-fosfato necessária nas 
células de rápida divisão (eg. cel. epiteliais, tecido 
ósseo, ou cel. tumorais) para a síntese de RNA, DNA e 
coenzimas como ATP, NADH FADH2 e coenzima A. 
Está síntese de ribose-5-fosfato necessita de NADP+
como aceptor de elétrons. Em outros tecidos o produto 
essencial não é a pentose e sim as duas moléculas do 
doador de elétrons NADPH que ajuda a contrapor os 
efeitos deletérios o O2 reduzindo da glutationa. 
A primeira reação é a oxidação da glicose-6-fosfato pela 
glicose-6-fosfato-desidrogenase (G6PD) para formar 6-
fosfoglicona-δ-lactona tendo NADP+ como aceptor de 
elétrons. A lactona é hidrolisada por uma lactonase 
formando 6-fosfogliconato. Esta molécula vai sofrer 
oxidação e descarboxilação pela 6-fosfoglicionato-
desidrogenase formando a cetopentose ribulose-5-
fosfato e reduzindo a segunda molécula de NADP+ para 
NADPH A fosfopentose-isomerase converte a molécula 
para o isômero aldose ribose-5-fosfato.
Na fase não oxidativa a ribose-5-fosfato pode ser 
convertida novamente em glicose-6-fosfato. Este 
mecanismo ocorre primeiro pela conversão da ribose-5-
fosfato a xilulose-5-fosfato. Em seguida ocorre um 
rearranjo de esqueletos de carbono de forma a 
rearranjar 6 pentoses-fosfato em 5 hexoses-fosfato.
Duas enzimas exclusivas davia das pentoses-fosfato 
são as transcetolase e transaldolase. A transcetolase 
catalisa a transferência de um fragmento de dois 
carbonos de uma cetose doadora e uma aldose 
aceptora.
As enzimas desta via estão no citosol assim como as da 
glicólise e a maioria das da gliconeogênse porque estas 
três vias são interconectadas por intermediários.
O NADP+ controla alostericamente a via. Quando em 
baixa concentração estimula a atividade da G6PD que 
continua a via das pentoses-fosfato.
Via das Pentoses-Fosfato
baixa concentração estimula a atividade da G6PD que 
continua a via das pentoses-fosfato.
Regulação da via
o alto Km da hexocinase IV permite sua regulação diretamente pela concentração de glicose
sanguínea. Quando o nível de glicose é alto (eg. após alimentação) o excesso de glicose é
transportado para os hepatócitos onde a hexocinase IV converterá está glicose em glicose-6-fosfato.
Sob condições de baixa glicose sanguínea, a concentração do açúcar no hepatócito é baixa em
relação ao Km da hexocinase IV, e a glicose gerada pela gliconeogênese deixa a célula antes de ficar
retida pela fosforilação.
Em segundo lugar a hexocinase IV não é inibida pelo acúmulo de glicose-6-fosfato ao contrário das 
hexocinases I-III. A regulação da hexocinase IV se dá por uma proteína nuclear que sequestra a 
enzima dentro do núcleo quando a concentração de futose-6-fosfato está alta no fígado e libera para 
o citosol quando a concentração de glicose está alta.
As enzimas hexocinase e glicose-6-fosfatase são reguladas ao nível transcricional. Quando existe 
alta demanda energética (contração muscular vigorosa, baixo nível de ATP, alto nível de AMP) a 
transcrição do gene da hexocinase é estimulada. Quando em baixos de níveis de glicose ou 
sinalização por glucagon a síntese de glicose-6-fosfatase é estimulada.
A PFK1 e a frutose-1,6-bifosfatase possuem regulação reciproca. O ATP não é somente um 
substrato para a atividade da PFK-1 mas também é um produto final da via glicolítica. Quando a 
sinalização de ATP indica que ele está sendo produzido mais rápido do que consumido, ele inibe a 
PFK-1 por se ligar a um sitio alostérico na enzima que reduz sua afinidade pelo substrato frutose-6-
fosfato. O acúmulo de ADP e AMP possui efeito alostérico inverso.
O citrato (forma ionizada do ácido cítrico), intermediário chave na oxidação aeróbia do piruvato, 
ácidos graxos e aminoácidos, é também regulador alostérico da PFK-1. Em altas concentrações o 
citrato aumenta o efeito inibitório da ATP sobre a enzima reduzindo o fluxo de glicose pela glicólise. 
Essa sinalização do citrato significa para a célula que as necessidades metabólicas estão sendo 
supridas por moléculas de ácidos graxos e proteínas.
Regulação Metabólica
Regulação coordenada da glicólise e gliconeogênese
Existem quatro tipos de hexocinases (I-IV) codificadas por diferentes genes. As enzimas musculares 
(I-III) são inibidas alostericamente pelo seu produto glicose-6-fosfato. Ela possui sua saturação em 
uma concentração de glicose abaixo da concentração sanguínea.
A hexocinase IV do fígado (glicocinase) tem a sua saturação em uma concentração de glicose mais 
alta do que a normalmente encontrada no sangue. Uma vez que nos hepatócitos um transportador 
eficiente de glicose (GLUT2) equilibra rapidamente as concentrações de glicose no sangue e citosol, 
Já na reação de contorno na gliconeogênese a FBPase-1 é fortemente inibida pelo AMP quando a 
taxa de ATP está baixa.
A frutose-2,6-bifosfato é um regulador potente da PFK-1 e FBPase-1. Quando o sangue se encontra 
com baixas quantidades de glicose o hormônio glucagon sinaliza para o fígado iniciar a síntese de 
mais glicose e parar de utiliza-la para suas necessidades. Uma fonte é o glicogênio armazenado no 
fígado e a outra é a gliconeogênese a partir de piruvato, lactato, glicerol, ou outros aminoácidos. 
Quando a glicose está alta no sangue a insulina sinaliza para o fígado utilizar o açúcar como 
combustível e começar a síntese e armazenamento de glicogênio e triacilglireol.
A F26BP atua como modulador alostérico ligando-se no sitio ativo da PFK-1 aumentando a afinidade 
da enzima pelo seu substrato (frutose-6-fosfato) e reduz a afinidade de inibidores alostérico como 
ATP e citrato. A PFK-1 é praticamente inativa sem a presença de F26BP, já na FBPase-1 ela exerce 
efeito contrário reduzindo sua afinidade pelo substrato e reduzindo a gliconeogênese.
Controle da PFK-1
A concentração do regulador alostérico frutose-2,6-bifosfato é controlada pela sua síntese e 
degradação. Ela se forma pela fosforilação da frutose-6-fosfato, catalisada pela PFK-2 e degradada 
pela ação da FBPase-2, porém ao inverso do que ocorre na PFK-1 e FBPase-1 estas duas reações 
inversas são catalisadas pela mesma proteína que age em ambos sentidos da reação. No fígado 
estas duas atividades são reguladas pelos hormônios glucagon e insulina. O glucagon ativa uma 
proteína cinase que fosforila esta proteína ativando sua atividade de FBPase-2 estimulando a 
gliconeogênese, esta reação necessita de AMPc. A insulina hidrolisa este grupo fosfato ativando a 
atividade de PFK-2 estimulando a glicólise.
A enzima piruvato-cinase é inibida alostericamente pelo ATP. Existem ao menos três isoenzimas de 
vertebrados que realizam esta reação e elas diferem na distribuição tecidual e na resposta aos 
moduladores. Altas concentrações de ATP, acetil-CoA e ácidos graxos de cadeia longa (suprimento 
de energia abundante) inibem alostericamente todas as enzimas piruvato-cinase.
Na via que vai de piruvato a glicose, o primeiro ponto de 
controle determina o destino do piruvato na mitocôndria. 
Sua conversão a acetil-CoA para suprir o ciclo do ácido 
cítrico, ou a conversão a oxaloacetato para iniciar o 
processo da gliconeogênese. Quando ácidos graxos estão 
disponíveis a sua degradação nas mitocôndrias no fígado 
leva a produção de acetil-CoA que indica que não é 
necessária a oxidação da glicose para obter energia. Acetil-
CoA é um modulador positivo para a piruvato-carboxilase e 
negativo para a piruvato-desidrogenase, por meio de uma 
proteína cinase que inativa a piruvato-desidrogenase. 
Quando as necessidades energéticas estão supridas a 
fosforilação oxidativa é reduzida o nível de NADH sobe em 
relação a NAD+ inibindo o ciclo do ácido cítrico e acetil-CoA 
se acumula. Esta concentração aumentada de acetil-CoA 
inibe o complexo piruvato-desidrogenase, diminuindo a 
produção de acetil-CoA a partir de piruvato e estimula a 
gliconeogênese pela piruvato-carboxilase, permitindo a 
conversão do excesso de piruvato em oxaloacetato e 
posteriormente em glicose.
A enzima fosfoglicomutase pode converter a glicose-1-fosfato em glicose-6-fosfato para entrar na 
via glicolítica ou vice-versa.
No músculo a glicose-6-fosfato entra na glicólise para a produção de energia, já no fígado o 
propósito é enviar glicose para o sangue quando a concentração no mesmo estiver baixa. Isto 
requer a enzima glicose-6-fosfatase presente no fígado e nos rins, mas não em outros tecidos. Esta 
enzima é uma proteína integral de membrana do retículo endoplasmático liso com o sitio ativo no 
lúmen do retículo. A glicose-6-fosfato é transportada para o lúmen por um transportador especifico 
(T1) hidrolisada pela enzima glicose-6-fosfatase e os produtos são transportados para o citosol por 
transportadores específicos: glicose (T2) e fosfato (T3). A glicose deixa o hepatócito pelo 
transportador GLUT2 na MP.
O glicogênio proporciona uma forma de 
armazenar grandes quantidades de glicose 
sem alterar muito a osmolaridade celular. 
O glicogênio muscular pode ser esgotado 
em apenas uma hora de exercício intenso. 
O glicogênio hepático serve como um 
reservatório de glicose para os períodos 
entre as refeições/jejum, principalmente 
para o cérebro que não pode utilizar outra 
molécula como combustível.
No músculo e no fígadoas unidades de 
glicose entram na via glicolítica através da 
ação de três enzimas: glicogênio-
fosforilase, enzima de desramificação do 
glicogênio e fosfoglicomutase. A 
glicogênio-fosforilase fosforila a 
extremidade não redutora do glicogênio 
quebrando uma ligação α1-4 e liberando 
uma molécula de glicose-1-fosfato. Esta 
reação é diferente da hidrolise do amido 
pela amilase durante a digestão do 
mesmo. Quando a enzima chega a quatro 
resíduos de distância de um ponto de 
ramificação ela para até que a enzima de 
desramificação do glicogênio transfira os 
quatro resíduos ligados na ramificação 
α1-6, após isso ela remove este resíduo 
α1-6.
Metabolismo do Glicogênio
O músculo e o tecido adiposo não podem converter a glicose-6-fosfato em glicose porque não 
possuem a enzima glicose-6-fosfatase e por isso não podem fornecer glicose para o sangue.
Alguns açucares recebem no carbono anomérico uma ligação éster com um nucleotídeo. Os 
nucleotídeos de açúcar são substrato para a polimerização de monossacarídeos em glicogênio, 
amido, celulose e outros polissacarídeos extracelulares.
O ponto de partida para a síntese do glicogênio é a glicose-6-fosfato que pode ser catalisada a 
partir de glicose pelas isoenzimas hexocinases ou quando a glicose é captada pelos eritrócitos ela 
é convertida a lactato que ao alcançar o fígado será transformada em glicose-6-fosfato pela via 
gliconeogênica. 
Para o início da síntese de glicogênio a glicose-6-fosfato é transformada em glicose-1-fosfato pela 
enzima fosfoglicomutase. Então a UDP-glicose-pirofosforilase a transforma em UDP-glicose. A 
UDP-glicose é o doador imediato dos resíduos de glicose na reação da glicogênio-sintase, que 
promove a transferência da glicose da UDP-glicose para uma extremidade não redutora de uma 
molécula ramificada de glicogênio. As ligações α1-6 são catalisadas pela enzima de ramificação. 
Aumentando esse número de ramificações aumenta-se o número de extremidades não redutoras 
disponíveis para as enzimas glicogênio-fosforilase e glicogênio-sintase.
A glicogênio-sintase necessita de uma cadeia que tenha pelo menos oito resíduos de glicose para 
iniciar a polimerização. Para que isto seja possível uma proteína chamada glicogenina é ao mesmo 
tempo o iniciador sobre o qual são montadas as novas cadeias, e é também a enzima que catalisa 
a reação.
Regulação coordenada da síntese e da degradação de glicogênio:
A glicogênio-fosforilase degrada o glicogênio a glicose-1-
fosfato. Existem duas formas desta enzima: a glicogênio-
fosforilase a que é a forma cataliticamente ativa e a 
glicogênio-fosforilase b que é menos ativa. No musculo em 
repouso a forma predominante é a glicogênio-fosforilase b, 
porém com a liberação de adrenalina desencadeia a 
fosforilação do resíduo de Ser convertendo-a na sua forma 
mais ativa.
A enzima responsável pela fosforilação 
e ativação da glicogênio-fosforilase é 
ativada por adrenalina ou glucagon.
O segundo mensageiro é o AMPc e ele 
se acumula em resposta ao estímulo 
pela adrenalina no músculo e pelo 
glucagon no fígado. O aumento da 
[AMPc] ativa a proteína cinase A (PKA) 
que fosforila e ativa a fosforilase-b-
cinase, que fosforila os resíduos de Ser 
da glicogênio-fosforilase ativando-a e 
estimulando a degradação do 
glicogênio.
A enzima por possuir o sítio ativo no lúmen do reticulo separa a reação da via glicolítica.
A primeira etapa da respiração celular envolve a oxidação de 
combustíveis orgânicos (glicose, ácidos graxos e alguns 
aminoácidos) para formar a molécula de dois carbonos, acetil-CoA. 
Na segunda etapa esta molécula é oxidada até CO2 armazenando a 
energia liberada nos transportadores reduzidos NADH e FADH2. Na 
terceira etapa ocorre a transferência de elétrons pela cadeia 
respiratória até a acepção final pelo O2, durante a transferência, a 
energia liberada é conservada na forma de ATP durante a 
fosforilação oxidativa.
Em organismos aeróbios, glicose e outros açucares, ácidos graxos 
e a maioria dos aminoácidos são no final oxidados a CO2 e H2O 
pelo ciclo do ácido cítrico e pela cadeia respiratória. Antes de 
entrarem no ciclo do ácido cítrico, os esqueletos de carbono dos 
açucares e ácidos graxos são convertidos ao grupo acetil da acetil-
CoA, a forma na qual a maioria dos combustíveis entra no ciclo. Os 
carbonos de muitos aminoácidos também entram desta forma, 
embora alguns aminoácidos sejam convertidos a outros 
intermediários do ciclo.
O complexo da piruvato-desidrogenase (múltiplas cópias de três 
enzimas localizadas na mitocôndria de eucariotos e citosol de 
bactérias) remove um grupo carboxil do piruvato transformando-o 
em CO2 e os outros dois grupos carboxil em acetil-CoA. O NADH 
formado nesta reação doa um hidreto (:H-) para a cadeia 
respiratória que transferirá os dois elétrons ao oxigênio ou a outro 
aceptor alternativo como nitrato ou sulfato em microorganismos 
anaeróbios. A cada par de elétrons transferidos do NADH ao O2 são 
geradas 2,5 moléculas de ATP.
O complexo necessita de cinco coenzimas ou grupos prostéticos; pirofosfato de tiamina (TPP), 
dinucleotídeo de flavina-adenina (FAD), coenzima A (CoA-SH), dinucleotídeo de nicotinamida-adenina 
(NAD) e lipoato. Quatro vitaminas diferentes essenciais a nutrição humana são componentes vitais deste 
sistema: tiamina (TPP), riboflavina (FAD), niacina (NAD) e pantotenato (CoA). O FAD e o NAD são 
transportadores de elétrons enquanto que o TPP atua como coenzima da piruvato-descarboxilase. 
A coenzima A possui um grupo tiol reativo (-SH) que é crítico para a sua função de transporte de acilas em 
diferentes reações metabólicas. Grupos acila são covalentemente ligados por um grupo tiol formando 
tioésteres. Os tioésteres possui um alto potencial para a transferência do grupo acil, podendo doá-lo a 
muitas moléculas aceptoras. O lipoato pode atuar como um transportador de elétrons e como transportador 
de acilas. 
O complexo é formado por três enzimas: piruvato-desidrogenase (E1), diidroipoil-transacetilase (E2) e 
diidrolipoil-desidrogenase (E3). Na primeira das cinco etapas o C-1 do piruvato é liberado como CO2, e o 
C-2 é unido ao TPP como um grupo hidroxietil. Na segunda etapa o grupo hidroxietil é oxidado ao nível de
um ácido carboxílico (acetato). Os dois elétrons removidos nesta reação reduzem a –s-s- de um grupo lipoil
a dois grupos tiol (-SH). O acetil produzido nesta reação redox é primeiramente esterificado a um dos
grupos –SH do lipoil e, então transesterificada a CoA para formar acetil-CoA na terceira etapa. A quarta e
quinta etapa são transferências de elétrons necessárias para a regeneração do grupo lipoil para um novo
ciclo de oxidação. Os elétrons removidos do grupo hidroxietil derivado do piruvato são passados ao NAD+
pelo FAD.
Ciclo do Ácido Cítrico
Agora será explicado os processos pelos quais a acetil-CoA formada é oxidada através do ciclo do ácido 
cítrico. Para iniciar uma rodada do ciclo a molécula de acetil-CoA doa seu grupo acetil ao composto de 
quatro carbonos oxaloacetato, formando o composto de seis carbonos citrato. O citrato é em seguida 
transformado em isocitrato, também de seis carbonos, o qual é desidrogenado com a perda de CO2, para 
produzir o composto α-cetoglutarato de cinco carbonos, também chamado de oxoglutarato. O α-
cetoglutarato perde mais uma molécula de CO2, originando a molécula de quatro carbonos succinato. 
Através de quatro etapas enzimáticas o succinato é então convertido novamente a oxaloacetato que estará 
pronto para iniciar uma nova rodada do ciclo. Em cada rodada do ciclo é utilizada uma molécula de acetil-
CoA e são removidas duas moléculas de CO2. O oxaloacetato da reação é regenerado e teoricamente 
pode ser utilizado infinitas vezes no processo, e, na verdade, o oxaloacetato está presente nas células em 
concentrações muito baixas. Quatro das oito etapas são oxidações que conservam a energia na forma deNADH e FADH2. 
A oxidação de ácidos graxos a acetil-CoA é uma via central da produção de energia em alguns 
organismos e tecidos. No coração e no fígado de mamíferos por exemplo, fornece cerca de 80% da 
energia necessária. Os elétrons removidos durante a oxidação passam pela cadeia respiratória para a 
síntese de ATP. A acetil-CoA produzida pode ser completamente oxidada a CO2 no ciclo do ácido 
cítrico. No fígado a acetil-CoA pode ser convertida em corpos cetônicos – combustíveis hidrossolúveis 
que são exportados para o cérebro e outros tecidos quando a glicose não está disponível. Os ácidos 
graxos são convertidos a acetil-CoA pela reação de quatro etapas denominada β-oxidação.
Os triacilgliceróis são as moléculas ideais para combustíveis de armazenamento porque possuem alto 
potencial energético com baixo peso, não reagem com outros constituintes celulares e por ficarem 
agrupados não aumentam a osmolaridade da célula. Estes benefícios se devem as propriedades de 
insolubilidade dos lipídeos em água. Esta insolubilidade também apresenta problemas no seu papel de 
combustível. As moléculas precisam ser emulsificadas antes que possam ser digeridas por enzimas 
hidrossolúveis no intestino e os triacilgliceróis absorvidos pelo intestino ou mobilizado dos tecidos de 
armazenamento devem ser carregados no sangue ligados a proteínas que neutralizem sua 
insolubilidade. Para superar a estabilidade das ligações C-C em um ácido graxo, o grupo carboxil do 
C-1 é ativado pela ligação da coenzima A, que permite a oxidação gradativa do grupo acil graxo na
posição C-3 (β), daí o nome de β-oxidação.
A completa oxidação dos ácidos graxos à CO2 e H2O tem três etapas: a oxidação de ácidos graxos de 
cadeia longa em fragmentos de dois carbonos (acetil-CoA), a oxidação do acetil-CoA a CO2 no ciclo do 
ácido cítrico e a transferência dos elétrons dos transportadores à cadeia respiratória mitocondrial. 
As células podem obter combustíveis de ácidos graxos de três fonte: gorduras consumidas na dieta, 
gotículas armazenadas ou gorduras exportadas de um órgão para outro. Os vertebrados obtêm gordura 
na dieta, mobilizam gorduras de tecidos especializados e, no fígado, convertem o excesso de 
carboidratos em gorduras para exportar para outros tecidos.
As apolipoproteínas são proteínas de ligação a lipídios no sangue, responsáveis pelo transporte de 
triacilgliceróis, fosfolipídios, colesterol e ésteres entre os órgãos. Estas proteínas se combinam com os 
lipídios para formar um aglomerado esférico com lipídios hidrofóbicos no meio e cadeias laterais 
hidrofílicas de proteínas e grupos polares de lipídios na superfície. Quando estão ligadas aos lipídios as 
apolipoproteínas são chamadas de lipoproteínas. Várias combinações de lipídeos e proteínas produzem 
partículas de densidade diferente variando de quilomícrons e lipoproteínas de densidade muito baixa 
(VLDL) a lipoproteínas de densidade muito alta (VHDL).
Nos vertebrados, antes que os triacilgliceróis sejam 
absorvidos pelo intestino ele devem passar de 
moléculas macroscópicas a micelas microscópicas. 
Esta solubilização é realizada pelos sais biliares que 
são sintetizados no fígado (a partir de colesterol), 
armazenados na vesícula biliar e secretados no 
intestino delgado após uma refeição rica em 
lipídeos. Estes sais biliares atuam como detergentes 
que convertem as moléculas em pequenas micelas. 
Com isto aumentam as moléculas disponíveis para a 
ação das lipases que irão converter os triacilgliceróis 
em monoacilgliceróis e diacilgliceróis, ácidos graxos 
livres e glicerol. Estes produtos se difundem para as 
células epiteliais do intestino onde são novamente 
convertidos a triacilgliceróis e são empacotados com 
o colesterol da dieta e proteínas específicas em 
agregados de lipoproteínas chamados de 
quilomícrons. 
Estrutura do quilomícron
Oxidação de Ácidos Graxos
As porções proteicas são reconhecidas por receptores nas superfícies celulares. No intestino os 
quilomícrons possuem a proteína C-II, e são transportados da mucosa intestinal para o sistema linfático 
e então para o sangue que os carrega para os músculos e tecido adiposo. Nos capilares destes tecidos 
a enzima lipase lipoproteica ativada pela apoC-II hidrolisa os triacilgliceróis em ácidos graxos e glicerol, 
absorvidos pelas células nos tecido-alvo. No músculo, os ácidos graxos são oxidados para obter 
energia; no tecido adiposo, eles são reesterificados para armazenamento na forma de triacilgliceróis. 
Os remanescentes dos quilomícrons, desprovidos da maioria dos triacilgliceróis, mas ainda com o 
colesterol e apolipoproteínas, se deslocam pelo sangue até o fígado, onde são captados por endocitose 
mediada pelos receptores específicos para as apolipoproteínas. Estes triacilgliceróis podem ser 
oxidados para fornecer energia ou percursores para os corpos cetônicos. Quando a dieta fornecer mais 
ácidos graxos que o necessário para a energia imediata e para estes percursores, o fígado os converte 
em triacilgliceróis, empacotados com apolipoproteínas especificas formando VLDL, que será 
transportada pelo sangue até o tecido adiposo onde serão retirados os triacilgliceróis para serem 
armazenados.
As gotículas de lipídios armazenados são compostas 
de um centro de ésteres, esteróis e triacilgliceróis 
envoltos por uma monocamada de fosfolipídios. A 
superfície destas gotículas é revestida com peripilinas, 
uma família de proteínas que evita a mobilização 
destas moléculas fora de hora. Os lipídios podem ser 
mobilizados para os tecidos como a musculatura para 
serem oxidados e fornecerem energia. Os hormônios 
adrenalina e glucagon secretados em resposta aos 
baixos níveis de glicose no sangue, ativam a enzima 
adenilil-ciclase na membrana plasmática dos 
adipócitos, que produz o segundo mensageiro 
intracelular AMP cíclico (AMPc). A proteína cinase 
dependente de AMP cíclico (PKA) fosforila a peripilina 
A e a lipase sensível a hormônio. A fosforilação da 
peripilina permite que a lipase sensível a hormônio 
tenha acesso a superfície da gotícula lipídica onde ela 
pode começar a hidrolisar os triacilgliceróis em ácidos 
graxos livres e glicerol. Os ácidos graxos livres (FFA) 
são transportados para o sangue onde se ligam a 
proteína albumina sérica. Ligados a esta proteína 
solúvel os ácidos graxos podem ser transportados até 
tecidos como musculo esquelético, coração e córtex 
renal onde irão se dissociar da albumina e serão 
carregados por transportadores de membrana.
Cerca de 95% da energia biologicamente disponível dos triacilgliceróis está nas três cadeias longas 
de ácidos graxos e apenas 5% é fornecido pela porção glicerol. O glicerol liberado pela ação da 
lipase é fosforilado pela enzima glicerol-cinase, e o glicerol-3-fosfato resultante é oxidado a 
diidroxiacetona-fosfato. A enzima triose-fosfato-isomerase converte este composto em 
gliceraldeído-3-fosfato, que é oxidado na glicólise.
As enzimas de oxidação de ácidos graxos em animais se localizam na matriz mitocondrial. Os 
ácidos graxos com mais de 14 carbonos que constituem a maioria dos ácidos graxos livres 
consumidos na dieta ou mobilizados do tecido adiposo não conseguem passar diretamente pelas 
membranas mitocondriais, primeiro eles precisam passar pelas três reações enzimáticas do 
circuito da carnitina. A primeira reação é catalisada por uma família de isoenzimas da membrana 
mitocondrial externa, as acil-CoA-sintetases, que a partir de ácido graxo + CoA + ATP formam acil 
graxo-CoA + AMP + PPi sendo esta reação reversível. Estas enzimas catalisam a formação de 
uma ligação tio éster entre o grupo carboxil do ácido graxo e o grupo tiol da coenzima A para 
produzir acil graxo-CoA. O pirofosfato inorgânico assim que formado é prontamente hidrolisado em 
dois fosfatos inorgânicos.
Os ésteres de acil graxo-CoA formados no lado citosólico da membrana externa mitocondrial 
podem ser transportadospara dentro da mitocôndria para serem oxidados para produzir ATP, ou 
podem ser utilizados no citosol para sintetizar lipídios de membrana. Os ácidos que entrarão na 
mitocôndria estão transitoriamente ligados ao grupo hidroxil da carnitina, formando acil graxo-
carnitina (segunda reação do circuito). Esta reação é catalisada pela enzima carnitina-acil-
transferase I na membrana externa. Do espaço intermembrana o acil graxo-carnitina passa para a 
matriz por difusão facilitada no transportador da membrana mitocondrial interna. No terceiro e 
último passo o grupo acil graxo é enzimaticamente transferido para a coenzima A intramitocondrial 
pela carnitina-acil-tranferase II, localizada na face interior da membrana mitocondrial interna. Esta 
reação regenera a acil graxo-CoA e a carnitina que irá retornar ao espaço intermembrana. Este 
processo liga os reservatórios de coenzima A e acil graxo-CoA do citosol e mitocôndria. A 
coenzima A na matriz mitocondrial é amplamente utilizada na degradação oxidativa do piruvato, 
dos ácidos graxos e de alguns aminoácidos, enquanto que a coenzima A citosólica é utilizada na 
biossíntese de ácidos graxos. A acil graxo-CoA citosólica pode ser utilizada para a síntese de 
lipídios de membrana ou pode ser transferida para dentro da matriz mitocondrial para a oxidação e 
produção de ATP.
A β-oxidação de ácidos graxos saturados possui quatro 
passos básicos. Primeiro, a desidrogenação da acil graxo-
CoA produz uma ligação dupla entre os átomos de carbono α 
e β (C-2 e C-3), produzindo uma trans-∆²-enoil-CoA (o 
símbolo ∆² designa a ligação dupla do ácido graxo). Este 
primeiro passo é catalisado por três isoenzimas de acil-CoA-
desidrogenase. Os elétrons removidos da acil graxo-CoA são 
transferidos para o FAD e a forma reduzida da 
desidrogenase imediatamente doa seus elétrons a um 
transportador de elétrons da cadeia respiratória mitocondrial.
No segundo passo da β-oxidação água é adicionada a 
ligação dupla da trans-∆²-enoil-CoA para formar o 
estereoisômero L da β-hidroxiacil-CoA (3-hidroxiacil-CoA). 
Esta reação é catalisada pela enzima enoil-CoA-hidratase.
No terceiro passo L-β-hidroxiacil-CoA é desidrogenada para 
formar β-cetoacil-CoA pela ação da β-hidroxiacil-CoA-
desidrogenase. NAD+ é o aceptor de elétrons. O NADH 
formado nesta reação doa seus elétrons para a NADH-
desidrogenase, um transportador de elétrons da cadeia 
respiratória.
O quarto e último passo do ciclo da β-oxidação de ácidos 
graxos saturados é catalisado pela enzima acil-CoA-
acetiltransferase, mais comumente chamada de tiolase, que 
promove a reação de β-cetoacil-CoA com uma molécula livre 
de coenzima A para separar o fragmento de dois carbonos 
da extremidade carboxílica do ácido graxo como acetil-CoA. 
O outro produto é o tioéster de coenzima A do ácido graxo, 
agora encurtado em dois átomos de carbono.
A tabela abaixo resume as produções de NADH, FADH2 e ATP nos passos sucessivos da 
oxidação da palmitoil-CoA. Note que, como a ativação do palmitato a palmitoil-CoA quebra duas 
ligações fosfoanidrido do ATP, o custo energético é de 2 ATPs e o ganho líquido é 106 ATPs.
As reações descritas acima são típicas de para ácidos
As reações descritas acima são típicas de para ácidos 
graxos saturados, entretanto a maioria dos ácidos graxos 
e fosfolipídios dos triacilgliceróis de plantas e animais são 
insaturados. A oxidação de ácidos graxos insaturados 
requer duas reações adicionais. As insaturações desta 
molécula encontram-se na forma cis e, portanto, não 
podem sofrer a ação da enoil-CoA-hidratase. Para a 
reação de β-oxidação destes ácidos graxos insaturados 
são necessárias duas enzimas auxiliares, uma isomerase 
e uma redutase.
O ácido graxo passa pelos mesmos passos até que 
durante a β-oxidação chega no carbono insaturado. 
Neste ponto a enzima isomerase transforma as ligações 
duplas cis em ligações trans, por exemplo a enzima 
∆³,∆²-enoil-CoA-isomerase isomeriza a cis-∆³-enol-CoA a 
trans-∆²-enol-CoA que é então hidratada e segue os 
mesmos passos da oxidação simples.
A enzima redutase é utilizada para a oxidação de ácidos 
graxos polinsaturados que com a ação combinada 
juntamente com a isomerase permite que a oxidação 
continue.
A oxidação completa de ácidos graxos de número ímpar requer três reações extras. Em bora não 
sejam muito comuns os ácidos graxos com número ímpar de carbonos ocorrem em algumas 
plantas em animais marinhos. O gado e outros animais ruminantes formam propionato de três 
carbonos (CH3-CH2-COO-) durante a fermentação dos carboidratos no rúmen. O propionato é 
absorvido pelo sangue e oxidado pelo fígado e outros tecidos. Pequenas quantidades de 
propionato são utilizadas nos pães e cereais como inibidor de mofo.
O ácido graxo de carbonos ímpar segue as mesmas vias que o par, contudo o último substrato 
que passa pela β-oxidação é um acil graxo de cinco carbonos. Quando este é oxidado e clivado 
os produtos são acetil-CoA e propionil-CoA. Este propionil-CoA entrará em uma via diferente, 
envolvendo três enzimas.
Primeiro a propionil-CoA e carboxilada para formar o estereoisômero D da metilmalonil-CoA pela 
propionil-CoA-carboxilase, que contém o cofator biotina. Para esta reação é necessária a energia 
da conversão de um ATP em ADP. Esta enzima é epimerizada ao seu estereoisômero L pela 
metilmalonil-CoA-epimerase. Esta L- metilmalonil-CoA sofre um rearranjo intramolecular para 
formar succinil-CoA, que pode entrar no ciclo do ácido cítrico. Esse rearranjo é catalisado pela 
metilmalonil-CoA-mutase que requer a coenzima B12, que é derivada da vitamina B12
(cobalamina).
A oxidação de ácidos graxos consome muito combustível é deve ser utilizada somente quando 
houver necessidade de energia. No fígado a acil graxo-CoA formada no citosol pode ir para as 
vias de β-oxidação na mitocôndria ou ir para a via de conversão em triacilgliceróis e fosfolipídeos 
por enzimas no citosol. A via tomada depende da taxa de transferência de acil graxos-CoA de 
cadeia longa para dentro da mitocôndria. O circuito da carnitina pelo qual os grupos acil graxos 
são carregados da acil graxo citosólica para a matriz mitocondrial é o limitante para a oxidação 
de ácidos graxos, sendo um ponto de regulação importante. Uma vez que os grupos acil graxos 
entram na mitocôndria, eles são destinados a oxidação em acetil-CoA.
A malonil-CoA, o primeiro intermediário na biossíntese citosólica de ácidos graxos de cadeia 
longa a partir de acetil-CoA, tem sua concentração aumentada quando o animal está bem 
suprido de carboidratos; o excesso de glicose, que não pode ser oxidado ou armazenado como 
glicogênio, é convertido em ácidos graxos no citosol, para armazenamento como triacilglicerol. A 
inibição da carnitina-aciltransferase I pela malonil-CoA garante que a oxidação de ácidos graxos 
seja inibida quando o fígado está amplamente suprido da glicose como combustível e está 
produzindo triacilgliceróis a partir do excesso de glicose.
Duas enzimas da β-oxidação também são reguladas por metabólitos quando sinalizam a 
suficiência de energia. Quando a razão [NADH/NAD+] é alta a β-hidroxiacil-CoA-desidrogenase é 
inibida, além disso altas concentrações de acetil-CoA inibem a tiolase.
Durante períodos de contração muscular intensa e períodos de jejum, a queda na [ATP] e o 
aumento na [AMP] ativam a proteína-cinase ativada por AMP (AMPK). A AMPK fosforila várias 
enzimas-alvo, incluindo a acetil-CoA-carboxilase (ACC), que catalisa a síntese de malonil-CoA. 
Essa fosforilação, e consequentemente a inibição da acetil-CoA-carboxilase, diminui a 
concentração de malonil-CoA, aliviando a inibição do transporte de acil-carnitina-graxo para a 
mitocôndria e permitindo que a β-oxidação reabasteça o suprimento de ATP.
Apesar da matriz mitocondrial ser o principal 
local de oxidação de ácidos graxos os 
peroxissomos também realizam β-oxidação. 
Nas células das plantas o principallocal da 
ocorrência da β-oxidação não é a 
mitocôndria e sim os perixissomos.
Nos peroxissomos os intermediários da β-
oxidação são derivados da coenzima A, e o 
processo consiste de quatro passos como 
na β-oxidação mitocondrial: (1) 
desidrogenação, (2) adição de água à dupla 
ligação resultante, (3) oxidação da β-
hidroxiacil-CoA a uma cetona e (4) clivagem 
tiolítica pela coenzima A. Estas reações 
também ocorrem nos glioxissomos.
Uma diferença ocorre no primeiro passo da 
via onde ao invés da enzima que introduz a 
ligação dupla passar os elétrons pela cadeia 
respiratória afim de gerar ATP os elétrons 
são passados diretamente para O2
produzindo H2O2 que é clivado pela catalase 
em H2O e O2, e a energia do processo é 
perdida na forma de calor.
Os glioxissomos são peroxissomos 
especializados presentes não sementes em 
germinação e são responsáveis pela quebra 
dos lipídios para fornecer percursores 
biossintéticos e não energia.
Durante a germinação da semente, os 
triacilgliceróis são convertidos em glicose, 
sacarose e uma ampla variedade de 
metabolitos essenciais. Ácidos graxos 
liberados dos triacilgliceróis são 
primeiramente ativados aos seus derivados 
da coenzima A e oxidados nos glioxissomos 
pelo mesmo processo de quatro passos que 
ocorre nos peroxissomos. A acetil-CoA 
produzida é convertida pelo ciclo do glioxilato 
em percursores de quatro carbonos para a 
gliconeogênese. Os glioxissomos assim 
como os peroxissomos precisam ter uma 
grande quantidade de catase.
O primeiro passo na produção de acetoacetato é a 
condensação de duas moléculas de acetil-CoA catalisada 
pela tiolase, o que é simplesmente a inversão da última 
reação da β-oxidação. A acetoacetil-CoA se condensa com 
acetil-CoA para formar β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA que é 
clivado em acetoacetato e acetil-CoA. O acetoacetato é 
reduzido a D-β-hidroxibutirato por uma enzima 
mitocondrial.
Nos tecidos extra-hepáticos o D-β-hidroxibutirato é oxidado 
a acetoacetato pela D-β-hidroxibutirato-desidrogenase. O 
acetoacetato é ativado a seu éster de coenzima A pela 
enzima β-cetoacil-CoA-transferase (tioforase) através da 
transferência de CoA da succinil-CoA, um intermediário do 
ciclo do ácido cítrico. A acetoacetil-CoA é então clivada 
pela tiolase para gerar duas acetil-CoAs, que entram no 
ciclo do ácido cítrico. Portanto os corpos cetônicos são 
utilizados para produzir energia em todos os tecidos com 
exceção do fígado, que não possui tioforase. O fígado é, 
portanto, um produtor de corpos cetônicos, mas não um 
consumidor.
Embora a β-oxidação mitocondrial seja o destino catabólico mais importante da oxidação de ácidos 
graxos em animais, há outra via que envolve a oxidação do carbono ω (ômega). As enzimas 
exclusivas da ω-oxidação estão localizadas (nos vertebrados) no reticulo endoplasmático do fígado 
e dos rins. Esta via se torna importante quando a β-oxidação se torna defeituosa por exemplo 
devido a mutações ou ausência de carnitina.
Corpos cetônicos
A acetil-CoA pode ser entrar no ciclo do ácido cítrico ou sofrer conversão a corpos cetônicos, 
acetona, acetoacetato e D-β-hidroxibutirato, para a exportação para outros tecidos. A acetona é 
exalada, mas os outros dois são transportados para tecidos extra-hepáticos onde são convertidos 
a acetil-CoA que irá entrar no ciclo do ácido cítrico.
A síntese de ácidos graxos não só não é uma reversão das reações de oxidação do mesmo, como 
também incluem intermediários exclusivos como a malonil-CoA. A malonil-CoA é formada a parir de 
acetil-CoA e bicarbonato. Este processo irreversível é catalisado pela enzima acetil-CoA-carboxilase. 
A enzima bacteriana possui três subunidades polipeptídicas distintas. Em células animais as três 
atividades fazem parte de um único polipeptídio multifuncional. As células vegetais possuem os dois 
tipos da enzima. Em todos os casos a enzima contém o grupo prostético (biotina) covalentemente 
ligado por uma ligação amida ao grupo Ɛ-amina de um resíduo de Lys presente em um dos 
polipeptídios da enzima. 
Primeiramente um grupo carboxil derivado do bicarbonato (HCO3-) é transferido para uma biotina com 
gasto de ATP. O grupo biotinila age como um transportador temporário de CO2, transferindo-o para a 
acetil-CoA na segunda etapa, gerando malonil-CoA.
Biossíntese de Lipídeos
Em todos os organismos as longas cadeias de ácidos graxos são construídas a partir de reações 
repetitivas de quatro etapas, catalisadas por um sistema coletivamente conhecido como ácido 
graxo-sintase. Um grupamento acila saturado, produzido em cada série de reações em quatro 
etapas, torna-se o substrato da condensação com um grupo malonil ativado. Em cada uma das 
passagens através do ciclo, a cadeia do grupo aumenta em dois carbonos. 
A sequência anabólica redutora difere da sequência catabólica oxidativa nos aceptores de elétrons 
e grupos ativadores. Enquanto na sequência oxidativa os aceptores de elétrons são NAD+ e FAD o 
NADP realiza este papel na sequência anabólica. E o grupo ativador que era o grupo tiol (-SH) da 
coenzima A agora são dois grupos –SH diferentes ligados a enzima. 
Existem duas variantes da ácido graxo sintase a AGS I encontrada em fungos e vertebrados e a 
AGS II encontrada em plantas e bactérias. A AGS I de mamíferos funciona como um homodímero 
com sete sítios ativos para reações distintas.
No sistema AGS I a síntese de ácidos graxos leva a um único produto e intermediários não deixam 
o ciclo. Quando o comprimento da cadeia de ácidos graxos atinge 16 carbonos (palmitato) este
deixa o ciclo. Os carbonos C-16 e C-15 são derivados respectivamente dos átomos de carbono dos
grupos metil e carboxil que iniciaram o sistema e os outros átomos de carbonos são derivados de
acetil-CoA via malonil-CoA.
A AGS II de bactérias e plantas, é um sistema dissociado e cada etapa é catalisada por uma 
enzima distinta e os intermediários podem seguir outras vias. 
A proteína transportadora de grupos acila (ACP) é o transportador que mantem o sistema unido.
A parte que realiza a fotossíntese mais ativamente é o mesofilo das folhas, onde encontra-se grande 
quantidade de cloroplastos. Estes cloroplastos possuem pigmentos verdes chamados clorofilas que são 
especializados na captação da luz. Durante a fotossíntese a planta utiliza a energia luminosa para oxidar 
água, consequentemente liberando O2 e reduzindo o CO2. Este processo utiliza o carbono do CO2 para 
formar grandes compostos carbonados, sobretudo açúcares. Esta transformação inclui reações que 
ocorrem nos tilacóides. Os produtos das reações ocorridas nos tilacóides incluem ATP e NADPH que 
são utilizados para síntese de açúcar nas reações de fixação de carbono. Esta síntese ocorre no 
estroma que circunda os tilacóides nos cloroplastos. A reação de fotossíntese que ocorre nos tilacóides 
é comumente chamada de fase luminosa.
Nos cloroplastos a energia luminosa é convertida em energia química por duas diferentes unidades 
funcionais chamadas de fotossistemas. Este processo se dá através da utilização da energia luminosa 
para impulsionar os elétrons que em última análise irão reduzir NADP+ a NADPH e oxidar H2O a O2. 
Esta energia luminosa também é utilizada para sintetizar ATP’s pela força motora dos prótons. 
A absorção de luz no comprimento do azul deixa a molécula de clorofila num estado energético mais 
elevado do que a absorção da luz no comprimento do vermelho pois possui um comprimento de onda 
mais curto. Quando absorve comprimento de luz azul a molécula fica extremamente instável e perda 
parte da energia em forma de calor, ficando num estado de menor potencial energético. Neste estado a 
molécula possui quatro rotas alternativas para liberar a energia disponível. (1) A molécula pode reemitir 
um fóton e retornar ao seu estado base, no fenômeno da fluorescência. As clorofilas fluorescem na 
região vermelha do espectro. (2) Podem retornar ao estadobase pela conversão e liberação de calor. 
(3) Pode participar na transferência de energia para outras moléculas de clorofila. (4) O quarto processo
é a, fotoquímica onde a energia provoca a ocorrência de reações químicas.
As plantas verdes possuem grande quantidade de clorofila a e b, porém possuem outros pigmentos 
acessórios para absorver outros comprimentos de luz. As clorofilas possuem uma estrutura em anel que 
é quimicamente relacionada com os grupos do tipo porfirina encontrados na hemoglobina e nos 
citocromos. Este grupo em anel quase sempre está ligado a uma cauda de hidrocarbonetos. Esta 
estrutura em anel é a parte da molécula envolvida na transição de elétrons e nas reações redox 
(redução-oxidação). Todos os organismos fotossintéticos possuem carotenóides constituintes das 
membranas dos tilacóides. Além de ajudar a proteger os danos causados pela luz os carotenóides 
transferem a energia para a clorofila e por isso são chamados de pigmentos acessórios.
Na fotossíntese a luz é captada por complexos antena formados por muitos pigmentos. A energia é 
então transferida para o complexo dos centros de reação, onde as reações químicas redox irão 
armazenar a energia. Isto é vantajoso para a planta pois assim o complexo de reação está 
continuamente recebendo energia de vários complexos podendo manter sua enzima por mais tempo em 
atividade.
Sabe-se que a energia luminosa é utilizada para reduzir o NADP. O NADP servirá como agente redutor 
para a fixação de carbono no ciclo de Calvin. O ATP também é formado durante o fluxo de elétrons da 
água para o NADP e este também é utilizado na redução de carbono. 
As reações químicas que ocorrem nos tilacóides são; a água sendo reduzida a oxigênio, o NADP sendo 
reduzido e a formação de ATP. No estroma (parte aquosa do cloroplasto) ocorre a fixação de carbono e 
reações de redução.
A produtividade quântica é a medida que mede a eficiência da energia luminosa na fotossíntese. Nota-
se que a produtividade quântica cai drasticamente em comprimentos acima de 680 nm (vermelho) 
indicando que esta faixa luminosa é muito menos eficiente que comprimentos de onda mais curtos. 
Experimentos revelaram que existem dois fotossistemas operando em série para realizar as operações 
de armazenamento da energia da fotossíntese. O fotossistema I (PSI) absorve preferencialmente a luz 
na faixa do vermelho-distante acima de 680 nm. O fotossistema II (PSII) preferencialmente na faixa do 
vermelho 680 nm sendo fracamente estimulado por faixas acima desta. O PSI produz um redutor forte 
(P700) capaz de reduzir o NADP+, e um oxidante fraco. O PSII produz um oxidante muito forte capaz de 
oxidar a água, e um redutor mais fraco (P680) que o produzido pelo PSI. o redutor produzido pelo PSII 
(P680) reduz o oxigênio formado pelo PSI. Isto explica o efeito de melhora percebido quando são 
fornecidos ambos comprimentos de onda (vermelho e vermelho-distante) no qual a fotossíntese é maior 
do que a soma dos efeitos individuais das ondas. A plastocianina e a plastoquinona são moléculas 
carreadoras de elétrons que os transportam entre os fotossistemas.
Fotossíntese: As Reações Luminosas
Os centros de reação, os complexos pigmento-protéicos das antenas e muitas proteínas de transporte 
de elétrons são proteínas integrais trans-membrana. As clorofilas e pigmentos acessórios associam-se 
de modo não covalente mais muito especifico as proteínas, formando o complexo pigmento-protéico. 
No PSII, a oxidação de duas moléculas de água produz quatro elétrons, quatro prótons uma única 
molécula do O2. Os prótons produzidos pela oxidação da água devem ser capazes de se difundir para a 
região do estroma aonde será utilizado para a síntese de ATP. Nos eucariotos existem mais PSII 
enquanto que nos procariotos há um excesso de PSI. Bactérias não produtoras de oxigênio só possuem 
um fotossistema.
Quando a clorofila do centro de reação P680 é oxidada pela luz solar ela é reduzida pelos elétrons 
gerados pelo PSII na oxidação da água (2 H2O -> O2 + 4H). Este processo de oxidação da água libera 
prótons no lume do cloroplasto juntamente com o complexo citocromo b6f que acopla a transferência de 
elétrons a passagem de prótons para o lume. Na forma reduzida P680 passa os elétrons para uma 
feofitina que os repassa para duas plastoquinonas. Os elétrons passam por um complexo citocromo b6f 
e então para uma plastocianina que os passará para P700. Esta ao receber luz solar passa os elétrons 
por uma clorofila, uma quinona e uma serie de proteínas ferro-sulfurosas até chegar a uma ferredoxina. 
Neste ponto uma flavoproteína (ferredoxina-NADP redutase) utilizará os elétrons para reduzir uma 
molécula de NADP+ a NADPH. No ciclo de Calvin este redutor será utilizado para reduzir o CO2. Os 
prótons precisam se difundir até o complexo ATP sintase onde passarão para o estroma (menor 
potencial eletroquímico) para gerar ATP. 
Dentro do estroma ocorrerá o transporte 
cíclico de elétrons afim de reduzir o CO2. 
Estas reações antigamente denominadas 
de fase escura são melhor taxadas de 
reações de carboxilação ou bioquímicas e 
além de serem dependentes da fase 
fotoquímica (nos tilacóides) são reguladas 
pela luz. 
O ciclo de Calvin é o processo pelo qual o 
CO2 é convertido em carboidratos e está 
dividido em três fases: carboxilação, 
redução e regeneração. O aceptor de CO2 é 
a ribulose-1,5-bifosfato (5C) que é 
carboxilada para formar duas moléculas de 
3-fosfoglicerato (3C). Com o gasto de ATP e
NADPH essas moléculas são reduzidas a
gliceraldeído-3-fosfato (carboidrato) e então
deixam o ciclo como trioses. Na última
etapa a ribulose-1,5-bifosfato é regenerada
a partir de gliceraldeído-3-fosfato com o
gasto de ATP.
No primeiro passo a carboxilação de três 
moléculas de ribulose-1,5-bifosfato é feita 
por três moléculas de CO2, formando assim, 
seis moléculas de 3-fosfoglicerato. Esta 
reação é catalisada pela enzima 
ribulose-1,5-bifosfato 
carboxilase/oxigenasse (rubisco). A 
atividade de carboxilase desta enzima 
adiciona o carbono do CO2 no segundo 
carbono da proteína. A alta afinidade da 
rubisco por CO2 permite rápida carboxilação 
mesmo em baixas concentrações de CO2. A 
3-fosfoglicerato é fosforilada com um ATP
da fase luminosa sendo convertida em 1,3-
bifosfoglicerato que é posteriormente
reduzido pelo NADPH também da fase
luminosa sendo convertido em
gliceraldeído-3-fosfato. Apenas uma
molécula de gliceraldeído-3-fosfato será
utilizada na síntese de carboidratos, as
outras cinco (15C) irão sofrer uma série de
reações para regenerar três moléculas do
aceptor de CO2, ribulose-1,5-fosfato (15C).
Para cada molécula de glicose são gastos
18 ATP e 12 NADPH.
Regulação do ciclo de Calvin
Alterações na expressão gênica e na biossíntese de proteínas determinam a concentração de enzimas 
nos compartimentos celulares. A enzima rubisco é composta de 8 subunidades pequenas (S) codificadas 
no núcleo e oito subunidades grandes (L) codificadas no plastídio. O controle da enzima é realizado 
principalmente pelas pequenas unidades nucleares que iniciam a tradução do mRNA da subunidade 
grande. Nesta regulação o sinal parte do núcleo para o plastídio (anterógrada), porém o sinal pode partir 
do plastídio para o núcleo (retrograda) por exemplo na síntese de clorofilas. Mecanismos de regulação 
mais imediatos incluem modificações das propriedades cinéticas das enzimas. A rubisco aumenta sua 
atividade na presença de luz.
Ciclo de Calvin
A fotorrespiração, é a atividade da rubisco de oxigenar a ribulose-1,5-bifosfato. Nesta reação que 
se opõem a fotossíntese uma série de eventos fisiológicos dependentes de luz captam o O2 e 
perdem CO2 fixado no ciclo de Calvin. Como ambos CO2 e O2 são substratos para a rubisco, eles 
competem pelo sítio ativo da enzima principalmente quando as [O2] são muito superiores as [CO2]. 
O ar normalmente é composto por 78% de N2, 21% de O2 e apenas0,1% de CO2. Porém a rubisco 
possui uma afinidade muitas vezes superior com o substrato CO2. Quando o O2 reage com a 
ribulose-1,5-bifosfato gera uma molécula de 3-fosfoglicerato e uma de 2-fosfoglicolato (2C).
O ciclo fotossintético oxidativo C2 são as reações que resultam na recuperação parcial do carbono 
perdido pela fotorrespiração. O 2-fosfoglicolato formado no cloroplasto é rapidamente hidrolisado a 
glicolato por uma fosfatase. O metabolismo deste glicolato envolve cooperação de cloroplastos, 
peroxissomos e mitocôndrias. Esta complexa via recupera 75% do carbono perdido pela 
fotorrespiração como 2-fosfoglicerato e o restante é perdido como CO2. A função da fotorrespiração 
ainda é desconhecida.
Mecanismos de concentração do CO2
Muitos organismos fotossintetizantes não fotorrespiram por concentrar CO2 no sitio ativo da 
rubisco. Este mecanismo pode ser por bombas de CO2 na membrana plasmática, fixação 
fotossintética do carbono via C4 ou o metabolismo ácido da crassuláceas (CAM). O primeiro 
mecanismo é encontrado em plantas aquáticas, o segundo em plantas de ambiente quente e o 
ultimo em plantas de ambiente xéricos. Os organismos aquáticos desenvolveram mecanismos para 
concentrar CO2 em resposta a concentração de HCO3-por meio de bombas que bombeiam ambos 
para o interior.
Fotorrespiração 
As células que possuem o ciclo C4 possuem as células 
arranjadas de maneira circular, por isso foram 
denominadas de anatomia de Kranz (coroa em alemão). 
As células da bainha do feixe vascular estão dispostas no 
círculo interno circundadas pelo círculo formado por 
células do mesofilo.
As células do mesofilo contêm as enzimas PEPCase 
enquanto que as da bainha do feixe vascular contém as 
rubisco. A enzima NADP-málica encontra-se nos 
cloroplastos e a NAD-málica nas mitocôndrias.
O Ciclo C4 do Carbono
O ciclo C4 foi uma adaptação das plantas para compensar a atividade de oxigenase da rubisco 
através do aumento da concentração de CO2 em lugares onde este ocorre em baixas quantidades. 
Dentre estas plantas que se conhecem 18 famílias, tanto de monocotiledôneas quanto 
dicotiledôneas, destacam-se as Gramineae (Poaceae) (milho e cana-de-açúcar).
O ciclo ocorre primeiramente com a entrada de CO2 nas células do mesofilo na forma de ácido 
carbônico (HCO3 ). Este ácido reagira com um composto de três carbonos (fosfoenolpiruvato) para 
formar um composto intermediário (oxalacetato) de quatro carbonos através da atividade da enzima 
fosfoenolpiruvato
-
 carboxilase (PEPCase). Este oxaloacetato será convertido a malato pela enzima 
NADP-malato desidrogenase. O malato será então enviado para uma célula da bainha mais interna,
 próxima ao feixe vascular. Nesta célula a enzima NAD-málica irá retirar uma molécula de CO2 do 
malato que será utilizada no ciclo de Calvin gerando um produto de três carbonos (piruvato ou 
alanina). Este piruvato será novamente exportado para a célula do mesofilo onde a enzima piruvato-
fosfato diquinase irá regenerar o fosfoenolpiruvato a partir deste. Posteriormente O carbono 4 da 
malato liberado como CO2 irá tornar-se o carbono 1 do 3-fosfoglicerato.
	1 Bioenergética e Metabolismo
	2 Bioenergética e Termodinâmica
	3 Glicólise
	4 Gliconeogênese
	5 Via das Pentoses-Fosfato
	6 Regulação Metabólica
	7 Metabolismo do Glicogênio
	8 Ciclo do Ácido Cítrico
	9 Oxidação de Ácidos Graxos
	10 Biossíntese de Lipídeos
	11 Fotossíntese: As Reações Luminosas
	12 Ciclo de Calvin
	13 Fotorrespiração 
	14 O Ciclo C4 do Carbono