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BIOQUÍMICA 
APLICADA
Bioquím
ica Aplicada
BIOQUÍMICA APLICADA
(Bioquímica Aplicada à 
Farmácia)
Juscemácia Nascimento Araújo
Juscemácia Nascimento Araújo
GRUPO
SER
EDUCACIONAL
gente criando o futuro
A Bioquímica estuda as reações químicas e os processos físicos que ocorrem nas 
células dos seres vivos. É por isso que Carl Sagan disse que “somos todos poeira 
de estrelas”. A partir de reações físicas que acontecem no núcleo das estrelas, 
surgem os elementos químicos. Há milhões de anos o processo evolutivo no pla-
neta Terra utilizou esses elementos para iniciar o código da vida. Carbono, hi-
drogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre são elementos químicos presentes na 
estrutura molecular que formam as células, os tecidos e os órgãos de vários seres 
vivos. Assim, as moléculas se organizam de acordo com as leis termodinâmicas, 
favorecendo o surgimento da vida. O processo metabólico que sintetiza e degra-
da moléculas precisa de energia e, a partir dos estudos sobre metabolismo, po-
demos observar a maquinaria da vida em ação, produzindo e reciclando energia. 
Dessa forma, vamos compreender como o organismo utiliza os nutrientes e como 
a respiração ocorre para a manutenção da vida, estudando os processos químicos 
e físicos que acontecem dentro das células dos seres vivos.
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Juscemácia Nascimento Araújo
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CONTEXTUALIZANDO
Dados que retratam onde e quando aconteceu determinado fato;
demonstra-se a situação histórica do assunto.
CURIOSIDADE
Informação que revela algo desconhecido e interessante sobre o assunto 
tratado.
DICA
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informação privilegiada sobre o conteúdo trabalhado.
EXEMPLIFICANDO
Informação que retrata de forma objetiva determinado assunto.
EXPLICANDO
Explicação, elucidação sobre uma palavra ou expressão específica da 
área de conhecimento trabalhada.
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Unidade 1 - Metabolismo e bioenergética
Objetivos da unidade ........................................................................................................... 12
Principais vias do catabolismo e anabolismo ................................................................ 13
Catabolismo e anabolismo ............................................................................................. 13
Principais vias catabólicas e anabólicas .................................................................... 14
Regulação das vias metabólicas .................................................................................. 17
Bioenergética: respiração celular .................................................................................... 21
Respiração celular ......................................................................................................... 23
Ciclo do ácido cítrico ...................................................................................................... 25
Cadeia transportadora de elétrons .............................................................................. 29
Fosforilação oxidativa ..................................................................................................... 30
Processos de transdução de energia durante a fotossíntese ..................................... 34
Conversão de energia luminosa em energia elétrica .............................................. 38
Conversão de energia elétrica em energia química ................................................. 39
Sintetizando ........................................................................................................................... 42
Referências bibliográficas ................................................................................................. 43
Sumário
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Sumário
Unidade 2 - Pigmentos e a fotossíntese
Objetivos da unidade ........................................................................................................... 45
Pigmentos fotossintetizantes ............................................................................................. 46
Pigmentos ......................................................................................................................... 46
Clorofilas ........................................................................................................................... 49
Pigmentos acessórios .................................................................................................... 52
Carotenoides, flavonoides e betalaínas ...................................................................... 54
Etapas fotoquímica e química da fotossíntese ............................................................... 59
Fotossistemas .................................................................................................................. 60
Relação entre mitocôndrias e cloroplastos .................................................................... 63
Maquinaria metabólica .................................................................................................. 66
Principais vias de compostos no fígado .......................................................................... 69
Metabolismo de carboidratos ....................................................................................... 70
Metabolismo de lipídeos ................................................................................................ 71
Metabolismo de aminoácidos ....................................................................................... 73
Eliminação de fármacos pelo fígado ............................................................................ 74
Papel do complexo enzimático citocromo P450 e da glutationa transferase .......... 76
Sintetizando ........................................................................................................................... 79
Referências bibliográficas ................................................................................................. 80
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Sumário
Unidade 3 - Metabolização do oxaloacetato e o ciclo da ureia
Objetivos da unidade ........................................................................................................... 82
Vias de metabolização do oxaloacetato .......................................................................... 83
Oxaloacetato no ciclo do ácido cítrico ........................................................................ 83
Gliconeogênese ...............................................................................................................87
Ciclo do glioxilato ............................................................................................................ 90
Principais vias metabólicas e de conjugação com ácido glicurônico 92
Glicuronidação ................................................................................................................. 93
Sulfoconjugação e acetilação ...................................................................................... 97
Conjugação da glutationa S ........................................................................................... 99
Reações de transaminação e desaminação dos aminoácidos ................................. 102
Transaminação............................................................................................................... 103
Desaminação ................................................................................................................. 107
Síntese de amônia e ciclo da ureia ................................................................................ 108
Síntese de amônia ......................................................................................................... 109
Ciclo da ureia ................................................................................................................. 111
Sintetizando ......................................................................................................................... 115
Referências bibliográficas ............................................................................................... 116
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Sumário
Unidade 4 - Excreção da amônia, metabolismo de lipídeos e correlações clínicas
Objetivos da unidade ......................................................................................................... 118
Fármacos utilizados na eliminação de amônia ............................................................ 119
Excreção da amônia ..................................................................................................... 119
Metabolismo alterado da amônia ............................................................................... 123
Fármacos usados para excreção da amônia ........................................................... 125
Metabolismo da fenilalanina e tirosina ......................................................................... 132
Fenilalanina e tirosina ................................................................................................... 134
Metabolismo de lipídeos de origem hepática e exógena .......................................... 136
Síntese e papel das lipoproteínas plasmáticas ........................................................... 139
Lipídeos e correlações clínicas ...................................................................................... 143
Lipemia pós-prandial (PPL) .......................................................................................... 144
Doenças cardiovasculares ateroscleróticas (ASCVD) ........................................... 146
Sintetizando ......................................................................................................................... 148
Referências bibliográficas ............................................................................................... 149
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A Bioquímica estuda as reações químicas e os processos físicos que ocorrem 
nas células dos seres vivos. É por isso que Carl Sagan disse que “somos todos 
poeira de estrelas”. A partir de reações físicas que acontecem no núcleo das es-
trelas, surgem os elementos químicos. Há milhões de anos o processo evolutivo 
no planeta Terra utilizou esses elementos para iniciar o código da vida. Carbono, 
hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre são elementos químicos presentes 
na estrutura molecular que formam as células, os tecidos e os órgãos de vários 
seres vivos. Assim, as moléculas se organizam de acordo com as leis termodinâ-
micas, favorecendo o surgimento da vida. O processo metabólico que sintetiza 
e degrada moléculas precisa de energia e, a partir dos estudos sobre metabolis-
mo, podemos observar a maquinaria da vida em ação, produzindo e reciclando 
energia. Dessa forma, vamos compreender como o organismo utiliza os nutrien-
tes e como a respiração ocorre para a manutenção da vida, estudando os proces-
sos químicos e físicos que acontecem dentro das células dos seres vivos.
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Apresentação
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Todos que possuem a curiosidade sobre um fenômeno, seja físico, químico, 
matemático ou biológico, já possui em si a alma de um cientista. Dedico 
esta obra aos curiosos pelo conhecimento.
A professora Juscemácia Nascimento 
Araújo é doutora (2020) e mestre (2017) 
em Biotecnociência e é graduada em 
Química (2015) e em Ciência e Tecnolo-
gia (2012) pela Universidade Federal do 
ABC (UFABC). Atua nas áreas de biotec-
nologia, bioquímica, nanotecnologia e 
biofísica molecular. Publicou artigos em 
áreas da ciências exatas e biológicas. 
Currículo Lattes:
http://lattes.cnpq.br/6026326069336394
BIOQUÍMICA APLICADA 10
A autora
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METABOLISMO E 
BIOENERGÉTICA
1
UNIDADE
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Objetivos da unidade
Tópicos de estudo
 Compreender os processos metabólicos do anabolismo e catabolismo;
 Compreender a bioenergética da respiração celular;
 Compreender o processo de geração de energia através da fotossíntese.
 Principais vias do catabolismo 
e anabolismo
 Catabolismo e anabolismo
 Principais vias catabólicas e 
anabólicas
 Regulação das vias metabólicas
 Bioenergética: respiração celular
 Respiração celular
 Ciclo do ácido cítrico
 Cadeia transportadora de 
elétrons
 Fosforilação oxidativa
 Processos de transdução de 
energia durante a fotossíntese
 Conversão de energia luminosa 
em energia elétrica
 Conversão de energia elétrica 
em energia química
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Principais vias do catabolismo e anabolismo
As células do corpo humano estão constantemente realizando milhares de 
reações químicas necessárias para manter o seu corpo, como um todo, vivo e 
saudável. Essas reações químicas geralmente estão ligadas por cadeias ou rotas 
metabólicas, compondo, assim, o metabolismo celular. O metabolismo engloba 
várias reações químicas catalisadas por enzimas, isto é, praticamente todas as 
reações químicas das células ocorrem em uma velocidade signifi cativa quando 
há a presença das enzimas – biocatalisadores que aumentam a velocidade das 
reações químicas específi cas sem serem consumidas no processo.
Algumas dessas reações são catabólicas, ou seja, reações de degradação 
produtoras de energia, e outras reações são anabólicas, na qual ocorre sínte-
se de outras moléculas a partir de moléculas precursoras que necessitam do 
fornecimento de energia. Nesta unidade você irá aprender as defi nições de 
metabolismo, catabolismo, anabolismo e suas principais vias metabólicas.
Catabolismo e anabolismo
O metabolismo celular é formado por vias catalisadas por enzimas, as vias 
catabólicas e as vias anabólicas. No catabolismo ocorre a degradação de nu-
trientes orgânicos (carboidratos, gorduras e proteínas), que são convertidos 
em moléculas menores, como ácido lático, CO2 e NH3, e ocorre liberação de 
energia (BERG; TYMOCZKO; STRYER, 2015). 
A energia liberada pelas reações catabólicas promovem a síntese de ATP 
(adenosina trifosfato), produção de carreadores de elétrons reduzidos, NADH e 
NADPH, ambos podendo doar elétrons em processos que geram ATP ou condu-
zir etapas redutoras em rotas biossintéticas. A respiração celular é um exemplo 
de via catabólica no qual ocorre a quebra da molécula de glicose(C6 H12 O6) 
formando água, dióxido de carbono e liberando energia. A quebra da glicose 
libera energia, que é capturada pela célula na forma de trifosfato de adenosina 
(ATP), (BERG; TYMOCZKO; STRYER, 2015).
As rotas sintéticas que requerem energia são designadas como anabólicas, 
ou também como biossintéticas. As reações anabólicas utilizam energia na 
forma de transferência do grupo fosforil do ATP e do poder redutor de NADH, 
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NADPH e FADH2. Moléculas precursoras de baixa massa molecular são conver-
tidas em moléculas maiores e mais complexas, incluindo proteínas e ácidos 
nucleicos. As rotas das reações catalisadas por enzimas que atuam sobre os 
principais constituintes das células – proteínas, gorduras, açúcares e ácidos nu-
cleicos – são praticamente idênticas em todos os organismos vivos. Um exem-
plo de via anabólica é o processo de fotossíntese (VOET; VOET, 2013). 
As reações químicas exergônicas produzem energia e apresentam uma 
energia livre negativa (exotérmica), que normalmente são reações espontâ-
neas. Já as reações endergônicas consomem energia, formando moléculas 
mais complexas, além de serem reações com energia livre positiva e não es-
pontâneas, que necessitam de energia para ocorrer. A variação de energia livre 
é representada pela equação:
∆ G = ∆ H − T ∆ S
Onde: ΔG é a variação de energia livre, ΔH é a variação de entalpia, T é a 
temperatura em Kelvin e ΔS é a variação de entropia do sistema. Geralmente, 
a via catabólica é convergente e exergônica e a via anabólica é divergente e 
endergônica (NELSON; COX, 2014).
Principais vias catabólicas e anabólicas
As vias metabólicas são uma série de reações catalisadas enzimaticamente, regu-
ladas de forma que uma molécula precursora é convertida em um produto a partir de 
vários intermediários metabólicos, os metabolitos. Algumas das vias metabólicas são 
lineares e outras ramifi cadas, dessa forma, as vias catabólicas são convergentes, as 
vias anabólicas são divergentes e as vias anfi bólicas são cíclicas (NELSON; COX, 2014). 
O catabolismo aeróbico é conhecido como respiração celular e o anaeróbico 
como catabolismo anaeróbico, ou fermentação alcoólica, que fornece energia 
na forma de ATP, produzindo etanol na via anabólica. As reações catabólicas 
anaeróbicas acontecem com uma grande diminuição na energia livre, que, so-
mada à hidrólise do ATP durante as reações de biossíntese, resulta na produ-
ção de calor (BERG; TYMOCZKO; STRYER, 2015).
A hidrólise de macromoléculas é a reação que o catabolismo faz para conver-
ter moléculas complexas em moléculas simples e, em seguida, a oxidação do grupo 
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acetila da molécula acetil-CoA forma ATP, NADH e FADH2 com liberação de energia, 
essa é a fase final da oxidação de moléculas no ciclo do ácido cítrico e da fosforila-
ção oxidativa. No Diagrama 1, é possível observar que o acetato é um intermediário 
metabólico chave, o produto da degradação de uma variedade de moléculas da via 
catabólica e é o precursor de muitos produtos da via anabólica (NELSON; COX, 2014).
As vias catabólicas fornecem energia na forma de ATP para reações de oxi-
dação que convertem nutrientes obtidos na dieta em metabólitos. As reações 
catabólicas são exergônicas, ou seja, produzem mais energia do que conso-
mem e envolvem três etapas. Inicialmente, ocorre a hidrólise ácida ou básica de 
macromoléculas, onde uma molécula de água quebra as ligações químicas de 
polissacarídeos para formar monossacarídeos nas vias da glicogenólise, tendo 
como substrato inicial o glicogênio, que formará glicose. Por fim, em sua via, 
a glicose produzirá piruvato, ATP e NADH (BERG; TYMOCZKO; STRYER, 2015).
Citrato
Fosfolipídeos
Triacilgliceróis
Amido 
Glicogênio
Sacarose Serina Leucina
Isoleucina
Oxaloacetato
CO2
CO2
Glicose Piruvato
Acetato 
(acetil-CoA) Acetoacetil-Coa 
Ácidos graxos 
Via anabólica 
Via catabólica 
Via cíclica 
Fosfolipídios
Eicosanoides
Triacilgliceróis
Mevalonato
Colesterol
Isopentenil-
pirofosfato 
Alanina Fenilalanina
Ácidos graxos 
Fonte: NELSON; COX, 2014. (Adaptado).
A quebra das ligações peptídicas das proteínas ocorre pela via da proteólise, 
formando peptídeos e aminoácidos. A quebra das ligações lipídicas ocorre pela 
via da lipólise com o uso de triacilglicerol como substrato, formando ácidos 
graxos e glicerol; na via da β-oxidação, os ácidos graxos são utilizados como 
substrato para formar produtos de acetil-CoA, acil-CoA graxo (n-2), NADH e 
FADH2. Após a etapa de hidrólise, ocorre a conversão das unidades formadas 
em acetato e a energia liberada é conservada como ATP. A acetil-CoA (acetato) 
DIAGRAMA 1. RESUMO DAS VIAS METABÓLICAS
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formada poderá ser usada na via anabólica e na via cíclica. Por último, ocorre 
a oxidação do grupo acetila da molécula de acetil-CoA pelas vias do ciclo do 
ácido cítrico e pela fosforilação oxidativa. Nessa etapa a energia liberada forma 
moléculas como ATP, NADH e FADH2 (NELSON; COX, 2014). 
A biossíntese de ácidos graxos, triacilgliceróis e colesterol ocorre pela via 
anabólica de lipídeos. A biossíntese de carboidratos poderá ocorrer pela via me-
tabólica da glicogênese ou pela gliconeogênese; já as proteínas e os peptídeos 
podem ser sintetizados a partir da biossíntese de aminoácidos, tendo como 
precursoras moléculas como α-cetoglutarato, 3-fosfoglicerato e o oxaloacetato 
presente na via cíclica do metabolismo (Diagrama 1) (NELSON; COX, 2014). 
As vias metabólicas utilizam um intermediário em comum, a acetil-CoA. 
Parte do catabolismo e anabolismo de carboidratos, proteínas e lipídeos ocor-
re no fígado, como o catabolismo de proteínas, lipídeos e carboidratos. O Dia-
grama 2 apresenta as reações que ocorrem no catabolismo (glicólise) e anabo-
lismo (gliconeogênese) da glicose (NELSON; COX, 2014).
Pi
Pi
ATP 
ATP 
Hexocinase 
Fosfofrutocinase-1 
Glicose-6-fosfatase 
Frutose-1,6-bifosfatase-1 
Frutose-1,6-bifosfato 
Di-hidroxiacetona-fosfato Di-hidroxiacetona-fosfato 
(2) gliceraldeído-3-fosfato
(2) 1,3-Bifosfoglicerato
2Pi 2Pi
2NAD+ 
2ADP 2ADP
2NAD+ 
2NADH+ + 2H+ 2NADH+ + 2H+ 
Glicose-6-fosfato 
Frutose-6-fosfato 
ADP 
ADP 
H2O
H2O
Glicólise Gliconeogênese
Glicose
DIAGRAMA 2. GLICÓLISE E GLICONEOGÊNESE
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Piruvatoto-cinase 
Piruvato-carboxilase 
PEP-carboxicinase
Frutose-1,6-bifosfato 
Di-hidroxiacetona-fosfato Di-hidroxiacetona-fosfato 
(2) gliceraldeído-3-fosfato
(2) 1,3-Bifosfoglicerato
(2) 3-Fosfoglicerato 
(2) 2-Fosfoglicerato 
(2) Fosfoenolpivurato 
(2) Oxaloacetato 
2Pi 2Pi
2NAD+ 
2ADP
2ADP
2ADP
2GDP
2GTP
2ADP
2ATP
2ATP
2ATP
2ATP
2NAD+ 
2NADH+ + 2H+ 2NADH+ + 2H+ 
ADP H2O
(2) Pivurato
Fonte: NELSON; COX, 2014. (Adaptado).
CONTEXTUALIZANDO
Metabolismo do paracetamol: o paracetamol é um 
fármaco antipirético analgésico que pode ser administrado 
em doses seguras de 1,2 g/dia em adultos. Quando a 
ingestão de paracetamol excede as doses 
terapêuticas, o metabolismo catabólico 
das vias de glicuronidação e sulfatação 
fi cam saturadas e, na ausência de GSH, 
forma o metabólito tóxico N-acetil-p-
benzoquinonaimina, que induz a uma 
hepatoxicidade (acetaminofeno) no fígado 
(KATZUNG; MASTERS; TREVOR, 2014).
Regulação das vias metabólicas
As vias metabólicas estão interconectadas entre si por uma rede de rea-
ções químicas. O metabolismo é regulado por enzimas específi cas que catali-
sam a reação química para formação de um produto ou metabólito. Uma célula 
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 eucariótica pode produzir aproximadamente trinta mil proteínas diferentes que 
catalisam milhares de reações envolvendo centenas de metabólitos, muitoscom-
partilhados por mais de uma via metabólica (BERG; TYMOCZKO; STRYER, 2015).
As células e os organismos existem em um estado estável e dinâmico, onde 
a velocidade de reação de conversão do substrato em produto pode ser alta e 
variável, sendo que a concentração do substrato permanecerá sempre cons-
tante (NELSON; COX, 2014).
O fluxo de uma reação catalisada por uma enzima pode ser alterado pela ati-
vidade catalítica de cada molécula presente na reação. Os vários mecanismos de 
regulação do nível enzimático podem alterar a quantidade total de suas enzimas 
em resposta às mudanças nas condições metabólicas, por exemplo: uma mudança 
alimentar rica em carboidratos para uma dieta rica em lipídeos afetará a transcrição 
de vários genes, o que poderá influenciar na síntese de proteínas (VOET; VOET, 2013).
Os mecanismos reguladores das vias catabólicas e anabólicas de proteínas 
produzem enzimas nas células. Nesse sentido, a atividade dessas enzimas po-
derá ser regulada por:
• Concentração de substrato;
• Presença de efetores alostéricos;
• Modificação covalente;
• Ligação de proteínas reguladoras.
A regulação metabólica é responsável pelo processo de homeostasia mo-
lecular em equilíbrio na célula, já que as falhas nos mecanismos homeostáticos 
são frequentemente as causas de doenças em humanos (NELSON; COX, 2014). 
Um exemplo de homeostasia no nível molecular é a regulação de glicose no 
sangue, no qual a concentração de açúcar se mantém quase constante em 5 
mm, mesmo que o fluxo dos metabólitos se altere ao longo da via; já o contro-
le metabólico é um processo de alteração de uma via metabólica ao longo do 
tempo, em resposta a um sinal externo (NELSON; COX, 2014). 
Mudanças na transcrição de genes levam a mudanças na síntese de proteínas, 
que alteram o metabolismo de uma célula, tecido ou órgão. A Figura 1 apresenta re-
sumidamente os perfis metabólicos presentes no cérebro, fígado, músculos e rins.
A via glicólise possui três pontos de regulação. No primeiro, a hexocinase é 
inibida pelo produto glicose-6-fosfato. No segundo ponto de regulação, a fosfo-
frutocinase é inibida por ATP e pelo citrato (sinalizador de intermediários no ciclo 
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de Krebs); mas esse segundo ponto também pode ocorrer pela presença de H+, 
importante no processo de fermentação conhecida como anaerobiose, onde a fer-
mentação produz ácido lático. Esse mecanismo, por sua vez, é responsável pela 
manutenção de ATP na reação da fosfofrutocinase, impedindo que ocorra a ati-
vação da glicose pela hexocinase. Nesse passo, o substrato é a frutose-6-fosfato e 
AMP e ADP sinalizam a falta de energia no mecanismo (NELSON; COX, 2014). 
• Fonte de energia é a glicose
• Armazena pouco glicogênio 
• Utiliza corpos cetônicos em jejuns prolongados 
• Não utiliza ácidos graxos
Cérebro 
Músculo
Fígado 
Rim • Realiza a gliconeogênese e liberta a glicose para a 
corrente sanguínea
• Excreção de eletrólitos, ureia etc.
• Acidose metabólica pode ser agravada pela ação do 
ciclo da ureia.
• Nestas circunstâncias, o nitrogênio é eliminado pela 
ação conjunta do fígado e do rim
• Fonte de energia: glicose, ácidos graxos, corpos 
cetônicos e aminoácidos 
• Possui uma reserva de creatina fosfatada, que fosforila 
ADP em ATP, produzindo energia sem gasto de glicose 
• Realiza a glicólise após 3-4s de atividade, inicialmente 
em condições anaeróbicas 
• Gliconeogênese e a síntese e a degradação do 
glicogênio mantêm o nível de glicose no sangue 
• Síntese de corpos cetônicos quando há altas 
concentrações de acetil-CoA 
• Síntese da ureia 
Figura 1. Perfis metabólicos do cérebro, rim, músculos e fígado.
BIOQUÍMICA APLICADA 19
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O terceiro ponto de regulação é a regulação realizada pela piruvato cinase, que 
é inibida por ATP, acetil-CoA, presença de ácidos graxos, alanina e pode ser ativada 
pelo substrato frutose-1,6-bifosfato e pela presença de AMP. O Quadro 1 apresenta 
as principais vias metabólicas presentes no corpo humano (NELSON; COX, 2014).
QUADRO 1. PRINCIPAIS VIAS METABÓLICAS DO CORPO HUMANO
Via metabólica
Glicólise Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ciclo de Krebs Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Fosforilação oxidativa
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Via das pentoses-fosfato Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Ciclo da Ureia Eliminação de NH4+
β-oxidação de ácidos graxos Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado no ciclo de Krebs.
Gliconeogênese Síntese de glicose.
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorrea eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Eliminação de NH
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Eliminação de NH
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Eliminação de NH
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
no ciclo de Krebs.
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Eliminação de NH
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
no ciclo de Krebs.
Oxidação da glicose para obtenção de adenosina trifosfato (ATP).
Ocorre oxidação do acetato para obtenção de energia.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Eliminação de NH
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
no ciclo de Krebs.
Síntese de glicose.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Eliminação de NH4
+
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
no ciclo de Krebs.
Síntese de glicose.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
será armazenada na célula sob a forma de ATP.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
no ciclo de Krebs.
Síntese de glicose.
Ocorre a eliminação de elétrons obtidos após a oxidação da 
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
no ciclo de Krebs.
Síntese de glicose.
glicose e do acetato. Parte da energia liberada nesse processo 
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
Síntese de glicose.
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
Ocorre produção de redutores utilizados nas reações anabólicas.
Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado Ácidos graxos são degradados em acetil-CoA e depois usado 
Fonte: NELSON; COX, 2014.
A enzima piruvato carboxilase é ativada por acetato na regulação da glico-
gênese. Nessa regulação, a acetil-CoA sinaliza a presença de intermediários do 
ciclo de Krebs e ocorre a diminuição da necessidade de glicose no meio. A pre-
sença de substrato controla o ciclo de Krebs e a inibição ocorre pelos produtos 
e outros intermediários do ciclo. A acetil-CoA e NADH inibem a piruvato desi-
drogenase, e a citrato sintase é inibida por citrato, NADH e por succinil-CoA, 
que é um sinalizador de intermediários do ciclo de Krebs (NELSON; COX, 2014). 
A succinil-CoA, NADH e ATP inibem a isocitrato desidrogenase e o ADP ativa 
essa enzima. A α-cetoglutarato desidrogenase é inibida por NADH e por succi-
nil-CoA, sendo que todas essas desidrogenases são ativadas pela presença de 
cálcio iônico. A carbonil-fosfato sintetase é ativada por N-acetilglutamato na 
regulação do clico da ureia. Esse processo sinaliza a presença de altas concen-
trações de nitrogênio no organismo (NELSON; COX, 2014). 
O metabolismo dos ácidos graxos é regulado pela entrada de acil-CoA na 
mitocôndria. Em situações de grande quantidade de energia metabólica, o ma-
BIOQUÍMICA APLICADA 20
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lonil-CoA, presente no citoplasma, inibe a carnitina acil transferase, que impede 
que as moléculas de acil-CoA entrem na mitocôndria, evitando seu catabolismo. 
NADH inibe a 3-hidroxiacil-CoA e a acetil-CoA inibe a tiolase, esse processo di-
minui o catabolismo de ácidos graxos quando a célula possui energia em abun-
dância. Na via das pentoses-fosfato, a NADP+ controla a velocidade de reação da 
glicose-6-fosfato-desidrogenase, regulando a via (NELSON; COX, 2014).
EXEMPLIFICANDO
O metabolismo do glicogênio é regulado no fígado, que possui hexocinase 
de baixa afi nidade, a glicose, e que não pode ser inibida pela glucose-
-6-fosfato. Dessa forma, a glicose só será fosforilada no fígado quando 
houver altas concentrações de glicose no sangue, principalmente após as 
refeições. Quando as concentrações de glicose estão muito altas, ocorre 
sua conversão em glicogênio no fígado (NELSON; COX, 2014).
Bioenergética: respiração celular
A bioenergética é o estudo quantitativo das transformações de energia ou 
das transduções energéticas que ocorrem nos sistemas biológicos, obedecen-
do as leis da termodinâmica. As células desenvolveram mecanismos efi cientes 
para aproveitar a energia obtida da luz ou de combustíveis químicos presentes 
nos processos de obtenção de energia (BERG; TYMOCZKO; STRYER, 2015). 
A segunda lei da termodinâmica diz que “a entropia total do universo está 
sempre aumentando”. A desordem dos componentes presentes em um sistema 
celular é expressa como entropia (S) e a variação da entropia (ΔS) expressa a alea-
toriedade do sistema, quando a variação de entropia do sistema aumenta, ela é 
positiva, e quando diminui, é negativa. Os tipos de ligações e número de ligações 
é expresso pela entalpia (H) do sistema. A variação da energia livre de um siste-
ma termodinâmico pode ser expressa pela equação proposta por J. Willard Gibbs, 
ΔG = ΔH − TΔS, onde T é a temperatura absoluta em Kelvin (NELSON; COX, 2014).
Nas reações exotérmicas, uma reação libera calor apresentando um ΔH nega-
tivo, já nas reações endotérmicas, ocorre a absorção de calor com valor de ΔH po-
sitivo. Uma variação de entropia positiva (ΔS) signifi ca que a aleatoriedadedo sis-
tema reacional possui uma diminuição da ordem. Reações espontâneas possuem 
variação de energia livre negativa, já que a energia é liberada (NELSON; COX, 2014).
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Dentro de um organismo estão em movimento moléculas e complexos molecu-
lares, que são sintetizados e degradados em reações químicas que envolvem fluxo 
constante de massa e energia pelo sistema biológico. A concentração constante 
é resultado do estado estacionário dinâmico fora do equilíbrio, e a manutenção 
desse estado requer um fluxo de energia constante. Quando a célula não obtém 
mais energia, ela morre e então o estado do equilíbrio decai (NELSON; COX, 2014).
A variação de energia livre padrão ΔG’º pode ser calculada a partir da cons-
tante de equilíbrio K’eq, dada pela equação abaixo:
∆ G‘º = −RTlnK’eq
aA + bB → cC + dD
ATP → ADP + Pi (fosfato inorgânico)
Keq = [ ADP ] [ Pi ] / [ ATP ]
Keq = [ C ]
c [ D ]d
Quando, em uma reação química, os reagentes iniciam com concentração de 1 
M, se a constante de equilíbrio K’eq for maior que 1,0 e o valor de ΔG’º for negativo, a 
reação química ocorrerá no sentido direto; quando K’eq for igual a 1,0 e ΔG’º for igual 
a zero, a reação estará em equilíbrio; e quando a constante K’eq for menor que 1,0 e 
ΔG’º for positivo, a reação ocorrerá no sentido inverso (NELSON; COX, 2014).
A constante de equilíbrio é expressa pela tendência de uma reação se completar. 
Considerando uma reação na qual uma quantidade a de mols de A reagem com b 
mols de B para obter, com os produtos, uma quantidade c mols de C e d mols de D:
Assim, a partir da reação acima, a constante de equilíbrio Keq é dada por:
Por exemplo, o equilíbrio de ATP e ADP nas células é dada pela reação abaixo:
Onde a quantidade em mols de reagente e de cada produto formado é de 
1 mol, dessa forma, a constante de equilíbrio da reação será:
O custo da energia obtida na síntese de ATP pode ser expresso utilizando a 
relação da constante de equilíbrio Keq e a energia livre padrão do sistema termo-
dinâmico, dada pela equação:
[ A ]a [ B ]b
[ C ]c [ D ]d
BIOQUÍMICA APLICADA 22
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∆G’º = -RTlnK’eq
É importante entender que as constantes termodinâmicas indicam onde 
o equilíbrio fi nal de uma reação se encontra, mas não com que rapidez esse 
equilíbrio vai ser alcançado (NELSON; COX, 2014).
O organismo de um ser vivo é um sistema aberto que troca matéria e ener-
gia com o meio, consegue energia do meio absorvendo combustíveis químicos 
como a glicose ou extraindo energia por reações de oxidação desses combus-
tíveis. As reações de oxirredução fornecem energia aos organismos a partir do 
fl uxo de elétrons dessas reações. A respiração celular é um processo de oxirre-
dução exotérmico e a fotossíntese um processo de oxirredução endotérmico. A 
Figura 2 exemplifi ca os processos termodinâmicos presentes na bioenergética 
celular (BERG; TYMOCZKO; STRYER, 2015).
Respiração celular Fotossíntese 
Oxidação 
Oxidação Redução
Exotérmico Endotérmico 
Ní
ve
l d
e 
en
er
gi
a
Ní
ve
l d
e 
en
er
gi
aReagentes 
Produtos 
Produtos 
ΔH < 0 ΔH > 0 
Reagentes 
Redução
Figura 2. Processos termodinâmicos na bioenergética celular. 
Respiração celular 
A respiração celular é a fase aeróbia do catabolismo, no qual as células con-
somem O2 e produzem CO2. Esse processo metabólico acontece em três etapas. 
Na via glicólise, primeiramente a glicose, ácidos graxos e alguns aminoácidos 
BIOQUÍMICA APLICADA 23
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são oxidados para produzirem o grupo acetil da acetilcoenzima A. Os grupos 
acetil são enviados para o ciclo do ácido cítrico onde, então, são oxidados pro-
duzindo CO2. Em seguida, ocorre a redução formando NADH e FADH2 nos trans-
portadores de elétrons. Na última etapa da respiração celular, as coenzimas A 
doam prótons e elétrons (NELSON; COX, 2014).
Através da transferência de elétrons, a energia é liberada e conservada na for-
ma de adenosina trifosfato (ATP) pelo processo de fosforilação oxidativa, processo 
ilustrado no Diagrama 3. No citosol procariótico ocorre a glicólise e o ciclo do ácido 
cítrico; já a cadeia respiratória ocorre no mesossomo. Nas células dos eucariotos, a 
glicólise pode ocorrer no citosol e nas mitocôndrias (NELSON; COX, 2014).
Aminoácidos
1 – Produção 
de acetil-CoA 
2 – Oxidação 
da acetil-CoA 
3 – Transferência 
de elétrons e 
fosforilação 
oxidativa 
Ciclo do 
ácido cítrico 
(transportadores de e- reduzidos) 
Cadeia respiratória 
(transferência de 
elétrons) H2O
ADP + Pi ATP 
2H+ + ½O2 
NADH, 
FADH2
Oxaloacetato
Citrato
Complexo da 
piruvato-desidrogenase
Acetil-CoA
CO2
CO2
CO2
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
Ácidos graxos Glicose
Glicólise
Piruvato
Fonte: NELSON; COX, 2014. (Adaptado).
DIAGRAMA 3. METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS, ÁCIDOS GRAXOS E PROTEÍNAS
BIOQUÍMICA APLICADA 24
SER_FARMA_BIOQAP_UNID1.indd 24 07/01/2021 12:39:57
Na glicólise, a glicose é oxidada a piruvato, em seguida, o complexo piruvato-
-desidrogenase o converte em acetil-CoA. O complexo piruvato-desidrogenase 
( Diagrama 3) é composto por três enzimas: a piruvato desidrogenase (E1), que está 
ligada ao cofator TPP e catalisa a primeira descarboxilação do piruvato, produzindo 
a hidroxietil-TPP. Em seguida, a hidroxietil-TPP é oxidada a um grupo acetil, e os elé-
trons dessa oxidação reduzem o dissulfeto do lipoato ligado; a enzima di-hidrolipoil-
-transacetilase (E2), que está covalentemente ligada ao grupo lipoil; e a di-hidrolipoil-
-desidrogenase (E3), que catalisa a regeneração do dissulfeto do lipoato, os elétrons 
passam para o cofator FAD e depois para o cofator NAD (NELSON; COX, 2014; KATO 
e colaboradores, 2008). O balanço energético da cadeia respiratória após a etapa da 
glicólise e a estrutura molecular das enzimas E1, E2 e E3 é representado na Figura 3.
Figura 3. Balanço energético da glicólise e estrutura molecular das enzimas piruvato desidrogenase, di-hidrolipoil-tran-
cetilase e di-hidrolipoil-desidrogenase. Fonte: KATO e colaboradores, 2008; JIANG e colaboradores, 2018; BRAUTIGAM 
e colaboradores, 2006. (Adaptado).
4 ATP + 2 NADH – 2 ATP → 2 ATP +2 NADH
Piruvato deshidrogenase
Di-hidrolipoil-transacetilase
Di-hidropoil-desidrogenase
Ciclo do ácido cítrico
O ciclo do ácido cítrico, também conhecido como ciclo de Krebs, é apresenta-
do no Diagrama 4, na qual podemos observar a oxidação da acetil-CoA. Inicial-
mente, a acetil-CoA doa o grupo acetil ao composto oxaloacetato, produzindo 
citrato, que é transformado em isocitrato e é, posteriormente, desidrogenado 
com a perda de CO2 para produzir α-cetoglutarato. Nessa etapa, o α-cetogluta-
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rato perde uma molécula de CO2, originando o succinanato, convertido enzima-
ticamente em oxaloacetato (NELSON; COX, 2014). 
A cada volta do ciclo, entra um grupo acetil-CoA, totalizando a entrada de dois 
carbonos, e são removidas duas moléculas de CO2; uma molécula de oxaloacetato 
formará o citrato e a outra será regenerada no ciclo. A energia obtida na reação de 
oxidação é conservada na forma reduzida de NADH e FADH2 (NELSON; COX, 2014).
Observe o ciclo no Diagrama 4. Note que carbonos sombreados em vermelho 
não são oxidados a CO2 na primeira rodada do ciclo; setas em vermelho repre-
sentam a energia conservada pela transferência dos elétrons de FAD ou NAD+, 
formando FADH2 e NADH + H+, e que as etapas um e dois são irreversíveis.
Ciclo do ácido cítrico
Acetil-CoA 
1
2
3
4
5
6
7
8
Citrato
Cis-Acotinato 
Isocitrato
α-Cetoglutarato
Succinil-CoA
Succinato
Fumarato 
Malato
Oxaloacetato Citrato sintase 
Aconitase
Aconitase
Isocitrato-
desidrogenase
Complexo 
α-cetoglutarato-
desidrogenase Succinil-CoA-
sintetase 
Succinato-
desidrogenase 
Malato-
desidrogenase
FumaraseNADH 
S-CoA
S-CoA
CoA-SHCoA-SH
CoA-SH 
C
C C
C
C
C
C
C
C
CH3
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
GDP 
(ADP) 
+ Pi 
GDP 
(ADP) 
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
CH2
CH2
CO2
CH2
CH2
CH2
CH2
CO2
CH2
HO
HO
HO
H
H
H
CH2CH2
CH2
CH2
FADH2
CH2
CH
CH
HC
H2O
H2O
H2O
H2O
O
O
O
O
(3)
Fonte: NELSON; COX, 2014. (Adaptado).
DIAGRAMA 4. CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
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As enzimas dependentes de NAD encontram-se na matriz mitocondrial de 
células eucariotas e participam do ciclo do ácido cítrico. Nas reações redutoras 
anabólicas, a enzima dependente de NADP tem como principal função a pro-
dução de NADPH. O ciclo do ácido cítrico possui oito etapas reacionais, como 
mostrado no Diagrama 4 (NELSON; COX, 2014). Confira, resumidamente, o me-
canismo reacional de cada etapa do ciclo:
1- Condensação de Claisen: condensação de acetil-CoA e oxaloacetato 
para a formação de citrato, catalisada pela enzima citrato sintase. A va-
riação de energia livre padrão negativa dessa reação é importante para 
o funcionamento do ciclo, já que a oxaloacetato existe no organismo em 
baixas concentrações. A coenzima A liberada é reciclada para participar da 
descarboxilação oxidativa de uma das moléculas do complexo da piruvato 
desidrogenase;
2- Desidratação/reidratação: grupo –OH do citrato reposiciona-se no iso-
citrato, preparando para a descarboxilação da próxima etapa. Essa etapa é ca-
talisada pela aconitase que contém um centro de ferro-enxofre, que atua na 
ligação do substrato ao sítio ativo e na adição/remoção catalítica de água;
3- Descarboxilação oxidativa: grupo –OH do isocitrato é oxidado a carbo-
nil da α- cetoglutarato e CO2, catalisado pela isocitrato-desidrogenase. O Mn
2+ 
estabiliza o enol formado pela descarboxilação;
4- Descarboxilação oxidativa: a α-cetoglutarato é oxidada a succinil-CoA 
e CO2 em um mecanismo similar a piruvato-desidrogenase, dependente do 
carbonil no carbono adjacente. O complexo a-cetoglutarato-desidrogenase in-
corpora três enzimas homólogas às E1, E2 e E3 do complexo da PDH e contém 
TPP e lipoato ligado à enzima FAD, NAD e coenzima A. É uma reação altamente 
exotérmica com energia livre padrão de -33,5 kJ/mol;
5- Fosforilação ao nível do substrato: energia do tioéster conservada na 
ligação fosfoanidrido do GTP ou ATP. Essa etapa é catalisada pela enzima suc-
cinil-CoA-sintetase. As células animais têm duas isoenzimas da succinil-CoA- 
sintetase, uma específica para ADP e outra para GDP. É uma reação exotérmica 
com energia livre padrão de – 2,9 kJ/mol;
6- Desidrogenação: oxidação do succinato a fumarato pela enzima succi-
nato-desidrogenase, uma enzima que, em eucariotos, está ligada à membrana 
mitocondrial interna e em bactérias está ligada à membrana plasmática. Nessa 
BIOQUÍMICA APLICADA 27
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reação ocorre a introdução da ligação dupla que inicia a sequência de oxidação 
do metileno. A energia livre padrão dessa reação é de 0 kJ/mol; 
7- Hidratação: o fumarato é hidratado pela adição de água à ligação 
dupla e introduz o grupo –OH para a próxima etapa de oxidação, forman-
do malato, que é catalisado pela enzima fumarato-hidratase ou fumarase, 
uma enzima estéreo especifica. Essa reação é exotérmica com energia li-
vre padrão de -3,5 kJ/mol;
8- Desidrogenação: a enzima L-malato-desidrogenase ligada a NAD catalisa 
a oxidação de L-malato a oxaloacetato, a oxidação da hidroxila completa a se-
quência de oxidação, e o carbonil gerado é posicionado para facilitar a conden-
sação de Claisen na próxima etapa do ciclo. O oxaloacetato é continuamente 
removido pela reação exergônica da citrato-sintase, mantendo a concentração 
celular de oxaloacetato extremamente baixa, menor que 10-6 M. 
Durante a fosforilação oxidativa, as etapas do ciclo abastecem a cadeia res-
piratória, via NADH e FADH2, com grande fluxo de elétrons, levando à formação 
de muitas moléculas de ATP. No balanço energético do ciclo de Krebs, para cada 
molécula de acetil-CoA oxidada, o ganho de energia consiste em três moléculas 
de NADH, uma molécula de FADH2 e uma de ATP (NELSON; COX, 2014). 
Os componentes do ciclo do ácido cítrico são importantes intermediários 
da biossíntese. Nos organismos de aeróbios, o ciclo do ácido cítrico é uma via 
anfibólica e, conforme os intermediários do ciclo do ácido cítrico são retirados 
do ciclo para servirem como precursores na via anabólica, eles são repostos 
por reações anapleróticas, na qual piruvato ou fosfoenolpiruvato são conver-
tidos a oxaloacetato ou malato (NELSON; COX, 2014).
EXEMPLIFICANDO
No fígado de mamíferos, a reação anaplerótica mais importante é 
a carboxilação reversível do piruvato pelo CO2 para a formação de 
oxaloacetato catalisada pela piruvato-carboxilase, uma enzima de 
regulação inativa na ausência de acetil-CoA. As reações de carboxilação 
são catalisadas por piruvato-carboxilase no fígado e rins, por PEP-
carboxicinase no coração e músculo esquelético, PEP-carboxilase em 
vegetais superiores, leveduras e bactérias e pela enzima málica em 
eucariotos e bactérias. Enzimas que catalisam carboxilações comumente 
utilizam a biotina para ativar o CO2 e transportá-lo a aceptores, como 
piruvato ou fosfoenolpiruvato (NELSON; COX, 2014).
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Cadeia transportadora de elétrons
A cadeia transportadora de elétrons está ilustrada na Figura 4. Essa cadeia 
é a última etapa da respiração celular e gera energia em forma da ATP no inte-
rior das mitocôndrias. Na membrana interna da mitocôndria, quatro comple-
xos proteicos são inseridos e realizam o transporte dos elétrons de NADH e de 
FADH2 em oxigênio, que os reduz a NAD
+ e FAD. Com ausência de oxigênio há a 
interrupção do processo (VOET; VOET, 2013).
A transferência de elétrons entre proteínas na cadeia respiratória é conhe-
cida como força eletro motiva, que ocasiona a transferência de H+ da matriz 
mitocondrial para o espaço inter membranas da mitocôndria. Ao retornarem 
à matriz mitocondrial, os íons H+ geram um potencial conhecido como força 
protomotiva. Para que consigam retornar, estes íons passam por um dos com-
plexos proteicos, a sintase ATP da cadeia transportadora de elétrons ou cadeia 
respiratória. A sintase ATP converte íons H+ em energia potencial pela difusão 
dos íons de energia mecânica pela rotação da sintase ATP e, em seguida, em 
energia química (NELSON; COX, 2014). 
Nas mitocôndrias, os íons hidretos removidos de substratos, como α-ce-
toglutarato e malato, por enzimas desidrogenases ligadas ao NAD, doam 
elétrons para a cadeia transportadora de elétrons que os transfere para O2 
molecular, reduzindo-os a H2O.
Citoplasma
Espaço
intermembrana
Membrana
interna
Matriz
mitocondrial
Cadeia transportadora de elétrons
[ 2H+ + 1/202 + H2O ] x 2
NADH FADH2NAD+
+ 2H+
FAD+
+ 2H+
Mitocôndria
nH+2H+4H+
CoQ
4H+
I III Cyt c
IV
ADP ATP
ATP
sintase2e- 2e-
2e-
Figura 4. Cadeia transportadora de elétrons. 
BIOQUÍMICA APLICADA 29
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O complexo I catalisa a transferência de elétrons de NADH para a ubiqui-
nona e o complexo II faz catálise para o succinato. O complexo III transporta 
elétrons da ubiquinona reduzida para o citocromo c e o complexo IV fi naliza o 
processo, transferindo elétrons do citocromo c para molécula de oxigênio O2.
Redutores do NADH são transferidos por uma série de centros de Fe-S que 
são doadores de um elétron até a ubiquinona, que transfere os elétrons ao 
citocromo b, que é um carreador do complexo III. O centro de Fe-S transfere 
elétrons do citocromo c para o complexo IV. A citocromo oxidase é uma enzima 
que contém cobre, citocromos a e a3 e acumula elétrons que são transferidos 
para a molécula de O2, reduzindo-a a H2O (NELSON; COX, 2014).A transferência 
de dois elétrons do NADH para o oxigênio molecular na cadeia transportadora 
de elétrons é descrita pela reação exergônica:
NADH + H+ + 1/2 O2 → NAD
+ + H2O
1
2
Essa reação possui uma energia livre padrão de -220 kJ/Mol e a maior parte 
dessa energia é usada para bombear prótons para fora da matriz. A cada dois 
elétrons transferidos para O2, quatro são transferidos para fora do complexo I, 
quatro para o complexo III e dois pelo complexo IV. A cadeia transportadora 
de elétrons faz parte da fosforilação oxidativa (NELSON; COX, 2014).
ASSISTA
Assista ao vídeo de transporte de elétrons para entender 
mais sobre a etapa de fosforilação oxidativa e a geração 
de ATP no interior das mitocôndrias. 
Fosforilação oxidativa
A fosforilação oxidativa é o último estágio da produção de energia no meta-
bolismo de organismos aeróbios. Essa etapa da respiração celular é importan-
te para a produção de adenosina trifosfato (ATP). Os processos de fosforilação 
oxidativa e fotofosforilação dos organismos fotossintetizantes podem ser com-
preendidos pela teoria quimiosmótica (NELSON; COX, 2014). 
As vias da fosforilação oxidativa e da fotofosforilação possuem mecanismos 
semelhantes. Nos dois processos, que são exergônicos, o deslocamento de elé-
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trons entrega a energia livre acessível por meio de uma cadeia de transporta-
dores da membrana. Os prótons são ligados a uma membrana impermeável, 
preservando a energia livre da oxidação na forma de um potencial eletroquí-
mico transmembrana. O fornecimento de energia livre para a produção de ATP 
é realizado pelo retorno dos prótons no fluxo transmembrana a favor de seu 
gradiente de concentração por canais proteicos, esse processo é catalisado 
pela enzima ATP-sintase presente na membrana, que acopla o deslocamento 
de prótons à fosforilação de adenosina difosfato (ADN) (NELSON; COX, 2014). 
Quando o ATP é sintetizado e transportado para fora da matriz mitocondrial, 
a adenosina difosfato (ADP) e o pirofosfato (Pi) são especificamente transpor-
tados para dentro da matriz. A fosforilação oxidativa é iniciada com a entrada 
de elétrons provenientes da ação das desidrogenases na cadeia respiratória. 
As desidrogenases recebem elétrons das vias de degradação e os conduzem 
para receptores de elétrons, os nucleotídeos de nicotinamida (NAD+ ou NADP+) 
ou nucleotídeos de flavina (FMN ou FAD) (NELSON; COX, 2014).
A matriz mitocondrial é delimitada por uma membrana interna, que contém o 
complexo da piruvato-desidrogenase e as enzimas do ciclo do ácido cítrico, a via de 
β-oxidação de ácidos graxos e as vias de oxidação de aminoácidos. No citosol não 
ocorre a glicólise, mas ocorre as vias de oxidação de combustível (VOET; VOET, 2013).
A maioria das enzimas desidrogenases são específicas ao aceptor de elé-
trons NAD+ no catabolismo. As desidrogenases ligadas ao NAD+ retiram dos 
seus substratos dois átomos de hidrogênio. O íon hidreto é transferido para o 
NAD+ e o outro elétron é liberado como hidrogênio. NADH e NADPH são trans-
portadores de elétrons solúveis em um ambiente hidrofílico, que se ligam re-
versivelmente com as enzimas desidrogenases. O NADH transporta elétrons 
das reações de degradação para a cadeia respiratória. O NADPH fornece elé-
trons para reações de biossíntese. As células que separam NADPH e NADH têm 
diferentes potenciais redox, mantendo a razão [forma reduzida] / [forma oxi-
dada] alta para NADPH e baixa para NADH. Somente os elétrons atravessam a 
membrana mitocondrial interna (NELSON; COX, 2014).
As flavoproteínas atuam como uma junção entre um doador de elétrons e um 
aceptor de elétrons, e possuem um nucleotídeo de flavina, FMN ou FAD ligado 
covalentemente. A flavina é oxidada para aceitar um elétron que produz a semi-
quinona ou dois elétrons para produzir FADH2 ou FMNH2 (NELSON; COX, 2014).
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Outras moléculas transportadoras de elétrons na cadeia respiratória são 
a ubiquinona (coenzima Q), que é uma benzoquinona hidrofóbica, solúvel em 
lipídeos e que acopla o fluxo de elétrons ao movimento de prótons, os citocro-
mos e as proteínas ferro-enxofre (VOET; VOET, 2013). 
Os cloroplastos possuem a plastoquinona, e as bactérias possuem a mena-
quinona, que realiza o processo similar ao da ubiquinona, que é o transporte de 
elétrons em cadeias de transferência de elétrons associadas às membranas. A ubi-
quinona presente na Figura 5 pode aceitar um elétron para se tornar o radical semi-
quinona (•QH) ou dois elétrons para formar ubiquinol (QH2) (NELSON; COX, 2014).
A hidrofobicidade (afinidade a lipídios) da ubiquinona favorece sua difusão 
livre dentro da bicamada lipídica da membrana mitocondrial interna e é capaz 
de movimentar redutores entre outros transportadores de elétrons menos 
móveis na membrana (ZHANG e colaboradores, 2006).
Ubiquinona
Grupo Heme Fe-S
Flavoproteína-Ubiquinona Oxirredutase
Ubiquinol
Figura 5. Flavoproteína-ubiquinona oxirredutase e seu grupo Heme de Ferro ligado ao enxofre catalisa a reação da 
ubiquinona com FADH2, formando ubiquinol e FAD. Fonte: UniProt, 2020.
Os citocromos são proteínas que possuem grupos prostéticos heme con-
tendo ferros que absorvem luz visível. Há três classes de citocromos nas mito-
côndrias, os citocromos a, b e c, distinguidos por diferenças em seus espectros 
de absorção de luz. O citocromo a possui banda de comprimento de onda pró-
ximo de 600 nm; o citocromo b, próximo de 560 nm; e o tipo c, perto de 550 
nm. O Gráfico 1 apresenta o espectro de absorção do citocromo c (cit c) oxidada 
(em azul) e reduzida (em vermelho). As bandas características α, β e γ da forma 
reduzida estão marcadas (NELSON; COX, 2014).
BIOQUÍMICA APLICADA 32
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Em cianobactérias, o citocromo c6 e o citocromo b6f possuem papéis du-
plos. Elas utilizam esses dois citocromos e a plastoquinona nos processos de 
fosforilação oxidativa e na fotofosforilação. Na fosforilação oxidativa, os elé-
trons fluem do NADH para o O2, e na fotofosforilação, os elétrons migram da 
água para NDP+. Esses processos são acompanhados pelo movimento de pró-
tons através da membrana (NELSON; COX, 2014).
Cit c 
oxidado
α
β 
γ
Cit c reduzido
Comprimento de onda (nm)
Ab
so
rç
ão
 re
la
tiv
a 
de
 lu
z (
%
) 
100
50
0
300 400 500 600
Fonte: NELSON; COX, 2014. (Adaptado).
Os cofatores heme dos citocromos a e b não estão ligados covalentemente, 
mas possuem uma ligação forte com as suas proteínas. Na membrana interna da 
mitocôndria, é possível encontrar os citocromos dos tipos a e b e alguns do tipo 
c. Os citocromos c estão presentes na extremidade externa da membrana da 
mitocôndria, o que se deve ao fato de essa proteína ser solúvel e interagir com a 
superfície externa da membrana interna, por meio de interações eletrostáticas. 
O grupo heme c está covalentemente ligado à proteína do citocromo c, por meio 
de ligações tioéster a dois resíduos de cisteína (Cys) (NELSON; COX, 2014).
O ferro se liga aos átomos de enxofre inorgânico ou com átomos de enxofre 
dos resíduos de cisteína na proteína ferro-enxofre. Os centros de ferro-enxofre 
possuem estruturas simples com um único átomo de ferro coordenado com 
quatro grupos tióis (SH) de cisteínas, mas também possuem estruturas com-
plexas com dois ou quatro átomos de ferro (NELSON; COX, 2014).
GRÁFICO 1. BANDA DE COMPRIMENTO DE ONDA DO 
CITOCROMO C (PDB: 1HRC) OXIDADO E REDUZIDO
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Os átomos de ferro estão coordenados com resíduos de histidina (His) nas 
proteínas ferro-enxofre de Rieske. As proteínas ferro-enxofre transferem um 
elétron, dessa forma, um átomo de ferro pode ser oxidado ou reduzido. Cerca 
de oito proteínas Fe-S funcionam como transportadores de elétrons na mito-
côndria.O potencial de redução das proteínas ferro-enxofre varia de 20,65 V a 
10,45 V e a variação ocorre de acordo com o microambiente do ferro dentro da 
proteína (NELSON; COX, 2014). No fi nal da cadeia respiratória mitocondrial, os 
elétrons se movem do NADH, succinato por fl avoproteínas, ubiquinona, proteí-
nas ferro-enxofre e citocromos para produzir a molécula de O2.
Cys
Cys
CH3CH
CHCH3CH3
N
Fe
N
NN
CH3
CH3
CH3
CH2CH2CCO-
CH2CH2CCO-
Heme c
S
S
Figura 6. Citocromo C (PDB: 1HRC) e seu grupo Heme c. 
Fonte: NELSON; COX, 2014. (Adaptado).
Processos de transdução de energia durante a fotossíntese
A fotofosforilação realizada pela fotossíntese captura a energia solar e a uti-
liza para produzir ATP. A absorção de luz por uma porfi rina contendo íon mag-
nésio coordenado, a clorofi la, é o primeiro estágio da fotossíntese. Nas plantas, 
inicialmente no fotossistema I, a luz gera poder redutor na forma de NADPH e, 
BIOQUÍMICA APLICADA 34
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em seguida, no fotossistema II, ocorre a transferência de elétrons da água para 
uma quinona, obtendo oxigênio no final do processo. O fluxo de elétrons entre os 
fotossistemas gera um gradiente de prótons transmembrana, usado para iniciar a 
síntese de ATP, como na fosforilação oxidativa (BERG; TYMOCZKO; STRYER, 2015). 
O NADPH e o ATP formados pela ação da luz reduzem o gás carbônico e o convertem 
em 3-fosfoglicerato por uma série de reações no escuro, chamadas de Ciclo de Calvin, 
que ocorrem no estroma dos cloroplastos, processo que podemos ver no Diagrama 5. A 
partir do 3-fosfoglicerato pela via da gliconeogênese, são formados hexoses. O NADPH 
geralmente supre elétrons para reações anabólicas (BERG; TYMOCZKO; STRYER, 2015).
Noite
Aberto
CO2
PEP Fosfato triose Amido Piruvato (3-C)
CO2Cloroplasto
HC03-
Oxaloacetato (4-C)
HO
O
O
OH
OH NADP+ 
Enzima 
málica
Célula mesófila
Vacúolo
NADP+
Dia
NADPH
NAD+
Malato (4-C) Malato (4-C)
Fechado
Ácido málico (4-C)
Ciclo de 
Calvin
PEP 
Carboxilase
dehidrogenase 
málica
Para iniciar a gliconeogênese, é preciso que um composto seja convertido a 
piruvato ou oxaloacetato. O piruvato é convertido em fosfoenolpiruvato e de-
pois em oxaloacetato. A alanina pode ser convertida em piruvato e o aspartato 
pode ser convertido em oxaloacetato e outros aminoácidos glicogênicos, que 
também podem gerar fragmentos de três ou quatro carbonos. Os únicos seres 
vivos que são capazes de converter CO2 em carboidrato são as plantas e bacté-
rias fotossintetizantes, usando o ciclo de Calvin (NELSON; COX, 2014).
Para cada três moléculas de dióxido de carbono (CO2) estabilizadas, uma 
molécula de gliceraldeído-3-fosfato é sintetizada, nove adenosina trifosfato 
(ATP) e seis NADPH são utilizadas como reagentes na reação. Três moléculas de 
DIAGRAMA 5. CICLO DE CALVIN.
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ribulose-1,5-bifosfato se condensam com três dióxidos de carbono (CO2), des-
sa forma, três carbonos são utilizados para sintetizar seis moléculas de 3-fos-
foglicerato, um total de 18 carbonos são produzidos no processo. Essas seis 
moléculas de 6-fosfoglicerato sofrem redução, formando seis moléculas de 
gliceraldeido-3-fosfato que estão em equilíbrio com di-hidroxiacetona-fosfato, 
com o consumo de seis ATP na síntese de 1,3-bifosfoglicerato e seis NADPH na 
redução do 1,3-bifosfoglicerato a gliceraldeido-3-fosfato (NELSON; COX, 2014). 
NADPH e ATP são sintetizados nas reações dependentes de luz e consumidas 
na fase escura da fotossíntese, conhecida como ciclo de Calvin. As moléculas de 
adenosina trifosfato (ATP) são convertidas em adenosina difosfato (ADP) e fosfato 
na síntese de uma molécula de triose-fosfato; oito dos fosfatos são liberados como 
pirofosfato (Pi) e, quando se unem com oito adenosina trifosfatos, regeneram as 
moléculas. O nono fosfato é adicionado na triose-fosfato, mas, para transformá-lo 
em ATP, uma molécula de Pi precisa ser importada do citosol (NELSON; COX, 2014).
No escuro, a produção de ATP e NADPH pela fotofosforilação e a incorpo-
ração de CO2 na triose-fosfato cessam, momento no qual ocorrem reações do 
anabolismo do carbono.
O estroma do cloroplasto contém todas as enzimas necessárias para conver-
ter as trioses-fosfato produzidas pelo anabolismo de CO2 (gliceraldeido-3-fos-
fato e di-hidroxiacetona-fosfato) em amido, temporariamente armazenado no 
cloroplasto na forma de grânulos insolúveis. A aldolase condensa as trioses, 
produzindo frutose-1,6-bifosfato, que produz frutose-6-fosfato; a fosfoexose-i-
somerase gera glicose-6-fosfato; e a fosfoglicomutase produz glicose-1-fosfato, 
o material inicial para a síntese de amido (NELSON; COX, 2014). 
Um grande número de reações do ciclo de Calvin ocorre nos organismos 
dos animais, exceto as reações catalisadas pelas enzimas rubisco, sedoeptu-
lose-1,7-bifosfatase e pela ribulose-5-fosfato-cinase. Essas três enzimas são 
responsáveis pela conversão líquida de CO2 em glicose nos animais. O ATP é 
sintetizado na fosforilação oxidativa e na fotofosforilação pela maioria dos or-
ganismos. Importante saber que nas mitocôndrias ocorre a fosforilação oxida-
tiva e no cloroplasto das plantas ocorre a fotofosforilação (NELSON; COX, 2014). 
As células possuem potenciais redox diferentes para NADPH e NADH. A glu-
tationa redutase reutiliza a glutationa oxidada em sua forma reduzida, com saí-
da de elétrons da NADPH gerado pela nicotinamida-nucleotídeo-transidrogena-
BIOQUÍMICA APLICADA 36
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se na mitocôndria ou pela via das pentoses-fosfato no citosol. As mitocôndrias 
das plantas completam a célula com ATP durante períodos de pouca iluminação 
ou escuridão por mecanismos similares aos dos organismos não fotossintéti-
cos, como visto no Diagrama 5 (NELSON; COX, 2014). Na luz, a principal fonte de 
NADH mitocondrial, o processo de fotorrespiração converte glicina em serina:
2 Glicina + NAD+ → serina + CO2 + NH3 + NADH + H
+
As mitocôndrias das plantas e de alguns fungos regeneram NAD+ a partir de 
NADH em excesso pela transferência de elétrons de NADH para a ubiquinona 
e da ubiquinona para a molécula de O2, com dissipação de calor e não parti-
cipando dos complexos III e IV. Nas proteínas, a citocromo oxidase, que está 
presente no complexo IV, ocorre inibição por cianeto; já a ubiquinona – oxidase 
(QH2-oxidase) não é inibida por cianeto, o que favorece a transferência de elé-
trons nas plantas. Os elétrons de NADPH e a energia do ATP atuam na redução 
de CO2 nas reações anabólicas de carbono da fotossíntese, formando trioses e 
hexoses, entre outros carboidratos (NELSON; COX, 2014).
A transdução de energia nas células está relacionada ao deslocamento de 
elétrons de uma molécula a outra por reações de oxirredução, nas quais o rea-
gente oxidado perde elétrons e, ao ser reduzido, ganha elétrons, o que faz com 
que a energia potencial eletroquímica varie. Os prótons se movimentam através 
de uma membrana biológica direcionados pela energia da luz por uma série de 
proteínas que transportam os elétrons, como, por exemplo, o citocromo f, que 
possui moléculas de água ligadas a sua estrutura química, favorecendo o movi-
mento de prótons através da membrana por um processo chamado de “salto de 
prótons”, no qual a água é ligada em um canal de prótons da citocromo f, que é 
parte da maquinaria de fixação de energia da fotossíntese em cloroplastos.
Ligações de hidrogênio unem cinco moléculas de água aos grupos funcionais 
dos resíduos de aminoácidos da proteína (valina, prolina, arginina e alanina). O 
citocromo f possui um grupo heme ligado ao íon ferro que facilita o movimento 
de elétrons durante a fotossíntese. O principal produto intermediário da fotos-
síntese é a sacarose, pois esse carboidrato é o transporte de açúcar das folhas 
para as outras partes da planta, e os monossacarídeos D-glicosee a ceto-hexose 
D-frutose são os intermediários-chave das sequências de reações produtoras de 
energia centrais da maioria dos organismos (NELSON; COX, 2014).
BIOQUÍMICA APLICADA 37
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Conversão de energia luminosa em energia elétrica 
Na fotossíntese, as plantas utilizam a luz como um potencial redutor, a ex-
citação elétrica resultante passa de uma molécula de clorofi la para outra, até 
a energia do elétron em uma separação de cargas. A radiação eletromagnética 
na faixa de 380 nm a 750 nm é chamada de luz visível. A Figura 6 apresenta 
uma pequena parte do espectro eletromagnético. A energia aumenta para os 
comprimentos de onda menores (BERG; TYMOCZKO; STRYER, 2015).
Matematicamente, a energia é expressa pela equação de Planck:
E = hv = hc/λ
Onde h é a constante de Planck (6,626 · 10-34 Js), v é a frequência da luz em 
ciclos/s, c é a velocidade da luz (3,00 · 108 m/s), e λ é o comprimento de onda 
em metros. A energia de um fóton de luz visível varia de 150 kJ/einstein para luz 
vermelha até aproximadamente 300 kJ/einstein para luz violeta, sendo que um 
einstein é igual a 6,022 · 1023 fótons (NELSON; COX, 2014).
Luz visível 
Amarelo 
Cor de laranja VermelhoUltravioleta Violeta
100 nm 380 nm 430 nm 500 nm 560 nm
Aumenta Diminui
Energia
600 nm 650 nm
Azul Anil Verde Infravermelho
750 nm < 1 mm
Figura 6. Espectro eletromagnética na faixa do ultravioleta ao infravermelho.
O comprimento de onda da luz utilizada na fotossíntese de plantas vascula-
res é aproximadamente 700 nm, a energia em mol de fótons de luz desse com-
primento de onda pode ser calculado utilizando a equação de Planck. A energia 
de um fóton para esse comprimento de onda é de 2,87 · 10-19 J.
Na absorção de um fóton, o elétron presente na clorofi la é elevado para um ní-
vel de maior energia. Para isso, o fóton precisa conter a quantidade de energia (um 
quantum) confi gurada à energia da transição eletrônica. No estado excitado, uma 
molécula absorve um fóton instável e, no estado fundamental, o elétron excitado 
decai, tornando-se estável e liberando o quantum absorvido na forma de luz ou 
calor ou utilizando-o para realizar trabalho químico (NELSON; COX, 2014). 
BIOQUÍMICA APLICADA 38
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A coloração verde das plantas é devido à presença de pigmentos que absor-
vem luz das regiões azul e vermelha do espectro eletromagnético (Figura 6), e a 
luz verde é a mais refl etida. As plantas coletam a maior parte da energia solar 
pela combinação de clorofi las (a e b) e pigmentos acessórios. A variação na pro-
porção desses pigmentos é responsável pela gama de cores dos organismos 
fotossintéticos (NELSON; COX, 2014).
Conversão de energia elétrica em energia química
Para conversão da energia elétrica em química, um fóton absorvido na for-
ma de luz ou calor na emissão de luz que acompanha o decaimento de molé-
culas excitadas, um processo conhecido como fl uorescência ocorre em um 
comprimento de onda maior com menor energia do que aquele da luz absor-
vida. Um modo alternativo de decaimento importante na fotossíntese envolve 
a transferência direta de energia de excitação de uma molécula excitada para 
uma molécula vizinha (NELSON; COX, 2014).
Um fóton é um quantum de energia luminosa e o éxciton é o quantum de 
energia molecular, quando uma energia é passada de uma molécula excitada 
para outra molécula por transferência de éxciton. Os complexos coletores de 
luz presentes na clorofi la se conectam a outros complexos proteicos e à mem-
brana. Um complexo coletor de luz (LHCII) contém sete moléculas de clorofi la a, 
cinco de clorofi la b e duas do pigmento acessório luteína. As clorofi las também 
possuem carotenoides, que são pigmentos secundários de absorção e recep-
tores suplementares de luz, já que podem absorvê-la em comprimentos de 
ondas que as clorofi las não absorvem (NELSON; COX, 2014).
Durante a fotossíntese, a transferência de elétrons promovida pela luz em clo-
roplastos de plantas é realizada na membrana tilacoide por sistemas multienzimá-
ticos. A efi ciência do processo fotossintético dos complexos de centros de reação é 
um produto evolutivo onde são combinadas uma cinética rápida com uma termo-
dinâmica favorável, tornando o processo irreversível (NELSON; COX, 2014).
Nas membranas tilacoides dos cloroplastos, ocorrem dois fotossistemas 
contendo centros de reação fotoquímica diferentes. No Diagrama 6 é apresen-
tado o processo de fotossíntese realizado pelos dois fotossistemas. Os dois 
sistemas possuem funções distintas e complementares. O fotossistema I (PSI), 
BIOQUÍMICA APLICADA 39
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está relacionado com as reações das bactérias verdes sulfurosas, contendo um 
centro P700. Quando o P700 é excitado, ele transfere elétrons para a proteína 
Fe-S ferrodoxina, que catalisa a transferência de elétrons para NADP+, que é re-
duzido a NADPH. Já o fotossistema II (PSII), é um fotossistema único nas bacté-
rias púrpuras, contendo um sistema do tipo feotina-quinona, onde a excitação 
do centro de reação P680 transfere os elétrons para o complexo de citocromos 
b6f, que liga os dois fotossistemas, favorecendo o movimento de prótons atra-
vés da membrana tilacoide (NELSON; COX, 2014).
Nas plantas, os fotossistemas I e II agem em sequência para catalisar o mo-
vimento de elétrons promovido pela luz de H2O para NADP
+. O transportador 
de elétrons nas plantas é a proteína plastocianina. A reposição dos elétrons em 
cianobactérias e plantas ocorre pela oxidação da água produzindo O2 (respira-
ção aeróbia). Já nas bactérias verdes sulfurosas, a reposição de elétrons ocorre 
pela oxidação do H2S (respiração anaeróbia) (NELSON; COX, 2014).
e-
e-
Fotossistema I 
Fotossistema II 
Clorofila aceptora de elétrons 
Filoquinona 
Cíclico 
Pheo 
Plastoquinona 
Plastocianina 
Gradiente
de prótons
2ª quinona 
Fe-S 
Fd
Fd: NADP+
oxirredutase 
NADP+ LUZ
Acíclico 
P680*
P700*
NADP
P700
Complexo de Cit b6f 
LUZ
P680 e-
H2O 
O2 
1
2
Complexo
produtor de O2
Fonte: NELSON; COX, 2014. (Adaptado).
DIAGRAMA 6. INTEGRAÇÃO DOS FOTOSSISTEMAS I E II NOS CLOROPLASTOS
BIOQUÍMICA APLICADA 40
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No fotossistema II, ocorre a excitação do P680 que produz P680*, um doador 
de elétrons que rapidamente transfere um elétron para feofitina (Pheo), fornecen-
do a ela uma carga negativa (•Feo-). Em seguida, a •Feo- passa seu elétron extra 
muito rapidamente a uma plastoquinona (PQA), que transfere seu elétron para 
uma segunda plastoquinona (PQB). Quando PQB adquire dois elétrons de PQA em 
duas dessas transferências e dois prótons do solvente água, ele está em sua forma 
totalmente reduzida de quinol, PQBH2. A reação total iniciada pela luz no PSII é:
4 P680 + 4H+ + 2 PQB + 4 fótons → 4 P680+ + 2 PQBH2
2H2O + 8 fótons + 2NADP+ + ~3ADP+ + ~3Pi → O2 + ~3ATP + 2NADPH
Por último, o citocromo b6f recebe os elétrons da PQBH2 e o elétron que 
foi removido da P680 é reposto pela oxidação da água. Os centros de reação 
fotoquímica presentes nas clorofilas são responsáveis pela transdução de luz 
em energia química (NELSON; COX, 2014). 
No circuito de prótons e elétrons durante a fotofosforilação, os elétrons transferi-
dos da água se movem por meio do fotossistema II, através da cadeia intermediária de 
carreadores, passando pelo fotossistema I até finalmente chegarem ao NADP+. Já os 
prótons são bombeados pelo lúmen do tilacoide através do fluxo de elétrons por meio 
de carreadores que ligam o fotossistema II e o I, em seguida entram no estroma pelos 
canais de prótons formados pela enzima ATP-sintase (NELSON; COX, 2014).
À medida que os elétrons são transferidos da água para NADP+ nos cloroplastos 
das plantas, ocorre a movimentação de 12 H+ do estroma para o lúmen do tilacoide 
para formas O2. Quatro desses prótons são transportadospelo complexo de libera-
ção de oxigênio e até oito pelo complexo de citocromos b6f. Oito fótons precisam ser 
absorvidos para que os quatro elétrons da água sejam transferidos para formar o 
NADPH. Sendo utilizado um fóton por elétron em cada centro de reação, a energia 
dos fótons à luz visível é suficiente para a síntese de três moléculas de ATP. A sínte-
se de ATP é uma reação conservada, assim como a formação de NADPH (NELSON; 
COX, 2014). A equação geral para a fotofosforilação acíclica (Figura 14) é:
BIOQUÍMICA APLICADA 41
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Sintetizando
O metabolismo é formado pelas vias catabólicas, que degradam molécu-
las complexas, e as vias anabólicas, que sintetizam moléculas. O metabolismo 
é regido pelas leis da termodinâmica. Quando a energia livre padrão é maior 
que zero, o sistema é endotérmico e endergônico, e para energia livre menor 
que zero, o sistema é exotérmico e exergônico. A regulação metabólica abran-
ge processos que servem para manter a homeostasia em estado de equilí-
brio. Nesse sentido, a respiração celular é a fase aeróbia do catabolismo, que 
acontece em três etapas: a glicólise, o ciclo do ácido cítrico, a fosforilação 
oxidativa. Grande parte do ATP presente nos organismos vivos é sintetizado 
pela fosforilação oxidativa e pela fotofosforilação. Por fim, a transdução de 
energia nas células ocorre por oxirredução.
BIOQUÍMICA APLICADA 42
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BIOQUÍMICA APLICADA 43
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PIGMENTOS E A 
FOTOSSÍNTESE
2
UNIDADE
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Objetivos da unidade
Tópicos de estudo
 Aprender sobre pigmentos fotossintetizantes;
 Compreender como cloroplastos e mitocôndrias produzem energia;
 Aprender sobre a inter-relação das vias metabólicas no fígado;
 Compreender a atuação do citocromo P450 e da glutationa transferase no 
metabolismo.
 Pigmentos fotossintetizantes
 Pigmentos
 Clorofilas
 Pigmentos acessórios
 Carotenoides, flavonoides e 
betalaínas
 Etapas fotoquímica e química 
da fotossíntese
 Fotossistemas
 Relação entre mitocôndrias e 
cloroplastos
 Maquinaria metabólica
 Principais vias de compostos no 
fígado
 Metabolismo de carboidratos
 Metabolismo de lipídeos
 Metabolismo de aminoácidos
 Eliminação de fármacos pelo 
fígado
 Papel do complexo enzimático 
citocromo P450 e da glutationa 
transferase
BIOQUÍMICA APLICADA 45
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Pigmentos fotossintetizantes
A atmosfera primitiva do planeta Terra era redutora, já que ainda não exis-
tia oxigênio na atmosfera, por isso as primeiras células eram anaeróbias. Os 
primeiros seres vivos, possivelmente, obtinham energia de sulfeto ferroso e 
carbonato ferroso. A redução do CO2 para produzir compostos orgânicos com-
plexos utilizando a energia solar foi possível devido aos primeiros seres vivos 
primitivos evoluírem e desenvolverem pigmentos com a capacidade de captu-
rar a energia solar (NELSON; COX, 2014). 
O processo primitivo da fotossíntese provavelmente utilizava a molécula 
de H2S como doador original de elétrons; no processo, produzia como subpro-
duto o sulfato ou o enxofre elementar. Mais um passo evolutivo fez as células 
desenvolverem a capacidade enzimática de usar H2O como doador de elétrons 
nas reações fotossintéticas, obtendo O2 como resíduo. Os descendentes mo-
dernos dos primeiros seres vivos produtores de oxigênio fotossintético são as 
cianobactérias (NELSON; COX, 2014). 
Esse evento evolutivo da fotossíntese tornou a atmosfera rica em oxigênio, 
um oxidante forte. Algumas linhagens desses microrganismos fotossintetizan-
tes levaram ao surgimento dos organismos aeróbios, os quais obtêm energia 
pelo transporte de elétrons das moléculas de oxigênio. Todo o processo da 
evolução biológica inicia-se pelo surgimento de vesículas lipídicas contendo 
moléculas orgânicas e RNA autorreplicante, o que origina as primeiras células 
(NELSON; COX, 2014).
Pigmentos
Pigmentos fotossensíveis são lipídeos, moléculas que possuem como ca-
racterística a insolubilidade em água. Eles estão entre os compostos químicos 
naturais mais importantes, que produzem várias cores e executam diversas 
funções (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018). Os pigmentos fotossensíveis, 
por sua vez, podem atuar na visão e no processo de fotossíntese, enquanto 
outros produzem colorações naturais. 
As cores nas fl ores e frutas atraem animais para polinizar fl ores e dispersar 
sementes. Outras funções incluem captação de luz na fotossíntese, proteção 
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contra foto-oxidação e danos, regulamentação no desenvolvimento e defesa. 
Considerando que a fotossíntese é de importância primordial nos órgãos e te-
cidos assimiladores, o que aumenta o desenvolvimento e a manutenção ade-
quados da economia geral do carbono das plantas, a coloração atraente parece 
ser crucial nos frutos (NELSON; COX, 2014).
A maioria dos pigmentos são nutrientes essenciais, e alguns são provita-
minas para humanos e animais. Sabe-se que alguns pigmentos têm benefícios 
nutracêuticos e de saúde adicionais, incluindo prevenção e tratamento de al-
gumas doenças. 
Como são a principal fonte de uma dieta rica em pigmentos, as frutas bo-
tânicas de todos os tipos (incluindo aquelas designadas como vegetais) são os 
principais sujeitos de pesquisa de pigmentos (NELSON; COX, 2014). 
As principais classes de pigmentos são clorofilas (Chl), ficobilinas, carote-
noides, flavonoides e as betalaínas. Os pigmentos naturais apresentam uma 
estrutura carbônica, com alternação de ligações simples e duplas, conhecida 
como dienos. Esses dienos, muitas vezes, estão conjugados a lipídeos (SOLOV-
CHENKO; YAHIA; CHEN, 2018):
Antocianina Quercetina
Betanina
Clorofila
Figura 1. Estruturas moleculares da antocianina, quercetina, betanina e clorofila (pigmentos presentes em plantas e 
penas de aves). 
BIOQUÍMICA APLICADA 47
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O arranjo estrutural dos dienos permite a 
movimentação dos elétrons. Os compostos po-
dem ser excitados por radiações eletromag-
néticas de baixa energia (luz visível), dando 
a eles cores visíveis para humanos e outros 
animais. O caroteno possui comprimentos de 
onda que refletem amarelo-alaranjado; compos-
tos similares colorem penas das aves em verme-
lho, laranja e amarelo. Esses pigmentos são sintetizados a 
partir de derivados de isopreno, e os esteróis, esteroides, 
dolicóis, as vitaminas A, E, D e K, a ubiquinona e a plastoqui-
nona são moléculas que participam na pigmentação (NELSON; 
COX, 2014).
Os pigmentos dominantes para as folhas das plantas são as clorofilas, 
que absorvem fortemente nas regiões vermelhas e azuis, e os carotenoi-
des, que absorvem principalmente no azul e um pouco na região verde do 
espectro eletromagnético. As cores predominantes, refletidas ou transmiti-
das pelas folhas, são, portanto, verdes e amarelas. No outono, as clorofilas 
nas folhas das plantas decíduas podem branquear e, geralmente, não são 
substituídas, reduzindo, assim, a absorção no vermelho e nas regiões azuis. 
Os carotenoides restantes absorvem apenas o azul e as regiões verdes 
(SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018).
Os animais aparentemente não sintetizam carotenoides (apenas plantas, 
algas, algumas bactérias e certos fungos). Devido a isso, pássaros de cores 
vivas, como canários e flamingos, e muitos invertebrados obtêm suas cores 
amarelas ou avermelhadas dos carotenoides que chegam a eles via alimen-
tos, como plantas e outros organismos fotossintetizantes (SOLOVCHENKO; 
YAHIA; CHEN, 2018).
ASSISTA
O vídeo Por que as folhas das árvores mudam de cor 
no outono?, postado pelo canal Minuto da Terra, traz 
uma explicação didática e interessante sobre esse 
processo natural.
BIOQUÍMICA APLICADA 48
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Clorofilas
As clorofi las são pigmentos verdes com estruturas policíclicas, planares 
e lembrando a protoporfi rina da hemoglobina, exceto que, nesse caso, o 
Mg2+, e não o Fe
2+
, ocupa a posição central. As clorofi las estão presentes em 
todos os organismos fotossintéticos e representam a principal classe de pig-
mentos responsáveis pela absorção da luz na fotossíntese (SOLOVCHENKO; 
YAHIA; CHEN, 2018). 
Em 1906, Mikhail Tswett realizou experimentos de cromatográfi cos de ad-
sorção e demonstrou que ocorrem diferentes tipos de clorofi la. As clorofi las a 
e b compreendem aproximadamente 1 % do peso seco das folhas verdes. Em 
1940, Hans Fischer estudou e estabeleceu as estruturas de várias clorofi las, e 
seus diferentes tipos são identifi cados por letras e pela taxonomia do grupo de 
organismo em que ocorrem (NOBEL, 2009). 
A clorofi la a é um tetrapirrol, contendo, em seu centro, um átomo de mag-
nésio ligado coordenadamente. Possui uma cadeia lateral fi tol, que está este-
rifi cada a um grupo carboxil substituinte no anel D (Figura 2). Fitol é um álcool 
terpeno de cadeia longa, a qual fornece um ângulo não polar que ajuda a ligar 
as moléculas de clorofi la presentes nos complexos clorofi la-proteína nas mem-
branas lamelares dos cloroplastos (NOBEL, 2009).
A B
R
R = CH3 – clorofi la a
R = CHO – clorofi la b
CD
Fitol
Porfi rina
Figura 2. Estrutura molecular da clorofi la.
BIOQUÍMICA APLICADA 49
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As ligações simples e duplas alter-
nadas do sistema conjugado do anel 
de porfirina fornecem muitos elétrons 
π deslocalizados, que podem partici-
par da absorção da luz. Ocorrem ou-
tros tipos de clorofilas na natureza, 
como a clorofila b, que difere da cloro-
fila a por ter um grupo formil (CHO) no 
lugar de um grupo metil (CH3) no anel 
B. Elas apresentam forte absorção na 
região visível do espectro das molécu-
las de polienos, como as clorofilas que 
possuem coeficientes de extinção mo-
lar altos. Portanto são particularmen-
te aptas a absorver a luz visível duran-
te a fotossíntese (NOBEL, 2009). 
Os cloroplastos contêm tanto clorofila a quanto clorofila b, e seus espectros 
de absorção são suficientemente diferentes, apesar de apresentarem a mesma 
coloração verde, de modo a complementarem a faixa de absorção de luz uma 
da outra na região visível. As clorofilas a e b existem na proporção de 2:1 na 
maioria das plantas (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018).
A clorofila b está presente em praticamente todas as plantas, inclusive em 
samambaias e musgos, nas algas verdes e no filo Euglenophyta. Nesses orga-
nismos, a proporção de clorofila a e clorofila b é geralmente de 3:1. A clorofila b 
não é essencial para que ocorra a fotossíntese; por exemplo, em um mutante 
de cevada contendo apenas clorofila a, a fotossíntese irá ocorrer satisfatoria-
mente (NOBEL, 2009).
Outro tipo é a clorofila c, que ocorre em dinoflagelados, diatomáceas, algas 
douradas e algas marrons. As bactérias fotossintetizantes roxas contêm bac-
terioclorofila a, e a bacterioclorofila b está presente apenas em algumas es-
pécies. A bacterioclorofila a ocorre em bactérias fotossintéticas verdes. Esses 
pigmentos bacterianos diferem das clorofilas das plantas verdes, pois contêm 
mais dois hidrogênios no anel de porfirina e diferentes substituintes ao redor 
da periferia do anel de porfirina (NOBEL, 2009).
BIOQUÍMICA APLICADA 50
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A)
Porphyridium purpureum
Ficobiliproteína 
PDB: 6KGX
Estrutura ficobilissomo 
PDB: 6KGX
Transferência de éxciton
Clorofila a 
do centro 
de reação
Luz solarB)
480–570 nm
550–650 nm
Ficoeritrina
Ficocianina
Aloficocianina
Membrana tilacoide
Figura 3. A - estrutura molecular do ficobilissomo de algas vermelhas, estrutura formada por monômeros de ficobili-
proteína (PDB: 6KGX). B - esquema simplificado de como a energia solar é transferida do ficobilissomo até a clorofila a 
presente na membrana tilacoide. Fonte: AZIZ, 2015; MA et al., 2020; NELSON; COX, 2014. (Adaptado).
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As cianobactérias e as algas verme-
lhas, como a Porphyridium purpureum
(Figura 3), utilizam fi cobilinas, por 
exemplo a fi coeritrobilina e a fi cocia-
nobilina, como seus pigmentos de cap-
tura de luz (AZIZ, 2015). Ficobilinas são 
tetrapirróis de cadeia aberta contendo 
um sistema polieno estendido, comum 
das clorofi las, porém não apresentam 
estrutura cíclica e Mg2+ central. As fi co-
bilinas estão conectadas por uma liga-
ção covalente a proteínas específi cas de ligação, produzindo fi cobiliproteínas 
que se associam aos fi cobilissomas, que são complexos altamente ordenados 
(Figura 3) que constituem as estruturas primárias de coleta de luz nesses mi-
crorganismos (NELSON; COX, 2014).
As proteínas ligantes afetam o microambiente dos cromóforos, e sugerem 
que as interações dos aminoácidos aromáticos das proteínas ligantes com os 
cromóforos podem ser um fator-chave no ajuste fi no dos estados de energia 
dos cromóforos para garantir a efi ciência da transferência unidirecional de 
energia (MA et al., 2020). 
Pigmentos acessórios
Além das clorofi las, existem outras moléculas que absorvem luz na região 
do visível em organismos fotossintéticos, conhecidas como pigmentos aces-
sórios, as quais transmitem suas excitações eletrônicas para a clorofi la a. 
Os pigmentos acessórios, ou auxiliares, estão contidos nas membranas 
tilacóides. A clorofi la b é um pigmento acessório que possui banda de absor-
ção vermelha ligeiramente mais curta do que a banda vermelha da clorofi la 
a (NELSON; COX, 2014). 
Carotenoides e fi cobilinas podem absorver luz amarela ou verde, compri-
mentos de onda cuja clorofi la a não absorve. Dessa forma, carotenoides e fi co-
bilinas são receptores de luz suplementares. No Quadro 1 é apresentado em 
quais organismos estão distribuídos os pigmentos fotossintetizantes.
BIOQUÍMICA APLICADA 52
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QUADRO 1. PIGMENTOS FOTOSSINTETIZANTES
Pigmento Tipo Cor Distribuição
Principal Clorofila
a
Verde
Plantas, algas e cianobactérias.
b Plantas e algas verdes.
c Algas pardas e diatomáceas.
d Algas vermelhas.
Acessórios
Carotenoides
Carotenos Laranja Plantas e algas.
Xantofilas Amarelo Algas pardas e diatomáceas.
Ficobilinas
Ficoeritrina Vermelho
Algas vermelhas e cianobactérias.
Ficocianina Azul
Fonte: NELSON; COX, 2014. (Adaptado).
A luz absorvida por carotenoides, ficobilinas e clorofila b levam à fluores-
cência de clorofila a, no entanto a luz absorvida pela clorofila a não leva à fluo-
rescência dos pigmentos acessórios, sugerindo que a energia de excitação não 
é transferida da clorofila a aos pigmentos acessórios. Assim, pigmentos aces-
sórios podem aumentar o uso fotossintético da luz branca e da luz solar, absor-
vendo luz nos comprimentos de onda onde a absorção é baixa na clorofila a. 
Depois, as excitações são transferidas para a clorofila a, antes que as reações 
fotoquímicas ocorram (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018).
As plantas apresentam a cor verde porque seus pigmentos absorvem luz 
das regiões azul e vermelha do espectro, e a luz verde é refletida. Na Figura 4, é 
possível comparar o espectro da luz solar que chega na superfície da Terra com 
os espectros de absorção dos pigmentos. As plantas conseguem coletar uma 
quantidade considerável da energia disponível na luz solar devido à combina-
ção de clorofilas (a e b) e pigmentos acessórios (NELSON; COX, 2014).
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Luz solar
atingindo 
a Terra
Clorofi la b
β-caroteno
Luteína
Ficoeritrina
Ficocianina
Clorofi la a
300
Ab
so
rç
ão
400 500
Comprimento de onda (nm)
600 700 800
CH2 = C CH = CH2
CH3
Figura 4. Absorção de luz visível por pigmentos fotossintetizantes. Fonte: NELSON; COX, 2014. (Adaptado).
Figura 5. Isopreno.
Carotenoides, flavonoides e betalaínas
Carotenoides
Os carotenoides são terpenoides de 40 carbonos, também conhecidos 
como isoprenoides (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018). Eles são compostos 
por oito unidades de isopreno, que são compostos de cinco carbonos, tendo 
duas ligações duplas, conforme a Figura 5.
Em muitos carotenoides, as unidades de isopreno em uma ou nas duas ex-
tremidades da molécula fazem parte de anéis de seis membros. Os carotenoi-
des têm cerca de 3 nm de comprimento, e aqueles envolvidos na fotossíntese 
BIOQUÍMICA APLICADA 54
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geralmente têm de 9 a 12 ligações de dupla conjugação. Os carotenoides que 
servem como pigmentos acessórios para a fotossíntese absorvem fortemente 
na região azul (425–490 nm) e moderadamente na região verde (490–560 nm), 
geralmente com espectros de banda tripla de 400 a 550 nm (SOLOVCHENKO; 
YAHIA; CHEN, 2018).
Os carotenoides ocorrem em todas as plantas verdes, algas e bactérias fotos-
sintéticas. São mais de 600 tipos ocorrendo na natureza e, possivelmente, 150 ti-
pos podem estar envolvidos na fotossíntese. Quando envolvidos na fotossíntese, 
estão ligados e ajudam a estabilizar complexos clorofi la-proteína, dos quais vários 
tipos ocorrem na camada lamelar das membranas de cloroplastos (NOBEL, 2009).
 Os carotenoides também são encontrados em organelas conhecidas como 
cromoplastos, que são do tamanho de cloroplastos e são frequentemente deri-
vados deles. Por exemplo, o licopeno (vermelho) está nos cromaplastos do toma-
te; cromoplastos e carotenos α- e β- (laranja) ocorrem nos cromoplastos da raiz 
da cenoura. Uma grande diversidade de carotenoides ocorre nos cromoplastos 
das pétalas de fl ores, o que é importante para atrair polinizadores, e em frutas, 
que auxiliam na dispersão de sementes, atraindo outros animais (NOBEL, 2009).
Os carotenoides presentes na Figura 6 são subdivididos em dois grupos: os 
carotenos, que são hidrocarbonetos; e as xantofi las, que contêm oxigênio de-
rivados de carotenos. O principal caroteno nas plantas verdes é o β-caroteno, 
mas o α-caroteno também é abundante (o α-caroteno tem a ligação dupla no 
anel da direita deslocando um carbono no sentido horário, se comparado ao 
β-caroteno) (NOBEL, 2009).
HO
OH
Carotenos
Xantofi las
Figura 6. Estrutura molecular dos carotenos e xantofi las.
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As xantofilas exibem uma diversidade estrutural muito maior do que os 
carotenos, porque os átomos de oxigênio podem estar em um grupo hidroxi 
(OH), metoxi (OCH3), carboxi (-COOH), ceto ou epóxi.
A xantofila mais abundante em plantas verdes é a luteína; as antera-
xantinas, neoxantinas, violaxantinas e zeaxantinas também são comuns. O 
principal caroteno das algas é o α-caroteno, e a luteína é a xantofila mais co-
mum. As algas douradas, diatomáceas e as algas marrons contêm quantida-
des consideráveis de xantofila fucoxantina, que funciona como o principal 
pigmento acessório nesses organismos. A distribuição e os tipos de carote-
noides em plantas e algas têm implicações evolutivas, bem como utilidade 
taxonômica (NOBEL, 2009). 
Os carotenoides também podem atuar como antioxidantes, sem a inter-
venção da clorofila. Como a fotossíntese nas bactérias verdes e roxas não leva 
à evolução do O2, ela pode prosseguir na ausência de carotenoides. Um mu-
tante da bactéria fotossintética roxa Rhodopseudomonas sphaeroides, que ca-
rece de carotenoides, realiza a fotossíntese de maneira normal na ausência 
de O2. Quando o O2 e a luz participam da reação, a bacterioclorofila se torna 
foto-oxidada e as bactérias são mortas. Esta sensibilidade não ocorre em ce-
pas relacionadas, contendo carotenoides. Por outro lado, cianobactérias, algas 
e plantas superiores produzem O2 como um produto fotossintético, então elas 
devem conter carotenoides para sobreviver na luz (NOBEL, 2009).
Os carotenoides podem existir como complexos de proteínas de carotenoi-
des (como no caso de vegetais com folhas verdes), cristais (como em cenouras 
ou tomates) ou dissolvidos em óleo (como em manga e mamão). Os carotenoi-
des comumente encontrados no sangue humano são luteína, zeaxanti-
na, β-criptoxantina, licopeno, β-caroteno e α-caroteno (SOLOVCHEN-
KO; YAHIA; CHEN, 2018). 
Flavonoides
Os flavonoides são pigmentos fenólicos solúveis em água. A es-
trutura básica de um composto fenólico é de um ou mais 
anéis aromáticos com substituintes hidroxila. Os principais 
grupos de compostos fenólicos nas plantas incluem fe-
nóis simples e ácidos fenólicos, hidroxicinamato e ou-
tros derivados (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018). 
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Compostos fenólicos são encontrados em todas as espécies de plantas. Os 
flavonoides se diferem entre si pelas combinações de substituintes, e as subs-
tituições resultam em, pelo menos, nove subgrupos: antocianinas, taninos con-
densados, flavonóis, flavonas, flavanodióis, isoflavonoides, chalconas, auronas 
e flobafenos. Eles desempenham papéis biológicos mais diversos e exibem um 
espectro mais amplo de cores, em comparação com os carotenoides (SOLOV-
CHENKO; YAHIA; CHEN, 2018).
As cores são determinadas pelas combinações de substituintes e pela alte-
ração dos valores de pH e íons metálicos. Flavonoides na dieta podem bene-
ficiar humanos e animais contra alérgenos, carcinógenos, patógenos e outros 
agentes inflamatórios. Muitos pigmentos de flavonoides, incluindo antociani-
nas, ácidos clorogênicos e glicosídeos de quercetina, exercem uma forte ativi-
dade antirradical in vitro (NELSON; COX, 2014).
Os flavonoides são sintetizados em cloroplastos ou no citoplasma. Inicial-
mente ocorre o metabolismo de um fenilpropanoide, que pode ser o malonil-
-CoA ou o 4-cumaril-CoA, os primeiros substratos catalisados pela chalcona 
sintase (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018).
Antocianina
Flavanonol
Flavanol
Flavonol
FlavanonaFlavona
Figura 7. Estrutura molecular de alguns flavonoides.
BIOQUÍMICA APLICADA 57
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Os produtos são formados por meio de modificação terminal pela adição 
de açúcares, metila, ferulato e outros grupos substituintes, que eventualmen-
te levam aos nove subgrupos principais de flavonoides coloridos e incolores. 
Após a glicosilação, eles são transportados e acumulados dentro dos vacúolos 
ou excretados no apoplasto, onde permanecem dentro da parede celular ou 
são incorporados na cutícula. Os flavonoides têm uma infinidade de funções 
protetoras em plantas, incluindo defesa contra fitopatógenos e herbívoros e 
fotodanificação por UV e luz visível (NELSON; COX, 2014).
Os compostos fenólicos apresentam um espectro de absorção no ultraviole-
ta com a presença de duas bandas. A primeira banda, com pico em torno de 280 
nm, aparece devido à presença de anéis aromáticos e é detectado no espectro 
de todos os flavonoides. A segunda banda apresenta comprimento de onda lon-
go e está situada no intervalo de 300–360 nm, a posição exata de seu máximo 
varia para diferentes classes de fenólicos (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018). 
Em antocianidinas e suas formas glicosiladas, conhecidas como antociani-
nas, os máximos da segunda banda de absorção estão localizados na parte 
azul-esverdeada do espectro visível. Em particular, a banda de absorção de 
onda longa da cianidina, a aglicona predominante das antocianinas (responsá-
vel pela coloração avermelhada das folhas e frutos em muitas espécies), está 
centrada em 525 nm (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018).
Em soluções, flavonóis e antocianinas, frequentemente, sofrem copigmen-
tação inter e intramolecular. Como resultado, o aumento dos coeficientes de 
absorção, mudanças batocrômicas de máximos e achatamento de pico são 
observados significativamente, e afetam a eficiência de absorção da luz por 
esses compostos, localizados dentro das células e tecidos. No caso de flavonóis 
comuns em plantas (como glicosídeos de quercetina e kaempferol), sua tau-
tomerização induz mudanças batocrômicas mais profundas dos máximos de 
absorção de ondas longas (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018).
Betalaínas
Betalaínas são derivadas da tirosina por meio dos conjugados de imônio do 
ácido betalâmico com ciclo-DOPA e aminoácidos ou aminas. Eles também exis-
tem em plantas como glicosídeos, acilglicosídeos ou outras formas complexas de 
compostos (por exemplo, ésteres com ácido ferúlico e conjugados de flavonóis sin-
tetizados como resultado de irradiação UV) (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018). 
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Possuem nitrogênio em suas moléculas e são en-
contrados em plantas da ordem Caryophyllales e em 
alguns cogumelos no fi lo Basidiomycota. Betalaí-
nas possuem estruturas diferentes das antociani-
nas e essas moléculas não coexistem em plantas, 
mas ambas compartilham algumas propriedades quí-
micas semelhantes, funções biológicas e espectros de 
cores. Elas também são solúveis em água e se acumulam nos vacúo-
los celulares, principalmente nos tecidos epidérmicos e subepidér-
micos (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018). 
Betalaínas são estruturalmente divididas em betacianinas e be-
taxantinas. As primeiras exibem cores avermelhadas a violetas, e as últimas 
mostram cores de amarelo a laranja em diferentes partes da planta, como fl o-
res, frutas, raízes, brácteas, sementes, folhas e caules, onde desempenham 
importantes papéis fi siológicos (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018). 
Os espectros de absorção de betacianinas são caracterizados por uma ban-
da larga com o máximo próximo a 593–543 nm. Uma mudança batocrômica 
para 550 nm é possível como resultado da copigmentação intramolecular. Os 
espectros de betaxantinas apresentam três bandas principais com os máximos 
próximos a 217, 262, 546 ou 471 nm (SOLOVCHENKO; YAHIA; CHEN, 2018).
Etapas fotoquímica e química da fotossíntese
A fotossíntese é um processo anabólico no qual ocorre a síntese de car-
boidratos e a produção de oxigênio nas plantas verdes, utilizando como pre-
cursores de síntese o dióxido de carbono e a água. Os cloroplastos das plan-
tas possuem clorofi las que participam na produção de oxigênio e hidrogênio 
quando iluminados na presença de um agente oxidante (NELSON; COX, 2014). 
A equação da fotossíntese é dana pela Figura 8.
CURIOSIDADE
As betalaínas são biossintetizadas a partir da oxidação da L-tirosina ao ácido 
betalâmico, um aldeído fl uorescente. Cientistas brasileiros pesquisam sobre 
os fenômenos físicos e químicos de betalaínas e outros pigmentos naturais.
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6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2
Clorofi la
Luz
Figura 8. Equação da fotossíntese.
Na reação da fotossíntese, o CO2 é reduzido para produzir carboidratos 
como a glicose (C6H12O6). A molécula de O2 é produzida a partir da molécula 
de água, e não da de CO2. A fotossíntese ocorre apenas nas partes verdes das 
plantas, como folhas e caules (NELSON; COX, 2014).
A fotossíntese é composta por duas fases: a primeira é a fase fotoquímica, 
um processo dependente da luz; a segunda é a fase biossintética, ou fase es-
cura da fotossíntese. A reação dependente da luz inclui uma série de eventos, 
como a absorção de luz, hidrólise, liberação de oxigênio e formação de ATP e 
NADPH (NELSON; COX, 2014). 
Fotossistemas
São dois os fotossistemas em plantas: fotossistema I (PS I) e fotossistema II 
(PS II). O fotossistema I absorve luz em um comprimento de onda de 700 nm, 
enquanto o fotossistema II absorve luz em um comprimento de onda de 680 
nm. Ao receber um fóton de energia luminosa, o fotocentro expele um elétron 
com um ganho de energia. É a reação primária da fotossíntese que envolve a 
conversão de energia da luz em forma química. 
Quando a luz atinge a molécula de clorofi la a, ocorre a excitação do elétron para 
um estado de maior energia seguido por uma série de reações; esta energia é con-
vertida em moléculas de energia ATP e NADPH, usando PS I e PS II (NOBEL, 2009).
A reação escura ocorre no estroma do cloroplasto, em que se utilizam os 
produtos da reação da luz e a redução de CO2, resultando na formação de gli-
cose. As moléculas de ATP e NADPH produzidas durante a fase fotoquímica são 
utilizadas na fi xação de CO2.
A cadeia de transporte de elétrons da fotossíntese é iniciada pela absorbân-
cia da luz pelo fotossistema II (P680). Ao absorver luz, os elétrons de P680 são 
transferidos para uma molécula aceptora de elétrons; como resultado, P680 se 
torna um forte agente oxidante e quebra as ligações de uma molécula de água 
para liberar oxigênio (NOBEL, 2009). 
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Esse processo de quebra de ligações da água dependente da luz é conheci-
do como fotólise e requer íons de magnésio, cálcio e cloro para acontecer. Os 
elétrons gerados pela quebra da água são, então, passados para o P680 oxi-
dado. Portanto, o P680 com deficiência de elétrons é capaz de restaurar seus 
elétrons da molécula de água (NOBEL, 2009). 
O fotossistema II (P680) transfere seu elétron para o aceitador de elétrons 
primário, que por sua vez é reduzido enquanto o P700 oxidado atrai elétrons 
do fotossistema II; o aceitador de elétrons reduzido do fotossistema I transfere 
elétrons para ferredoxina e ferredoxina-NADP redutase para reduzir NADP a 
NADPH2 usando prótons (H
+) liberados durante a fotólise da água. O NADPH2 
é um poderoso agente de redução, e é utilizado na redução de dióxido de car-
bono em carboidratos, na reação de carbono da fotossíntese. Este processo 
requer energia, que é fornecida por ATP produzido via cadeia de transporte de 
elétrons (NOBEL, 2009).
O processo de formação de ATP a partir de ADP e Pi (fosfato inorgânico) 
na presença de luz solar nos cloroplastos é chamado de fotofosforilação.Isso 
ocorre de duas maneiras: cíclica e acíclica. Acíclico é o processo normal de fo-
tofosforilação, em que o elétron é expelido pelo centro de reação fotoquímico 
excitado e não retorna a ele. É realizado pela interação dos fotossistemas I e II 
e, em última análise, reduz NADP a NADPH2. Uma vez que o fluxo de elétrons 
da água para o NADP é unidirecional, o processo de formação de ATP é denomi-
nado fotofosforilação acíclica. Os elétrons passam através do aceptor primário, 
plastoquinona (PQ), complexo de citocromo, plastocianina (PC) e finalmente 
para P700 (NOBEL, 2009).
A fosforilação cíclica ocorre quando a fixação de carbono é interrompi-
da devido ao fornecimento limitado ou inexistente de dióxido de carbono e 
NADPH2. Esta reação começa quando o fotossistema I absorve quantidade 
suficiente de luz para passar para o P700. Quando o P700 recebe quantidade 
suficiente de luz, ele emite elétrons, que são aceitos por um aceptor primá-
rio de elétrons. A ferredoxina transporta os elétrons para a plastoquinona, 
devido à ausência de NADP+ para reduzir. Em seguida, os elétrons passam 
pelo complexo citocromo b, pelo citocromo f e pela plastocianina. Os elétrons 
desenergizados voltam para o fotossistema I, retornando para o estado fun-
damental (NOBEL, 2009). 
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Um fotossistema é um conjunto de 250 a 400 moléculas de pigmento. Dois 
fotossistemas diferentes contêm diferentes formas de clorofila a em seus cen-
tros de reação. No fotossistema I (PS-I), a clorofila a com absorção máxima em 
700 nm (P700), e no fotossistema II (PS-II), a clorofila a com pico de absorção 
em 680 nm (P680), atuam como centros de reação. P700 e P680 são dímeros 
de moléculas clorofila a, isto é, duas clorofilas estão agindo como uma unidade 
(NOBEL, 2009).
O PS-II está localizado nas regiões comprimidas dos tilacoides da grana, 
e PS-I nos tilacoides do estroma e em regiões não comprimidas da grana. A 
função primária dos dois fotossistemas, que interagem um com o outro, é cap-
turar a energia da luz e convertê-la em energia química (ATP) (NOBEL, 2009).
 Nas plantas, as reações dependentes de luz absorvem um fóton após a 
excitação das moléculas de clorofila e outros pigmentos acessórios, que con-
centram a energia para os centros de reação nas membranas tilacoides. Nos 
centros de reação fotoquímica, ocorre a fotoexcitação que é resultante de uma 
separação de cargas, que produz um forte agente redutor e um forte agente 
oxidante (NELSON; COX, 2014).
Na membrana tilacoide ocorre o empacotamento dos fotossistemas, com 
a presença de centenas de clorofilas e pigmentos acessórios do tipo antena 
circundando um centro de reação fotoquímica. A absorção de um fóton pelas 
clorofilas antenas leva à excitação do centro de reação por transferência de 
éxcitons. Na membrana tilacoide estão o complexo de citocromo b6f e a ATP-
-sintase (NELSON; COX, 2014). A organização dos fotossistemas na membrana 
tilacoide é ilustrada na Figura 9.
Existem vários pigmentos fotossintéticos encontrados nas plan-
tas. A função dos pigmentos é absorver energia da luz, converten-
do-a em energia química. A clorofila a é o principal pigmento en-
volvido na captura da energia da luz e na sua conversão 
em energias elétrica e química. A clorofila b constitui 
cerca de um quarto do total teor de clorofila, e ab-
sorve luz de comprimento de onda diferente do 
da clorofila a. A molécula de clorofila converte a 
energia da luz em energia elétrica, trazendo sepa-
ração de carga (NELSON; COX, 2014). 
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Cloroplasto
Grana Tilacoide
Clorofi las antenas
Pigmentos acessórios
Centro de reação
Luz
Figura 9. Centro de reação dos fotossistemas nas membranas tilacoides. Fonte: NELSON; COX, 2014. (Adaptado).
Relação entre mitocôndrias e cloroplastos
Acredita-se que as células primitivas eram parecidas com as bactérias e vi-
viam em um ambiente reduzido. Parte do ATP produzido por elas era originado 
da conversão das moléculas orgânicas reduzidas em uma variedade de ácidos 
orgânicos, que eram liberados no ambiente como produtos do metabolismo. 
As fermentações, realizadas por essas células primitivas, acidifi caram o am-
biente, e devem ter levado à evolução das primeiras bombas de hidrogênio li-
gadas às membranas, as quais podiam manter um pH neutro no interior celular 
(ALBERTS et al., 2017). 
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As bactérias atuais apresentam bombas de hidrogênio responsáveis pelo 
transporte de elétrons ou de ATP, que possivelmente surgiram nos ambientes 
anaeróbios primitivos. A falta de nutrientes orgânicos fermentáveis provavel-
mente levou à evolução de bactérias que podiam utilizar CO2 para produzir 
carboidratos pela combinação das cadeias transportadoras de elétrons primi-
tivas. No processo evolutivo, a molécula de água foi utilizada como doadora de 
elétrons para a formação de NADPH, devido ao desenvolvimento evolutivo de 
cadeias transportadoras de elétrons mais complexas e fotossintetizantes em 
cianobactérias (ALBERTS et al., 2017).
A vida pôde, a partir desse processo evolutivo, proliferar-se reciclando mo-
léculas orgânicas; esse processo fez com que, há milhões de anos, o O2 liberado 
pelas cianobactérias se acumulassem na atmosfera. Isso foi responsável pela 
adaptação das cadeias transportadoras de elétrons em transferir elétrons de 
NADH para o O2, desenvolvendo um eficiente metabolismo aeróbio. O meca-
nismo aeróbio opera nas mitocôndrias e nos cloroplastos, organelas que evo-
luíram de bactérias aeróbias que foram endocitadas por células eucarióticas 
primitivas (ALBERTS et al., 2017).
As mitocôndrias são acréscimos para as células, que permitem que a maio-
ria dos eucariotos realize a fosforilação oxidativa, enquanto os cloroplastos 
são acréscimos que permitem que alguns eucariotos selecionados (plantas e 
algumas algas) realizem a fotossíntese. Provavelmente como resultado da sua 
origem procariótica, cada organela cresce em um processo coordenado que 
necessita da contribuição de dois sistemas genéticos separados (um na orga-
nela e um no núcleo celular) (ALBERTS et al., 2017).
Grande parte das proteínas nas mitocôndrias é codificada pelo 
DNA nuclear, sintetizado no citosol e, então, individualmente im-
portada para as organelas. Algumas proteínas e RNAs de orga-
nelas são codificados pelo DNA da própria organela 
e sintetizados neste mesmo compartimento (NEL-
SON; COX, 2014). 
Os ribossomos dos cloroplastos se asseme-
lham muito aos ribossomos bacterianos, en-
quanto os ribossomos mitocondriais apresentam 
tanto similaridades quanto diferenças, tornando a 
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sua origem mais difícil de ser rastreada. As semelhanças proteicas, entretanto, 
sugerem que ambas as organelas se originaram quando uma célula eucariótica 
primitiva entrou em uma relação endossimbiótica estável com uma bactéria. 
Acredita-se que uma bactéria púrpura originou a mitocôndria e, mais tarde, 
uma cianobactéria deu origem ao cloroplasto (ALBERTS et al., 2017). Na Figura 
10, é possível observar a árvore filogenética da provável evolução das mitocôn-
drias e dos cloroplastos.
Eucariotos
Atmosfera 
oxidante
Atmosfera 
redutora
Procariotos
Cloroplastos
Cianobactérias
Bactérias 
azuis-verdes
Bactérias verdes 
filamentosas
Sulfobactérias 
verdes
Bactérias 
fermentadoras 
ancestrais
Respiração de O2 Respiração de O2 Respiração de O2
Bactérias púrpura 
não sulfuradas
Sulfobactérias 
púrpura
Perda da fotossíntese
Fotossíntese envolvendo H2O
Fotossíntese envolvendo H2S
Ciclo de fixação do carbono
Perda da fotossíntese
Bactéria móvel 
por deslizamento
Mitocôndrias
E. coli Rizobactérias
Figura 10. Árvore filogenética da evolução das mitocôndrias e dos cloroplastos.Fonte: ALBERTS et al., 2017, p. 875. 
(Adaptado).
ASSISTA
Para entender um pouco mais sobre a origem das célu-
las, assista ao vídeo De onde vêm as células (eucariotos) 
| Nerdologia Ensina 04, do canal Nerdologia.
BIOQUÍMICA APLICADA 65
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Maquinaria metabólica
Tanto bactérias quanto cloroplastos e mitocôndrias contêm um comple-
xo enzimático ligado à membrana que muito se assemelha ao complexo ci-
tocromo b c1 das mitocôndrias. Todos estes complexos aceitam elétrons de 
uma quinona carreadora (Q), e bombeiam H+ através das suas respectivas 
membranas. Além disso, em sistemas reconstituídos in vitro, os diferentes 
complexos podem substituir uns aos outros, e as sequências de aminoá-
cidos dos seus componentes proteicos revelam que estão evolutivamente 
relacionados (NELSON; COX, 2014).
Os cloroplastos estão localizados nas margens externas, com suas su-
perfícies largas paralelas à parede celular das células mesofílicas. Todo o 
processo de fotossíntese ocorre dentro do cloroplasto. Mitocôndrias e clo-
roplastos possuem sistema genético próprio, mas produzem uma pequena 
quantidade de suas proteínas. Elas adquirem, do hialoplasma, a maioria das 
suas proteínas e utilizam mecanismos parecidos. Nas duas organelas, as 
proteínas são adquiridas no estado desenovelado, através das membranas 
externa e interna, concomitante para o espaço da matriz ou do estroma 
(ALBERTS et al., 2017). 
O transporte de proteínas para cloroplastos é similar ao transporte de 
elétrons para as mitocôndrias. A Figura 11 apresenta uma comparação en-
tre as cadeias de transporte de elétrons dessas duas organelas. São proces-
sos pós-traducionais que utilizam complexos de translocação separados em 
cada membrana, necessitam de energia e usam sequências-sinal 
N-terminais anfi fílicas, que são removidas após a utilização. 
Os componentes proteicos que formam os complexos de 
translocação são diferentes, com exceção de algumas molé-
culas chaperonas. A hidrólise de adenosina trifos-
fato (ATP) e um potencial eletroquímico de H+, 
por meio da membrana interna, direcionam a 
translocação para a mitocôndria, enquanto a 
translocação em cloroplastos é coordenada 
somente pela hidrólise de guanosina trifosfato 
(GTP) e de ATP (NELSON; COX, 2014).
BIOQUÍMICA APLICADA 66
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Cianobactérias
Mitocôndrias
Cloroplastos
O2 H2O
H2O
Citocromo-oxidase
NADH-desidrogenase
Cit c
pC
Q
Q
H+
H+
Complexo
b-c1
Complexo
b-f
NADH
NADPH
NAD+
NADP+
Luz produz
separação
de carga
Luz produz
separação
de carga
Figura 11. Comparação entre as cadeias transportadoras de elétrons nas mitocôndrias e cloroplasto de plantas e 
cianobactérias. Fonte: ALBERTS et al., 2017. (Adaptado).
A maquinaria fotossintética das bactérias púrpuras compreende três está-
gios; um único centro de reação de citocromo P870; um complexo de transfe-
rência de elétrons, o citocromo bc1, igual ao complexo III da cadeia mitocon-
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drial de transferência de elétrons; e uma enzima ATP-sintase. A iluminação 
catalisa o transporte de elétrons pela feofitina e pela quinona, para o com-
plexo de citocromos bc1. Após mover-se pelo complexo, os elétrons fluem 
pelo citocromo c2 de volta ao centro de reação, restabelecendo o seu estado 
fundamental antes da iluminação. O fluxo cíclico de elétrons realizado pela 
luz fornece a energia para o bombeamento de prótons pelo complexo de cito-
cromos bc1. A partir da energia gerada pelo gradiente de prótons resultante, 
a ATP-sintase produz ATP, similar ao processo que ocorre nas mitocôndrias 
(ALBERTS et al., 2017).
A mitocôndria é formada por dois subcompartimentos: o espaço interno 
da matriz e o espaço intermembranas. A membrana interna envolve a ma-
triz e o espaço da matriz formando extensas invaginações, conhecidas como 
cristas, e a membrana externa está em contato com o citosol. Os cloroplas-
tos possuem esses dois subcompartimentos e mais um adicional, o espaço 
tilacoidal, que é rodeado pela membrana tilacoide. Cada um dos subcom-
partimentos dessas organelas possui um conjunto de proteínas distintas 
(ALBERTS et al., 2017).
As mitocôndrias e os cloroplastos se desenvolvem a partir do crescimento 
de organelas preexistentes, seguido de fissão. O crescimento dessas organe-
las é dependente, principalmente, da importação de proteínas do citosol por 
proteínas translocadas. O movimento de proteínas por meio de membranas 
é conhecido como translocação de proteínas. Os cloroplastos obtêm elétrons 
de alta energia por meio de fotossistemas que capturam elétrons excitados 
quando a luz solar é absorvida pelas moléculas de clorofila.
Os processos de transporte de elétrons ocorrem na membrana tilacoide, 
na qual objetivo é a produção de ATP. H+ é bombeado para o espaço tilacoi-
de, e um refluxo de H, por meio da ATP-sintase, produz o ATP no estroma do 
cloroplasto. O ATP produzido é usado em conjunto com o NADPH, feito pela 
fotossíntese para direcionar muitas reações biossintetizantes no estroma clo-
roplastídico, incluindo as reações de fixação do carbono mais importantes, 
que geram carboidratos a partir de CO2. Em conjunto com outros produtos 
dos cloroplastos, este carboidrato é exportado para o citosol celular, onde 
(na forma de gliceraldeído-3-fosfato) fornece carbono orgânico, ATP e força 
redutora para o resto da célula (ALBERTS et al., 2017).
BIOQUÍMICA APLICADA 68
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Boa parte da atividade anabólica em plantas, incluindo a fi xação de CO2, 
ocorre em organelas que se autorreproduzem, conhecidas como plastídeos. 
Elas são delimitadas por uma membrana dupla que contém um pequeno geno-
ma, que codifi ca algumas de suas proteínas. Os plastídeos se reproduzem por 
fi ssão binária, replicam seu DNA circular e utilizam enzimas próprias e ribos-
somos para sintetizar as proteínas codifi cadas pelo genoma. Os cloroplastos 
são os sítios do anabolismo de CO2. No estroma, estão contidas as enzimas 
utilizadas nesse processo biossintético. O estroma é a fase solúvel, circundado 
pela membrana interna do cloroplasto (NELSON; COX, 2014). 
Principais vias de compostos no fígado
O fígado tem um papel fundamental no metabolismo energético, e exerce várias 
funções na regulação da homeostase, excreção e digestão do organismo. Este órgão 
realiza reações de síntese anabólicas e de degradação catabólica de moléculas. É um 
órgão que elimina substâncias tóxicas e produz sais biliares, que são responsáveis 
pela eliminação de bilirrubinas por um processo de biotransformação de moléculas. 
É responsável por fatores de coagulação sanguínea, realiza o metabolismo de car-
boidratos, proteínas, lipídeos e aminoácidos (NELSON; COX, 2014). Na Figura 12, é 
possível observar as relações entre as vias metabólicas presentes no fígado.
Intestino
Pâncreas (células β)
Síntese proteica 
(todos os tecidos) 
Insulina
Veia porta
Fígado
Ureia
Cérebro
Tecido adiposo
Tecido muscular
CO2 + H2O
CO2 + H2O
Aminoácidos
Glicose Glicogênio
PiruvatoSíntese de 
proteínas
Linfáticos
Lactato
Gordura
Eritrócitos
Gordura
Glicose
Aminoácido
Quilomícron Lactato
Figura 12. Inter-relação das vias metabólicas no fígado. 
Glicogênio
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Os nutrientes presentes no sangue do estômago, intestino delgado, intes-
tino grosso e baço é drenado pela veia porta hepática até o fígado, que então 
recebe os nutrientes e inicia o processo metabólico deles, armazenando ou 
liberando as moléculas biotransformadas para a circulação, de acordo com o 
que o corpo necessita (VOET; VOET, 2013).
As células responsáveis pelo processo metabólico dentro do fígado são os 
hepatócitos. Essas células possuem o transportador de glicose GLUT2, não 
dependente de insulina. Ofígado, responsável pela manutenção glicêmica, 
executa as vias metabólicas que produzem carboidratos, proteínas, lipídeos e 
aminoácidos e direciona os nutrientes para a corrente sanguínea. A execução 
das várias vias metabólicas realizadas pelo fígado ocorre em resposta aos 
hormônios insulina, glucagon e adrenalina (VOET; VOET, 2013).
A glicose, quando entra nos hepatócitos, é fosforilada pela enzima 
hexoquinase, produzindo a glicose-6-fosfato, e, por meio da regulação 
hormonal, o fígado direciona a glicose-6-fosfato para as diferentes vias 
metabólicas, de acordo com as necessidades energéticas do organismo 
(NELSON; COX, 2014). 
Metabolismo de carboidratos
Para a produção de energia e de 
acetil-CoA, os hepatócitos direcio-
nam a glicose-6-fosfato pela via gli-
colítica. Nessa via, a glicose é conver-
tida a piruvato. Durante a glicólise, o 
piruvato é convertido em acetil-CoA 
pelo complexo de enzimas piruvato-
-desidrogenase. Em seguida, a acetil-
-CoA entra no ciclo do ácido cítrico 
e é metabolizada, formando molé-
culas de adenosina-trifosfato (ATP) 
(VOET; VOET, 2013).
Parte da energia formada na gli-
cólise é utilizada para o anabolismo 
BIOQUÍMICA APLICADA 70
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de ácidos graxos e para a produção de colesterol. A glicose hepática pode ser 
utilizada na via das pentoses-fosfato, que realiza a oxidação da glicose, for-
mando ribose-5-fosfato, NADPH e CO2. A ribose formada é utilizada na síntese 
de nucleotídeos e parecidos nucleicos, e o NADPH é utilizado por outras vias 
metabólicas (VOET; VOET, 2013).
Quando a concentração de glicose no sangue está abaixo de 90 mg/dL, os 
hepatócitos iniciam a desfosforilação da glicose-6-fosfato, que é liberada na 
corrente sanguínea. Essa glicose pode ser formada pelas vias da glicogenólise 
ou da gliconeogênese. Na glicogenólise, o fígado possui alta concentração de 
glicogênio, que é utilizado nos intervalos de jejum entre as refeições por rea-
ções de fosforólise. Já na gliconeogênese ocorre a formação de glicose a partir 
de precursores não glicolíticos, uma via que ocorre em jejuns prolongados, es-
timulada pela hormônio glucagon (VOET; VOET, 2013).
Metabolismo de lipídeos
Os lipídeos são os principais consti-
tuintes das membranas biológicas; são 
responsáveis pelo armazenamento de 
energia a longo prazo; sinalização in-
ter e intracelular; pela biossíntese de 
vitaminas e hormônios; pela síntese 
de pigmentos fotossensíveis; atuam 
como transportadores de elétrons, 
chaperonas, agentes emulsifi cantes; 
e servem como isolantes térmicos. As 
células adipócitos são responsáveis 
pela síntese e armazenamento de triacilgliceróis (NELSON; COX, 2014).
O fígado é responsável pelo catabolismo e anabolismo de lipídeos. A partir 
da β-oxidação ocorre a oxidação ou o catabolismo de ácidos graxos para for-
mar acetil-CoA, via que ocorre na matriz mitocondrial e é formada por quatro 
reações enzimáticas, em que a cada ciclo de β-oxidação de ácido graxo são 
produzidos carbono e acetil-CoA, NADH e FADH2. A Figura 13 ilustra o processo 
metabólico para formação de ácidos graxos livres (NELSON; COX, 2014).
BIOQUÍMICA APLICADA 71
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Figura 13. Mobilização dos triacilgliceróis armazenados no tecido adiposo. Fonte: NELSON; COX, 2014, p. 670. (Adaptado).
A β-oxidação é estimulada por glucagon no jejum. O fígado utiliza a acetil-
-CoA proveniente do catabolismo de ácidos graxos para produzir colesterol na 
via anabólica. O colesterol formado pode ser incorporado pelos hepatócitos e 
depois enviado para outros órgãos e tecidos por meio de lipoproteínas plas-
máticas, ou pode ser utilizado para produzir os ácidos biliares para realizar a 
digestão de gorduras. Na falta de demanda de energia, os hepatócitos incorpo-
ram-no em triacilgliceróis armazenados no tecido adiposo. A insulina coordena 
a síntese e incorporação de triacilgliceróis no organismo (NELSON; COX, 2014).
A ação hormonal mobiliza ácidos graxos dos adipócitos para a via catabó-
lica, quando a glicose está baixa no sangue, e ocorre a liberação do hormônio 
glucagon na corrente sanguínea, que irá atuar com o receptor na membrana 
do adipócito; depois a proteína G ativa a enzima adenilato ciclase para produzir 
cAMP, que por sua vez ativa a proteína quinase A (PKA), que é fosforilada e ativa 
a lipase sensível a hormônios (HSL) (NELSON; COX, 2014).
Glucagon
Adenilil-ciclase
ATP cAMP
PKA
Transportador de 
ácidos graxos
β-oxidação, ciclo 
do ácido cítrico, 
cadeia respiratória
Albumina sérica
Corrente sanguínea
ATP
Perilipina
Triacilglicerol
Gotícula de lipídeo
Monoacilglicerol Ácidos graxos
CO2
Adipócito Miócito
Diacilglicerol
1
2
3
4
P
PP
P
P
P
5
6
7
9
10
11
8
CGI CGI
CGI
MGL
HSL
Gs
ATGL
Receptor
Lipase 
sensível a 
hormônio
HSL
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A adipose triacilglicerol lipase (ATGL) é ativada pela fosforilação da perilipi-
na e, em seguida, as molécula de pirofosfato ligada à lipase sensível a hormô-
nios (Pi-HSL) interage com as gotículas via Pi-perilipina, e a ação simultânea 
de ATGL e Pi-HSL libera ácidos graxos no citoplasma. Os ácidos graxos livres 
(FFA), ao entrarem na corrente sanguínea, interagem com a albumina sérica, e 
são liberados da albumina por meio de um transportador específi co de ácidos 
graxos até o miócito (NELSON; COX, 2014). 
No miócito, ocorre a oxidação dos ácidos graxos, formando CO2, e a energia 
da oxidação é conservada na forma de ATP, que abastece a contração muscular 
e outros tipos de metabolismos que necessitam de energia no miócito, proces-
so observado na Figura 13.
Metabolismo de aminoácidos
Os aminoácidos são moléculas precursoras de compostos nitrogenados, 
como heme, aminas biologicamente ativas, nucleotídeos e coenzimas, como a 
NADH. No fígado, os aminoácidos são degradados, formando diferentes meta-
bólitos que são direcionados para várias vias metabólicas ou podem sintetizar 
proteínas a partir desses aminoácidos. O ácido glutâmico (Glu), glutamina (Gln), 
glutationa (glu), ácido aspártico (Asp) e alanina (Ala) são convertidos em inter-
mediários no ciclo de Krebs (NELSON; COX, 2014).
Os intermediários da via glicolítica, a via pentose-fosfato e o ciclo de Krebs 
são utilizados no metabolismo anabólico de aminoácidos nos hepatócitos. Es-
ses aminoácidos podem ser utilizados na produção de nucleotídeos, utilizando 
como precursores aminoácidos, ribose-5-fosfato, CO2 e NH3. Os aminoácidos 
em excesso são convertidos em intermediários metabólicos, como piruvato, 
oxaloacetato, acetil-coenzima e o-cetoglutarato (NELSON; COX, 2014). 
No catabolismo, as catepsinas, que são proteases de lisossomos, degradam 
proteínas de membrana extracelular. No citoplasma, a ubiquitina-proteasso-
ma realiza a proteólise. A ubiquitina pode ser encontrada livre ou ligada por 
ligações covalentes a outras proteínas. A função da ubiquitina é atuar como 
marcador para degradação de proteínas pelo proteassoma 26S. A via da ubi-
quitina-proteassoma realiza a degradação de proteínas velhas, mutantes, com 
enovelamento problemático ou desnaturadas, e serve como reguladora de 
BIOQUÍMICA APLICADA 73
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processos bioquímicos, como a proliferação e diferenciações infl amatória e 
imunológica (NELSON; COX, 2014).
As enzimas aminotransferases geram glutamato a partir da catálise de 
transferência de -NH3
+ dos aminoácidos para o α-cetoglutarato. O glutamato 
é um transportador de -NH3
+ para excreção de metabólitos ou para reações 
anabólicas. O transporte de ácido glutâmico do citosol até a mitocôndria acon-
tece nos hepatócitos, onde ocorre desaminação oxidativa ou transaminação. 
Na desanimação, ocorre liberação do íon amônio catalisado pela glutamato 
desidrogenase, que utiliza NAD+ ou NADP+ (NELSON; COX, 2014).A transaminação do ácido glutâmico forma ácido aspártico, que é o se-
gundo repositório de grupo o-NH3
+ dos aminoácidos. A ação conjunta das 
enzimas transaminases e glutamato desidrogenase permite agregar o nitro-
gênio da maioria dos aminoácidos para dois compostos de ácido aspártico 
e íons NH4
+ no processo de transdesaminação. O glutamato é um transpor-
tador de -NH3
+ do fígado intracelular; a glutamina, do músculo; e a alanina, 
de NH+ e piruvato do músculo para o fígado, por um processo anaeróbico 
(NELSON; COX, 2014).
Eliminação de fármacos pelo fígado
Substâncias lipofílicas estranhas ao organismo, como os fármacos, podem 
ser degradadas no fígado. No fígado, pode ocorrer a inativação ou eliminação 
das moléculas tóxicas geradas após a degradação dos fármacos. Na Figura 14, 
podemos observar a degradação do fármaco paracetamol no fígado, que, de-
pendendo da concentração do fármaco, poderá produzir metabólitos tóxicos 
ao organismo (KATZUNG; MASTERS; TREVOR, 2014). 
Existem dois grupos de reações de biotransformação: as reações de fase 
I, que são catabólicas, e as reações de fase II, que são anabólicas. Na fase 
I, reações de oxirredução, hidrólise e ciclização formam grupos funcionais, 
como OH, -COOH, -SH, -O e - NH2, que podem ser inseridos, ou não, nas 
moléculas. Essas reações são, normalmente, catalisadas por enzimas do 
citocromo P450, por mono-oxigenases contendo fl avinas e por epóxido-hi-
drolases presentes no retículo endoplasmático dos hepatócitos (KATZUNG; 
MASTERS; TREVOR, 2014).
BIOQUÍMICA APLICADA 74
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As enzimas do citocromo P450 são responsáveis por parte da metabolização 
dos fármacos. Os metabólitos formados na fase I são direcionados para a fase II, 
na qual participarão de reações de conjugação com glicina e glutationa catalisadas 
por transferases, localizadas no citosol celular (KATZUNG; MASTERS; TREVOR, 2014). 
COOH
NHCOCH3
HONCOCH3
SO3H
NHCOCH3NHCOCH3
NHCOCH3NHCOCH3
NHCOCH3
SCH2CHNHCOCH3
COOH
SO3H
NCOCH3
Paracetamol
Morte de células hepáticas
Intermediários 
tóxicos e reativos Sulfato não tóxico
Glicuronato 
não tóxico
Conjugado de 
ácido mercaptúrico
COOH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Proteína S
Proteína SHConjugação GSH
SulfataçãoGlicuronidação
O
O
O O
O
+GSH
O
O
UDP
ADP
Figura 14. Catabolismo do paracetamol. Fonte: KATZUNG; MASTERS; TREVOR, 2014. (Adaptado).
BIOQUÍMICA APLICADA 75
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Papel do complexo enzimático citocromo P450 e da 
glutationa transferase
Complexo enzimático citocromo P450
As enzimas do citocromo P450 (P450s ou CYPs) são catalisadores de rea-
ções de oxidação. P450s são enzimas contendo heme b, que ligam o dioxigênio 
(O2) a um grupo heme ferroso, e, em seguida, reduzem e protonam ferro para 
formar intermediários reativos capazes de adições de oxigênio em um substra-
to ligado próximo ao ferro de heme P450 (McLEAN et al., 2015).
 A oxidação do substrato ocorre no radical oxoferril da porfi rina, conheci-
da como composto I. Esta espécie transitória foi defi nitivamente caracterizada 
pela primeira vez em 2010, por Rittle e Green, que apresentaram ambas as 
características espectroscópicas do composto I, e uma demonstração clara de 
sua potência catalítica na oxidação do substrato usando uma enzima P450 ter-
mofílica como sistema modelo (McLEAN et al., 2015).
Para facilitar a formação do composto I, ocorre protonação sucessiva, para 
produzir primeiro o estado de hidroperoxo férrico (composto 0), seguido pela 
formação do composto I, e após a perda de uma molécula de água ocorre a se-
gunda protonação. Para alcançar a hidroxilação do substrato, o composto I abs-
trai um átomo de hidrogênio do substrato ligado perto da heme (formando um 
composto II ou espécies hidroxi-ferril transitórios) (HRYCAY; BANDIERA, 2012). 
Parceiro redox
Parceiro redox
Parceiro redox Ferro-protoporfi rina IX
(B) NADPH-Citocromo P450 redutase (PDB:3ES9)(A)
Heme b
Parceiro redox
ox
ox
red
red
Composto 0
Composto 1
Figura 15. A - o ciclo catalítico do citocromo P450. B - a estrutura molecular do citocromo P450 de PDB:3ES9 e 
seu grupo heme b. Fonte: McLEAN et al., 2005. (Adaptado).
BIOQUÍMICA APLICADA 76
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Os cofatores NADH e NADPH entregam elétrons por transferência de hi-
dreto para um cofator flavina, para auxiliar na catálise do citocromo P450. Em 
mamíferos, são conhecidos o citocromo P450 redutase, chamado de CPR, e o 
citocromo P450 oxirredutase, chamado de POR, que auxiliam a enzima no pro-
cesso redox na membrana do retículo endoplasmático de fígado e do outros 
tecidos (McLEAN et al., 2015).
A transferência de elétrons de FADH2 para FMN produz a hidroquinona FMN 
(flavina mononucleotídeo), que é o doador de elétrons para o citocromo P450. 
O primeiro elétron é transferido da hidroquinona FMN para o ferro do grupo 
heme, restaurando o FMN semiquinona e formando o heme ferroso, que então 
liga o O2. Um segundo elétron é passado do FAD (flavina dinucleotídeo) para o 
FMN (restaurando o estado de repouso oxidado do FAD e formando a hidroqui-
nona FMN novamente). A hidroquinona FMN, então, passa o segundo elétron 
para a espécie férrico-superoxo P450, formando o estado do peroxo férrico e 
permitindo a progressão através das etapas de protonação posteriores no ciclo 
catalítico. A NADPH-citocromo P450 redutase é o transportador de elétrons do 
NADPH para o citocromo P450 (HRYCAY; BANDIERA, 2012).
Desta forma, há controle sobre a transferência de elétrons para o P450, 
permitindo a ligação do dioxigênio ao ferro heme, a fim de ocorrer, entre as 
duas, transferências de elétrons individuais nas etapas do CPR, e o parceiro 
redox do CPR passa por um ciclo 1-3-2-1, no qual os dígitos indicam o número 
total de elétrons retidos no CPR flavinas em diferentes estágios do processo de 
redução do citocromo P450 (HRYCAY; BANDIERA, 2012).
Existem 17 isoformas do citocromo P450, das quais 19% não metabolizam 
fármacos e oxidam substâncias endógenas, como esteroides, ácidos biliares 
e vitaminas lipossolúveis; as isoformas humanas do citocromo P450, por sua 
vez, são expressas no fígado. O citocromo P450 atua na oxidação de vários 
fármacos. O ibuprofeno, por exemplo, é oxidado na cadeia alquílica lateral na 
fase I do metabolismo. As flavinas mono-oxigenase (FMO) catalisam a oxida-
ção dos heteroátomos de nitrogênio e enxofre e não promovem desalquilações 
(HRYCAY; BANDIERA, 2012).
Glutationa transferase
A glutationa (GSH) atua no processo de biotransformação, na eliminação de 
compostos estranhos ao organismo (xenobióticos) e na defesa celular contra 
BIOQUÍMICA APLICADA 77
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o estresse oxidativo. É um tiol celular presente em eritrócitos e hepatócitos, e 
faz parte da manutenção do genoma celular. A glutationa transferase (GST) é 
uma enzima que catalisa o ataque nucleofílico da forma reduzida da glutationa 
a compostos que apresentam um carbono, um nitrogênio ou um átomo de 
enxofre eletrofílico (ALBERTS et al., 2017). 
Essas enzimas são encontradas no meio biológico como homo ou hete-
rodímeros, que possuem dois sítios ativos por dímero e possuem atividades 
independentes uma da outra. Alguns dos substratos eletrófilos da glutationa 
transferase incluem os haletos de alquila, epóxidos, quinonas, aldeídos, ceto-
nas, lactonas e ésteres (HUBER; ALMEIDA; FÁTIMA, 2008).
As glutationas transferases de mamíferos são divididas em famílias T cito-
sólica e GST mitocondrial, que são solúveis, e a família GST microssomal está 
associada a membranas. Essas enzimas participam das etapas de degradação 
catabólica dos aminoácidos fenilalanina e tirosina, e são responsáveis pela iso-
merização do ácido 13-cis-retinóico ao ácido 13-trans-retinóico. Atua na deto-
xificação de compostos endógenos, onde enzimas atuam sobrederivados do 
colesterol, os epóxidos (HUBER; ALMEIDA; FÁTIMA, 2008). 
A biotransformação de fármacos no fígado está agrupada em duas fases. A 
fase 1, na maioria das vezes, é realizada pelas enzimas da superfamília do cito-
cromo P450, que inclui as reações de oxidação, de redução ou de hidrólise. Os 
fármacos podem ser ativados, inativados ou terem suas atividades inalteradas. 
A fase 2 envolve reações de conjugação, que são responsáveis pela inativação 
total do xenobiótico. A inativação de compostos estranhos ao organismo geral-
mente é realizada pelas enzimas da família das glutationas S-transferase (GSTs) 
e N-acetiltransferases (NATs) (HUBER; ALMEIDA; FÁTIMA, 2008). 
BIOQUÍMICA APLICADA 78
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Sintetizando
Nessa unidade, vimos que as principais classes de pigmentos são clorofi-
las, ficobilinas, carotenoides, flavonoides e as betalaínas. Os pigmentos aces-
sórios carotenoides e as ficobilinas podem absorver amarelo ou luz verde, 
comprimentos de onda cuja clorofila a não absorve. 
O fígado tem um papel fundamental no metabolismo energético e exerce 
várias funções na regulação da homeostase, excreção e digestão do organis-
mo. Este órgão realiza reações de síntese anabólicas e de degradação cata-
bólica de moléculas. 
As enzimas do citocromo P450 são catalisadores de reações de oxidação. 
Essas enzimas possuem um grupo heme b, que liga o dioxigênio (O2) a um 
grupo heme ferroso. 
A superfamília do citocromo P450 ativa ou inativa fármacos através de 
reações de oxidação, de redução ou de hidrólise. A glutationa (GSH) participa 
do processo de biotransformação, na eliminação de compostos estranhos ao 
organismo e na defesa celular contra o estresse oxidativo.
BIOQUÍMICA APLICADA 79
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BIOQUÍMICA APLICADA 80
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METABOLIZAÇÃO DO 
OXALOACETATO E O 
CICLO DA UREIA
3
UNIDADE
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Objetivos da unidade
Tópicos de estudo
 Aprender sobre as vias de metabolização do oxaloacetato;
 Aprender sobre as principais vias metabólicas e de conjugação com ácido 
glicurônico;
 Aprender o mecanismo de reação de transaminação e desaminação dos 
aminoácidos;
 Compreender a síntese de amônia e ciclo da ureia.
 Vias de metabolização do 
oxaloacetato
 Oxaloacetato no ciclo do ácido 
cítrico
 Gliconeogênese
 Ciclo do glioxilato
 Principais vias metabólicas e de 
conjugação com ácido glicurônico
 Glicuronidação
 Sulfoconjugação e acetilação
 Conjugação da glutationa S
 Reações de transaminação e 
desaminação dos aminoácidos
 Transaminação
 Desaminação
 Síntese de amônia e ciclo da 
ureia
 Síntese de amônia
 Ciclo da ureia
BIOQUÍMICA APLICADA 82
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Vias de metabolização do oxaloacetato
O anabolismo da via metabólica lida com a construção de rotas estequio-
metricamente consistentes de reações bioquímicas, catalisadas por enzimas 
que atendem a certas especifi cações. Uma especifi cação comum é a síntese 
de um produto metabólico a partir de um conjunto designado de substratos. 
A enumeração sistemática de todas as rotas possíveis que levam a um deter-
minado produto é importante no contexto da análise da via metabólica. Igual-
mente importante é compreender as características comuns de um metabólito 
intermediário, compartilhado por todas as vias diferentes (STEPHANOPOULOS; 
ARISTIDOU; NIELSEN, 1998).
As vias metabólicas estão interligadas, moléculas são degradadas e sinte-
tizadas de acordo com a necessidade do corpo para a manutenção da vida e 
é comum que a mesma molécula faça parte de vias diferentes. O piruvato é 
o substrato para várias enzimas diferentes que realizam reações específi cas 
para cada tipo de produto que será formado. Por exemplo, uma enzima pode 
converter o piruvato em acetil-CoA, outra enzima pode convertê-lo em oxaloa-
cetato, o mesmo substrato com ação de outra enzima, pode convertê-lo em 
um aminoácido. Ocorre uma competição entre as vias metabólicas pela mesma 
molécula de piruvato para produzir moléculas diferentes (ALBERTS et al., 2010).
O intermediário oxaloacetato faz parte do ciclo do ácido cítrico e interliga 
várias vias metabólicas anabólicas, dentre elas gliconeogênese, para produção 
de glicose a partir de oxaloacetato. Nesta unidade iremos apresentar as vias de 
metabolização do oxaloacetato, as reações de transaminação e desaminação 
dos aminoácidos e a síntese de amônia e o ciclo da ureia (BENDER, 2003).
Oxaloacetato no ciclo do ácido cítrico
O ciclo do ácido tricarboxílico, também conhecido como ciclo do ácido cítrico ou 
ciclo de Krebs, é a principal via metabólica de geração de energia nas células, pro-
porcionando a maior parte das coenzimas reduzidas que serão oxidadas pela cadeia 
de transporte de elétrons, para produzir trifosfato de adenosina (ATP). O ciclo do 
ácido cítrico é responsável pela produção de energia, oxidação de unidades de dois 
carbonos e também é o principal caminho para a interconversão de compostos de 
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quatro e cinco carbonos na célula, muitos dos quais surgem ou são intermediários 
na síntese de aminoácidos. O oxaloacetato, um intermediário-chave no ciclo, é o 
principal precursor da gliconeogênese em jejum (BENDER, 2003).
No ciclo do ácido cítrico, o grupo acetila é transferido da acetil-CoA para o oxaloa-
cetato, formando o ácido cítrico. A oxidação do ácido cítrico possibilita a produção 
de energia durante o ciclo. As reações anabólicas possuem como ponto de partida 
as moléculas intermediárias, como oxaloacetatoe α-cetoglutarato do ciclo do ácido 
cítrico e da glicólise. Os intermediários são produzidos durante o catabolismo, trans-
feridos da mitocôndria para o citosol para serem usados como precursores biossin-
téticos de moléculas como os aminoácidos (ALBERTS et al., 2010).
O ciclo tricarboxílico ocorre na mitocôndria de eucariotos. Essa organela tam-
bém contém as enzimas para a conversão de ácidos graxos e alguns aminoácidos 
em acetil-CoA e enzimas que realizam a conversão oxidativa de outros aminoáci-
dos em α-cetoglutarato, succinil-CoA ou oxaloacetato. A mitocôndria é o local de 
produção de ATP no escuro, porém, em dias claros, com a presença de luz solar, 
os cloroplastos produzem a maior parte do ATP nos eucariotos fotossintéticos. 
Nos procariotos, como as bactérias, as enzimas do ciclo tricarboxílicos estão no 
citosol (BENDER, 2003).
O ciclo do ácido cítrico (Diagrama 1) fornece um caminho para a oxidação do 
dióxido de carbono e água da fração de acetato da acetilcoenzima A (CoA), de-
corrente da descarboxilação oxidativa do piruvato (o produto da glicólise) para a 
β-oxidação de ácidos graxos, o metabolismo do etanol, corpos cetônicos e vários 
aminoácidos. Para cada mol de acetil-CoA oxidado nesta via, há um rendimento 
de 12 ATP, decorrentes de:
• Três dinucleotídeos nicotinamida adenina (NAD+) reduzidos a NADH, equiva-
lentes a nove ATP quando oxidados de novo na cadeia de transporte de elétrons;
• Uma flavoproteína reduzida, levando à redução de ubiquinona, equivalente 
a dois difosfatos de adenosina (ADP) quando reoxidadas na cadeia de transporte 
de elétrons;
• Um difosfato de guanosina (GDP) fosforilado a trifosfato de guanosina (GTP), 
equivalente a um ATP.
O intermediário de quatro carbonos, oxaloacetato, reage com acetil-CoA para for-
mar o ácido cítrico. A CoA da acetil-CoA é lançada e está disponível para formação pos-
terior de acetil-CoA de piruvato, ácidos graxos ou corpos cetônicos (BENDER, 2003).
BIOQUÍMICA APLICADA 84
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Embora o oxaloacetato seja o precursor do gliconeogênese, ácidos graxos e outros 
compostos que dão origem a acetil-CoA, não pode ser usado para síntese de glico-
se. Embora dois carbonos sejam adicionados ao ciclo por acetil-CoA, dois carbonos 
são perdidos como dióxido de carbono em cada virada do ciclo. Portanto, quando a 
acetil-CoA é o substrato, não há aumento no número de intermediários do ciclo tricar-
boxílico e, dessa forma, o oxaloacetato não pode ser retirado para a gliconeogênese 
quando a acetil-CoA está sendo metabolizada (BENDER, 2003).
DIAGRAMA 1. CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
Fumarato
Fumarase
Malato
Malato 
desidrogenase
Citrato sintase Aconitase
Cis-aconitato
Aconitase
Citrato
Oxaloacetato
Ciclo do
Ácido Cítrico
Acetil-CoA
Succinato desidrogenase Succinato
Succinil-CoA sintetase
Succinil-CoA
Cetoglutarato desidrogenase
Cetoglutarato
Isocitrato
Isocitrato
desidrogenase
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Uma variedade de aminoácidos dá origem para intermediários do ciclo cítrico, 
permitindo, assim, remoção de oxaloacetato para gliconeogênese. Além disso, a 
reação de piruvato carboxilase é uma importante fonte de oxaloacetato para man-
ter a atividade do ciclo tricarboxílico. O destino metabólico do piruvato pode ocor-
rer por descarboxilação oxidativa, para produzir acetil-CoA ou por carboxilação, 
para produzir oxaloacetato, e é determinado pela disponibilidade de acetil-CoA, 
que surge da β-oxidação de ácidos graxos e do metabolismo de corpos cetônicos 
e da necessidade de oxaloacetato para manter atividade do ciclo do ácido cítrico 
(NELSON; COX, 2014).
O NADH e a acetil-CoA inibem a enzima piruvato desidrogenase, enquanto a piru-
vato carboxilase possui atividade na presença de acetil-CoA. Assim, às vezes, quando 
há abundância de acetil-CoA, o piruvato não sofrerá descarboxilação e oxidação no 
ciclo do ácido cítrico, mas será carboxilado em oxaloacetato. Este, formado por carbo-
xilação de piruvato pode ser usado na gliconeogênese (NELSON; COX, 2014).
Os intermediários do ciclo tricarboxílico são removidos e utilizados como rea-
gentes na via anabólica. Essa reposição é realizada pelas reações anapleróticas, 
que mantêm um equilíbrio entre retirada e reposição dessas moléculas interme-
diárias, de forma a manter as concentrações desses intermediários quase cons-
tantes (NELSON; COX, 2014).
A carboxilação do piruvato pelo dióxido de carbono para a síntese de oxaloa-
cetato é reversível e catalisada pela enzima piruvato-carboxilase. É uma reação 
anaplerótica, que nos mamíferos ocorre no fígado e nos rins. A carboxilação do 
piruvato para produzir oxaloacetato sempre ocorre quando o ciclo tricarboxíli-
co está com baixa concentração de oxaloacetato ou qualquer outro intermediário 
(NELSON; COX, 2014).
CURIOSIDADE
O oxaloacetato não entra na mitocôndria. Para que isso ocorra, a molécula 
de oxaloacetato é reduzida, formando malato, que sofre descarboxilação 
oxidativa, obtendo piruvato como produto. A molécula de piruvato entra 
na mitocôndria e, dentro dela, o piruvato forma oxaloacetato por carbo-
xilação. Toda vez que o oxaloacetato for removido do ciclo da síntese da 
glicose, ele deve ser substituído, pois se não houver oxaloacetato sufi-
ciente para formar citrato, a taxa de metabolismo da acetil-CoA e a taxa 
de formação de ATP diminuirá (NELSON; COX, 2014).
BIOQUÍMICA APLICADA 86
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Gliconeogênese
Qualquer molécula que pode ser convertida em piruvato ou oxaloacetato, 
pode ser utilizada como precursora para a gliconeogênese. Dois exemplos de 
moléculas convertidas em piruvato são o aminoácido alanina e o aspartato, 
que podem ser convertidos em oxaloacetato. Os aminoácidos glicogênicos po-
dem ser precursores da gliconeogênese (NELSON; COX, 2014).
A membrana mitocondrial não possui transportador para o oxaloacetato, e 
dessa forma, antes de ser transportado para o citosol, o oxaloacetato que foi for-
mado a partir do piruvato é reduzido a malato pela enzima malato-desidrogena-
se, com o consumo de NADH:
 Oxaloacetato + NADH + H+ ⇔ L-malato + NAD+ (1)
A enzima malato-desidrogenase mitocondrial atua na gliconeogênese e no 
ciclo do ácido cítrico, realizando processos distintos e opostos na produção de 
metabólitos. Um transportador específi co da membrana interna mitocondrial 
retira a molécula de malato da mitocôndria, e, no citosol, essa molécula é oxi-
dada formando oxaloacetato e NADH:
Malato + NAD+ → oxaloacetato + NADH + H+ (2)
A enzima fosfoenolpiruvato-carboxiquinase transforma o oxaloacetato 
em um fosfato de alta energia (PEP). Esse processo, presente no Diagrama 2, é 
dependente de Mg2+ e a molécula de GTP é doadora de grupo fosforil: 
 Oxaloacetato + GTP ⇔ PEP + CO2 + GDP (3)
No meio intracelular, essa reação é reversível e é balanceada pela hidró-
lise de GTP.
No citosol, os redutores equivalentes do malato estão ausentes e o seu 
transporte da mitocôndria ao citosol e posterior conversão em oxaloacetato 
resolve o dilema. Quando o oxaloacetato é convertido em PEP, ocorre um equi-
líbrio entre NADH produzido e utilizado no citosol durante a gliconeogênese 
(NELSON; COX, 2014).
O NADH é sintetizado quando dentro do citosol dos hepatócitos; o lactato 
é convertido em piruvato e, dessa forma, a saída de equivalentes redutores da 
mitocôndria torna-se desnecessária. Após a síntese do piruvato pela reação da 
lactato-desidrogenase e o seu transporte para a mitocôndria, a piruvato carbo-
xilase converte o piruvato em oxaloacetato (NELSON; COX, 2014).
BIOQUÍMICA APLICADA 87
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As isoenzimas PEP-carboxiquinase (Diagrama 2) presentes na mitocôndria, con-
vertem o oxaloacetato, e o PEP é direcionado para fora da mitocôndria para dar conti-
nuidade à via gliconeogênica. A PEP-carboxiquinasepode estar presente na mitocôn-
dria ou no citosol, mas, em cada organela, essas isoenzimas possuem a codificação 
dos genes separados nos cromossomos nucleares, similar às isoenzimas da hexoci-
nase, ou seja, duas enzimas distintas que catalisam a uma reação em comum, mas 
com papéis metabólicos ou em localizações celulares diferentes (NELSON; COX, 2014).
A conversão de ácidos graxos em glicose não é um processo que ocorre nos 
mamíferos. A degradação de grande parte dos ácidos graxos produz somente 
acetil-CoA. Como a reação da piruvato-desidrogenase é irreversível, as células não 
possuem uma via diferente que converta acetil-CoA em piruvato, por isso os mamí-
feros não podem utilizar a acetil-CoA como um precursor de glicose. Já nas plantas, 
leveduras e em muitas bactérias, o ciclo do glioxilato é responsável pela conversão 
da acetil-CoA em oxaloacetato. Essa via possibilita que esses organismos possam 
usar os ácidos graxos como moléculas precursoras de glicose na gliconeogênese 
(NELSON; COX, 2014). 
DIAGRAMA 2. VIAS ALTERNATIVAS DA TRANSFORMAÇÃO DO PIRUVATO EM 
FOSFOENOLPIRUVATO
Piruvato Piruvato
Piruvato Piruvato
Piruvato 
carboxilase
Piruvato 
carboxilase
Malato-desidrogenase 
mitocondrial
PEP – carbosinase 
mitocondrial
PEP-carboxinase 
citosólica
PEP
PEP
Malato-desidrogenase 
citosólica
Lactato 
desidrogenase
Oxaloacetato
Oxaloacetato
Malato
Malato
Lactato
Citosol
Citosol
Mitocôndria
Mitocôndria
Oxaloacetato
NADH
NADH
NADH
NAD+
NAD+
NAD+
+ H+
+ H+
+ H+
CO2 CO2
CO2
CO2
BIOQUÍMICA APLICADA 88
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Nos mamíferos, é possível a conversão de uma pequena quantidade de 
glicerol sintetizado na degradação dos triacilgliceróis para a gliconeogênese. 
Na gliconeogênese, o di-hidroxiacetona-fosfato é um intermediário produ-
zido pela fosforilação do glicerol pela glicerol-cinase, seguido pela oxidação 
do carbono central. Os adipócitos não possuem a enzima glicerol-cinase, 
dessa forma, para a síntese de triacilgliceróis, os adipócitos realizam uma 
via similar à gliconeogênese, a gliceroneogênese, que converte o piruvato 
em di-hidroxiacetona-fosfato utilizando as reações iniciais da gliconeogêne-
se, seguida de reação de redução da di-hidroxiacetona-fosfato, que então 
produz o glicerol-fosfato (NELSON; COX, 2014).
A gliconeogênese possui várias etapas em que a glicose é produzida a partir 
de oxaloacetato, lactato ou piruvato ou qualquer molécula que possa ser conver-
tida a um desses intermediários. Sete etapas da gliconeogênese são reversíveis 
e catalisadas por enzimas presentes na glicólise. Três etapas são irreversíveis 
na glicólise e são desviadas por reações que aumentam a velocidade de reação 
pelas enzimas presentes na via da gliconeogênese.
Inicialmente, o piruvato é convertido em PEP via oxaloacetato, e a catálise 
dessa reação é realizada pelas enzimas piruvato-carboxilase e PEP-carboxiqui-
nase; em seguida ocorre a desfosforilação da frutose-1,6-bifosfato pela FBPase-1 
e, então, no final ocorre a desfosforilação da glicose-6-fosfato pela glicose-6-fos-
fatase (NELSON; COX, 2014).
Quando aumenta a concentração da acetil-CoA, ocorre a inibição do com-
plexo da piruvato-desidrogenase, que, por consequência, diminui a síntese de 
acetil-CoA a partir do piruvato e favorece a gliconeogênese pela ativação da pi-
ruvato-carboxilase, permitindo a conversão de piruvato em altas concentrações 
em oxaloacetato. No final, então, é sintetizada a glicose (NELSON; COX, 2014). 
O oxaloacetato, quando sintetizado pelo processo descrito, é convertido 
em fosfoenolpiruvato (PEP), e a reação é catalisada pela enzima PEP-carboxi-
quinase (Diagrama 2). A regulação dessa enzima ocorre em resposta a sinais 
hormonais e dietéticos nos mamíferos. Em jejum, a concentração do hormô-
nio glucagon é alta e esse hormônio age por meio do cAMP para aumentar 
a taxa de transcrição e estabilizar o RNA mensageiro (mRNA). Já quando a 
insulina e a glicose sanguínea estão em concentrações altas, ocorre o efeito 
contrário (NELSON; COX, 2014). 
BIOQUÍMICA APLICADA 89
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Ciclo do glioxilato
Os ácidos graxos ou o acetato 
não são convertidos a carboidratos 
nos vertebrados. O processo reacio-
nal de síntese de acetil-CoA a partir 
da conversão piruvato produzido 
pelo fosfoenolpiruvato é altamente 
exergônico e irreversível, e, portan-
to, as células dos vertebrados não 
são capazes de realizar a conver-
são do fosfoenolpiruvato que limita 
a produção de glicose, já que não 
ocorre a via da gliconeogênese (NEL-
SON; COX, 2014). Por conta desta li-
mitação, o organismo não realiza a 
conversão de moléculas ou metabólitos que produzem acetato a partir de 
ácidos graxos e aminoácidos – e, posteriormente, irão sintetizar carboidra-
tos. Uma reação reversível catalisada pela PEP-carboxiquinase sintetiza o 
fosfoenolpiruvato a partir de oxaloacetato:
Oxaloacetato + GTP → fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP (4)
Sempre que dois carbonos são enviados para o ciclo na forma de 
acetil-CoA, dois carbonos são liberados como dióxido de carbono nos 
organismos dos vertebrados. Em uma variedade de organismos não ver-
tebrados, o ciclo do glioxilato sintetiza carboidratos a partir do acetato 
(NELSON; COX, 2014).
Nos vegetais e em alguns invertebrados e microrganismos, como a E. coli 
e leveduras, o acetato pode ser um precursor para síntese de carboidratos 
e um precursor energético proveniente do fosfoenolpiruvato. As enzimas do 
ciclo do glioxilato em muitos organismos não vertebrados convertem aceta-
to em succinato: 
2 Acetil-CoA + NAD+ + 2H2O → succinato + 2CoA + NADH + H+ (5)
Similar ao que ocorre no ciclo tricarboxílico, o ciclo do glioxilato, o citra-
to transformado em isocitrato e a acetil-CoA é condensada com o oxaloa-
BIOQUÍMICA APLICADA 90
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cetato para sintetizar citrato. A diferença entre os ciclos é que ocorre a cli-
vagem da molécula de isocitrato pela enzima isocitrato-liase, produzindo 
succinato e glioxilato (NELSON; COX, 2014).
Para produzir malato, o glioxilato sofre uma reação de condensa-
ção com uma segunda molécula de acetil-CoA. Essa reação é catalisada 
pela malato sintase. Em seguida, o malato sofre oxidação, produzindo 
oxaloacetato; e este, agora, passa a sofrer uma condensação com outra 
molécula de acetil-CoA para iniciar mais uma volta no ciclo. Há o consu-
mo de duas moléculas de acetil-CoA a cada volta do ciclo do glioxilato a 
produção de uma molécula de succinato; utilizando as vias do fumarato 
a malato, o succinato; poderá ser utilizado na via biossintética a partir de 
oxaloacetato (NELSON; COX, 2014).
As enzimas isocitrato liase e malato sintase não estão presentes 
nos vertebrados, pois são enzimas específicas do ciclo do glio-
xilato (Diagrama 3). Dessa forma, a síntese líquida de lipídeos 
a partir da glicose não acontece. Nos vegetais, os peroxissomos 
conhecidos como glioxissomos armazenam as 
enzimas do ciclo do glioxilato. As isoenzimas 
que são comuns no ciclo de Krebs e no ciclo 
glioxilato (Diagrama 3). estão presentes em 
organelas diferentes; uma delas está pre-
sente e é específica das mitocôndrias, já a 
outra isoenzima é específica dos glioxissomos 
(NELSON; COX, 2014).
O oxaloacetato originado pelo ciclo de Krebs na mitocôndria é entregue ao 
glioxissomo na forma de aspartato. O aspartato é convertido em oxaloacetato, 
sofre condensação com a acetil-CoA originada do catabolismo dos ácidos gra-
xos. O citrato produzido dessa forma é catalisado pela enzima 
aconitase formando a isocitrato, a enzima isocitrato liase ca-
talisa a reação e forma glioxilato e succinato. Este, então, 
volta para a mitocôndria, entra novamente no ciclo de 
Krebs e é transformado em malato, que é encaminhado 
para o citosol e a enzima malato-desidrogenase citossólica 
oxida o malato e produz oxaloacetato(NELSON; COX, 2014).
BIOQUÍMICA APLICADA 91
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Principais vias metabólicas e de conjugação com 
ácido glicurônico
Todos os organismos estão constante e inevitavelmente expostos a xeno-
bióticos, incluindo produtos químicos naturais e artifi ciais, como drogas, alca-
loides vegetais, toxinas de microrganismos, poluentes, pesticidas e outros pro-
DIAGRAMA 3. COORDENAÇÃO ENTRE O CICLO DO GLIOXILATO E O CICLO DE KREBS
Intermediários do ciclo
de Krebs e da glicólise, AMP, ADP
Intermediários do ciclo
de Krebs e da glicólise, AMP, ADP
Acetil-CoA
Proteína-cinase
Isocitrato-desidrogenase
Succinato, glioxilato α-Cetoglutarato
Fosfatase
Isocitrato
Isocitrato-liase
Oxaloacetato
Gliconeogênese
Ciclo do glioxilato
Glicose
Aminoácidos, nucleotídeos
Ciclo de Krebs
NADH, FADH2
ATP
Fonte: NELSON; COX, 2014, s.p. (Adaptado).
BIOQUÍMICA APLICADA 92
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dutos químicos industriais. Formalmente, a biotransformação de xenobióticos, 
bem como de compostos endógenos, é subdividida em reações de fase I e fase 
II ( JANCOVÁ; SILLER, 2012). 
As reações de biotransformação de fase II são conhecidas como reações 
de conjugação, que geralmente servem como uma etapa de desintoxicação no 
metabolismo de drogas e outros xenobióticos, bem como substratos endóge-
nos. Por outro lado, essas conjugações também desempenham um papel es-
sencial na toxicidade de muitos produtos químicos devido à formação metabó-
lica de metabólitos tóxicos, como eletrófi los reativos ( JANCOVÁ; SILLER, 2012). 
O polimorfi smo gênico de enzimas de biotransformação pode frequente-
mente desempenhar um papel em vários processos fi siopatológicos. As rea-
ções de conjugação geralmente envolvem a ativação de metabólitos por um 
intermediário de alta energia e foram classifi cadas em dois tipos gerais: 
• Tipo I (por exemplo, glicuronidação e sulfonação), em que um agente con-
jugador ativado se combina com substrato para produzir o produto conjugado; 
• Tipo II (por exemplo, conjugação de aminoácidos), em que o substrato 
é ativado e então combinado com um aminoácido para produzir um pro-
duto conjugado. 
Vamos nos concentrar nas reações de conjugação mais importantes, a sa-
ber, conjugação de glicuronídeo, sulfoconjugação, acetilação e conjugação de 
glutationa (MARKEY, 2012).
Glicuronidação
A glicuronidação representa a principal via de conjugação do açúcar, embora a 
conjugação com xilulose e ribose também sejam possíveis. Quantitativamente, a 
formação de glicuronídeo é a forma mais importante de conjugação para drogas e 
compostos endógenos, e pode ocorrer com substratos muito diferentes. A síntese 
de éter, éster, carboxil, carbamoil, carbonil, sulfuril e nitroglicuronídeos geralmente 
leva a um aumento em sua polaridade e, consequentemente, sua solubilidade aquo-
sa e, portanto, adequação para excreção (MARKEY, 2012).
A glicuronidação é uma reação de substituição nucleofílica 2 (SN2) em que um 
grupo nucleofílico aceptor no substrato ataca um carbono (C-1) eletrofílico do anel 
de ácido piranose de UDPGA (ácido uridina 5-difosfatoglicurônico), que resulta na 
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formação de um glicuronídeo, um conjugado de ácido β-D-glucopiranosidurônico. 
Assim, muitos grupos eletrofílicos, tais como hidroxila, carboxila, sulfidrila (tiol) ou 
fenol, podem servir como aceptores. Os N-glicuronídeos podem ser formados por 
nitrogênio contendo grupos aminas terciárias ou aromáticas (MARKEY, 2012).
 A esterificação do grupo hidroxila hemiacetil do ácido glicurônico para ácidos 
orgânicos formam glicuronídeos acílicos ou éster. Os acil glicuronídeos, ao contrário 
dos glicuronídeos formados com álcoois e fenóis, têm grande suscetibilidade à subs-
tituição nucleofílica e rearranjo intramolecular. Possivelmente os acil glicuronídeos 
formados, agindo como eletrófilos e reagindo com grupos tiol e hidroxila de macro-
moléculas celulares, podem ser responsáveis pela toxicidade de alguns compostos 
(JANCOVÁ; SILLER, 2012). 
 As UDP – glucuronosiltransferases (UGTs) pertencem às principais enzimas do 
metabolismo de vários compostos exógenos e endógenos. As reações de conjuga-
ção catalisadas pela superfamília dessas enzimas servem como a via de desinto-
xicação mais importante para um amplo espectro de drogas, produtos químicos 
dietéticos, carcinógenos e seus metabólitos oxidados e outros vários produtos quí-
micos ambientais em todos os vertebrados. Além disso, as UGTs estão envolvidas na 
regulação de vários compostos endógenos ativos, como os ácidos biliares ou hidro-
xiesteroides, devido à sua inativação por glicuronidação (JANCOVÁ; SILLER, 2012).
Em humanos, quase 40-70% dos medicamentos usados clinicamente são sub-
metidos à glicuronidação. Em geral, UGTs medeiam a adição de UDP-hexose ao 
átomo nucleofílico (átomo O–, N–, S– ou C–) na molécula aceptora. O ácido UDP-gli-
curônico é o co-substrato mais importante envolvido nas reações de conjugação 
(chamadas glicuronidação) realizadas pelas UGTs. Os β-D-glicuronídeos recém-for-
mados exibem maior solubilidade em água e são facilmente eliminados do corpo na 
urina ou na bile (JANCOVÁ; SILLER, 2012). 
O esquema de reações típicas de glicuronidação é mostrado no Diagrama 4. Na 
glicuronidação, porções ligadas em O (acila, fenólica, hidroxi) predominam na diver-
sidade no reconhecimento de substrato, e todos os UGTs são capazes de formar gli-
curonídeos ligados em O, embora com diferentes eficiências e taxas de rotatividade. 
UGTs são enzimas ligadas à membrana de forma semelhante aos citocromos P450 
com localização subcelular no retículo endoplasmático (RE). Em contraste com os 
citocromos P450, o sítio ativo dessas enzimas está embutido na parte luminal do RE 
(JANCOVÁ; SILLER, 2012).
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A maioria dos UGTs que metabolizam xenobióticos apresentam especificidades 
de substrato sobrepostas. Duas UGTs, nomeadamente UGT8A1 e UGT3A1, distin-
guem-se de outras enzimas UGT, uma vez que possuem funções específicas no 
corpo. A UGT8A1 participa da biossíntese de glicoesfingolipídeos, cerebrosídeos e 
sulfatídeos de células nervosas. Recentemente, a enzima UGT3A1 demonstrou ter 
um certo papel no metabolismo do ácido ursodesoxicólico usado na terapia da co-
lestase ou cálculos biliares. 
Embora muitos substratos (drogas terapêuticas, produtos químicos ambientais) 
sejam glicuronados por várias UGTs, vários compostos exibem uma especificidade 
relativa em relação às enzimas UGT individuais. A bilirrubina é metabolizada exclu-
sivamente por UGT1A1. As reações de conjugação pela enzima UGT2B7 constituem 
uma etapa importante no metabolismo dos opioides. A glicuronidação é a conju-
gação com ácido α-D-glicurônico e é, na verdade, a mais comum das reações de 
conjugação, provavelmente devido à abundância relativa do cofator para a reação, o 
ácido UDP-glicurônico (MARKEY, 2012).
P
P
P
P
N
N
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O-
O-
O-
O-
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
α
β
HN
HN
HO
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
UDP
UTP
UDPG
Fosforilase
UDP-desidrogenase
UDP-glucuronosil 
transferase
+ PO4H-
PO3H
+
R
R
OH
OH
OH
2NADH
2NAD+
OH
C
C
DIAGRAMA 4. MECANISMO DA GLICURONIDAÇÃO
Fonte: MARKEY, 2012, p. 153.
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O mecanismo de glicuronidação envolve uma substituição nucleofílica, ilustra-
da no Diagrama 4, para um fenol como substrato. O glicuronídeo resultante tem 
a configuração β no átomo C-1 do ácido glicurônico. Com a fixação do carboidrato 
hidrofílico, contendo um grupo carboxil facilmente ionizável, um composto lipos-
solúvel é, portanto, convertido em um conjugado que é mal reabsorvido pelos 
túbulos renais da urina e é excretadomais rapidamente. Como pode ser visto no 
Diagrama 4, álcoois e fenóis formam éter glicuronídeos; ácidos carboxílicos aro-
máticos e alguns alifáticos formam éster (acil) glicuronídeos; aminas aromáticas 
formam N-glicuronídeos e compostos de tiol formam S-glicuronídeos, sendo am-
bos mais lábeis ao ácido do que os O-glicuronídeos (MARKEY, 2012).
Algumas aminas terciárias foram encontradas para formar quaternários 
N-glicuronídeos de amônio. Compostos contendo um sistema 1,3-dicarbonil 
(por exemplo fenilbutazona) podem formar C-glicuronídeos por conjugação 
direta, ignorando metabolismo anterior. O grau de formação de C-glicuro-
nídeo é determinado pela acidez do grupo funcional que separa os grupos 
carbonila (MARKEY, 2012). 
Ácidos carboxílicos, incluindo vários agentes anti-inflamatórios não esteroi-
dais, são conjugados principalmente por UGT1A3, UGT1A4, UGT1A9 e UGT2B7. O 
acetaminofeno (paracetamol) é glicuronidado predominantemente por UGTs da 
subfamília UGT1A (UGT1A1, UGT1A6 e UGT1A9). Apesar do fato de que, na maio-
ria dos casos, os UGTs são responsáveis pela O-glicuronidação de seus substra-
tos, os membros da subfamília UGT1A catalisam a N-glicuronidação de vários 
substratos contendo amina (clorpromazina, amitriptilina) (MARKEY, 2012).
Analgésicos, anti-inflamatórios não esteroidais (NSAIDs), ansiolíticos, an-
ticonvulsivantes ou agentes antivirais demonstraram ter possível efeito ini-
bitório nas atividades enzimáticas de várias UGTs. Os anti-inflamatórios não 
esteroides demonstraram prejudicar parcialmente o equilíbrio entre o funcio-
namento biológico e a degradação da aldosterona devido ao envolvimento do 
UGT2B7 renal na glicuronidação da aldosterona (desativação) e na glicuronida-
ção dos AINEs (MARKEY, 2012). 
Da mesma forma que outras enzimas metabolizadoras de drogas, as UGTs 
estão sujeitas à indução por vários xenobióticos ou compostos endógenos biolo-
gicamente ativos (hormônios) via receptores nucleares e fatores de transcrição. 
Por exemplo, o receptor de aril hidrocarboneto desempenha um papel na indu-
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ção de UGT1A1, enquanto a ativação do receptor de pregnano X e do receptor de 
androstano constitutivo leva à indução de UGT1A6 e UGT1A9. Suspeita-se que 
várias classes de drogas, incluindo analgésicos, antivirais ou anticonvulsivantes, 
atuem como indutores de UGTs humanos (MARKEY, 2012).
Sulfoconjugação e acetilação
A sulfoconjugação (ou sulfonação) constitui uma via importante no metabolismo 
de vários compostos exógenos e endógenos. A reação de sulfonação foi reconhe-
cida pela primeira vez por Baumann, em 1876. Baumann detectou sulfato de fenil 
na urina de um paciente que havia recebido fenol. As reações de sulfonação são 
mediadas por uma família supergênica de enzimas denominadas sulfotransferases 
(SULTs). Em geral, essas enzimas catalisam a transferência de sulfonato (SO3-) do 
doador universal de sulfonato 3’-fosfoadenosina 5’-fosfossulfato (PAPS) para o gru-
po hidroxila ou amino de uma molécula aceitadora (JANCOVÁ; SILLER, 2012).
PAPS é um doador universal da porção sulfonato em reações de sulfonação e 
demonstrou ser sintetizado por quase todos os tecidos em mamíferos a partir de 
sulfato inorgânico. A depleção de PAPS, devido à falta de sulfato inorgânico ou devi-
do a defeitos genéticos de enzimas, que participam da síntese de PAPS, pode levar 
à redução da capacidade de sulfonação, o que pode afetar o metabolismo de xeno-
bióticos ou interromper o equilíbrio entre a síntese e a degradação de compostos 
endógenos ativos (JANCOVÁ; SILLER, 2012).
Até o momento, dois grandes grupos de SULTs foram identifi cados. O primeiro 
grupo inclui enzimas ligadas à membrana sem atividade demonstrada de metaboli-
zação de xenobióticos. Essas enzimas estão localizadas no aparelho de Golgi e estão 
envolvidas no metabolismo de peptídeos endógenos, proteínas, glicosaminoglica-
nos e lipídeos (JANCOVÁ; SILLER, 2012).
EXEMPLIFICANDO
A reação de substituição nucleofílica bimolecular (SN2) é uma reação de 
segunda ordem em que a velocidade é proporcional à concentração do 
substrato e do nucleófi lo. Esse mecanismo de reação acontece em uma 
única etapa, minimizando a repulsão estérica e eletrônica entre substrato 
e nucleófi lo, ocorrendo a inversão de confi guração (CLAYDEN; GREEVES; 
WARREN, 2012).
BIOQUÍMICA APLICADA 97
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SULTs citosólicos constituem o segundo grupo de sulfotransferases e de-
sempenham um papel importante na conjugação de um amplo espectro de 
xenobióticos, incluindo produtos químicos ambientais, compostos naturais, 
drogas, bem como compostos endógenos, como hormônios esteroides, iodo-
tironinas, catecolaminas, eicosanoides, retinol ou vitamina D. Além disso, pre-
sume-se que SULTs citosólicos desempenham um papel crucial nos processos 
de desintoxicação que ocorrem no feto humano em desenvolvimento, uma vez 
que nenhum transcrito de UGTs foi detectado no fígado fetal na 20ª semana de 
gestação ( JANCOVÁ; SILLER, 2012).
A formação de sulfatos (R - O - SO3 -) e sulfamatos (R1 - NR2 - SO3 -) são cata-
lisadas por sulfotransferases dependentes de 3’-fosfoadenosina 5’-fosfossulfato 
(PAPS) (CAIRA; IONESCU, 2005). A sulfonação requer sulfato ativado (PAPS) e um 
de uma família de STs para se conjugar com um álcool, fenol ou função hidroxia-
romática. O minoxidil é um exemplo de droga ativada por sulfonação, pois ape-
nas o sulfato de minoxidil é absorvido pelos folículos capilares. Esse mecanismo 
está ilustrado no Diagrama 5 (CAIRA; IONESCU, 2005).
As reações de acetilação requerem um cofator específico, acetil-CoA, que é 
obtido principalmente a partir da via da glicólise (quebra da glicose produzindo 
piruvato e sua subsequente descarboxilação oxidativa) ou de catabolismo de 
ácidos graxos ou aminoácidos ou via interação direta de acetato e coenzima A:
 
CH3-COO
- + CoASH CH3-CO-S-CoA 
 (6)
CoA-S-acetiltransferase 
3’ fosfoadenosina-5’-fosfosulfato 
PAPS
Sulfotransferase
Fármaco
PAPS
Sulfotransferase
Minoxidil Sulfato de minoxidil
DIAGRAMA 5. MECANISMO DE SULFONAÇÃO
Fonte: MARKEY, 2012, p. 153.
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Figura 1. Principais tipos de acetilação. Fonte: CAIRA; IONESCU, 2005, s. p.
Coenzima A (A que signifi ca acil) participa da ativação de grupos acil em 
geral, incluindo o grupo acetil derivado de piruvato. A coenzima é derivada me-
tabolicamente da vitamina B5 ácido pantotênico, β-mercaptoetilamina e ATP 
(CAIRA; IONESCU, 2005).
Conjugação da glutationa S
Glutationa (N- (N-L-γ-glutamil-L-cisteinil) glicina) é um tripeptídeo atípico, um 
composto endógeno, reconhecido por desempenhar um papel protetor dentro do 
corpo, na remoção de compostos eletrofílicos potencialmente tóxicos. A glutationa 
(GSH) está presente em maior concentração no fígado, com valores mais elevados 
no córtex do que na medula, mas também está presente em citosol, mitocôndria e 
núcleo. No sangue, está presente em uma concentração relativa de cerca de 20 µM 
(CAIRA; IONESCU, 2005).
O mecanismo geral de transferência de acetila catalisada por N-acetiltrans-
ferases (Figura 1) envolve um duplo deslocamento - um mecanismo denomi-
nado “pingue-pongue”. Por causa de suas semelhanças estruturais com os 
substratos, alguns compostos atuam como inibidores reversíveis para N-ace-
tiltransferases, enquanto outros, como iodoacetato e p-cloromercuribenzoato, 
são irreversíveis inibidores (CAIRA; IONESCU, 2005).
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A conjugação de GSH (Figura 2) envolve a 
formação de uma ligação tioéter entre o GSH 
e os compostos eletrofílicos. A reação pode 
ser considerada como o resultado do ataque 
nucleofílico por GSH em átomos decarbono 
eletrofílicos, deixando grupos funcionais, como 
halogênio, sulfato e nitro com abertura do anel (no caso de 
éteres, de anel pequeno - epóxidos, β-lactonas) e a adição do 
carbono β ativado de um composto carbonil α, β-insaturado. 
Assim, a conjugação com glutationa geralmente resulta na desintoxica-
ção dos compostos eletrofílicos, evitando sua reação com nucleofílico de 
centros em macromoléculas, como proteínas e ácidos nucleicos (CAIRA; 
IONESCU, 2005). 
Glutationa
Glutationa
Glutationa
A
B
C
Figura 2. A) estrutura da glutationa; B) conjugação da glutationa e 2,4-dinitro-1-clorobenzeno; C) conjugação da gluta-
tiona e ésteres de ácido málico. Fonte: CAIRA; IONESCU, 2005, s. p. (Adaptado).
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Os substratos eletrofílicos para glutationa (Figura 2) são comumente 
gerados por metabolismo dos xenobióticos ou pelo deslocamento de elé-
trons adequados retirando grupos em nitro ou haloalcanos, benzenos e 
ácidos sulfônicos ésteres pelos átomos de enxofre da glutationa, e geral-
mente são eliminados como ácido mercaptúrico após metabolismo poste-
rior da glutationa S-substituída (CAIRA; IONESCU, 2005). 
Os membros da família da glutationa transferase desempenham um 
papel importante no metabolismo de fármacos, na desintoxicação de 
carcinógenos ambientais e intermediários reativos formados a partir de 
vários produtos químicos, por outras enzimas que metabolizam xenobió-
ticos. Além disso, as GSTs constituem uma importante defesa intracelu-
lar contra o estresse oxidativo e parecem estar envolvidos na síntese e 
no metabolismo de vários derivados do ácido araquidônico e esteroides 
(CAIRA; IONESCU, 2005). 
Em geral, essas enzimas catalisam um ataque nucleofílico de glutationa 
reduzida em compostos lipofílicos contendo um átomo eletrofílico (C-, N- 
ou S-). Além das substituições nucleofílicas, essas transferases também 
são responsáveis por adições de Michael, isomerações e reduções de hi-
droxiperóxidos. Na maioria dos casos, os conjugados de glutationa mais 
polares são eliminados na bile ou são subsequentemente submetidos a 
outras etapas metabólicas, que levam à formação de ácidos mercaptúricos 
(CAIRA; IONESCU, 2005). 
A superfamília de GSTs solúveis humanos é dividida em oito classes dis-
tintas: Alpha (A1-A4), Kappa (K1), Mu (M1-M5), Pi (P1), Sigma (S1), Theta (T1-
T2), Zeta (Z1) e Ômega (O1-O2). As GSTs microssomais designadas como pro-
teínas associadas à membrana no metabolismo de eicosanoides e glutationa 
(MAPEG) constituem a segunda família de GSTs humanos. A superfamília 
MAPEG humana inclui seis membros: proteína ativadora de 5-lipoxigenase 
(FLAP), leucotrieno C4 sintase (ambos envolvidos na síntese de leucotrieno), 
MGST1, MGST2, MGST3 (GSTs, bem como peroxidases dependentes de glu-
tationa) e prostaglandina E sintase (PGES). Ambas as GSTs solúveis e MAPEG 
exibem uma ampla distribuição nos tecidos, sendo encontradas no fígado, 
rim, cérebro, pulmão, coração, pâncreas, intestino delgado, próstata, baço e 
músculos esqueléticos (CAIRA; IONESCU, 2005).
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Reações de transaminação e desaminação dos 
aminoácidos
Metabolismo de aminoácidos
Os aminoácidos se originam de intermediários da glicólise, da via das pentoses-
-fosfato e do ciclo tricarboxílico. A partir do glutamato ou da glutamina, o nitrogênio 
entra nessas vias. Vegetais e plantas possuem uma grande variedade de organis-
mos que sintetizam os 20 aminoácidos comuns, entretanto os mamíferos produzem 
aproximadamente metade deles. Oxaloacetato e piruvato (Figura 3) são precurso-
res de aminoácidos não essenciais como a alanina e aspartato, por transaminação 
com o glutamato. Por uma reação de amidação do aspartato é formada a asparagi-
na, sendo que o NH4+ é cedido pela glutamina (NEWSHOLME et al., 2011).
O glutamato é um aminoácido não essencial precursor de prolina, glutami-
na e arginina e é sintetizado por uma reação de aminação redutora do α-ce-
toglutarato. A serina é derivada do 3-fosfoglicerato e é precursora da glicina. 
Nos mamíferos, a síntese de cisteína ocorre a partir de metionina e da serina. 
Fenilalanina, tirosina e triptofano são aminoácidos essenciais aromáticos e são 
produzidos por uma via que possui corismato de ramifi cação. Os aminoácidos 
triptofano e da histidina possuem como precursor o fosforribosil-pirofosfato 
(NEWSHOLME et al., 2011).
Oxaloacetato
Aspartato
Piruvato
Asparagina
Alanina
Metionina
Valina
Lisina
Leucina
Treonina
Isoleucina
Figura 3. Aminoácidos formados a partir de oxaloacetato e piruvato. Fonte: NELSON; COX, 2014, s. p. (Adaptado).
BIOQUÍMICA APLICADA 102
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A via das purinas se interconecta com a via da histidina. A partir da hidroxi-
lação da fenilalanina é produzida a tirosina. A via anabólica dos aminoácidos 
pode sofrer inibição alostérica pelo produto formado, dessa forma, enzimas 
reguladoras atuam na regulação da via de forma coordenada. A enzima piru-
vato desidrogenase é inibida alostericamente pela acetil-CoA e essa coenzi-
ma ativa a piruvato carboxilase; a molécula de acetil-CoA regula sua própria 
produção a partir do piruvato, enquanto ativa a conversão do piruvato em 
oxaloacetato na primeira etapa da gliconeogênese (NELSON; COX, 2014).
O catabolismo de aminoácidos possui menos atividade e produção de ener-
gia que a glicólise e a oxidação de ácidos graxos em humanos. O aminoácido 
alanina é responsável, por meio da via do ciclo da glicose-alanina, por enviar 
grupos amino não tóxicos para o fígado. No fígado, o glutamato pode ser con-
vertido em glutamina ou pela ação da alanina-aminotransferase, podendo-
transferir seu grupo α-amino para o piruvato, produto da glicólise muscular 
(NELSON; COX, 2014).
O α-cetoglutarato recebe um grupo amino da alanina e por meio da catálise da 
enzima alanina-aminotransferase transfere, formando piruvato e glutamato no 
citosol dos hepatócitos. Na mitocôndria, o glutamato sofre uma reação com a en-
zima glutamato-desidrogenase com a liberação de NH4+; também é possível que 
aconteça a transaminação com o oxaloacetato para formar aspartato. As molécu-
las fundamentais no transporte de grupos amino de tecidos extra-hepáticos até o 
fígado são: alanina e a glutamina, aminoácidos glicogênicos (NELSON; COX, 2014). 
Algumas reações gerais que envolvem degradação ou interconversão de ami-
noácidos proporcionam a síntese de aminoácidos não essenciais de precursores 
de α-cetoácidos, derivados de intermediários de carboidratos.
Transaminação
As reações de transaminação associam aminação reversível e desami-
nação e intercedem na redistribuição de grupos amino entre os aminoáci-
dos. As aminotransferases são amplamente distribuídas em tecidos huma-
nos e são particularmente ativas no músculo cardíaco, fígado, esqueleto, 
músculo e rim. A reação geral de transaminação é descrita na Figura 4 
(BHAGAVAN; HA, 2015).
BIOQUÍMICA APLICADA 103
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Aminoácido
R1
HC
O-O
C
NH3+
R2
C
O-O
C
O
Ceto ácido
+
fosfato piridoxal
Transaminação
Aminoácido
R2
HC
O-O
C
NH3+
R1
C
O-O
C
O
Ceto ácido
+
Figura 4. Mecanismo reacional de transaminação. Fonte: BHAGAVAN; HA, 2015, s. p. (Adaptado).
As moléculas de α-cetoglutarato / L-glutamato servem como um par acei-
tador / doador de grupo amino em reações de transaminase. A especificidade 
de uma transaminase particular é, para o grupo amino, diferente do glutamato. 
Duas transaminases cujas atividades no soro são usadas como índices de danos 
ao fígado catalisam as reações presentes na Figura 5 (BHAGAVAN; HA, 2015).
L-glutamato + piruvato
L-glutamato + oxaloacetato
Glutamato-piruvato transaminase 
(GPT) ou alanina aminotransferase 
(ALT)
Glutamato-piruvato transaminase 
(GPT) ou alanina aminotransferase(ALT)
α-cetoglutarato + L-alanina
α-cetoglutarato + L-aspartato
Figura 5. Reações das transaminases. Fonte: BHAGAVAN; HA, 2015, s. p. (Adaptado).
Todos os aminoácidos, exceto lisina, treonina, prolina e hidroxiprolina, 
participam das reações de transaminação. As transaminases atuam nas 
reações da histidina, serina, fenilalanina e metionina, mas a tran-
saminação não é a via principal de seu metabolismo; a transami-
nação de um grupo amino que não está na posição α 
também pode ocorrer. Portanto, a transferência de 
um grupo δ-amino de ornitina para α-cetoglutara-
to converte ornitina em glutamato-γ-semialdeído 
(BHAGAVAN; HA, 2015).
BIOQUÍMICA APLICADA 104
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Todas as reações de transaminase utilizam fosfato de pi-
ridoxal (um derivado da vitamina B6) no seu mecanismo 
reacional. O fosfato da molécula piridoxal está ligado à 
enzima pela formação de uma base de Schiff, entre seu 
grupo aldeído e o grupo ε-amino de um resíduo de lisil 
específico, no local ativo e mantido de forma não covalente por meio de 
seu átomo de nitrogênio carregado e o grupo fosfato carregado negativa-
mente (BHAGAVAN; HA, 2015).
Durante a catálise, o aminoácido substrato ácido desloca o grupo lisil ε-amino 
da enzima na base de Schiff (Figura 6). Um par de elétrons é removido do carbo-
no α do substrato e transferido para o anel de piridina carregado positivamente, 
mas subsequentemente retorna ao segundo substrato, o α-cetoácido. Portanto, 
o fosfato de piridoxal funciona como um transportador de aminogrupos e como 
um reservatório de elétrons, facilitando a dissociação do α-hidrogênio do ami-
noácido. Na reação geral, o aminoácido transfere seu grupo amino para fosfato 
de piridoxal e, em seguida, para o cetoácido, por meio da formação de fosfato de 
piridoxamina como intermediário (BHAGAVAN; HA, 2015).
α-aminoácido
α-ceto ácido
aldimina cetiminaFosfato piridoxal
Fosfato de piridoxamina
Figura 6. Mecanismo da primeira fase da transaminação. Fonte: BHAGAVAN; HA, 2015, s. p. (Adaptado).
BIOQUÍMICA APLICADA 105
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O mecanismo da primeira fase de transaminação ilustrado na Figura 6 
apresenta a transferência do grupo NH2 do aminoácido para o 
fosfato de piridoxal, com formação do correspondente α-ce-
toácido. A segunda fase ocorre pela reversão das reações da 
primeira fase e é iniciada pela formação de uma base de 
Schiff com o substrato de ácido α-ceto e fosfato de pi-
ridoxamina. O ciclo de transaminação é completado 
com a formação do correspondente α-amino ácido e 
fosfato de piridoxal (BHAGAVAN; HA, 2015).
Fosfato de piridoxal também é o grupo protético de 
descarboxilases de aminoácidos, desidratases, desulfidrases, racemases 
e aldolases, nas quais participa por meio de sua capacidade de tornar 
instáveis várias ligações de um aminoácido molécula. Vários medica-
mentos inibem enzimas dependentes de fosfato de piridoxal. Os ácidos 
isonicotínico hidrazida (usado no tratamento da tuberculose) e hidrala-
zina (um agente hipertensivo) reagem com o grupo aldeído de piridoxal 
(livre ou ligado) para formar hidrazonas piridoxal, que são eliminados na 
urina (BHAGAVAN; HA, 2015).
A hidrazida do ácido isonicotínico é, normalmente, inativada no 
fígado por acetilação; alguns indivíduos são acetiladores 
lentos (uma característica hereditária) e podem ser 
suscetíveis à deficiência de piridoxal pelo acúmulo 
da droga. Cicloserina (um análogo de aminoácido 
e antibiótico de amplo espectro) também se com-
bina com fosfato de piridoxal (BHAGAVAN; HA, 2015).
CURIOSIDADE
As bases de Schiff são compostos do tipo aldeído ou cetona nos quais o 
grupo carbonil é substituído por um grupo imina. São formadas quando 
qualquer amina primária reage com um aldeído ou uma cetona, sob con-
dições específicas. Essas bases são usadas como pigmentos e corantes, 
catalisadores, intermediários em síntese orgânica e como estabilizadores 
de polímeros. As bases de Schiff também demonstraram exibir uma ampla 
gama de atividades biológicas, incluindo propriedades antifúngicas, anti-
bacterianas, antimaláricas, antiproliferativas, anti-inflamatórias, antivirais 
e antipiréticas (SILVA et al., 2011).
BIOQUÍMICA APLICADA 106
SER_FARMA_BIOQAP_UNID3.indd 106 07/01/2021 13:15:55
Desaminação
A remoção do grupo α-amino é a primeira etapa do catabolismo dos ami-
noácidos e pode ser realizada de forma oxidativa ou não. A desaminação oxi-
dativa é estereoespecífi ca e é catalisada pela L- ou D-aminoácido oxidase. 
O passo inicial é a remoção de dois átomos de hidrogênio pela coenzima de 
fl avina, com formação de um intermediário de α-aminoácido instável. Este 
intermediário sofre decomposição pela adição de água e forma o íon amônio 
e o α-cetoácido correspondente: a L-aminoácido oxidase ocorre apenas no 
fígado e rins (BHAGAVAN; HA, 2015).
R R RCOO- COO- COO-
NH3- NH3+ NH4+
H2O2
H2O
O2
Flavina -H2
Flavina
L-aminoácido 
oxidase
L-aminoácido 
oxidaseH
C
α-aminoácido α-imino ácido α-ceto ácido
C C
O
Figura 7. Desaminação oxidativa. Fonte: BHAGAVAN; HA, 2015, s. p. (Adaptado).
É uma flavoproteína que contém mononucleotídeo de flavina (FMN), 
como um grupo protético e não ataca a glicina, aminoácidos dicarboxílicos 
ou β-hidroxi. Sua atividade é muito baixa. Altos níveis de D-aminoácido 
oxidase são encontrados no fígado e rins. A enzima contém flavina adeni-
na dinucleotídeo (FAD) e desamina muitos D-aminoácidos e glicina. A rea-
ção para glicina é análoga àquela para D-aminoácidos.
A D-aminoácido oxidase ocorre em peroxissomos contendo outras enzi-
mas que produzem H2O2 (por exemplo, L-α-hidroxi ácido oxidase, citrato de-
sidrogenase e L-aminoácido oxidase) e catalase e peroxidase, que destroem 
H2O2. Em leucócitos, a morte de bactérias envolve hidrolases de lisossomos 
e produção de H2O2 por NADPH oxidase. A conversão de D-aminoácidos em 
α-cetoácidos correspondentes remove a assimetria no átomo de carbono α 
(BHAGAVAN; HA, 2015). 
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Homoserina
H2O
H2O
NH3Desidratase
específi ca
Fosfato de piridoxal
α - Imino ácido α - Cetoácido
Treonina
Serina
Figura 8. Desaminação não oxidativa. Fonte: BHAGAVAN; HA, 2015, s. p. (Adaptado).
Os cetoácidos podem ser aminados para L-aminoácidos. 
Por esta conversão de D- para L-aminoácidos, o corpo uti-
liza D-aminoácidos derivados da dieta. A desaminação 
não oxidativa é realizada por várias enzimas específi cas. 
Aminoácido desidratases desaminam ácidos hidroxiamino 
como ilustrado na Figura 8 (BHAGAVAN; HA, 2015).
Síntese de amônia e ciclo da ureia
O catabolismo de aminoácidos resulta na produção de moléculas nitro-
genadas (como NH4
+) que devem ser excretadas para manter o equilíbrio do 
nitrogênio. Diferentes organismos vivos implantaram diferentes mecanismos 
para realizar esta tarefa, que pode ser classifi cada em três categorias diferen-
tes de acordo com o composto de nitrogênio a ser excretado:
• Amoniotélica (excreção de amônia): típica de animais aquáticos;
• Ureotélica (excreção de ureia): resíduos menos tóxicos que não reque-
rem muita diluição em água, excretados por vertebrados terrestres;
• Uricotélica (excreção de ácido úrico): produzida por pássaros e rép-
teis terrestres.
BIOQUÍMICA APLICADA 108
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Síntese de amônia
Amônia (em pH fi siológico, 98,5% existe como NH4
+), um produto altamente 
tóxico do catabolismo de proteína, é rapidamente inativada por uma variedade 
de reações. Alguns produtos dessas reações são utilizados para 
outros fi ns (salvando assim uma porção do nitrogênio amino), 
enquanto outros são excretados. Em huma-
nos, a amônia é excretada principalmente 
como ureia, que é altamente solúvel em 
água, é distribuída por toda a água cor-
poral extracelular e intracelular, não é 
tóxica e metabolicamente inerte,tem um 
alto teor de nitrogênio (47%), e é excretada 
pelos rins (BHAGAVAN; HA, 2015).
A amônia é produzida pela desaminação da glutamina, glutamato, outros 
aminoácidos e adenilato. Uma quantidade considerável é derivada de enzimas 
bacterianas intestinais (por exemplo, urease), agindo sobre a ureia e outros 
compostos nitrogenados. A ureia vem de fl uidos corporais que se difundem 
no intestino e os outros produtos nitrogenados são derivados do metabolismo 
intestinal (por exemplo, glutamina) e proteína ingerida. A amônia se difunde 
através da mucosa intestinal para o sangue portal e é convertida em ureia, no 
fígado (BHAGAVAN; HA, 2015).
A amônia é particularmente tóxica para o cérebro, mas não para outros te-
cidos, embora os níveis nesses tecidos possam aumentar sob condições fi sio-
lógicas normais (por exemplo, no músculo, durante exercícios pesados, e nos 
rins, durante o metabolismo acidose). Várias hipóteses foram sugeridas para 
explicar o mecanismo de neurotoxicidade (BHAGAVAN; HA, 2015). 
Nas mitocôndrias do cérebro, o excesso de amônia pode conduzir à ami-
nação redutiva de α-cetoglutarato por glutamato desidrogenase. Esta etapa 
Alguns animais são capazes de mudar de amoniotelismo para ureotelismo 
ou uricotelismo, de acordo com a mudança da disponibilidade destes com-
postos na água. Iremos nos aprofundar um pouco agora sobre a síntese de 
amônia e sobre o ciclo da ureia (LITWACK, 2018).
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pode esgotar um intermediário-chave do ciclo do TCA e levar ao seu compro-
metimento, com grave inibição da respiração e estimulação considerável de 
glicólise. Já que a relação [NAD+] / [NADH] será alta nas mitocôndrias, haverá 
uma diminuição na taxa de produção de ATP (BHAGAVAN; HA, 2015). 
Esta hipótese não explica por que o mesmo resultado não ocorre em 
tecidos que não são afetados pela amônia. Uma hipótese mais plausível é 
depleção de glutamato, que é um neurotransmissor excitatório. A glutami-
na, sintetizada e armazenada nos astrócitos e células gliais, é precursora 
do glutamato. É transportada para os neurônios e hidrolisada pela gluta-
minase (BHAGAVAN; HA, 2015).
A amônia inibe a glutaminase e esgota a concentração de glutamato. 
Uma terceira hipótese invoca a disfunção da membrana neuronal, uma 
vez que níveis elevados de amônia produzem aumento da permeabilidade 
aos íons K+ e Cl2, enquanto a glicólise aumenta a concentração de íons 
H+ (estimula 6-fosfofrutocinase). A encefalopatia da hiperamonemia é ca-
racterizada por edema cerebral e inchaço de astrócitos. Edema e inchaço 
foram atribuídos ao acúmulo intracelular de glutamina, que causa deslo-
camentos osmóticos de água para dentro da célula (BHAGAVAN; HA, 2015).
Distúrbios comportamentais, como anorexia, distúrbios do sono e in-
sensibilidade à dor, associados à hiperamonemia, foram atribuídos ao au-
mento do triptofano transporte através da barreira hematoencefálica e o 
acúmulo de seus metabólitos. Dois dos derivados de triptofano metabóli-
tos são serotonina e ácido quinolínico. Este último é uma excitotoxina nos 
receptores de glutamato do N-metil-D-aspartato (NMDA). 
Assim, o mecanismo das anormalidades neurológicas in-
duzidas por amônia é multifatorial. 
Normalmente, apenas pequenas 
quantidades de NH3 (ou seja, NH4
+) 
estão presentes no plasma, uma 
vez que o NH3 é rapidamente 
removido por reações em teci-
dos por glutamato desidrogenase, 
glutamina sintase e formação de 
ureia (LITWACK, 2018). 
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A amônia contida no sangue que flui através do lóbulo hepático é re-
movida pelos hepatócitos e convertida em ureia. Os hepatócitos peripor-
tais são os locais predominantes de formação de ureia. Qualquer amônia 
que não seja convertida em ureia pode ser incorporada à glutamina ca-
talisada pela glutamina sintase localizada nos hepatócitos pericentrais 
(LITWACK, 2018).
Ciclo da ureia
O ciclo da ureia foi descrito pela primeira vez em 1932, por Kurt Henseleit e Hans 
Krebs. Este último escreveu em 1964 que o conceito de ciclo da ornitina surgiu da 
observação de que ornitina, citrulina e arginina estimularam a produção de ureia na 
presença de amônia sem serem consumidas no processo. O ciclo da ureia é compos-
to por cinco reações enzimáticas, duas das quais ocorrem na mitocôndria e as outras 
três no citosol. O produto é ureia, NH2 - CO - NH2, a molécula notavelmente simples 
que pode transportar dois átomos de nitrogênio, mas que não é mais metabolizada 
em mamíferos, simplesmente excretada na urina (LITWACK, 2018).
A formação da ureia requer a ação combinada de duas enzimas para produzir 
fosfato de carbamoil e de quatro enzimas que funcionam de maneira cíclica no ciclo 
da ureia (Figura 9). Embora algumas dessas enzimas ocorram em tecidos extra-he-
páticos e a formação de ureia foi mostrada para ocorrer em várias linhagens celula-
res em cultura de tecidos, o sítio fi siológico mais importante de formação da ureia é 
o fígado. Nos hepatócitos, as três primeiras enzimas são mitocondriais e as outras 
são citosólicas (LITWACK, 2018). 
A citrulina ornitina está localizada na membrana mitocondrial interna. Na Figura 
9 podemos observar a produção de ureia nos hepatócitos, onde NAGS = N-acetilglu-
tamato sintase; CPSI = carbamoilfosfato sintase I; OCT = ornitina carbamoiltransfe-
rase; C-OT= citrulina-ornitina translocase; AS= arginosuccinato sintase; AL = argino-
succinato liase; A= arginase, o símbolo de um círculo contendo + indica a exigência 
absoluta de N-acetilglutamato para atividade de CPSI (BHAGAVAN; HA, 2015).
Oitenta por cento da ureia é sintetizada a partir da amônia, no fígado, no 
ciclo da ureia. Quando a glutamina é produzida em excesso no fígado, é con-
vertida em amônia por uma enzima glutaminase encontrada nos hepatócitos 
periportais e renais e nas células epiteliais (a enzima também está localizada no 
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intestino). O íon amônio é importante na regulação ácido-base no rim, e durante 
a acidose, esta enzima é induzida no rim para aumentar a excreção de amônio 
(NH4 
+) (BHAGAVAN; HA, 2015). 
O ciclo da ureia no fígado funciona convertendo a amônia (como íon 
amônio) em ureia, que é excretada na urina. O ciclo consiste em cinco 
enzimas, das quais as duas enzimas iniciais estão localizadas na matriz 
mitocondrial, e as outras três estão localizadas no citoplasma solúvel do 
fígado. O ciclo da ureia também é referido como o ciclo de Krebs-Henseleit, 
denominado após os descobridores (LITWACK, 2018).
Carbonil 
fosfato OCT
C-OT
PiCPSI
2ATP 2ADP + PiNH4
CO2
+
N-acetilglutamato
Acetil-CoA + glutamato
Ornitina
Ornitina
Citosol
Arginina
Fumarato
AL
Argininosuccinato
Ureia
H2O
A
Citrulina
Citrulina
AMP + PPi
ATP
AS
Aspartato
Membrana mitocondrial interna
Membrana mitocondrial externa
CoASH
NAGS
+
Figura 9. Formação da ureia nos hepatócitos. Fonte: BHAGAVAN; HA, 2015, s. p. (Adaptado).
A amônia é derivada de aminoácidos e proteínas da dieta (as plantas 
fixam nitrogênio da atmosfera para formar amônia). As proteínas são 
decompostas no trato intestinal e absorvidas como peptídeos e aminoá-
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cidos livres. Estes se tornam precursores de proteínas humanas e os ami-
noácidos em excesso, não necessários para a síntese de proteínas, são 
desaminados para produzir amônia. Os produtos desaminados entram 
no ciclo do ácido tricarboxílico. Amônia (íon amônio) do metabolismo de 
aminoácidos entra na matriz mitocondrial e é combinada com bicarbona-
to e ATP para formar fosfato de carbamoil, a primeira etapa do ciclo da 
ureia (BHAGAVAN; HA, 2015).
A primeira etapa é catalisada pela carbamoil fosfato sintase-I. A or-
nitina transcarbamilase converte carbamoil fosfato emcitrulina. Essas 
duas etapas ocorrem na matriz mitocondrial. A citrulina é 
transportada para fora da matriz mitocondrial, por um 
transportador, para o citoplasma solúvel. No citosol, a ci-
trulina é combinada com aspartato e é convertida em 
argininossuccinato pela argininossuccinato sintase. 
O argininosuccinato é convertido em fumarato e ar-
ginina por argininosuccinato liase (LITWACK, 2018). 
O fumarato pode entrar no ciclo do TCA mitocondrial e a arginina é con-
vertida por arginase, a enzima terminal do ciclo da ureia, transforma-se 
em uma molécula de ureia e uma molécula de ornitina. A ornitina pode ser 
transportada para a matriz mitocondrial por um transportador de ornitina 
e participar do ciclo da ureia. As interações entre o ciclo da ureia e a matriz 
mitocondrial estão resumidos na Figura 10.
O glutamato, por sua participação nas reações de transaminação, de-
sempenha um papel fundamental na síntese e degradação de aminoáci-
dos. As reações gerais do ciclo do TCA e do ciclo da ureia po-
dem ser resumidas na Figura 10. O aspartato pode surgir dos 
aminoácidos ou da conversão de fumarato ou malato em 
oxaloacetato e depois, por transaminação, 
em aspartato. O aspartato mitocondrial 
pode, por meio de um transportador, 
emigrar para o citoplasma solúvel, para 
combinar com citrulina para formar 
arginina e, em seguida, o produto final, 
ureia (LITWACK, 2018).
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Fonte: LITWACK, 2018, p. 359. (Adaptado).
DIAGRAMA 6. INTERAÇÕES ENTRE O CICLO DA UREIA E O
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
Fumarato
Citosol
Matriz mitocondrial
Fumarato
Oxaloacetato Arginino-succinato
Arginina
Ornitina
Ornitina
Ureia
Aspartato
Citrulina
Citrulina
Carbamoil
fosfato
Aspartato
α-cetoglutarato
glutamatoOxaloacetato
Aspartato-arginino-succinato
movem-se para o
ciclo do ácido cítrico
Ciclo do
ácido cítrico
Ciclo da 
Ureia
Malato
Malato
NAD+
NAD+
NADH
NADH
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Sintetizando
As vias metabólicas estão interligadas, o piruvato é o substrato para várias 
enzimas diferentes que realizam reações específicas e que podem conver-
tê-lo em oxaloacetato, o precursor da gliconeogênese. Os seres vivos estão 
expostos a xenobióticos e à glicuronidação, sulfoconjugação e acetilação, vias 
importantes no metabolismo de vários compostos exógenos e endógenos. A 
acetilação envolve a transferência de acetil-CoA para um aminoácido primá-
rio aromático ou grupo amina alifática. 
Os aminoácidos se originam de intermediários da glicólise, da via das pen-
toses-fosfato e do ciclo tricarboxílico. As reações de transaminação e desami-
nação intercedem na redistribuição de grupos amino entre os aminoácidos. 
A amônia é excretada a partir de reações que acontecem no ciclo da ureia.
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BIOQUÍMICA APLICADA 116
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EXCREÇÃO 
DA AMÔNIA, 
METABOLISMO 
DE LIPÍDEOS E 
CORRELAÇÕES 
CLÍNICAS
4
UNIDADE
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Objetivos da unidade
Tópicos de estudo
 Aprender sobre excreção da amônia e os fármacos utilizados para esse tipo 
de excreção;
 Aprender sobre o metabolismo da fenilalanina, tirosina e lipídeos;
 Aprender sobre a síntese e a função das lipoproteínas plasmáticas;
 Aprender sobre lipídeos e suas correlações clínicas.
 Fármacos utilizados na 
eliminação de amônia
 Excreção da amônia
 Metabolismo alterado da 
amônia
 Fármacos usados para 
excreção da amônia
 Metabolismo da fenilalanina e 
tirosina
 Fenilalanina e tirosina
 Metabolismo de lipídeos de 
origem hepática e exógena
 Síntese e papel das 
lipoproteínas plasmáticas 
 Lipídeos e correlações clínicas 
 Lipemia pós-prandial (PPL)
 Doenças cardiovasculares 
ateroscleróticas (ASCVD)
BIOQUÍMICA APLICADA 118
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Fármacos utilizados na eliminação de amônia
O metabolismo do nitrogênio é necessário para manter a saúde normaliza-
da, pois é um elemento essencial presente em todos os aminoácidos; é deriva-
do da ingestão de proteínas na dieta, sendo necessário para a síntese proteica 
e manutenção da massa muscular e excretado pelos rins. 
Em condições de estado estacionário, a excreção renal de nitrogênio é 
igual à ingestão de nitrogênio, e é composta quase completamente por ureia 
e amônia. É importante notar que a amônia existe em duas formas molecu-
lares distintas, NH3 e NH4
+, que estão em equilíbrio entre si. Outros compos-
tos de nitrogênio, por exemplo, metabólitos de óxido nítrico e nitratos, entre 
muitos outros compostos contendo nitrogênio, como ácido úrico e proteína 
urinária, compreendem menos de 1% da excreção renal total de nitrogênio 
(WEINER et al., 2015). 
Os dois principais componentes da excreção renal de nitrogênio, ureia e 
amônia, são regulados por uma ampla variedade de condições e desempe-
nham papéis importantes na saúde e na doença, incluindo papéis no mecanis-
mo de concentração da urina e na homeostase ácido-básica. 
Os distúrbios do ciclo da ureia (UCDs) compreendem várias defi ciências 
hereditárias de enzimas ou de transportadores necessários para a síntese 
de ureia a partir da amônia. Os UCDs resultam no acúmulo de níveis tóxicos 
de amônia no sangue e no cérebro dos pacientes afetados e podem 
se manifestar no período neonatal ou mais tarde na vida, de-
pendendo da gravidade e do tipo de defeito. O controle dos 
níveis de amônia no sangue é o principal objetivo no trata-
mento de UCD (WEINER; VERLANDER, 2013). 
Excreção da amônia
Os alimentos ricos em proteínas são convertidos nos nove aminoácidos es-
senciais e 11 não essenciais. A diferença entre os dois grupos é que os aminoá-
cidos essenciais não podem ser sintetizados no corpo e, portanto, devem ser 
fornecidos na dieta ou as proteínas não podem ser sintetizadas (WEINER et al., 
2015). Os aminoácidos têm dois destinos: 
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• Eles podem ser usados para sintetizar proteínas;
• Eles são degradados e o grupo α-amino é removido e convertido em ureia 
no fígado. A produção de ureia está intimamente relacionada àquantidade de 
proteína ingerida. Portanto, a ureia pode ser usada para estimar se um pacien-
te com doença renal crônica (DRC) está recebendo as quantidades necessárias 
de proteína. Além disso, a produção de ureia serve como uma estimativa do 
acúmulo de toxinas urêmicas putativas e, portanto, como uma diretriz para o 
manejo da dieta de pacientes com DRC.
A quantidade de proteína dietética afeta a função renal, de forma que indiví-
duos normais que comem pequenas quantidades de proteína têm valores bai-
xos de TFG (Taxa de Filtração Glomerular), enquanto comer uma grande refei-
ção de proteína aumenta transitoriamente a TFG. O papel de uma alteração na 
TFG induzida por proteínas na dieta, como contribuinte para as consequências 
da DRC, não está claro, porque a maioria dos pacientes com DRC avançada in-
gere substancialmente mais proteína do que o recomendado pela Organização 
Mundial da Saúde (WEINER, et al., 2015).
Os rins medeiam um papel central na homeostase ácido-base por meio das 
funções combinadas de reabsorção de bicarbonato filtrado e nova geração de 
bicarbonato. A reabsorção do bicarbonato é necessária para a homeostase 
ácido-base, mas não é suficiente; um novo bicarbonato deve ser gerado para 
substituir aquele que tamponou os ácidos endógenos e exógenos. A nova gera-
ção de bicarbonato envolve amônia urinária e excreção de ácido titulável (WEI-
NER et al., 2015). 
A excreção de amônia é responsável pela maior parte da geração de bicar-
bonato basal, e as mudanças na excreção de amônia são a resposta primária 
aos distúrbios ácido-básicos. A excreção de nitrogênio na forma de amônia é 
de aproximadamente 10% da excreção de nitrogênio da ureia em condições ba-
sais, mas pode aumentar de cinco a dez vezes, permitindo que a amônia tenha 
um papel importante no balanço de nitrogênio (WEINER et al., 2015).
O metabolismo renal da amônia difere, de maneiras importantes, daquele 
de outros solutos renais que sofrem excreção líquida, de modo que o con-
teúdo venoso renal é menor que o conteúdo arterial. A amônia é fundamen-
talmente diferente. Quase toda a amônia urinária é produzida no rim, e a 
amônia venosa renal excede a amônia arterial, o que significa que os rins 
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realmente aumentam a amônia sistêmica. A amônia passa por um conjunto 
complexo de eventos de transporte no rim, que determina a proporção de 
amônia gerada, excretada na urina como nitrogênio amoniacal, versus aquela 
que entra nos capilares renais e é transportada para a circulação sistêmica 
por meio das veias renais (DUBOSE et al., 1991).
A amônia renal ocorre principalmente no túbulo proximal e a glutamina é 
o substrato primário. No túbulo proximal, a captação de glutamina ocorre por 
meio da combinação do transportador-1 apical de aminoácido neutro depen-
dente de Na+ e do transportador basolateral de aminoácido neutro acoplado 
a sódio (SNAT3). Mudanças na amônia, como durante a acidose metabólica, 
estão associadas a mudanças na expressão de SNAT3, mas não na expressão 
do transportador apical de aminoácido neutro dependente de Na+ (SOLBU et 
al., 2005). Na Figura 1 está representado o transporte de amônia.
Lúmen Túbulo proximal Sangue
Glutamina
Glutamina Glutamina
Figura 1. Transporte de amônia pelo túbulo proximal. Fonte: WEINER et al., 2015. (Adaptado).
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A amoniagênese envolve principalmente glutaminase dependente de fos-
fato, glutamato desidrogenase, α-cetoglutarato desidrogenase e fosfoenolpi-
ruvato carboxicinase (PEPCK), e o metabolismo completo da glutamina gera 
dois íons NH4
+ e dois HCO3
− por glutamina. O bicarbonato produzido é, então, 
transportado por meio da membrana basolateral via cotransportador eletro-
gênico de bicarbonato acoplado a sódio, isoforma 1A (NBCe-1A), e serve como 
novo bicarbonato gerado pelo rim (WEINER et al., 2015).
Apenas aproximadamente 50% da amônia produzida é excretada na urina 
em condições basais, enquanto o restante da amônia entra na circulação sistê-
mica por meio das veias renais. A amônia que entra na circulação sistêmica sofre 
um metabolismo quase completo no fígado. A principal via metabólica usa HCO3
− 
como substrato e gera ureia. Consequentemente, a amônia produzida nos rins, 
transportada para a circulação sistêmica e metabolizada no fígado em ureia, não 
tem nenhum benefício ácido-básico líquido (WEINER; VERLANDER, 2013).
A proporção da amônia produzida que é excretada na urina em vez de 
ser transportada para a circulação sistêmica pode ser alterada rapidamen-
te. Isso permite que as alterações na amônia urinária excedam, pelo menos 
agudamente, as alterações na amôniagênese. Na maioria dos distúrbios áci-
do-básicos crônicos, as mudanças na amônia são responsáveis pela maioria 
das mudanças no conteúdo de amônia urinária. É importante observar que o 
transporte de amônia pelas células epiteliais renais determina a proporção de 
amônia excretada na urina (WEINER et al., 2015). 
A amônia produzida no túbulo proximal é secretada, preferencialmente, no 
líquido luminal. Isto parece envolver a secreção de NH4 
+ pelo NHE3 apical. Tam-
bém pode haver um componente da secreção paralela de H+ e NH3. Condições 
associadas à ativação do NHE3, como acidose metabólica e hipocalemia, tam-
bém aumentam a secreção de amônia (WEINER et al., 2015).
Na alça de Henle, ocorre reabsorção de amônia, sendo o principal local 
de transporte, o ramo ascendente espesso medular. A amônia é reabsorvida 
na forma de NH4
+ principalmente por meio do transportador apical sensível 
ao diurético de alça, NKCC2. Embora outros transportadores de NH4 
+ este-
jam presentes, sua contribuição quantitativa é muito menor (WEINER et al., 
2015). A amônia é então transportada por meio da membrana basolateral, 
principalmente por meio do trocador sódio-hidrogênio basolateral NHE4. O 
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transporte de NH4 
+ através da membrana apical, porque o NH4 
+ é um ácido 
fraco, causa acidifi cação intracelular que pode inibir a reabsorção de amônia 
(BOURGEOIS et al., 2010).
A entrada do bicarbonato, por meio do cotransportador eletroneutro bicar-
bonato de sódio basolateral, isoforma 1 (NBCn1), parece tamponar essa acidi-
fi cação intracelular e permitir a reabsorção contínua de amônia. O resultado 
líquido é um gradiente intersticial de amônia axial, com os níveis mais altos na 
medula interna, os níveis intermediários na medula externa e os níveis mais 
baixos no córtex renal (BOURGEOIS et al., 2010).
A amônia é então secretada pelo duto coletor, que envolve a secreção pa-
ralela de H+ e NH3. A secreção de NH3 parece envolver o transporte pelas glico-
proteínas Rhbg e Rhcg do Rhesus, transportadores específi cos da amônia, ex-
pressos no duto coletor. A Na+-K+-ATPase basolateral contribui para a secreção 
de amônia IMCD por meio de sua capacidade de transportar NH4
+. A secreção 
apical de H+ envolve H+-ATPase e H+-K +-ATPase (WEINER et al., 2015).
Esses efeitos da amônia na H+ -K+ -ATPase ocorrem independentemente de 
mudanças no pH intracelular e envolvem a formação de microtúbulos, cálcio 
intracelular e tráfego vesicular mediado por SNARE-proteína. Assim, as mudan-
ças na amônia do túbulo proximal, em resposta à hipocalemia, 
podem facilitar as mudanças nas concentrações de amônia 
intrarrenal, que então funcionam como moléculas sinaliza-
doras para regular o transporte de K+ do duto coletor e a excre-
ção renal de K+(WEINER et al., 2015).
Metabolismo alterado da amônia
Acidose metabólica
O principal mecanismo pelo qual os rins aumentam a excreção líquida de 
ácido, em resposta à acidose metabólica, é por meio do aumento do metabolis-
mo da amônia. Quase todos os componentes do metabolismo da amônia estão 
aumentados, incluindo SNAT3, glutaminasedependente de fosfato, glutamato 
desidrogenase, PEPCK, NKCC2, NHE4, Rhbg e Rhcg. Essa resposta integrada au-
menta a captação renal de glutamina, amôniagênese, geração de novo bicarbo-
nato e excreção de amônia na urina (CURTHOYS; MOE, 2014).
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Para entender o efeito do metabolismo da 
amônia no balanço do nitrogênio, é impor-
tante considerar a fonte metabólica da 
glutamina usada para a amônia. A amônia 
renal tem uma média de aproximadamente 
60-80 mmol/d em humanos, sob condições 
basais, e pode aumentar, assumindo que a ex-
creção renal de amônia é de aproximadamente 50% da pro-
dução total de amônia, para aproximadamente 3-400 mmol/d 
(WEINER et al., 2015). 
Como cada glutamina metabolizada gera duas moléculas de NH4+, aproxi-
madamente 150–200 mmol/d de glutamina são necessários para sustentar as 
taxas máximas de amôniagênese. Durante a acidose metabólica, a acidose es-
timula a degradação da proteína do músculo esquelético que, juntamente com 
a síntese hepática de glutamina, aumenta a produção extrarrenal de glutami-
na. Isso permite níveis plasmáticos inalterados de glutamina, apesar dos au-
mentos substanciais na captação renal de glutamina (CURTHOYS; MOE, 2014) .
Este papel dos músculos esqueléticos na acidose metabólica tem importan-
te significado clínico. A acidose metabólica diminui a massa muscular esquelé-
tica e aumenta a excreção de nitrogênio amoniacal, que pode causar balanço 
de nitrogênio negativo. A correção da acidose metabólica, associada à DRC, 
melhora o balanço de nitrogênio, a albumina plasmática, o tamanho do múscu-
lo esquelético e a força do músculo esquelético (WEINER et al., 2015).
Hipocalemia
A hipocalemia é uma segunda condição associada ao metabolismo renal 
alterado da amônia e é definida como a diminuição plasmática do cátion po-
tássio abaixo de 3,5 mEg/L. De fato, o aumento da geração de bicarbonato con-
tribui para a alcalose metabólica, frequentemente observada na hipocalemia. 
Além disso, em adultos com uma dieta adequada, mas pobre em proteínas, 
os aumentos na excreção de amônia induzidos por hipocalemia podem cau-
sar balanço de nitrogênio negativo. Em crianças com ingestão proteica baixa, 
mas adequada, a hipocalemia reduz a retenção de nitrogênio corporal total 
necessária para a síntese proteica normal e prejudica o crescimento, devido ao 
aumento da excreção de nitrogênio na forma de amônia (WEINER et al., 2015).
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Hormônios glicocorticoides
Os hormônios glicocorticoides regulam aproximadamente 70% da excreção de 
amônia basal e 50% a 70% da excreção de amônia estimulada pela acidose. Seu 
papel parece envolver a regulação de SNAT3, PEPCK e NHE3. Além disso, os glicocor-
ticoides contribuem para a degradação da proteína do músculo esquelético induzi-
da pela acidose (65), que, ao contribuir para a produção extrarrenal de glutamina, 
permite a manutenção dos seus níveis plasmáticos normais. Assim, os hormônios 
glicocorticoides têm um papel importante no balanço de nitrogênio mediado, em 
parte, por seus efeitos no metabolismo da amônia (WEINER et al., 2015).
Ingestão de proteínas
A ingestão de proteína na dieta tem efeitos importantes no metabolismo renal 
da amônia. Em geral, as dietas ricas em proteínas, particularmente se ricas em ami-
noácidos contendo enxofre, aumentam a produção de ácido endógeno, causando 
um aumento paralelo na excreção de amônia, enquanto as dietas de baixa proteína 
diminuem a excreção de amônia. Como a excreção de nitrogênio da amônia muda 
paralelamente às mudanças de nitrogênio da dieta, o balanço líquido de nitrogênio 
não muda (WEINER et al., 2015).
No entanto, o clínico deve lembrar que a amônia urinária representa em média 
apenas 50% da produção total de amônia renal, e que uma quantidade semelhante 
entra na circulação sistêmica pelas veias renais. Portanto, após a ingestão de proteí-
nas, o conteúdo aumentado de amônia na veia renal pode aumentar os níveis plas-
máticos de amônia. Em pacientes com função hepática comprometida, isso pode 
precipitar ou piorar a encefalopatia hepática. Da mesma forma, a carga proteica da 
degradação dos glóbulos vermelhos resultante de sangramento gastrointestinal 
pode aumentar a amônia renal, levando ao aumento da amônia da veia renal, o que 
pode contribuir para o desenvolvimento ou agravamento da encefalopatia hepática 
(WEINER et al., 2015).
Fármacos usados para excreção da amônia
A excreção renal de drogas é o resultado de diferentes mecanismos: fi ltração 
glomerular, retrodifusão passiva, secreção tubular e reabsorção tubular. Destes 
mecanismos, os dois últimos são saturáveis, pois envolvem transporte de porta-
dores. Isso também signifi ca que tanto a secreção tubular quanto a reabsorção 
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tubular são suscetíveis à competição entre substratos semelhantes por um local 
transportador comum. Além disso, o transporte por meio desses mecanismos é 
dependente de energia, o chamado transporte ativo, capaz de concentrar um me-
dicamento (TAFT, 2009). A Figura 2 exemplifica o funcionamento da excreção renal.
Figura 2. Excreção renal.
A secreção tubular ocorre no túbulo proximal do néfron. Muitos compostos 
orgânicos são secretados ativamente, mas existem sistemas de transporte sepa-
rados para ânions e cátions. Os ânions parecem ser transportados ativamente 
sobre a membrana basolateral e por um processo mediado por transportador 
não ativo menos eficiente (difusão facilitada), sobre a membrana da borda em 
escova. Como resultado desses mecanismos, os ânions tendem a se acumular 
nas células tubulares proximais. Para cátions, entretanto, a etapa de transporte 
ativo opera sobre a membrana da borda em escova, ao passo que a captação 
do cátion na célula ocorre por difusão facilitada sobre a membrana basolateral 
(KENAKIN, 2017). 
A reabsorção ativa é mais proeminente para muitos nutrientes 
e substratos endógenos (aminoácidos, glicose, vitaminas), mas vá-
rios compostos exógenos também têm uma certa afini-
dade para os sistemas transportadores reabsortivos. 
Os medicamentos uricosúricos, por exemplo, inter-
ferem na reabsorção de urato mediada por carrea-
dores (KENAKIN, 2017).
Córtex Néfron cortical 
GloméruloCápsula de Bowman 
Membro descendente 
Membro ascendente 
Pélvis 
Renal 
Ureter
Filtração
Secreção
Reabsorção
Excreção
Medula
Cálice
Cápsula renal 
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A ocorrência de vias de excreção saturáveis causa farmacocinética não linear de-
pendente da dose. Na farmacocinética clínica, a secreção tubular pode ser adequa-
damente descrita com o uso de uma equação de Michaelis-Menten. Isso significa 
que um composto submetido à secreção tubular exibe uma depuração renal de-
pendente da concentração. Em baixas concentrações plasmáticas, a depuração será 
máxima e, para vários medicamentos, pode ser tão alta quanto o fluxo plasmático 
renal efetivo. Concentrações crescentes causam diminuição da depuração renal, até 
que o mecanismo de secreção se torne totalmente saturado (KENAKIN, 2017).
Então, a excreção da droga na urina dependerá principalmente de sua taxa líqui-
da de filtração. É importante perceber que a cinética não linear será evidente a partir 
da cinética do plasma apenas quando a via saturável contribuir com pelo menos 
cerca de 20% da depuração corporal total. As interações com outros substratos, en-
tretanto, são prováveis de ocorrer, mesmo quando apenas uma quantidade muito 
pequena de droga é transportada pelo sistema de transporte (TAFT, 2009).
A cinética não linear leva inevitavelmente a uma acumulação desproporcional. 
Portanto, para qualquer droga que seja ativamente secretada, deve-se considerar 
cuidadosamente as possibilidadesde interação droga-droga e de acúmulo indeseja-
do de droga com doses crescentes. Vários mecanismos contribuem para a excreção 
de drogas e outras substâncias através do rim e estão intimamente relacionados à 
sua anatomia e fisiologia (TAFT, 2009).
As unidades funcionais do rim são os néfrons, cada uma consistindo em um glo-
mérulo, rodeado por uma cápsula de Bowman e um sistema tubular (Figura 2). O 
néfron é rodeado por capilares arteriais e venosos, que fornecem um contato pró-
ximo entre a circulação sanguínea e as células formadoras do lúmen glomerular e 
tubular (TAFT, 2009).
A excreção de drogas na urina é governada por quatro processos diferentes 
(TAFT, 2009):
• Filtração glomerular: parte do sangue que flui por meio dos rins é ultrafiltrada 
nos glomérulos (produzindo cerca de 125 ml de filtrado por minuto);
• Retrodifusão passiva: quase toda a água glomerular filtrada é reabsorvida 
na região renal tubuli. Como resultado, a concentração de drogas na urina tubular 
aumenta acentuadamente, e um gradiente de concentração é estabelecido entre a 
urina e o plasma. Este gradiente fornece a direção da força de difusão da droga da 
urina para o plasma;
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• Secreção tubular: alguns medicamentos 
são excretados dos capilares ao redor dos tú-
bulos renais para a urina primária, por um 
processo mediado por carreadores (secre-
ção tubular), análogo a algumas substâncias 
endógenas residuais. Este processo é limitado 
por um certo valor de transporte máximo fixo e 
suscetível à competição por vários compostos secretado pelo 
mesmo mecanismo;
• Reabsorção tubular ativa: alguns medicamentos são reab-
sorvidos ativamente da urina primária para os capilares ao redor dos túbulos 
renais; este processo é também análogo àquele para substâncias endógenas 
(por exemplo, glicose). Como a secreção tubular, este ativo à reabsorção é 
saturável e suscetível a fenômenos de competição. 
Rifaximina
O tratamento com rifaximina (Figura 3) reduz o risco de recorrência de 
encefalopatia hepática (EH) evidente, e existem muitas opções de tratamento 
farmacológico para EH aguda. As estratégias incluem tentativas de reduzir a 
produção ou absorção de nitrogênio pelo cólon, aumentar o metabolismo da 
amônia, alterar a neurotransmissão e o transplante de fígado. A terapia far-
macológica mais comumente administrada inclui dissacarídeo lactulose não 
absorvível e antibióticos (FLAMM, 2011).
Figura 3. Estrutura molecular da rifaximina.
H3C
H3C
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
N
N
OH
NH
OHOH
O
O
O
O
O
O
O
HO
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A lactulose, um dissacarídeo não absorvível, é considerada primeira linha para 
terapia farmacológica de EH aguda. Foi aprovada para o tratamento de EH por 
mais de 30 anos, apesar da escassez de dados sólidos que sustentem sua eficácia, 
e o mecanismo de ação da lactulose permanece pouco conhecido (FLAMM, 2011). 
A lactulose não é absorvida no intestino delgado porque as pessoas não possuem 
a dissacaridase, que metaboliza o açúcar. A lactulose fica então disponível para 
as bactérias do cólon que podem se decompor. Os mecanismos postulados de 
atividade da lactulose incluem o metabolismo pelas bactérias do cólon em ácidos 
graxos, com a consequente diminuição do pH no cólon. Isso resulta na formação 
de íon amônio mal absorvido a partir da amônia e, portanto, diminui a absorção 
geral de amônia (FLAMM, 2011).
Além disso, a lactulose causa alterações no meio bacteriano do cólon por meio 
de seu efeito catártico, que afeta favoravelmente a eliminação de toxinas. A lactu-
lose é mal tolerada porque tem um sabor adocicado desagradável, causa flatos, 
cólicas abdominais e é dosada para dois a três movimentos intestinais soltos. Mui-
tos pacientes não aderem à medicação, mas a diarreia é comum e pode realmente 
levar à desidratação e causar agravamento da encefalopatia. Embora muitos pa-
cientes pareçam se beneficiar da terapia com lactulose no quadro agudo, também 
foi observado em uma base anedótica pacientes mantidos em lactulose com his-
tória de EH e que, portanto, estão em alto risco de EH recorrente. 
Antibióticos têm sido administrados no tratamento da EH, geralmente em-
pregados como terapia de segunda linha. Acredita-se que o mecanismo esteja 
relacionado à diminuição da desaminação do cólon, que produz compostos ni-
trogenados (ou seja, amônia) pelo metabolismo da ureia. Os antibióticos mais co-
muns usados em uma base histórica para HE incluem neomicina e metronidazol 
(FLAMM, 2011). 
A neomicina é aprovada como terapia adjuvante no coma hepático. Metro-
nidazol não é aprovado para HE, e a neomicina é mais bem estudada do que o 
metronidazol. Existem vários estudos controlados envolvendo neomicina, mas a 
maioria deles, incluindo aqueles com metronidazol, são pequenos e não contro-
lados. Poucos apoiam o uso de qualquer um dos antibióticos para o tratamento 
de EH. Além disso, o uso a longo prazo de neomicina é limitado pela ototoxicidade 
e nefrotoxicidade. O uso de metronidazol a longo prazo é limitado por distúrbios 
gastrointestinais e pela neurotoxicidade (FLAMM, 2011).
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A rifaximina é um antibiótico oral pouco absorvido. É derivado da rifamicina 
e tem um amplo espectro de atividade contra bactérias entéricas Gram-positi-
vas e Gram-negativas, aeróbias e anaeróbias. Acredita-se que diminua a desa-
minação de bactérias entéricas para diminuir a produção de compostos nitro-
genados, que são subsequentemente absorvidos e causam EH (FLAMM, 2011).
Os dados estão disponíveis para apoiar o uso de rifaximina no tratamento 
de HE aguda em várias bibliografias. Além disso, a rifaximina é bem tolerada. 
Na verdade, a rifaximina foi aprovada para o tratamento de HE em muitos paí-
ses e recebeu o status de medicamento órfão para o tratamento de HE nos EUA 
em 1998. A rifaximina na dosagem de 550 mg duas vezes ao dia foi altamente 
eficaz na diminuição da recorrência de EH e na redução da taxa de hospita-
lizações relacionadas à EH em um período de 24 semanas, em um grupo de 
pacientes com alto risco de EH (FLAMM, 2011).
Fenilburato de glicerol
Fenilbutirato de glicerol (2,3-bis(4-fenillbutanoiloxi) propil 4-fenilbutanoato) 
(GPB), também conhecida como Ravicti (Figura 4) foi estudado por Lee (2010), 
como uma alternativa para fenilbutirato de sódio (NaPBA) para o tratamento de 
distúrbios do ciclo da ureia (UCDs). Este estudo de fase dois explorou a hipótese 
de que o GPB oferece segurança e controle de amônia semelhantes ao NaPBA, 
que atualmente é aprovado como terapia adjuvante no manejo crônico de DCU, 
e examinados os correlatos de 24 horas de amônia no sangue (LEE et al., 2010).
Figura 4. Estrutura molecular do fenilburato de glicerol.
BIOQUÍMICA APLICADA 130
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O método utilizado foi um estudo aberto de mudança de sequência fixa, 
conduzido em pacientes adultos com DCU tomando manutenção NaPBA. A 
amônia no sangue e os metabólitos do sangue e da urina foram comparados 
após sete dias (estável estado) da dosagem TID em qualquer uma das drogas, 
ambas administradas para fornecer a mesma quantidade de ácido fenilbutí-
rico (PBA). A amostragem era composta por dez pessoas que completaram o 
estudo, e os eventos adversos foram comparáveis para os dois medicamen-
tos (LEE et al., 2010).
Valores de amônia no GPB foram 
30% menores do que no NaPBA (AUC 
normalizado pelo tempo = 26,2 vs. 38,4 
lmol/L; Cmax = 56,3 vs. 79,1 lmol/L; 
não estatisticamente significativo) e 
o GPB alcançou não inferioridade ao 
NaPBA em relação à amônia (AUC nor-
malizada pelo tempo) por análise post 
hoc. A exposição sistêmica (AUC0-24) 
ao PBA no GPB foi 27% menor do que no NaPBA (540 vs. 739 lg h/mL), enquantoa exposição ao ácido fenilacético (PAA) (575 vs.596 lg h/mL) e fenilacetilglutami-
na (PAGN) (1098 vs. 1133 lg h/mL) foi semelhante (LEE et al., 2010).
A excreção urinária de PAGN foi responsável por 54% do PBA administrado 
tanto para NaPBA quanto para GPB; outros metabólitos contabilizados para 
<1%. O GPB intacto era geralmente indetectável no sangue e na urina. Amônia 
no sangue foi correlacionada fortemente e inversamente com o PAGN urinário 
(r = 0,82; p <0,0001), mas fracamente ou nada com os níveis de metabólitos no 
sangue. A segurança e o controle de amônia com GPB parecem pelo menos 
iguais ao NaPBA. PAGN urinário, que é estequiometricamente relacionado à 
eliminação de nitrogênio, pode ser um biomarcador útil para a seleção de dose 
e ajuste para controle ideal de amônia venosa (LEE et al., 2010).
ASSISTA
Assista ao vídeo Excretion – the pharmacokinetics series 
(excreção de fármacos) para entender melhor como 
funciona esse processo.
BIOQUÍMICA APLICADA 131
SER_FARMA_BIOQAP_UNID4.indd 131 07/01/2021 14:03:05
Metabolismo da fenilalanina e tirosina
Aminoácidos aromáticos
Fenilalanina, tirosina e triptofa-
no constituem a família aromática 
de aminoácidos, e são sintetizados a 
partir de fosfoenolpiruvato e eritrose 
4-fosfato (Figura 5), intermediários da 
glicólise e da via da pentose fosfato. 
Estes aminoácidos são sintetizados 
por uma ramifi cação da via na qual o 
corismato é o principal metabólito do 
ponto de ramifi cação (FERREIRA; TEI-
XEIRA, 2003). 
O corismato é sintetizado por um 
caminho de sete etapas, muitas vezes 
referido como via de chiquimato (Figu-
ra 5) ou via aromática comum, para construir o anel de benzeno. Em alguns 
organismos, incluindo humanos, a tirosina pode ser sintetizada por hidroxi-
lação da fenilalanina em uma reação catalisada por fenilalanina hidroxilase. 
Esta reação é a única conhecida de biossíntese de aminoácidos aromáticos em 
animais, sendo responsável pela não essencialidade da tirosina em mamíferos 
e não reversível, o que explica porque a tirosina não pode substituir a necessi-
dade nutricional da fenilalanina (FERREIRA; TEIXEIRA, 2003).
O ácido corísmico é um intermediário de ponto de ramifi cação instável que 
serve como o precursor de todos os aminoácidos aromáticos, pois 
pode ser dividido em uma das duas vias ou ramifi cações. Um 
caminho produz triptofano, enquanto a outra via 
realiza um rearranjo de Claisen e produz prepe-
nato, que é fi nalmente transformado em feni-
lalanina e tirosina. O corismato também é o 
precursor de outros compostos aromáticos, 
como ubiquinona, ácido p-aminobenzoico e 
vitamina K (FERREIRA; TEIXEIRA, 2003).
BIOQUÍMICA APLICADA 132
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Figura 5. Via do chiquimato resumida.
Fosfoenolpiruvato
DAHP
Eritrose 4- fosfato 
Triptofano
3 dehidrochinato 
Fenilalanina
Arogenato
Tirosina
Prefenato
Chiquimato Corismato
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Fenilalanina e tirosina
A fenilalanina é um aminoácido essencial, o que signifi ca que não pode ser produ-
zido no corpo e deve ser ingerido na dieta. A tirosina é um aminoácido não essencial 
e pode ser formado pela hidroxilação da fenilalanina no fígado quando a ingestão de 
tirosina na dieta é baixa. Em uma dieta pobre em tirosina, até metade da fenilalanina 
ingerida pode ser convertida em tirosina no corpo. Por outro lado, se a dieta for rica 
em tirosina, a necessidade de fenilalanina pode ser reduzida em 50% (LITWACK, 2018).
A tirosina é metabolizada em substâncias importantes no corpo, como as cate-
colaminas (epinefrina e norepinefrina) e o pigmento do tecido, melanina, bem como 
outros metabólitos. Fenilalanina hidroxilase (PAH) é expressa no fígado e nos rins. Mu-
tações no gene que expressa PAH podem levar à fenilcetonúria, uma doença metabó-
lica grave. PAH é a enzima que metaboliza o excesso de fenilalanina (LITWACK, 2018). 
A PAH é caracterizado como uma oxidase de função mista porque incorpora 
um átomo de oxigênio na hidroxila do produto, tirosina, e outro átomo de oxigênio 
na água. Sua coenzima é a tetrahidrobiopterina (BH4), que doa dois átomos de 
hidrogênio na reação do PAH enquanto a BH4, após doar dois hidrogênios, está no 
estado menos reduzido, denominado dihidrobiopterina (BH2). BH2 é convertido 
de volta em BH4 pela di-hidrobiopterina redutase com NADH + H+ como coenzi-
ma (LITWACK, 2018). A conversão de L-fenilalanina em L-tirosina catalisada pela 
fenilalanina hidroxilase, uma oxidase de função mista, é apresentada na Figura 6.
Figura 6. Conversão de L-fenilalanina em L-tirosina. Fonte: LITWACK, 2018, s.p. (Adaptado).
CH2CH2
CH3CH3 CHCH CHCH
H
H O
N
N
NN N
NN N
H2OO2
HO
OHOHOH OHOH
NH3NH3
NH2
NAD NADH + H
NH2
H2H4 Biopterina
Fenilalanina 
hidroxilase
Dihidropteridina 
redutase 
Fenilalanina Tirosina
Biopterina
CHCH
COOCOO
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O mecanismo enzimático é substancialmente mais complexo do que 
mostrado na Figura 6, porque a coenzima contém um átomo de ferro não 
heme que forma um superóxido. Fe (III) é reduzido a Fe (II) seguido por 
uma diminuição na afinidade por duas moléculas de água, próximas ao 
átomo de ferro. A BH4 liga-se à enzima seguida pela ligação da fenilalani-
na; então dioxigênio (O: O) liga-se onde uma das duas moléculas de água 
estava previamente localizada, formando peroxi-BH4. O oxigênio quebra 
da ligação seguida pela quebra da peroxidrobiopterina em hidroxibiopte-
rina mais um intermediário de ferro peroxipterina ativado. Na etapa final, 
são liberadas L-tirosina e hidroxitetrabiopterina (BH4OH) (LITWACK, 2018).
Existem mais de 400 mutações conhecidas em crianças do gene para 
HAP (hiperfenilalaninemia), levando a uma doença parcialmente ativa ou 
inativa PAH e geração de fenilcetonúria. Nesta doença, a fenilalanina não 
pode ser convertida em tirosina. A gravidade da doença é refletida pelos 
valores séricos para fenilalanina: normal 1 mg/dL (0,061 mM), que é hiper-
fenilalaninemia benigna (HPA); variante HPA 4 – 10 mg/dL (0,24 – 0,605 
mM); clássico fenilcetonúria 10 – 20 mg/dL (>20 mg/L ou >1,21 mM). Quan-
do há um defeito na geração adequada de quantias do cofator BH4 (de-
feitos na GTP ciclo-hidrolase, a primeira enzima na via e piruvoil tetrahi-
dropterina sintase, a segunda enzima na via), HPA (hiperfenilalaninemia) 
ocorre apenas em uma pequena porcentagem dos casos, mas estes não 
são controlados pela limitação da fenilalanina na dieta, um método que 
está em prática para HPA gerado por uma deficiência de PAH. No HPA, a 
fenilalanina é transaminada em fenilpiruvato (fenilalanina + α-cetogluta-
rato = fenilpiruvato + glutamato) em vez de tirosina (LITWACK, 2018). 
Acúmulo de fenilpiruvato pode causar retardo mental (fenilcetonúria, 
PKU) em bebês. Quando a fenilalanina está presente em excesso ao longo 
da necessidade de tirosina, ela é transaminada com α-cetoglutarato em 
fenilpiruvato e glutamato, como na deficiência de PAH, mas, neste caso, 
a formação de fenilpiruvato seria insuficiente para causar problemas. 
Além disso, quando a fenilalanina está em excesso sobre a necessidade 
de formar tirosina, pode ser convertido em feniletilamina e outros me-
tabólitos, como ácido fenilacético, fenilacetilglutamina e ácido fenilático 
(LITWACK, 2018).
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A fenilalanina é metabolizada em ácido acetoacético e 
ácido fumárico via tirosina. Um metabólito de tirosina, 
DOPA, é convertido nos neurotransmissores 
epinefrina e norepinefrina. A falta desses 
neurotransmissores é um fator causal na 
doença de Parkinson e na esquizofre-
nia. A administração do β-bloquea-
dor cloropromazina é eficaz em seu 
tratamento, mas pode causar osteo-
porose como efeito colateral (KOMODA; 
MATSUNAGA, 2015). 
Quando pacientes com esquizofreniasão tratados com cloropromazi-
na, o médico deve aconselhar o uso de vitamina D. Pacientes com alcapto-
núria apresentam urina preta devido à oxidação do ácido homogentísico. 
A deficiência de tirosinase pode causar albinismo com falta do neurotrans-
missor dopamina, resultando em sintomas de esquizofrenia (KOMODA; 
MATSUNAGA, 2015.
Metabolismo de lipídeos de origem hepática e exógena
Ácidos graxos
Os ácidos graxos possuem uma longa cadeia de hidrocarbonetos, ou 
seja, um composto inteiramente de carbonos e hidrogênios e um grupo 
carboxila terminal. A cadeia pode ser saturada (sem ligações duplas) ou 
insaturada (contém uma ou mais ligações duplas). Eles diferem no compri-
mento da cadeia e na posição e número de suas ligações (CLAYDEN; GREE-
VES; WARREN, 2012).
Quase todos os ácidos graxos possuem um número par de átomos de 
carbono; aqueles com 16 a 18 carbonos são os mais comuns. Os ácidos gra-
xos insaturados têm pontos de fusão mais baixos do que os ácidos graxos 
saturados, o que se torna significativo ao considerar se eles são sólidos ou 
líquidos a temperatura ambiente. As ligações duplas de quase todos os áci-
dos graxos insaturados que ocorrem naturalmente estão na formação cis 
(Figura 7) (CLAYDEN; GREEVES; WARREN, 2012).
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18 carbonos 
Ácido elaídico 
Ácido oleico 
Trans 
Cis
Ponto de fusão = 13 °C 
Ponto de fusão = 45 °C 
Figura 7. Estrutura cis e trans de ácido graxos. 
Os ácidos graxos insaturados mais abundantes em organismos superiores são 
oleicos, ácidos linoleico, linolênico e araquidônico. Porque eles contêm apenas liga-
ções simples, os ácidos graxos saturados possuem uma enorme quantidade de fle-
xibilidade, o que lhes permite dobrar em todos os tipos de formas (ALBERTS, 2010).
A notação da cadeia de um ácido graxo pode ser numerada, por exemplo, como 
16:0, sendo que o primeiro número indica que o ácido graxo tem 16 átomos de 
carbono e, o segundo, que não há ligações duplas. Na Figura 8 é possível observar 
como ocorre a nomeação do ácido graxo, o grupo metil no final do ácido graxo é 
conhecido como ômega (ω). O número de átomos de carbono é anotado na extre-
midade carboxila. As ligações duplas em ácidos graxos são numeradas de metil ou 
final ômega (ω) (CLAYDEN; GREEVES; WARREN, 2012).
Figura 8. Notação de um ácido graxo. 
HO
18
O
16 14 12 10 8 6 4 2
2α ω4 6 8 10 12 14 16 18
CH3
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Dessa forma, lipídio pode ser definido como qualquer composto orgânico, 
incluindo gorduras, óleos, hormônios e certos componentes de membranas hi-
drofóbicos, que não interagem com a água. Um tipo de lipídio, os triglicerídeos, 
é sequestrado como gordura nas células adiposas, que servem como depósi-
to de armazenamento de energia para os organismos e fornecem isolamento 
térmico. Os lipídeos são classificados como ácidos graxos, derivados de ácidos 
graxos, colesterol e seus derivados e lipoproteínas (ALBERTS, 2010). 
Alguns lipídeos, como os hormônios esteroides, atuam como mensageiros 
químicos entre células, tecidos e órgãos, e outros comunicam sinais entre sis-
temas bioquímicos dentro de uma única célula. As membranas das células e 
organelas (estruturas dentro das células) são estruturas microscopicamente 
finas formadas por duas camadas de moléculas de fosfolipídeos. As membra-
nas funcionam para separar células individuais de seus ambientes e para com-
partimentar o interior da célula em estruturas que realizam funções especiais. 
Essa função de compartimentação é tão importante que as membranas, e os 
lipídeos que as formam, devem ter sido essenciais para a origem da própria 
vida (ALBERTS, 2010).
Figura 9. Ácido linoleico – ácido graxo insaturado. Fonte: ARAUJO, 2020.
O
HO
Ácido linoleico 
Ácido 
carboxílico 
Lipídeos
Lipídeos são moléculas que podem ser formadas por ácidos graxos, com-
postos por uma cadeia de hidrocarbonetos hidrofóbica, ligada a um grupo de 
ácido carboxílico hidrofílico (Figura 9) tendo, portanto, a característica de se-
rem anfipáticos. Os lipídeos podem ser formados por isoprenos e por múlti-
plos anéis aromáticos, como nos esterois (ALBERTS, 2010). 
Cadeia de hidrocarboneto insaturada (duplas ligações) 
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Moléculas como proteínas, ácidos nucleicos e carboidratos têm afi nida-
de pela água e são chamadas de hidrofílicas, enquanto os lipídeos são hi-
drofóbicos. Alguns lipídeos são anfi páticos, ou seja, parte de sua estrutura 
é hidrofílica e outra parte, geralmente uma seção maior, é hidrofóbica. Os 
lipídeos anfi páticos formam espontaneamente agregados moleculares or-
denados, com suas extremidades hidrofílicas por fora, em contato com a 
água, e suas partes hidrofóbicas por dentro, protegidas da água. Essa pro-
priedade é a chave para seu papel como componentes fundamentais das 
membranas celulares e organelas (ALBERTS, 2010).
Ácidos graxos, carotenoides e terpenos são exemplos de lipídeos. Estes 
possuem várias funções, dentre elas, atuam como componentes estruturais 
das membranas, armazenamento intracelular para combustível metabólico, 
um mecanismo de transporte para combustível metabólico, precursores de 
muitos processos metabólicos e hormônios (ALBERTS, 2010). Os lipídeos, 
como o colesterol e os triglicerídeos, são insolúveis na água, e devem ser 
transportados em associação com proteínas na circulação. O metabolismo 
dos lipídeos associados a proteínas ou lipoproteínas ocorre pelo ciclo endó-
geno (lipídio sintetizado dentro do organismo) e pelo ciclo exógeno (lipídio 
proveniente da dieta). Grandes quantidades de ácidos graxos das refeições 
devem ser transportadas como triglicerídeos para evitar toxicidade. Essas 
lipoproteínas desempenham um papel fundamental na absorção e trans-
porte de lipídeos da dieta pelo intestino delgado, no transporte de lipídeos 
do fígado para os tecidos periféricos e no transporte de lipídeos dos teci-
dos periféricos para o fígado e intestino (transporte reverso do colesterol) 
(ALBERTS, 2010). 
Síntese e papel das lipoproteínas plasmáticas
Lipoproteínas
As lipoproteínas são moléculas que transportam lipídeos plasmáticos. Lipo-
proteínas específi cas são fatores de risco para doenças cardiovasculares e ou-
tras doenças metabólicas. Compreender as lipoproteínas e as diferentes ma-
neiras de manipular seu metabolismo é um passo essencial para a prevenção 
de doenças e morbidade na população em geral (FEINGOLD; GRUNFELD, 2018).
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As lipoproteínas possuem um núcleo central contendo ésteres de colesterol 
e triglicerídeos rodeados por colesterol livre, fosfolipídeos e apolipoproteínas, 
que facilitam a formação e função das lipoproteínas. As lipoproteínas plasmá-
ticas podem ser divididas em sete classes com base no tamanho, composição 
lipídica e apolipoproteínas (quilomícrons, remanescentes de quilomícrons, 
VLDL, IDL, LDL, HDL e Lp (a)). Remanescentes de quilomícrons, VLDL, IDL, LDL 
e Lp (a) são todos pró-aterogênicos, enquanto o HDL é antiaterogênico. As 
apolipoproteínas têm quatro funções principais: servir a um papel estrutural, 
atuar como ligantes para receptores de lipoproteínas, guiar a formação de li-
poproteínas e servir como ativadores ou inibidores de enzimas envolvidas no 
metabolismo das lipoproteínas (LENT-SCHOCHET; JIALAL, 2020).
A via da lipoproteína exógena começa com a incorporação de lipídeos da 
dieta aos quilomícrons no intestino. Na circulação, os triglicerídeos carrega-
dos nos quilomícrons são metabolizados no músculo e no tecido adiposo pela 
lipase de lipoproteína, liberando ácidos graxos livres, que são posteriormente 
metabolizados pelo músculo e tecido adiposo e os remanescentes de quilomí-
crons são formados. Os remanescentes de quilomícrons sãoentão absorvidos 
pelo fígado (FEINGOLD; GRUNFELD, 2018). 
A via da lipoproteína endógena começa no fígado, com a formação de VLDL. 
Os triglicerídeos carregados no VLDL são metabolizados no músculo e tecido 
adiposo pela lipase de lipoproteína, liberando ácidos graxos livres e formando 
os IDLs, que são posteriormente metabolizados em LDL, absorvidos por meio 
do receptor de LDL em vários tecidos, incluindo o fígado, o local predominan-
te de absorção. O transporte reverso de colesterol começa com a formação 
de HDL nascente pelo fígado e intestino. Essas pequenas partículas de HDL 
podem, então, adquirir colesterol e fosfolipídeos, que são efluxados das célu-
las, um processo mediado por ABCA1 resultando na formação de HDL maduro 
(FEINGOLD; GRUNFELD, 2018). 
O HDL maduro pode adquirir colesterol de adição de células via ABCG1, SR-
B1 ou difusão passiva. O HDL, então, transporta o colesterol para o fígado, seja 
diretamente, interagindo com o SR-B1 hepático, ou indiretamente, transferindo 
o colesterol para VLDL ou LDL, um processo facilitado pela CETP. O efluxo de co-
lesterol de macrófagos para HDL desempenha um papel importante na proteção 
contra o desenvolvimento de aterosclerose (LENT-SCHOCHET; JIALAL, 2020). 
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EXPLICANDO
Aterogênico diz respeito à formação de ateromas nas paredes inter-
nas das artérias. Ateromas são placas, compostas especialmente de 
lipídeos e tecido fibroso, que se formam na parede dos vasos sanguíneos.
Receptores e transportadores de lipoproteínas
Existem vários receptores e transportadores que desempenham um papel 
crucial no metabolismo das lipoproteínas. O receptor de LDL está presente no 
fígado e na maioria dos outros tecidos, reconhece Apo B-100 e Apo E e, portan-
to, medeia a captação de LDL, quilomícrons remanescentes e IDL, que ocorre 
por meio de endocitose. Após a internalização, a partícula de lipoproteína é 
degradada nos lisossomos e o colesterol é liberado. A Figura 10 ilustra o pro-
cesso de captação de LDL e a degradação da lipoproteína pelos lisossomos. A 
proteína clatrina atua no processo de formação de vesículas membranares e 
no transporte de material da membrana plasmática no interior das células eu-
cariontes (LENT-SCHOCHET; JIALAL, 2020).
Receptores LDL
Lipoproteínas
Clatrina
Vesícula
revestida
Reciclagem
do receptor
Endossomo
Lisossomo
Aparelho de Golgi
Retículo
endoplasmático
rugoso
Figura 10. Metabolismo de lipoproteínas. Fonte: ARAÚJO, 2020.
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O fornecimento de colesterol para a célula diminui a atividade da HMG-
CoA redutase, uma enzima chave na biossíntese do colesterol e na expres-
são dos receptores de LDL. Os receptores de LDL no fígado desempenham 
um papel importante na determinação dos níveis plasmáticos de LDL. Um 
baixo número de receptores está associado a altos níveis plasmáticos de 
LDL, enquanto um alto número de receptores hepáticos de LDL está asso-
ciado a baixos níveis plasmáticos de LDL (FEINGOLD; GRUNFELD, 2018). 
O número de receptores de LDL é regulado pelo conteúdo de colesterol 
da célula. Quando os níveis de colesterol celular diminuem, o fator de trans-
crição SREBP é transportado do retículo endoplasmático para o complexo 
de Golgi, onde as proteases se clivam e ativam o SREBP, que então migra 
para o núcleo e estimula a expressão dos receptores de LDL. Por outro lado, 
quando os níveis de colesterol celular estão altos, o SREBP permanece no 
retículo endoplasmático em uma forma inativa e a expressão dos recepto-
res de LDL é baixa (FEINGOLD; GRUNFELD, 2018).
A proteína relacionada ao receptor LDL é a LRP, um membro da família 
do receptor LDL. É expressa em vários tecidos, incluindo o fígado. LRP reco-
nhece Apo E, e medeia a captação de quilomícrons e IDL remanescentes. Já 
o receptor B1 eliminador de classe B (SR-B1) é expresso no fígado, glândulas 
suprarrenais, ovários, testículos, macrófagos e outras células. No fígado e 
nas células produtoras de esteroides, ele medeia a captação seletiva de és-
teres de colesterol das partículas de HDL. Em macrófagos e outras células, 
facilita o efluxo de colesterol da célula para as partículas de HDL (FEINGOLD; 
GRUNFELD, 2018).
O transportador de cassete de ligação de ATP A1 (ABCA1) é 
expresso em muitas células, incluindo hepatócitos, enterócitos 
e macrófagos. Ele medeia o transporte de coles-
terol e fosfolipídeos da célula para partículas 
de HDL pobres em lipídeos (pré-beta-HDL). 
Já o transportador de cassete de ligação 
de ATP G1 (ABCG1) é expresso em mui-
tos tipos de células diferentes e medeia 
o efluxo de colesterol da célula para partí-
culas de HDL (FEINGOLD; GRUNFELD, 2018).
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O transportador da ligação de ATP G5 e G8 (ABCG5/ABCG8) é expresso no 
fígado e no intestino e forma um heterodímero. No intestino, esses transporta-
dores medeiam o movimento de esterois vegetais e do colesterol de dentro do 
enterócito para o lúmen intestinal, diminuindo, assim, sua absorção e limitando 
a absorção de esterois vegetais dietéticos. No fígado, esses transportadores de-
sempenham um papel no movimento do colesterol e dos esterois vegetais para 
a bile, facilitando a excreção dos esterois vegetais (FEINGOLD; GRUNFELD, 2018).
Lipídeos e correlações clínicas
É comum os pacientes esquecerem de fazer jejum antes de tirar sangue 
para exames de colesterol e o médico então pedir que o paciente volte outro 
dia em jejum. Assim, surge a pergunta: é necessário obter lipídeos de jejum nos 
pacientes, ou os lipídeos de não jejum são aceitáveis?
A preferência por lipídeos de jejum no rastreamento da hiperlipidemia pri-
mária está profundamente arraigada no uso do cálculo de Friedewald, do co-
lesterol de lipoproteína de baixa densidade (LDL), em diretrizes anteriores para 
rastreamento e tratamento de hiperlipidemia (DRIVER et al., 2016). A equação 
utiliza colesterol total, colesterol de lipoproteína de alta densidade (HDL) e tri-
glicerídeos para calcular o colesterol LDL:
Colesterol LDL = colesterol total – colesterol HDL – [triglicerídeos / 5]
As diretrizes atuais do American College of Cardiology/American Heart As-
sociation (ACC/AHA) não se concentram nas metas de colesterol LDL basea-
das no risco para prevenção primária, mas, em vez disso, enfatizam o risco de 
doença cardiovascular aterosclerótica (ASCVD) em dez anos. O cálculo de risco 
ASCVD de dez anos utiliza colesterol total, colesterol HDL, pressão arterial sis-
tólica e outros fatores de risco. Dependendo da calculadora usada, o LDL pode 
ou não ser incluído como um fator de risco. Assim, pode-se argumentar que os 
lipídeos em jejum não são absolutamente necessários para a triagem de pre-
venção primária (DRIVER et al., 2016).
Os níveis de triglicerídeos fora do jejum predizem independentemente in-
farto do miocárdio, doença cardíaca isquêmica e morte. Isso pode ser devido 
ao metabolismo pós-prandial de lipoproteínas ricas em triglicerídeos. Os re-
manescentes de quilomícrons e lipoproteínas de densidade muito baixa (VLDL) 
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estão mais presentes no sangue no estado pós-prandial, e foi demonstrado 
que têm um papel direto na aterosclerose. Isso é clinicamente útil, porque al-
tos níveis de triglicerídeos sem jejum são diretamente associados aos níveis de 
lipoproteína remanescente (DRIVER et al., 2016).
O painel de lipídeos tem implicações clínicas além da prevenção primária. 
Os lipídeos em jejum são absolutamente necessários apenas na triagem e 
acompanhamento de pacientes com histórico familiar de hiperlipidemia gené-
tica ou doença cardiovascular prematura. Nesse caso, os lipídeos em jejum, 
combinados com os níveis de apolipoproteína B, podem ajudar a distinguir en-
tre diferentescondições genéticas (DRIVER et al., 2016).
Lipemia pós-prandial (PPL)
Lipemia pós-prandial (PPL) refere-se às mudanças nos lipídeos e lipoproteí-
nas séricas que ocorrem após uma carga de gordura ou uma refeição. Essas mu-
danças são refl etidas principalmente em alterações nos triglicerídeos séricos. A 
questão de saber se os triglicerídeos séricos são um fator de risco para doenças 
vasculares se sobrepõe à questão de se PPL desempenha um papel na doença 
vascular (KOLOVOU; OOI, 2013). 
Além de uma associação positiva de soro de jejum triglicerídeo com doença 
arterial coronariana (CHD), dados recentes indicam que, no pós-prandial ou não 
jejum, os níveis de triglicerídeos são ainda melhores preditores de doença vas-
cular, sugerindo que a efi ciência de manipulação pós-prandial de lipoproteínas 
ricas em triglicerídeos (TRL) é importante na causa de doença vascular. Como os 
triglicerídeos são componentes das lipoproteínas circulantes, seu metabolismo 
deve ser discutido em termos do metabolismo de TRL, especialmente no período 
pós-prandial, quando grandes mudanças no TRL ocorrer (KOLOVOU; OOI, 2013).
O consumo de alimentos resulta em absorção e incorporação de ácidos gra-
xos de cadeia longa e colesterol em quilomícrons intestinais, ricos em triglice-
rídeos, que entram na circulação via vasos linfáticos e o duto torácico. Triglice-
rídeos de quilomícron (CM) são hidrolisados pela lipase de lipoproteína (LPL), 
liberando ácidos graxos para armazenamento em adipócitos ou oxidação nos 
músculos, resultando em um espectro de remanescentes de quilomícrons (CMR) 
(KOLOVOU; OOI, 2013). 
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Os ésteres de colesterol são transferidos de lipoproteína de alta densidade 
(HDL) para partículas para CMR, por proteína de transferência de éster de coles-
terol (CETP), enriquecendo CMR progressivamente com colesterol, enquanto é 
parcialmente esgotado de triglicerídeos, CMRs são absorvidos pelo fígado via re-
ceptores remanescentes, principalmente lipoproteína de baixa densidade (LDL), 
proteína relacionada ao receptor (LRP) e receptores de LDL (LDL-R), fornecendo, 
assim, ácidos graxos dietéticos para o fígado (KOLOVOU; OOI, 2013). 
Ácidos graxos dietéticos, bem como ácidos graxos sintetizados de novo são 
usados para a síntese de triglicerídeos, que são montados em níveis muito bai-
xos de lipoproteínas de densidade (VLDL). Triglicerídeos VLDL também são hidro-
lisados por LPL, gerando VLDL remanescentes (VLDLR), que também aceitam co-
lesterol éster na transferência de partículas HDL. Os triglicerídeos são, portanto, 
transportados em duas classes principais de TRL: quilomícrons e VLDL, e seus re-
manescentes (CMR, VLDLR) (KOLOVOU; OOI, 2013). 
Em indivíduos saudáveis, as mudanças pós-prandiais dinâmicas ocorrem ao 
longo de quatro a seis horas, levando gradualmente a um estado pós-absorvente 
estável em que os quilomícrons não estão mais presentes, e VLDL, CMR e VLDLR 
permanecem no soro, mas em níveis mais baixos do que no estado pós-prandial. 
Em estados hiperlipidêmicos, as mudanças pós-prandiais são exageradas e duram 
mais (KOLOVOU; OOI, 2013).
Hipertrigliceridemia HTG após um jejum de 12 horas é a consequência da de-
ficiência de tratamento de TRL no período pós-prandial. Dependendo do(s) defei-
to(s), o tipo de acumulação de TRL varia, resultando em diferentes graus de HTG 
pós-prandial e em jejum. Quando quilomícron e VLDL se acumulam, como resulta-
do da hidrólise de triglicerídeos defeituosos, os resultados de HTG são de modera-
dos a graves, predispondo o indivíduo à pancreatite aguda (KOLOVOU; OOI, 2013). 
O único parâmetro no perfil lipídico clínico básico que muda significativamente 
após uma refeição é soro triglicérides. O resto – colesterol total, LDL colesterol e 
colesterol HDL – mostram pouca ou nenhuma mudança. Isso geralmente é verda-
de em pessoas saudáveis e em estados hiperlipidêmicos. Ainda na composição 
das mudanças dinâmicas, ocorre pós-prandial em todas as classes de soro de li-
poproteínas, o que implica que a relevância da PPL na doença vascular está rela-
cionada a mudanças não apenas em TRL, mas também em outras lipoproteínas 
(DRIVER et al., 2016). 
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Há evidências que associam trigliceridemia pós-prandial e doença vascular 
e há dados que fornecem mecanismos plausíveis para implicar a trigliceridemia 
pós-prandial direta e indiretamente no processo de formação de ateroma. A re-
cente descoberta de que os níveis de triglicerídeos séricos pós-prandiais são ain-
da melhores do que os níveis de triglicérides séricos em jejum como preditores 
de doença vascular indicam que é melhor medir um índice de TRL (na maioria dos 
casos níveis séricos de triglicerídeos) no período pós-prandial do que no estado 
de jejum pós-absortivo. Isso não é surpreendente, pois o TRL está passando por 
mudanças dinâmicas em quantidade e composição no período pós-prandial. No 
momento em que o estado pós-absorvente é alcançado, algumas dessas altera-
ções TRL pró-aterogênicas podem ser perdidas na medição (DRIVER et al., 2016).
Doenças cardiovasculares ateroscleróticas (ASCVD)
As doenças cardiovasculares ateroscleróticas (ASCVD) surgiram como a principal 
causa de morbidade e mortalidade humana em todas as raças e etnias. Genética, 
estilo de vida e gatilhos ambientais podem ajudar a acelerar a deposição de coles-
terol para causar ASCVD. Tradicionalmente, o vilão fi nal nessa interação sempre foi 
o LDL (colesterol de lipoproteína de baixa densidade). A convenção, até o momento, 
tinha visto a situação difícil da classifi cação das lipoproteínas como boas e más, ou 
seja, HDL e LDL, com a maioria das diretrizes da literatura contando com elas como 
marcadores diagnósticos e de intervenção clínica no tratamento de várias catego-
rias de ASCVD (KHAN et al., 2017). 
No entanto, várias tecnologias em evolução têm permitido aos pesquisadores 
medir e estudar o papel de diferentes subclasses de lipoproteínas. Uma visão sobre 
a defi nição dessas lipoproteínas é tecnicamente baseada em seu tamanho particu-
lar, que varia entre menos de 1,06 (LDL) e maior que 1,06 nm a 1,23 nm, como HDL 
após segregação por ultracentrifugação. Essas lipoproteínas são, na verdade, mistu-
ras de várias proporções de colesterol esterifi cado e não esterifi cado, fosfolipídeos, 
proteínas, triglicerídeos e apolipoproteínas de superfície (KHAN et al., 2017). 
Os estudos cinéticos identifi caram uma grande variabilidade em termos de forma, 
tamanho e composição lipídica que são difíceis de medir, mas laboratórios clínicos 
proporcionaram melhorias na ciência laboratorial e nas práticas de calibração. Os da-
dos recentes subcategorizaram as partículas de LDL, com base em seu tamanho e 
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densidade, em partículas de colesterol LDL pequenas e densas, denominadas LDL de 
pequena densidade (sdLDLc) e colesterol LDL denso grande, que provaram ser mais 
preditivas para destacar os riscos cardiovasculares subjacentes (KHAN et al., 2017).
A primeira categoria de lipoproteínas é agora considerada por penetrar facil-
mente na parede do vaso e se tornar oxidada, causando resultados indesejáveis de 
ASCVD, como a rigidez dos vasos sanguíneos. A aterosclerose se refere ao acúmulo 
de gorduras, colesterol e outras substâncias nas paredes das artérias (placa), o que 
pode restringir o fluxo sanguíneo (KHAN et al., 2017).
Assim, a evolução atual em lipidologia está convergindo para reconhecer a im-
portância do sdLDLc na causação dos riscos de ASCVD. No entanto, as tecnologias 
que medem o número de partículas de LDL ainda não estão disponíveis na maioria 
dos mercados de saúde em desenvolvimento, além do custo-benefício, que deve ser 
considerado (KHAN et al., 2017). 
É recomendado medir sdLDLce lbLDLc utilizando modelagem matemática, que 
incorpora equação de regressão multivariada passo a passo, e é importante obser-
var a massa de LDL, ao invés do tamanho. A capacidade de predição de risco do 
sdLDLc é superior à do colesterol não HDL e do colesterol LDL (KHAN et al., 2017). Os 
objetivos das novas diretrizes de manejo do colesterol incluem promover o cuidado 
ideal e a prevenção de ASCVD, melhorando o manejo de indivíduos que têm ASCVD 
(ROY, 2014).
O risco aumentado de ASCVD não está apenas associado a níveis elevados de 
LDL-C, mas também fatores como sexo, tabagismo, hipertensão e diabetes mellitus 
devem ser incluídos no manejo abrangente do colesterol. Os inibidores da 3-hidro-
xi-3-metilglutaril coenzima A (HMG-CoA) redutase (estatinas) são os únicos medica-
mentos para baixar o colesterol, que mostraram redução de risco de ASCVD, e cada 
redução de 39 mg/dL de LDL-C por uma estatina reduz o risco de ASCVD em 20%. A 
fim de reduzir esse risco, uma intensidade apropriada de terapia com estatinas deve 
ser usada (ROY, 2014).
CURIOSIDADE
Pacientes com diabetes e em estado pós-prandial podem apresentar 
anormalidades lipídicas, inflamação, alterações metabólicas, trombose, 
entre outras, que podem acarretar aterosclerose, a qual leva à ocorrência 
de infarto agudo do miocárdio, angina e morte súbita. 
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Sintetizando
O metabolismo do nitrogênio renal envolve principalmente o metabolis-
mo da ureia e da amônia. A excreção renal de amônia ocorre principalmente 
pela homeostase ácido-base. Tanto o transporte de ureia quanto o de amônia 
podem ser alterados por glicocorticoides e hipocalemia, duas condições que 
também afetam o metabolismo das proteínas. A fenilalanina é metabolizada 
em ácido acetoacético e ácido fumárico via tirosina. Um metabólito da tirosi-
na, DOPA, é convertido nos neurotransmissores epinefrina e norepinefrina. 
A falta desses neurotransmissores é um fator causal na doença de Parkinson 
e na esquizofrenia. 
Lipoproteínas são substâncias compostas por lipídeos (gordura) e proteí-
nas. As lipoproteínas no plasma sanguíneo são o meio de transporte do coles-
terol pela corrente sanguínea e pelo fluido linfático. O metabolismo lipídico é 
o processo em que a maior parte da gordura ingerida pelo corpo é emulsifi-
cada em pequenas partículas pela bile e, em seguida, a lipase secretada pelo 
pâncreas e pelo intestino delgado hidrolisa os ácidos graxos da gordura em 
ácidos graxos livres e monoglicerídeos. Uma pequena quantidade de ácidos 
graxos é completamente hidrolisada em glicerol e ácidos graxos.
Após a hidrólise, essas pequenas moléculas, como o glicerol e os ácidos 
graxos de cadeia curta e de cadeia média, são absorvidas pelo intestino del-
gado. Após a absorção de monoglicerídeos e ácidos graxos de cadeia longa, 
os triglicerídeos serão ressintetizados nas células do intestino delgado e jun-
to com os fosfolipídeos, colesterol e proteínas, para formar os quilomícrons, 
que entrarão na circulação sanguínea a partir do sistema linfático. O fígado 
e o pâncreas são locais importantes para o metabolismo lipídico e desem-
penham um papel relevante no processo de digestão, absorção, 
síntese, decomposição e transporte de lipídeos. 
Alguns medicamentos passam inalterados pelo fí-
gado e são excretados na bile. Outros medicamen-
tos são convertidos em metabólitos no fígado an-
tes de serem excretados na bile. A partir daí as 
drogas são eliminadas nas fezes ou reabsorvidas 
na corrente sanguínea e, portanto, recicladas. 
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