2 10 COC metabolismo_1

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Bases Moleculares 
da Vida 
 
Profa. Annielle Mendes Brito da Silva 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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BLOCO 2. METABOLISMO I 
Olá, aluno(a)! Neste bloco, você trabalhará com os conceitos fundamentais sobre o 
metabolismo, iniciando também as explicações para o entendimento sobre as vias 
envolvidas no metabolismo de carboidratos, as macromoléculas responsáveis pelo 
fornecimento imediato de energia, evidenciando tanto a sua degradação, quanto a sua 
síntese e armazenamento. Aqui, você vai iniciar o aprendizado sobre o maravilhoso 
mundo do metabolismo. Bons estudos! 
 
2.1 Bases do Metabolismo 
Metabolismo corresponde ao conjunto de reações químicas responsáveis pelos 
processos de síntese e degradação dos nutrientes nas células, adaptando-se às 
diferentes necessidades do organismo. O metabolismo precisa ter atividade celular 
coordenada para obtenção de energia química e para realizar a conversão e síntese de 
moléculas características e necessárias para cada tipo de célula e para funções 
específicas (MARZZOCO E TORRES, 2018). 
O processo de metabolismo inclui anabolismo, que é a síntese, ou seja, a formação de 
compostos. Também inclui o catabolismo, onde há a degradação, ou “quebra” de 
compostos, geralmente para a obtenção de energia. O anabolismo requer o uso de 
energia, pois é constituído por reações de síntese, onde ocorre a transformação de 
compostos orgânicos simples em compostos complexos. Já no catabolismo temos as 
reações que liberam energia para o meio, muitas vezes essa energia é utilizada pelo 
organismo em reações anabólicas. As reações catabólicas correspondem às reações de 
degradação, nas quais ocorre a transformação de compostos orgânicos complexos em 
compostos simples. Esse tipo de reação tem grande importância para os organismos 
vivos, pois há a necessidade de energia para manter as funções biológicas como a 
contração muscular, o crescimento e o reparo. 
No organismo vivo, basicamente há a obtenção de compostos presentes no ambiente, 
não necessariamente através da alimentação. Esses compostos são consumidos e/ou 
armazenados, dependendo do estado do organismo, para a produção e posterior 
 
 
 
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utilização da energia. Quanto às fontes energéticas, os organismos são classificados em 
autótrofos ou heterótrofos, conforme mostrado no quadro a seguir. 
 
Fontes energéticas AUTÓTROFOS HETERÓTROFOS 
Usam matéria inorgânica do meio 
externo 
X X 
Usam matéria orgânica do meio 
externo 
 X 
Usam energia solar para produzir 
matéria orgânica 
X 
Usam energia química acumulada na 
matéria orgânica 
X X 
Produzem matéria orgânica a partir 
da matéria inorgânica 
X 
 
Os seres heterótrofos adquirem os nutrientes a partir da alimentação. Ao ingerirem o 
alimento, inicia-se o processo de digestão no sistema digestório, decorrente de 
processos mecânicos e da ação de enzimas. Esse processo quebra as grandes 
moléculas em moléculas menores e facilita o próximo passo, chamado de absorção. No 
ser humano, a absorção acontece, em suma, no intestino e necessita de processos de 
transporte específicos presentes na membrana das células epiteliais, onde acontece a 
passagem das moléculas para a circulação sanguínea. Essas substâncias na corrente 
sanguínea passam pelo processo de distribuição, onde há a oferta aos demais tecidos. 
Algumas alterações no organismo podem interferir na digestão e absorção de certos 
nutrientes, levando à deficiência nutricional, alergias ou intolerância a determinados 
nutrientes (ALBERTS et al., 2017). 
 
2.2 Enzimas e Vitaminas 
Várias vias metabólicas estão acontecendo em nosso organismo neste exato 
momento, ao mesmo tempo e em um espaço de tempo muito pequeno. Essas reações 
são catalisadas, ou seja, aceleradas por moléculas com função metabólica que são 
chamadas de enzimas. As enzimas são em sua maioria de origem proteica, sendo as 
demais compostas por RNA, chamadas de ribozimas. 
 
 
 
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As enzimas funcionam acelerando a taxa das reações químicas, catalisando 
praticamente todas as reações que ocorrem dentro do organismo. A substância sobre 
a qual a enzima atua é chamada de substrato, e a enzima é específica para cada tipo de 
substrato. A nova substância formada durante a reação é chamada de produto, 
podendo ser um produto de catabolismo (quebra) ou de anabolismo (junção). É 
importante ressaltar que algumas enzimas agem nas duas direções, quebrando e 
ligando os substratos específicos (Figura 1). 
Por se tratar de uma proteína, a atividade de uma enzima é afetada pelo ambiente 
dentro do organismo, levando em consideração a temperatura, o pH e a presença ou 
ausência de cofatores, além de ser afetada pela disponibilidade de substrato e, em 
alguns casos, pela concentração do produto. 
As enzimas podem ser classificadas de acordo com as reações das quais participam, 
sendo classificadas em seis tipos básicos: oxidorredutases; transferases; hidrolases; 
liases; isomerases; e ligases. As oxidorredutases, como o nome sugere, realizam 
reações de oxidação-redução, sendo um dos tipos de reação mais importantes nas 
quais a enzima pode atuar. Nessas reações, há a troca de elétrons entre duas 
substâncias. Se a substância perde elétrons, dizemos que foi oxidada, se ela ganha, foi 
reduzida. Normalmente, quando uma substância é oxidada, outra é reduzida, por isso 
se diz que a oxidação e a redução ocorrem simultaneamente. Nesses tipos de reações 
em sistemas biológicos, geralmente o movimento dos prótons de hidrogênio (H+) 
acompanha a troca de elétrons em um organismo, enquanto alguns compostos 
funcionam como agentes redutores. 
 
 
 
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Figura 1. Modelo de funcionamento de uma enzima. Adaptado de Shutterstock. 
 
Na Figura 1, podemos notar o esquema chave-fechadura de alta especificidade. No 
modelo mostrado, na parte superior, temos uma enzima realizando a quebra do 
substrato. Já no modelo, na parte inferior, temos a enzima catalisando uma reação 
anabólica, onde dois substratos unem-se para a formação de um único produto. O 
substrato entra em contato com a enzima através do seu encaixe com o sítio ativo 
específico, então a enzima altera ligeiramente a sua forma à medida que o substrato se 
liga, formando o complexo enzima/substrato. A reação acontece e o substrato é 
convertido em produto. O produto deixa o sítio ativo da enzima e vai para o meio. 
A deficiência na produção de alguns tipos de enzimas pode levar a alterações no 
organismo. Um exemplo clássico é a intolerância à lactose, causada pela não produção 
da enzima lactase, que é responsável pela quebra do açúcar lactose em galactose e 
 
 
 
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glicose. A não ocorrência adequada dessa reação impossibilita o indivíduo de realizar a 
digestão corretamente, levando-o a sintomas, como diarreias e náuseas (Figura 2). 
 
Figura 2. A ausência da enzima lactase impede a quebra da lactose, aumentando a 
fermentação proveniente da microbiota intestinal. 
 
Para o seu funcionamento efetivo, muitas enzimas necessitam de substâncias 
orgânicas ou inorgânicas. Essas substâncias são chamadas de cofatores. Se o cofator 
for orgânico, recebe o nome de coenzima, sendo as principais representantes dessa 
categoria as vitaminas. 
 ma itamina é de nida como um composto org nico necessário na dieta em 
quan dades pequenas para a manutenção do metabolismo normal. de ci ncia 
desses compostos provoca doenças específicas, decorrentes de alterações nas funções 
bioquímicas exercidas pelas enzimas. Essas doenças podem ser curadas ou evitadas 
apenas pela reposição, pois geralmente as itaminas não podem ser sinte adas pelo 
organismo, portanto, devendo ser fornecidas pela dieta. 
As vitaminas hidrossolúveis, ou seja, solúveis em água, funcionam principalmente 
como coenzimas. Essas são as itaminas e , o ácido lico, a bio na e o ácido 
pantot nico. ácido lico atua como carreador de unidades de carbono. 
de ci ncia de uma nica itaminado comple o é rara, isto que as dietas pobres 
estão mais requentemente associadas a estados de de ci ncia m l pla. Toda ia, 
 
 
 
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e istem s ndromes espec cas caracter s cas da de ci ncia de cada itamina, por 
e emplo, o beri béri (deficiência de tiamina); a queilose, a glossite e a seborreia 
(deficiência de riboflavina); a pelagra de ci ncia de niacina a anemia megaloblás ca, 
a acid ria me lmal nica e a anemia perniciosa de ci ncia de itamina a anemia 
megaloblás ca de ci ncia de ácido lico); e o escorbuto, um grande sangramento na 
gengiva causado pela ausência da vitamina C. 
 s itaminas lipossol eis são compostos hidro bicos, não sol eis em água, que 
podem ser absor idos de modo e ciente apenas quando há absorção normal de 
gorduras. semelhança de outros lip dios, essas itaminas são transportadas no 
sangue em lipoprote nas ou adas a prote nas de ligação espec ca. s itaminas 
lipossol eis desempenham di ersas unç es, e sua ausência leva a disfunções 
orgânicas, como mostradas no quadro a seguir: 
Vitamina Função Disfunção relacionada à ausência 
A Visão e diferenciação celular Cegueira noturna e xeroftalmia 
D Metabolismo do Cálcio e Fosfato; 
Diferenciação celular 
Raquitismo em crianças e 
osteomalacia em adultos 
E Antioxidante Distúrbios neurológicos e anemia 
hemolítica do recém-nascido 
K Coagulação sanguínea Doença hemorrágica do recém-
nascido 
 
 lguns elementos minerais inorg nicos também desempenham unç es biol gicas, 
como a unção de co ator, e precisam ser ornecidos pela dieta. uando a ingestão é 
insuficiente, podem surgir sinais de de ci ncia, como anemia de ci ncia de erro e 
cre nismo e b cio de ci ncia de iodo . nclusi e, o consumo e cessi o de alguns 
minerais inorg nicos pode ser t ico. 
 
2.3 Metabolismo de Carboidratos I 
A digestão e absorção dos carboidratos inicia-se na boca, pela ação da enzima α-
amilase. As enzimas que se encontram nas bordas das microvilosidades intestinais 
completam a digestão. A glicose, galactose e frutose são os únicos monossacarídeos 
 
 
 
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absorvidos imediatamente pelas células intestinais, resultado do trabalho de 
transportadores específicos de membrana. 
Nas células eucarióticas animais, a geração de energia proveniente do metabolismo de 
carboidratos inicia-se no citoplasma com uma via metabólica chamada de glicólise. 
Como o próprio nome menciona, na glicólise há a quebra da molécula de glicose para a 
geração de energia. Em resumo, a glicólise consiste em uma sucessão de reações que 
gera como produto: 2 moléculas de ATP e 2 moléculas de piruvato. 
Em condições de aerobiose, ou seja, na presença de oxigênio, as moléculas de piruvato 
provenientes da glicólise são convertidas em acetil-coenzima A (Acetil-CoA), que são 
direcionadas para o interior das mitocôndrias para a realização do Ciclo dos Ácidos 
Tricarboxílicos, também chamado de Ciclo de Krebs. Essa via é iniciada pela junção do 
grupamento Acetil com uma molécula de oxalacetato, formando uma molécula de 
ácido cítrico. Como o próprio nome relata, a via consiste em um ciclo, onde ocorrem 
diversas reações de oxidação e redução dos ácidos tricarboxílicos formando oito 
hidrogênios liberados, do quais seis se combinam com três moléculas de NAD, 
formando três moléculas de NADH, e dois se combinam com um outro aceptor, o FAD, 
formando uma molécula de FADH, além da geração de 1 molécula de ATP. Contando 
que na reação de cada piruvato com a coenzima A formam-se mais duas moléculas de 
NADH, e que este ciclo está acontecendo para duas moléculas de piruvato (lembrando 
que 1 glicose gera 2 piruvatos) temos como saldo do ciclo de Krebs: 8NADH (sendo 2 
provenientes da reação do piruvato com a coenzima A) + 2 FADH + 2ATP. (MARZZOCO 
E TORRES, 2018). 
Os hidrogênios liberados na degradação das moléculas orgânicas e capturados pelos 
aceptores são direcionados a uma nova via que ocorre no interior das cristas 
mitocondriais, chamada de cadeia respiratória ou cadeia transportadora de elétrons, 
onde esses átomos de hidrogênio combinam-se com átomos de oxigênio provenientes 
do O2 atmosférico, formando moléculas de água (H2O). Porém, antes de reagirem ao 
final com o O2, os hidrogênios percorrem uma longa e complexa trajetória, na qual se 
combinam sucessivamente com diversas substâncias aceptoras intermediárias. 
(MARZZOCO e TORRES, 2018). 
 
 
 
 
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As moléculas de NAD, de FAD e de citocromos que participam da cadeia respiratória 
captam hidrogênios e os transferem, através de reações que liberam energia, para um 
aceptor seguinte. Os aceptores de hidrogênio que fazem parte da cadeia respiratória 
estão dispostos em sequência na parede interna da mitocôndria. O último aceptor de 
hidrogênios na cadeia respiratória é responsável pela formação de ATP a partir de 
moléculas de ADP, processo chamado de Fosforilação Oxidativa. Assim, cada molécula 
de NADH que inicia a cadeia respiratória leva à formação de três moléculas de ATP a 
partir de três moléculas de ADP e três grupos fosfato. A contabilidade energética 
completa da respiração aeróbica é, portanto, de 38 moléculas de ATP (RODWELL et al., 
2017). O resumo das etapas da respiração aeróbica encontra-se na Figura 3. 
Na anaerobiose, ausência de oxigênio, as moléculas de piruvato geradas pela glicólise 
seguem para vias chamadas de Fermentação. Nos animais e em alguns micro-
organismos (Streptococcus sp. e Lactobacillus sp.), ocorre a fermentação láctica, onde 
a redução do piruvato forma lactato. Nos animais, esse tipo de fermentação acontece 
quando há contração muscular vigorosa, produzindo a chamada dor láctica. Na 
indústria alimentícia, são usadas bactérias para realizarem a fermentação de laticínios, 
a fim de produzir queijos e iogurtes utilizando como matéria-prima a glicose 
proveniente da lactose presente nesses alimentos. Algumas bactérias e leveduras são 
usadas pela indústria alimentícia a fim de produzir o etanol por meio da fermentação 
alcoólica. Outras também são usadas na fermentação acética para a produção de 
vinagre. 
 
 
 
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Figura 3. Etapas da respiração aeróbica da glicose para a geração de energia. 
 
2.4 Metabolismo de Carboidratos II 
Assim que nos alimentamos e necessitamos de energia, há o consumo imediato das 
moléculas de glicose a fim de formar energia imediata. Porém, existem outras vias que 
as moléculas de glicose podem seguir. Aqui, discutiremos sobre as demais vias que 
envolvem o metabolismo de carboidratos. 
A primeira via a ser mencionada é chamada de gliconeogênese. Essa via é ativada para 
a manutenção dos níveis de glicose no sangue, mesmo após toda a glicose da dieta ter 
sido absorvida e totalmente oxidada. A gliconeogênese consiste na formação de 
moléculas de glicose a partir de fontes não glicídicas tais como lactato, aminoácidos e 
glicerol. A gliconeogênese acontece na direção inversa da glicólise, utilizando as 
mesmas enzimas reversíveis e contornando os passos irreversíveis. Essa via ocorre 90% 
no fígado e 10% nos rins e, por se tratar de uma via anabólica, necessita do consumo 
de energia na forma de ATP. 
Nos períodos de alto suprimento no organismo, essas moléculas de glicose podem ser 
armazenadas no citosol de diversas células, acontecendo prioritariamente nas células 
do fígado e do músculo esquelético. Essa reserva energética é realizada na forma de 
 
 
 
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glicogênio, importante para a regulação dos níveis de glicose no sangue, como 
veremos a seguir, e para fornecer reserva imediata de energia para a atividade 
muscular persistente. A via de formação de glicogênio é chamada de glicogênese e 
inicia-se com a fosforilação da glicose, formando moléculas de glicose 1-fosfato (G1P). 
As moléculas de G1P são convertidas, ocorrendo gasto de energia, e as moléculas 
resultantes passam pelo processo de polimerização, onde são unidas por ligações 
glicosídicas catalisadas pela enzimaglicogênio sintase. Quando o glicogênio estiver 
grande o bastante, a enzima glicogênio sintase é deslocada. A formação de glicogênio 
permite o acúmulo de glicose nas células sem aumentar a pressão osmótica dentro 
destas (MARZZOCO e TORRES, 2018). 
O músculo armazena apenas para o consumo próprio e só utiliza durante o exercício, 
quando há necessidade de energia rápida, sendo consumido totalmente cerca de 24 
horas após a última refeição. O glicogênio é uma fonte imediata de glicose para os 
músculos quando há a diminuição da glicose sanguínea (hipoglicemia). Em momentos 
em que o corpo carece por energia, geralmente no jejum, acontece o processo de 
degradação do glicogênio, chamado de glicogenólise. Esse processo consiste no 
desligamento das ligações glicosídicas entre moléculas de glicose, gerando compostos 
que não precisam ser necessariamente glicose livre (MARZZOCO e TORRES, 2018; 
BROWN, 2018). 
Na bioquímica, podemos interligar o reaproveitamento do lactato na gliconeogênese 
no fígado com o preenchimento dos estoques de glicogênio muscular (glicogênese). 
Chamamos a interligação dessas duas vias de Ciclo de Cori (Figura 4). 
 
 
 
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Figura 4. Geração de ácido láctico pela contração muscular vigorosa, o que leva ao 
aumento do lactato sanguíneo. Esse lactato é reaproveitado na gliconeogênese, e a 
glicose gerada é armazenada de volta no músculo na forma de glicogênio. Chamamos 
essa interligação da gliconeogênese com a glicogênese de Ciclo de Cori. 
 
A via das pentoses-fosfato é uma rota catabólica alternativa de oxidação da glicose-6P, 
que ocorre no citosol, sem produção de ATP, mas com geração de NADPH e pentoses 
fosfato. Essa é a via de oxidação da glicose responsável pela produção de 
intermediários biossintéticos importantes para as células. São eles: 
 NADPH, que pode ser utilizado como agente redutor nas reações de biossíntese 
de ácidos graxos e na proteção contra espécies reativas de oxigênio (radicais 
livres). 
 Ribose-5-fosfato, precursor da ribose e desoxirribose, açúcares importantes 
para a síntese de ácidos nucleicos. 
 
 
 
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2.5 Fotossíntese 
Fotossíntese é um processo físico-químico, em nível celular, realizado pelos seres vivos 
clorofilados, plantas, algas e algumas bactérias, que utilizam dióxido de carbono e 
água, para obter sacarídeos e oxigênio (O2) através da energia luminosa. A fotossíntese 
é estudada mais detalhadamente em fisiologia vegetal, porém, falaremos das bases 
bioquímicas desse evento tão importante para os sistemas biológicos. 
A fase bioquímica da fotossíntese acontece no interior do cloroplasto, uma organela 
composta por duas membranas (interna e externa), que se encontram separadas pelo 
espaço intermembranas (ALBERTS et al., 2017). 
As duas reações mais importantes do processo de fotossíntese são a fotofosforilação e 
a fixação do dióxido de carbono (CO2). A fotofosforilação é a criação de energia usando 
a luz do sol e a fixação do CO2 utiliza essa energia para sintetizar sacarídeos. A 
fotofosforilação acontece na membrana dos tilacoides, onde há grande quantidade de 
clorofila. Nesse evento, ocorre a conversão da energia luminosa em energia química, 
levando à formação de um fluxo de elétrons que produz grande quantidade de energia 
na forma de ATP. Resumindo, é uma reação que utiliza a luz para criar ATP a partir do 
ADP utilizando a fosforilação. 
Dentro dos cloroplastos encontram-se os granuns, tilacoides e lamelas. O estroma do 
cloroplasto corresponde a uma solução onde ocorrem as fases bioquímicas da 
fotossíntese, chamada de fixação de dióxido de carbono. Essa fase divide-se em três 
etapas: 
(1) a carboxilação, onde 3 moléculas de Ribulose-1,5-Bifosfato são recrutadas para 
iniciar o processo, onde são acrescidas de 3 moléculas de CO2, ao final, formando 6 
moléculas de 3 fosfoglicerato; 
(2) a redução do carbono, onde as 6 moléculas de 3-fosfoglicerato são reduzidas a 6 
moléculas de 3-fosfogliceraldeído, com gasto de ATP e oxidação de NADPH; 
(3) regeneração do substrato, onde 5 moléculas de 3-fosfogliceraldeído são utilizadas 
para sintetizar 3 moléculas de Ribulose-1,5-Bifosfato. Note que apenas 5 moléculas de 
3-fosfogliceraldeído foram reaproveitadas. A última das moléculas sai do estroma para 
se transformar em amido, que serve como reserva de energia para as células vegetais. 
 
 
 
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Em resumo, a fixação do carbono é uma reação que utiliza energia química, 
armazenada na forma de ATP, para criar sacarídeos, utilizando o CO2 presente na 
atmosfera como matéria-prima. 
 
 
Figura 5. Fluxo da fotossíntese. 
Conclusão do Bloco 2 
Neste bloco, você pôde entender a importância dos carboidratos como principais 
fontes de energia para o funcionamento dos organismos. Você também viu a 
importância da respiração celular, e como as mitocôndrias são essenciais para a 
obtenção de mais energia na forma de ATP. Por fim, e não menos importante, 
entendemos como os vegetais realizam a fotossíntese, um evento tão importante para 
as plantas e para o ambiente. 
 
 
 
 
 
 
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Referências do bloco 2 
ALBERTS, Bruce et al. Fundamentos da Biologia Celular. Trad. rdala lisa ndrade e 
outros re isão técnica: Ardala Elisa Breda Andrade, Gaby Renard. 4. ed. Porto Alegre : 
Artmed, 2017. Disponível 
em: . Acesso 
em: maio 2019. 
 
BROWN, T. A. Bioquímica. 1. ed. Tradução Idilia Vanzellotti e Patricia Lydie Voeux; 
Revisão técnica Marcelo Paes de Barros. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2018. 
 
RODWELL, Victor et al. . . ed. Tradução de u s 
 ernando arques or illé, aria lisabete osta oreira e imone obe de li eira 
 e isão técnica de uilhian eipnit . Porto Alegre: AMGH, 2017. 
 
MARZZOCO, Anita; TORRES, Bayardo Baptista. Bioquímica básica. 4. ed. reimpr. Rio 
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2018.