Aula 6 - Bases Biológicas e Bioquímicas - Bases Biológicas e Bioquímicas

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AULA
Metabolismo Celular
25/10/2025, 16:11 Aula 06
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 Nesta aula, os seguintes tópicos serão explorados:
1
Tópico
Respiração celular: rota metabólica do piruvato sob
condições aeróbias e anaeróbias
2
Tópico
Respiração celular: rota metabólica do catabolismo da
glicose
3 Tópico
Fosforilação oxidativa: obtenção de energia celular - ATP
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Em nossos estudos, já conhecemos a via metabólica glicólise, que catalisa a
molécula de glicose (6C) em dez reações bioquímicas coordenadas resultando em
duas moléculas de piruvato (3C). Nesse tópico, iremos conhecer e aprender o
destino do piruvato sob condições aeróbias e anaeróbias.
O piruvato é uma molécula central no metabolismo celular, servindo como ponto
de interseção para diversas vias metabólicas. Essa molécula pode seguir três
destinos (Berg; Tymoczko; Stryer, 2010):
Tópico 01
Respiração celular: rota metabólica do piruvato sob
condições aeróbias e anaeróbias
1
Fermentação alcoólica: em condições anaeróbias
As leveduras e outros microrganismos fermentam a glicose
(6C) em etanol e dióxido de carbono, com a participação de
duas enzimas importantes: piruvato descarboxilase e a álcool
desidrogenase.
2
Fermentação láctica: em condições anaeróbias
Como em células musculares durante exercícios intensos ou
em certos microrganismos como as bactérias, o piruvato é
reduzido a lactato pela enzima lactato desidrogenase.
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No infográfico a seguir, explore os caminhos do piruvato e aprenda como essa
molécula fundamental segue destinos diferentes sob condições aeróbias e
anaeróbias, incluindo fermentação alcoólica, láctica e conversão em acetil-CoA
para a respiração celular.
3
Sob condições aeróbias
O piruvato é transportado para dentro da mitocôndria, onde é
convertido em acetil-CoA pela ação do complexo da piruvato
desidrogenase. Este processo é crucial para a respiração
celular, pois o acetil-CoA entra no ciclo do ácido cítrico (ou
ciclo de Krebs), onde é completamente oxidado a CO₂,
gerando NADH e FADH₂. Estes transportadores de elétrons
são, então, utilizados na cadeia de transporte de elétrons para
a produção de ATP, a principal moeda energética da célula
(fosforilação oxidativa).
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Fonte: o autor.
Os destinos do piruvato no metabolismo celular são diversos e críticos para a
adaptação metabólica da célula às condições variáveis de oxigênio e às
necessidades energéticas. Seja na geração de ATP via respiração celular, na
produção de lactato ou etanol em condições anaeróbias, na síntese de glicose via
gliconeogênese, ou na manutenção dos intermediários do ciclo de Krebs, o
piruvato desempenha um papel central na bioenergética e na homeostase
metabólica da célula (Alberts et al., 2017; Nelson; Cox, 2014).
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Figura 1 - Respiração celular
Fonte: Shutterstock.
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PARA PENSAR
O piruvato é uma molécula central no metabolismo celular, servindo como ponto
de interseção para diversas vias metabólicas. Sobre o destino do piruvato sob
condições anaeróbias e aeróbias, assinale a alternativa correta.
a. As leveduras e outros microrganismos fermentam a glicose (6C) em etanol e
dióxido de carbono, sob condições aeróbias.
b. Somente certos microrganismos como as bactérias, o piruvato é reduzido a
lactato pela enzima lactato desidrogenase, sob condições anaeróbias.
c. O piruvato é transportado para dentro da mitocôndria, onde é convertido em
acetil-CoA pela ação do complexo da piruvato desidrogenase, sob condições
aeróbias.
d. O piruvato é uma molécula central no metabolismo celular, servindo como
ponto de interseção para diversas vias metabólicas e, portanto, atua
somente em condições onde o oxigênio está presente.
e. A participação de duas enzimas importantes: piruvato descarboxilase e a
álcool desidrogenase estão presentes na fermentação láctica.
A alternativa C é a correta.
Justificativa: O piruvato é transportado para dentro da mitocôndria, onde é
convertido em acetil-CoA pela ação do complexo da piruvato desidrogenase, sob
condições aeróbias. Este processo é crucial para a respiração celular, pois o acetil-
CoA entra no ciclo do ácido cítrico (ou ciclo de Krebs), onde é completamente
oxidado a CO₂, gerando NADH e FADH₂. Estes transportadores de elétrons são
então utilizados na cadeia de transporte de elétrons para a produção de ATP, a
principal moeda energética da célula (fosforilação oxidativa).
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A glicólise, que ocorre no citoplasma celular, é o primeiro passo na oxidação da
glicose. Nessa via metabólica, uma molécula de glicose é quebrada em duas
moléculas de piruvato, gerando um pequeno rendimento de ATP e NADH, que são
transportadores de elétrons. O piruvato, então, entra nas mitocôndrias, onde é
convertido em acetil-CoA, que alimenta o Ciclo do Ácido Cítrico/Ciclo de Krebs,
resultando na maior parte da energia da oxidação temporariamente armazenada
nos transportadores de elétrons FADH e NADH que seguirão para a cadeia
transportadora de elétrons: fosforilação oxidativa (Alberts et al., 2017).
No infográfico a seguir, entenda as etapas da glicólise no citoplasma até a
fosforilação oxidativa nas mitocôndrias, e veja como a glicose é transformada em
ATP, a energia que alimenta a vida celular.
Tópico 02
Respiração celular: rota metabólica do catabolismo da
glicose
2
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A respiração celular é um processo bioquímico fundamental pelo qual as células
extraem energia dos nutrientes, principalmente da glicose, para produzir ATP, a
principal moeda energética da célula. Esse processo ocorre nas organelas
mitocôndrias em três etapas principais: a produção de acetil-CoA, o ciclo do ácido
cítrico (ou ciclo de Krebs) e a cadeia transportadora de elétrons - fosforilação
oxidativa (Nelson; Cox, 2022). 
A seguir, iremos conhecer as seguintes etapas: 1. Produção de acetil-CoA, e 2.
Ciclo do Ácido Cítrico (ou ciclo de Krebs).
1. Produção de acetil-CoA: a produção de acetil-CoA é o primeiro passo da
respiração celular e ocorre na matriz mitocondrial. Após a glicólise, que acontece
no citoplasma e degrada a glicose em duas moléculas de piruvato, o piruvato é
transportado para dentro da mitocôndria. Dentro da mitocôndria, o piruvato é
convertido em acetil-CoA (2C) pela ação da enzima denominada de complexo
piruvato desidrogenase (PDH). Este complexo enzimático realiza três reações
principais:
Descarboxilação oxidativa do piruvato: o piruvato perde um grupo
carboxila, liberando CO₂.
Formação de acetil-CoA: o grupo acetil resultante é ligado à coenzima A
(CoA), formando acetil-CoA.
Redução de NAD⁺ a NADH: durante o processo, o NAD⁺ é reduzido a NADH,
que transportará elétrons para a cadeia transportadora de elétrons.
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Figura 2 - Produção de Acetil-CoA
Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 664).
2. Ciclo do Ácido Cítrico (ou ciclo de Krebs): o acetil-CoA (2C) entra no ciclo do
ácido cítrico, também conhecido como ciclo de Krebs, que ocorre na matriz
mitocondrial, e envolve oito reações bioquímicas. Este ciclo é uma série de reações
Dica
A enzima denominada de complexo piruvato
desidrogenase (PDH) está localizada na
matriz mitocondrial de células eucarióticas.
Esse complexo multienzimático depende de
cofatores e coenzimas para a conversão do
piruvato a moléculade acetil-CoA. A tiamina
pirofosfato (TPP) é uma coenzima derivada da
vitamina B1 que atua nesse complexo PDH. A
tiamina (vitamina B1 hidrossolúvel) não é
sintetizada nem armazenada em quantidades
significativas pelos tecidos da maioria dos
vertebrados, e a aquisição ocorre através da
dieta alimentar (carnes, cereais integrais,
castanhas, hortaliças). A Doença Beribéri 
resulta da deficiência dietética de tiamina
caracterizada pela perda parcial de funções
neurais (Berg; Tymoczko; Stryer, 2010). 
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enzimáticas que completam a oxidação dos carbonos do acetil-CoA a CO₂, e cada
volta do ciclo processa uma molécula de acetil-CoA. A cada rodada do ciclo, três
moléculas de NADH, uma de FADH uma de GTP e duas de CO₂ são liberadas em
reações de descarboxilação oxidativa.
Figura 3 - Ciclo do Ácido Cítrico
Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 679).
O ciclo é uma via central e praticamente universal por meio da qual os compostos
derivados da degradação de carboidratos, gorduras e proteínas são oxidados a
CO₂, com a maior parte da energia da oxidação temporariamente armazenada nos
transportadores de elétrons FADH e NADH que seguirão para a cadeia
transportadora de elétrons: fosforilação oxidativa (Nelson; Cox, 2022).
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Figura 4 - Metabolismo Celular: Catabolismo
Fonte: Shutterstock.
O Ciclo do ácido cítrico é uma via anfibólica, pois funciona no catabolismo oxidativo
de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos, e também fornece precursores para
muitas vias biossintéticas (anabolismo). Conforme os intermediários são removidos
para servirem como precursores de vias anabólicas, eles são repostos por reações
anapleróticas (Berg; Tymoczko; Stryer, 2010).
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PARA PENSAR
Na matriz mitocondrial ocorre duas etapas principais responsáveis pela
continuação da via catalítica da glicose: a produção de acetil-CoA, o ciclo do ácido
cítrico (ou ciclo de Krebs). Sobre essa afirmativa, assinale a alternativa correta.
a. Após a glicólise que acontece no citoplasma e degrada a glicose em duas
moléculas de piruvato, o piruvato é transportado para dentro da
mitocôndria. A produção de acetil-CoA é o primeiro passo da respiração
celular e ocorre na matriz mitocondrial.
b. A enzima denominada de complexo piruvato desidrogenase (PDH) realiza as
oito reações enzimáticas do ciclo do ácido cítrico.
c. O ciclo do ácido cítrico é uma via central e praticamente universal por meio
da qual os compostos derivados da degradação de exclusivamente de
carboidratos, são oxidados a CO₂, com a maior parte da energia da oxidação
temporariamente armazenada nos transportadores de elétrons FADH e
NADH. 
d. A cada volta do ciclo do ácido cítrico, é processada uma molécula de acetil-
CoA, produzindo somente duas de CO₂ que são liberadas em reações de
descarboxilação oxidativa.
e. O Ciclo do ácido cítrico é uma via anaplerótica, pois funciona no catabolismo
oxidativo de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos, e também fornece
precursores para muitas vias biossintéticas (anabolismo).
A alternativa A é a correta.
Justificativa: Após a glicólise que acontece no citoplasma e degrada a glicose em
duas moléculas de piruvato, o piruvato é transportado para dentro da mitocôndria.
A produção de acetil-CoA é o primeiro passo da respiração celular e ocorre na
matriz mitocondrial. O piruvato entra nas mitocôndrias, onde é convertido em
acetil-CoA, que alimenta o Ciclo do Ácido Cítrico/Ciclo de Krebs, resultando na
maior parte da energia da oxidação temporariamente armazenada nos
transportadores de elétrons FADH e NADH que seguirão para a cadeia
transportadora de elétrons: fosforilação oxidativa. 
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A fosforilação oxidativa é a etapa final da respiração celular e é responsável pela
produção da maior parte do ATP nas células eucarióticas sob condições aeróbias.
Este processo ocorre na membrana interna das mitocôndrias (cristas) e envolve
duas etapas principais: 1. Cadeia transportadora de elétrons, e 2. Síntese de ATP
pela ATP sintase (Berg; Tymoczko; Stryer, 2010). 
Tópico 03
Fosforilação oxidativa: obtenção de energia celular -
ATP
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Figura 5 - Mitocôndria: Morfologia
Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 763).
A cadeia transportadora de elétrons é composta por uma série de complexos
proteicos (Complexos I, II, III e IV) e moléculas transportadoras de elétrons, como a
ubiquinona (coenzima Q) e os citocromos. Os elétrons transportados pelo NADH e
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FADH2 são transferidos ao longo de uma série de complexos proteicos, liberando
energia que é utilizada para bombear prótons (H ) através da membrana
mitocondrial interna de acordo com a figura a seguir.
Figura 6 - Fosforilação oxidativa
Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 778).
No Complexo IV (Citocromo c Oxidase), ocorre a transferência final de elétrons: os
elétrons são transferidos do citocromo c para o oxigênio molecular (O₂), o aceptor
final de elétrons. O oxigênio se combina com os elétrons e prótons (H⁺) para
formar água (H₂O).
Síntese de ATP: a ATP sintase é uma enzima localizada na membrana interna
mitocondrial que utiliza a energia do gradiente de prótons para sintetizar ATP a
partir de ADP e fosfato inorgânico (Pi). Esse bombeamento de prótons cria um
gradiente eletroquímico que é, então, utilizado pela enzima ATP sintase (também
denominado de Complexo V) para gerar ATP, o principal portador de energia
celular, conforme a figura acima. A energia eletroquímica inerente à diferença de
concentração de prótons e a separação de cargas através da membrana
mitocondrial interna (MMI), ou seja, a força próton-motriz impulsiona a síntese de
ATP, à medida que os prótons fluem passivamente de volta à matriz, através de um
poro para prótons associado com a enzima ATP sintase (modelo quimiosmótico). 
+
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A fosforilação oxidativa é um processo complexo e altamente eficiente de produção
de ATP, essencial para a sobrevivência e funcionamento das células aeróbias. A
cadeia transportadora de elétrons cria um gradiente de prótons, cuja energia é
aproveitada pela enzima ATP sintase para produzir ATP. Este processo não só
destaca a elegância da bioquímica celular, mas também a importância do oxigênio
como aceptor final de elétrons na produção de energia. Dessa forma, a respiração
celular integra várias vias metabólicas para atender às demandas energéticas da
célula.
Dica
No tecido adiposo, as mitocôndrias geram
calor para proteger órgãos vitais da baixa
temperatura do ambiente. A maioria dos
mamíferos recém-nascidos, incluindo os
humanos, têm um tipo de tecido denominado
de tecido adiposo marrom (TAM), onde a
oxidação de combustível serve não para
produzir moléculas de ATP, mas para gerar
calor e manter o recém-nascido aquecido.
Esse tipo de tecido especializado tem um
grande número de mitocôndrias, e possuem
uma proteína específica denominada de
termogenina (proteína desacopladora). Essa
termogenina fornece uma via para os
prótons retornarem à matriz mitocondrial
sem passarem pela enzima ATP sintase
(complexo V da cadeia transportadora de
elétrons). Esse processo resulta na energia
dissipada na forma de calor mantendo a
temperatura corporal (Nelson; Cox, 2022).
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PARA PENSAR
A fosforilação oxidativa é a etapa final da respiração celular e é responsável pelaprodução da maior parte do ATP nas células eucarióticas sob condições aeróbias.
Assinale a alternativa correta sobre essa afirmativa.
a. A membrana mitocondrial externa sofre modificações na sua morfologia
(invaginações) e resulta nas cristas mitocondriais, local onde ocorre a
fosforilação oxidativa. 
b. Este processo ocorre na membrana interna das mitocôndrias (cristas) e
envolve duas etapas principais: 1. Cadeia transportadora de elétrons, e 2.
Síntese de ATP pela ATP sintase.
c. A fosforilação oxidativa é um processo complexo e altamente eficiente de
produção de ATP, essencial para a sobrevivência e funcionamento das células
anaeróbias. 
d. A cadeia transportadora de elétrons é composta por uma série de
complexos proteicos (Complexos I, II, III e IV) e moléculas transportadoras de
elétrons, como a ubiquinona (coenzima Q) e os citocromos, localizados na
matriz mitocondrial.
e. A força próton-motriz impulsiona a síntese de ATP, e a medida que os
prótons fluem passivamente de volta ao citoplasma da célula, através de um
poro para prótons associado com a enzima ATP sintase (modelo
quimiosmótico).
A alternativa B é a correta.
Justificativa: Este processo ocorre na membrana interna das mitocôndrias
(cristas) e envolve duas etapas principais: 1. Cadeia transportadora de elétrons, e
2. Síntese de ATP pela ATP sintase. A cadeia transportadora de elétrons é
composta por uma série de complexos proteicos (Complexos I, II, III e IV) e
moléculas transportadoras de elétrons, como a ubiquinona (coenzima Q) e os
citocromos. Os elétrons transportados pelo NADH e FADH2 são transferidos ao
longo de uma série de complexos proteicos, liberando energia que é utilizada para
bombear prótons (H ) através da membrana mitocondrial interna. A força próton-+
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motriz impulsiona a síntese de ATP, à medida que os prótons fluem passivamente
de volta à matriz, através de um poro para prótons associado com a enzima ATP
sintase (modelo quimiosmótico).
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