Bioquímica Básica
9 Metabolismo de Carboidratos: Glicólise e Formação de Acetil-CoA
9.1 Oxidação de glicose
A glicose é, quantitativamente, o principal substrato oxidável para a maioria dos organismos. Sua utilização como fonte de energia pode ser considerada universal e, dos microrganismos aos seres humanos, quase todas as células são capazes de atender a suas demandas energéticas apenas a partir deste açúcar. Para algumas células e órgãos, como hemácias e cérebro, a glicose é imprescindível, por ser o único substrato a partir do qual podem sintetizar ATP.
Apesar de a dieta humana conter pouca glicose livre, quantidades consideráveis deste açúcar são ingeridas sob a forma de amido, sacarose e lactose. Nas dietas mais comuns, 55% dos carboidratos aparecem como amido, 35% como sacarose, 5% como lactose e 5% como glicose e outros monossacarídios. O amido é digerido no trato digestório até glicose, o açúcar que será afinal absorvido e distribuído para os tecidos. A digestão de sacarose e lactose origina, além de glicose, frutose e galactose. A parte inicial da oxidação da glicose está descrita nas seções seguintes; o
metabolismo dos outros açúcares encontra-se na Seção 13.3.
A oxidação de glicose a piruvato permite obter ATP; a oxidação do piruvato a
CO2 aumenta muito a produção de ATP
A oxidação total da glicose é um processo exergônico, que libera uma quantidade de energia equivalente a 2.870 kJ · mol–1. Nas células, esta transformação é estritamente acoplada à síntese de ATP a partir de ADP e Pi, um processo endergônico (ΔGo′ = + 31 kJ · mol–1). A glicose constitui, então, uma fonte de energia livre, que pode ser conservada como ATP, a principal forma de energia utilizável pelos seres vivos.
A oxidação anaeróbia de glicose a piruvato rende apenas uma pequena parcela — menos de 10% — do total de ATP obtido pela oxidação aeróbia de glicose. Ainda assim, os organismos e as células anaeróbios conseguem suprir, com este processo, toda a sua demanda energética. Nas células aeróbias, o piruvato pode ser totalmente oxidado, trazendo um enorme ganho na formação de ATP.
Um esquema geral da oxidação completa de glicose, até CO2, está
mostrado na Figura 9.1. A etapa inicial, que se processa no citosol, consiste na conversão de uma molécula de glicose (C6) a duas moléculas de piruvato (2 C ) por meio de uma sequência de reações denominada glicólise, uma via 3
metabólica encontrada em praticamente todos os seres vivos. Seus produtos são, além das duas moléculas de piruvato, ATP e prótons e elétrons (H+ + e–), que são recebidos por coenzimas.
A posterior oxidação do piruvato é feita no interior da mitocôndria, nas células que dispõem desta organela. Na mitocôndria, o piruvato sofre uma descarboxilação, transformando-se em um composto com dois carbonos (C 2). Este combina-se com um composto de quatro carbonos (C4), formando um composto de seis carbonos (C ). Por meio de uma sequência cíclica de 6 reações (ciclo de Krebs), C6 perde dois carbonos sob a forma de CO2 e regenera C . 4
A oxidação do piruvato a CO2 é acompanhada da produção de grande quantidade de prótons e elétrons (H+ + e–), sempre recebidos por coenzimas.
Da oxidação destas coenzimas pelo oxigênio na cadeia respiratória (Seções
11.1 e 11.2), deriva-se a grande produção de ATP conseguida pela oxidação do piruvato e que perfaz cerca de 90% do total obtido com a oxidação completa da glicose.
Figura 9.1 Esquema da oxidação completa da glicose. No citosol, a glicose é oxidada a duas moléculas de piruvato que, na mitocôndria, são oxidadas a CO 2. CO2 e os outros produtos da oxidação da glicose estão destacados em vermelho. Os prótons e elétrons (H+ + e–) são incorporados por coenzimas.
As coenzimas que recebem os (H+ – + e) produzidos na oxidação da glicose são
NAD+ e FAD
Nas três etapas da oxidação da glicose — glicólise, descarboxilação do piruvato e ciclo de Krebs — os (H+ + e–) são produzidos em reações catalisadas por desidrogenases. Algumas desidrogenases utilizam como coenzima a nicotinamida adenina dinucleotídio (NAD+), e outras, a flavina
adenina dinucleotídio (FAD) (Figura 9.2), derivadas, respectivamente, das vitaminas nicotinamida (B ) e riboflavina (B ). FAD, diferentemente de 3 2 NAD+, liga-se covalentemente à molécula proteica, consistindo em um grupo prostético. As proteínas que contêm coenzimas provenientes de
riboflavina (FAD ou FMN — Seção 11.2) são designadas flavoproteínas.
Nas reações com participação de NAD+, há transferência de dois elétrons e um próton do substrato para o NAD+, que se reduz a NADH; o outro próton é liberado no meio. Já o FAD recebe dois elétrons e dois
prótons, reduzindo-se a FADH2 (Figura 9.3).
Figura 9.2 Estrutura das formas oxidadas da nicotinamida adenina dinucleotídio (NAD+) e da flavina adenina dinucleotídio (FAD). Cada nucleotídio é formado por uma base nitrogenada cíclica (nicotinamida, flavina ou adenina), uma ribose (ou o poliálcool ribitol) e um grupo fosfato. As vitaminas componentes das coenzimas estão destacadas em vermelho.