CICLO DE KREBS

Prévia do material em texto

– 
➔ Para entender o ciclo, inicialmente é necessário 
lembrar que algumas células obtêm energia (ATP) pela 
fermentação, degradando a glicose na ausência de 
oxigênio. Mas, Para a maioria das células eucarióticas e 
muitas bactérias, que vivem em condições aeróbias e 
oxidam os combustíveis orgânicos a dióxido de carbono 
e água, a glicólise é apenas a primeira etapa para a 
oxidação completa da glicose. 
➔ A FASE AERÓBIA DO CATABOLISMO É CHAMADA DE 
RESPIRAÇÃO CELULAR 
◆ O piruvato produzido pela glicólise, em vez de ser 
reduzido a lactato, etanol ou algum outro produto da 
fermentação, é posteriormente oxidado a H2O e CO2. 
 
RESPIRAÇÃO AERÓBICA 
➔ Objetivo principal: produzir energia a partir da 
decomposição de glicídios, gorduras e aminoácidos, 
utilizando para tal, o oxigênio. 
➔ Envolve a glicólise e o ciclo de Krebs. 
➔ O piruvato é completamente degradado a dióxido de 
carbono (CO2) e, nesse processo, o NAD é convertido a 
NADH + H+. 
 
OCORRE EM 3 ETAPAS 
➔ Glicose, ácidos graxos e aminoácidos são oxidados para 
produzir Acetil-CoA. 
➔ Ciclo de Krebs oxida Acetil CoA em CO2 e produz NADH 
e FADH 2: 
1. Via anabólica e catabólica 
2. Regulado com várias outras vias 
➔ Coenzimas reduzidas ( NADH e FADH 2 ) são oxidadas 
doam elétrons → cadeia transportadora de elétrons 
(ATP) → FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
◆ Ou seja: converte o excesso de NADH + H+ à NAD+ e, 
no processo, produz moléculas de ATP como forma de 
energia a ser armazenada. 
◆ As ubiquinonas e os citocromos são os componentes 
da cadeia de transporte de elétrons envolvidos. 
◆ A conversão de oxigênio à água é o passo final deste 
processo que é totalmente dependente de O2. 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE ACETIL-COA (ACETATO ATIVADO) 
➔ Em organismos aeróbios, glicose e outros açúcares, 
ácidos graxos e a maioria dos aminoácidos são 
finalmente oxidados a CO2 e H2O pelo ciclo do ácido 
cítrico e pela cadeia respiratória. 
➔ OBJETIVO: Como o piruvato, derivado da glicose e de 
outros açúcares pela glicólise, é oxidado a acetil-CoA 
e CO2 pelo complexo da piruvato-desidrogenase? 
 
 O PIRUVATO É OXIDADO A ACETIL-COA E CO2 
➔ Pelo processo aeróbio o piruvato entra na mitocôndria 
e é transformado em Acetil-CoA. 
➔ Há também a participação de NAD+ que se transforma 
em NADH + H+ ao capturar H+ do piruvato para 
produção do Acetil-CoA, já na mitocôndria. 
 – 
➔ Como são formadas 2 moléculas de piruvato, a partir de 
uma molécula de glicose, então são formadas duas 
moléculas de Acetil-CoA e duas de NADH+ H+. 
➔ A reação geral catalisada pelo complexo da piruvato-
desidrogenase (PDH) 
➔ Essa reação é uma descarboxilação oxidativa: 
◆ É um processo de oxidação irreversível e é uma etapa 
intermediária entre a glicólise e o ciclo de Krebs. 
◆ Liberação de CO2; 
◆ Formação de NADH (2,5 ATP); 
● A transferência de elétrons do NADH ao oxigênio 
gera, ao final, 2,5 moléculas de ATP por par de 
elétrons. 
 
 
COMPLEXO PIRUVATO DESIDROGENASE (PDH) 
➔ Três enzimas 
◆ E1: Piruvato desidrogenase 
◆ E2: di-hidrolipoil transacetilase 
◆ E3: di-hidrolipoil desidrogenase 
➔ Quatro vitaminas diferentes essenciais à nutrição 
humana são componentes vitais desse sistema: tiamina 
(no TPP), riboflavina (no FAD), niacina (no NAD) e 
pantotenato (na CoA). 
 
SEQUÊNCIA DE REAÇÕES PARA A PRODUÇÃO DE 
ACETIL-COA 
1. Piruvato reage com pirofosfato de tiamina (TPP cofator) 
ligado à piruvato-desidrogenase (E1) 
● TPP reage com carbono - libera CO 2 - forma 
hidroxietil-TPP 
2. Transferência de elétrons do grupo acetil , formando 
Acil-lipoil-lisina pela di-hidrolipoil-transacetilase (E2) 
3. Transesterificação acoplamento do Acetil CoA pela 
troca do grupo tiol ( SH) 
4. Transferência de 2H para o FAD pela di-hidrolipoil-
desidrogenase (E3) 
5. Transferência de Hidreto para o NAD, formando NADH. 
 
 
 
APLICAÇÃO MÉDICA 
➔ Mutações no gene do complexo piruvato 
desidrogenase (PDH) ou deficiência de tiamina 
(TPP): 
◆ Incapacidade de oxidar Piruvato 
◆ Diminuição da produção de energia 
◆ Acúmulo de lactato (ausência de O 2 
◆ Prejuízos para o cérebro (glicose energia) 
◆ Perda da função neural 
 
➔ BERIBÉRI 
◆ Doença resultante da deficiência de tiamina, 
caracterizada pela perda da função neural. 
◆ Má alimentação ou alcoolismo. 
◆ Perda de apetite, fraqueza, câimbras, palpitações 
cardíacas, dor nos membros, falta de ar, pernas e pés 
inchados, problemas de memória. 
 
 
RELEMBRANDO: 
➔ As células animais armazenam: 
◆ Ácidos graxos na forma de gorduras. 
◆ Glicose na forma de glicogênio; 
◆ Outras moléculas como proteínas que são utilizadas 
na forma de energia. 
➔ Os ácidos graxos são oxidados a acetil-CoA que é 
introduzido no ciclo do ácido cítrico na que ocorre na 
matriz mitocondrial. 
 
REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO 
● A acetil-CoA produzida pela quebra de carboidratos, 
gorduras e proteínas deve ser completamente oxidada 
a CO2 para que o máximo da energia potencial possa 
ser extraído destes combustíveis. 
 – 
● No entanto, a oxidação direta do acetato (ou da 
acetil-CoA) à CO2 não é bioquimicamente 
possível. 
○ Então, para a acetil-CoA ser oxidada de maneira 
eficiente, o seu grupo metil deve estar ligado a 
alguma coisa. 
○ Na 1 etapa do ciclo a acetil-CoA se liga ao 
oxaloacetato que formará o citrato. 
 
❖ 2 moléculas de Acetil-CoA provenientes de uma 
molécula de glicose se condensam com número 
equivalente de oxaloacetato originando a liberação de 
CoA, duas moléculas de citrato e duas moléculas de 
CO2. 
❖ A liberação de H+ de intermediários das reações do 
ciclo é capturada por moléculas de NAD+ que passam 
para sua forma reduzida NADH + H+ e capturados por 
molécula FAD+ passando a FADH2. 
❖ Acontece também a transformação da molécula de GDP 
em GTP a qual é desfosforilada por ADP dando ATP. 
➢ GTP → GDP + Pi 
➢ ADP + Pi → ATP 
 
 
❖ Os elétrons capturados pelas moléculas de NAD+ e de 
FAD+ são direcionados para a cadeia de transporte de 
elétrons que, acoplada a fosforilação oxidativa, dão 
origem ao conjunto de moléculas de ATP que servirá 
como moeda energética para todos os processos 
metabólicos. 
❖ O ciclo de Krebs contém intermediários de 4 a 6 
carbonos. 
❖ O piruvato (C3) supre o ciclo de Krebs de tal maneira 
que, o número de intermediários de C4 e C6 permanece 
o mesmo ou aumenta. 
❖ Em resumo, o ciclo de Krebs funciona para produzir 
energia e compostos de carbono. Contudo, se os 
intermediários forem removidos para uso em outras 
vias metabólicas, estes devem ser repostos. 
 
SEQUÊNCIA DO CICLO 
1) FORMAÇÃO DO CITRATO (6) 
● Condensação do Acetil CoA (2C) e oxaloacetato (4C) 
○ Também é chamada de condensação de Claisen. 
● Catalisada pela Citrato-sintase 
● Intermediário: Citroil-CoA 
 
2) FORMAÇÃO DE ISOCITRATO VIA CIS-ACONITATO 
● Catalisada pela aconitase (mais formalmente, 
aconitato-hidratase); 
● Transformação reversível do citrato a isocitrato; 
● Intermediário: ácido tricarboxílico cis-aconitato; 
 
 
 
3) OXIDAÇÃO DO ISOCITRATO A ∝-CETOGLUTARATO E 
CO2 
● Catalisada pela isocitrato-desidrogenase; 
● Presença de Mn 2+ facilita a etapa de 
descarboxilação; 
 
 
4) OXIDAÇÃO DO ∝-CETOGLUTARATO A SUCCINIL-COA 
E CO2 
● Ação do complexo enzimático da ∝-
cetoglutarato-desidrogenase; 
● Descarboxilação; 
● NAD+ é o aceptor de elétrons; 
 
 
 
 – 
5) CONVERSÃO DE SUCCINIL-COA A SUCCINATO 
● Succinil-CoA: ligação que quando quebrada libera 
grande quantidade de energia; 
● Reação reversível; 
● Catalisada pela Succinil-CoA-sintetase: 
○ Enzima é fosforilada; 
○ Transferência do grupamento fosfato para o GDP 
(GDP+P=GTP) 
○ Conservação de energia → e GTP são 
energeticamente equivalentes 
 
6) OXIDAÇÃO DO SUCCINATO A FUMARATO 
● Catalisada pela succinato-desidrogenase: 
○ Ligada à membrana mitocondrial interna 
○ Possui uma molécula de FAD covalentemente ligada 
● 1,5 ATPs 
 
OBS: MALONATO É ANÁLOGO DO SUCCINATO 
 Ausente nas células 
 Inibidor competitivo da succinato desidrogenase 
 Bloqueia o ciclo da ácidocítrico 
 Prejudicial para a Respiração celular 
 
7) HIDRATAÇÃO DO FUMARATO A MALATO(L-MALATO) 
● Hidratação reversível 
● Catalisada pela fumarase (formalmente, fumarato-
hidratase) 
 
 
 
 
8) OXIDAÇÃO DO MALATO A OXALOACETATO 
● Catalisada pela L-malato-desidrogenase ligada 
ao NAD. 
 
PRODUTOS DO CICLO 
❖ No ciclo são produzidos 2 CO2 + 3 NADH + 1 FADH2 + 
1 GTP. 
❖ Regeneração do oxaloacetato 
❖ Abastecimento da cadeia transportadora de elétrons 
(NADH e FADH 2 ) → grande quantidade de ATP. 
❖ O ciclo do ácido cítrico é anfibólico, servindo ao 
catabolismo e ao anabolismo; os intermediários do 
ciclo podem ser desviados e utilizados como material 
de partida para diversos produtos da biossíntese. 
➢ Quando os intermediários são desviados do ciclo do 
ácido cítrico para outras vias, eles são repostos por 
algumas reações anapleróticas; 
➢ Essas reações são catalisadas por piruvato-
carboxilase, PEP-carboxicinase, PEP-carboxilase e 
enzima málica. 
➢ Enzimas que catalisam carboxilações comumente 
utilizam a biotina para ativar o CO2 e transportá-lo 
a aceptores, como piruvato ou fosfoenolpiruvato. 
❖ Importância do O2 no ciclo do ácido cítrico: 
Regenerar NAD+ e FAD (Cadeia Respiratória) - 
Formação de H2O. 
 
 
 
 
 – 
 REGULAÇÃO DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO 
❖ A velocidade global do ciclo do ácido cítrico é 
controlada pela taxa de conversão do piruvato a acetil-
CoA e pelo fluxo pelas enzimas citrato-sintase, 
isocitrato-desidrogenase e a-cetoglutarato-
desidrogenase. 
❖ Esses fluxos são determinados pelas concentrações dos 
substratos e dos produtos: os produtos finais ATP e 
NADH são inibidores, e os substratos NAD1 e ADP são 
estimuladores. 
 
➔ OU SEJA: 
◆ Ác. graxos: ↓ oxidação do piruvato 
◆ ↑ [ATP] e [NADH]: inibe o ciclo. 
◆ O2: receptor final de elétrons. 
◆ Ausência de O2 inibe o ciclo: ↓ [NAD+ e FAD] 
 
 
 
 
 
 
 MUTAÇÕES EM ENZIMAS DO ÁCIDO CÍTRICO 
PODEM LEVAR AO CÂNCER 
➔ Acúmulo de Fumarato e Succinato 
◆ Fumarase: Tumores no músculo liso e rins 
◆ Succinato-desidrogenase: Tumores na suprerrenal 
◆ Ambas são supressoras tumorais. 
◆ Induz a expressão de HIF 1 α (fator de transcrição 
induzido por hipóxia. 
● HIF 1 α → Maior expressão gênica / síntese de enzimas 
glicolíticas e transportadores de glicose 
◆ Geração de um estado de pseudo hipóxia: mecanismo 
que leva à formação do tumor. 
➔ Gliomas: tumores das células glia 
◆ Isocitrato-desidrogenase (isocitrato → α-cetoglutarato ) 
mutante perde função 
● Passa a converter α-cetoglutarato em 2-hidroxiglutarato 
◆ α-cetoglutarato → ativa histona-desmetilases (remoção 
de metil) 
◆ 2 hidroxiglutarato → inibe histona-desmetilases → 
altera regulação gênica → tumor.