Descarboxilação do piruvato e ciclo do ácido cítrico

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Descarboxilação do piruvato e ciclo do ácido cítrico
1. Indicar as vitaminas necessárias para a produção de acetil-CoA a partir de piruvato, e a
localização intracelular desta reação.
A produção de acetil-CoA a partir de piruvato ocorre na matriz mitocondrial e utiliza
cinco coenzimas, sendo 4 delas vitaminas: a tiamina (vitamina B1), a riboflavina (vitamina
B12), a niacina (vitamina B3) e o pantotenato (vitamina B5).
2. Indicar a localização celular das enzimas do ciclo de Krebs e descrever os passos
irreversíveis do ciclo. Indicar as vitaminas necessárias.
Quanto à localização das enzimas do ciclo de Krebs, estão organizadas da seguinte
maneira: a citrato-sintase, a aconitase, a isocitrato desidrogenase,
α-cetoglutarato-desidrogenase, a succinil-CoA-sintase, a fumarase e a
L-malato-desidrogenase estão localizadas na matriz mitocondrial. Já a
succinato-desidrogenase está ancorada na matriz mitocondrial interna.
Os passos irreversíveis do ciclo incluem a transformação de Acetil-CoA em citrato
pela citrato-sintase, a descarboxilação oxidativa do isocitrato pela isocitrato-desidrogenase
em α-cetoglutarato e a descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato em succinil-CoA pelo
complexo α-cetoglutarato-desidrogenase.
As vitaminas necessárias para o ciclo do ácido cítrico são a riboflavina (B2), que age
como cofator do complexo α-cetoglutarato-desidrogenase e da succinato desidrogenase; a
niacina (B3), sob a forma de NAD+, cofator da isocitrato-desidrogenase e da
α-cetoglutarato-desidrogenase; o pantotenato (B5), fonte de coenzima A; e a tiamina (B1),
na forma de tiamina pirofosfato, essencial para a descarboxilação oxidativa do
α-cetoglutarato.
3. Explique como é conservada a energia liberada pela oxidação da acetil-CoA no ciclo do
ácido cítrico.
A energia liberada no ciclo do ácido cítrico é conservada na forma de 1 ATP, de 3
NADH e de 1 FADH, sendo essas últimas maneiras mais eficientes de conservar a energia,
uma vez que suas ligações altamente energéticas forneceram muitos ATPs na fosforilação
oxidativa.
4. Descrever a regulação do ciclo de Krebs em função das relações de ATP/ADP e
NADH/NAD+.
O ciclo do ácido cítrico é basicamente regulado alostericamente pela concentração
de ATP/ADP e de NADH/NAD+, uma vez que o complexo da PDH, que catalisa a
transformação do piruvato em acetil-CoA, é fortemente inibido por altas concentrações de
ATP e NADH. Desse modo, sem a entrada da acetil-CoA, o ciclo cessa.
5. Descrever os mecanismos de regulação da piruvato desidrogenase. Como essa
regulação afeta a velocidade das reações do ciclo de Krebs?
O complexo piruvato desidrogenase é regulado por modificação covalente de
proteínas. O complexo apresenta duas proteínas reguladoras, a
piruvato-desidrogenase-cinase, que fosforila e inativa E1, e a fosfoproteína-fosfatase, que
remove o grupo fosfato por hidrólise e ativa E1. A piruvato-desidrogenase-quinase é ativada
alostericamente por concentrações elevadas de ATP, inibindo a E1 por conseguinte. Com a
inibição do complexo da PDH há uma diminuição da velocidade do ciclo de Krebs.
6. Indicar a direção preferencial da reação catalisada pela aconitase se reagentes e
produtos estiverem em concentrações equivalentes.
A direção preferencial da reação catalisada pela aconitase se os reagentes e
produtos estiverem em concentrações equivalentes é na direção dos reagentes, ou seja,
formando isocitrato.
7. Qual o composto que se acumula quando o ciclo de Krebs é inibido por altas relações
ATP/ADP e NADH/NAD+? Relacionar a atividade da via glicolítica com a atividade da
isocitrato desidrogenase.
Quando a razão [NADH/NAD+] está alta há o acúmulo das substâncias
α-cetoglutarato, acetil-CoA e isocitrato. Sob condições normais, as velocidades da glicólise
e do ciclo do ácido cítrico estão integradas, de modo que a quantidade de glicose
metabolizada a piruvato seja a quantidade suficiente para suprir o ciclo do ácido cítrico. A
velocidade da glicólise é vinculada à velocidade do ciclo do ácido cítrico não apenas por
meio da inibição pelos altos níveis de ATP e NADH, que são comuns a ambos, mas também
é regulada pela concentração de citrato, o qual é um importante inibidor alostérico da
fosfofrutocinase 1 na via glicolítica. Uma vez que o NADH é um produto da reação
catalisada pela isocitrato-desidrogenase, verifica-se que sua alta atividade pode inibir a via
glicolítica.
8. As células são capazes de sintetizar citrato usando apenas acetil-CoA como precursor?
Explique.
Não. É necessário também o oxaloacetato, uma vez que o citrato provém da
condensação da acetil-CoA com o oxaloacetato.
9. As células são capazes de sintetizar oxaloacetato a partir de acetil-CoA? Explique.
Sim, a partir de reações anapleróticas. Quando há um alto nível de acetil-CoA, este
age como um ativador alostérico da piruvato-carboxilase, deslocando assim a reação na
direção da síntese do oxaloacetato a partir do piruvato.
10. Usando a figura ao lado responda. É possível sintetizar (justifique):
a) ácido graxo a partir de glicose?
Sim, uma vez que da glicose deriva o piruvato, que é transformado em acetil-CoA. A partir
da acetil-CoA é possível produzir ácidos graxos.
b) proteína a partir de glicose?
Sim, já que a partir da glicose se produz piruvato, o qual pode gerar os aminoácidos
alanina, cisteína, glicina e serina de forma direta ou mesmo participar do ciclo do ácido
cítrico, transformando-se em acetil-CoA, o qual pode gerar aspartato a partir do
oxaloacetato e glutamina a partir do α-cetoglutarato. Os aminoácidos são a unidade básica
da proteína.
c) glicose a partir de ácido graxo?
Não, pois, embora, ácido graxo possa se tornar acetil-CoA, também é necessário de
oxaloacetato para completar o ciclo e formar glicose.
d) proteína a partir de ácido graxo?
Não.
e) glicose a partir de proteína?
Sim, uma vez que os aminoácidos alanina, serina, cisteína e glicina podem se transformar
em piruvato que dá origem a glicose. Além disso, os aminoácidos glutamina, leucina, lisina,
fenilalanina, aspartame e isoleucina participam do ciclo de Krebs, que a partir do
oxaloacetato pode gerar glicose.
f) ácido graxo a partir de proteína?
Sim, uma vez que os aminoácidos isoleucina, leucina, lisina e fenilalanina podem dar
origem a acetil-CoA que pode se transformar em ácido graxo.