Destinos do piruvato e Ciclo de Krebs

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Destinos do piruvato e Ciclo de Krebs
Retomando GLICÓLISE:
Quebra da glicose em piruvato, que será utilizado em:
- Anaerobiose muscular = Fermentação lática, em que o piruvato será reduzido a lactato, pela
ação do NADH;
- Aerobiose:
= descarboxilação oxidativa do piruvato pela piruvato-desidrogenase, convertendo (irreversível)
o piruvato em acetil-CoA, principal combustível para o Ciclo de ácido cítrico. Ex: m. cardíaco.
= carboxilação do piruvato a oxalacetato (OAA) pela piruvato-carboxilase (irreversível). Essa
reação repõe os intermediários do ciclo do ácido cítrico e fornece substrato para a
gliconeogênese.
+ Hemácias = Só fazem glicólise anaeróbica, pois não possuem mitocôndrias +
Visão geral do Ciclo de Krebs (Ciclo do ácido cítrico ou tricarboxílico) :
- Ocorre inteiramente nas mitocôndrias;
- Ocorre em aerobiose;
- Oxidar acetil-CoA em CO2 e H2O (catabolismo);
- Via anfibólica:
Catabolicamente produz NADH, FADH2 e GTP;
Anabolicamente produz precursores para biossíntese;
- Fornece elétrons para a Cadeia Respiratória.
EM RESUMO:
Piruvato -> Metabolismo aeróbico (Na mitocôndria) -> Acetil-CoA -> Ciclo do ácido cítrico (matriz
mitocondrial).
Relação com outras vias:
Reações do ciclo do ácido cítrico:
1. DESCARBOXILAÇÃO OXIDATIVA DO PIRUVATO:
É uma ponte entre a via glicolítica e o ciclo. Descarboxila, oxidativamente, o piruvato (ácido pirúvico)
formando o acetil-CoA, com liberação de CO2. O acetil será oxidado no ciclo de Krebs.
+ Cada piruvato libera 1 NADH ao ser convertido em Acetil-CoA +
No entanto, antes da reação, o piruvato deve ser transportado para dentro da mitocôndria. Esse
transporte é efetuado por um transportador específico para o piruvato.
Uma vez na matriz, o piruvato é convertido em acetil-CoA pelo complexo da piruvato-desidrogenase
(complexo multienzimático, composto por 3 enzimas e 2 enzimas reguladoras, a
piruvato-desidrogenase-cinase e a piruvato- desidrogenase-fosfatase).
O complexo também apresenta 5 coenzimas, que atuam como carreadores ou como oxidantes:
- Tiamina pirofosfato (TPP);
- Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD);
- Coenzima A (CoA);
- Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (NAD);
- Lipoato.
Dessas coenzimas, 4 são derivadas de componentes vitamínicos hidrossolúveis:
♦ Avitaminose B1 (Beribéri):
Deficiência de Vit. B1 -> Deficiência de TPP -> Inibição da 1º fase da descarboxilação do Ácido pirúvico
-> Aumento da concentração de Ác. pirúvico e Ác. lático no sangue.
Diminuição do pH sanguíneo, prejudicando a saturação de O2 na hemoglobina.
Problemas neurológicos e dermatológicos.
+ Coenzima A se liga ao acetil para impedir sua saída da mitocôndria (impermeabilidade mitocondrial =
manter o composto dentro da mitocôndria) +
REGULAÇÃO DO COMPLEXO PDH:
Além da regulação alostérica, a PDH sofre regulação por fosforilação.
- muito ATP -> fosforilação da E1, uma enzima do complexo (INATIVA), portanto, a energia é um
dos mecanismos regulatórios.
+ Metais pesados, como o mercúrio e chumbo, e arsênico, causam precipitação de LIPOATO = Inibem o
complexo piruvato desidrogenase (PDH) +
BALANÇO ENERGÉTICO:
Descarboxilação oxidativa do piruvato a acetil Co-A (aerobiose).
Cada piruvato produz:
- 2 NADH = 3 ATPs (cada)
- 6 ATPs por molécula de glicose
2. SÍNTESE DO CITRATO:
É catalisada pela citrato-sintase, ela é inibida pelo seu produto, o citrato, por ATP, NADH e succinil-CoA.
A disponibilidade de substrato é um outro meio para regular a atividade dessa enzima.
3. FORMAÇÃO DO ISOCITRATO:
O citrato é isomerizado em isocitrato pela aconitase. É inibida por fluoracetato, um composto utilizado
como raticida.
Com a isomerização o citrato se oxida mais fácil.
4. OXIDAÇÃO DO ISOCITRATO:
Reação irreversível catalisada pela isocitrato- desidrogenase. É ativada alostericamente por ADP e
Ca++. Inibida por ATP e NADH.
Produção de 1 CO2 e 1 NADH. Formação do α-cetoglutarato.
5. OXIDAÇÃO DO α-CETOGLUTARATO:
É catalisada pelo complexo da α-cetoglutarato- desidrogenase, um agregado multimolecular que
consiste em 3 enzimas. É inibida por NADH e succinil-CoA Necessita das coenzimas do complexo PDH. A
CoA atua como carreadora do grupo succinil, formando o succinil-CoA.
Produção de 1 CO2 e 1 NADH
6. SUCCINIL-COA A SUCCINATO:
A succinil-CoA-sintetase cliva a ligação da succinil-CoA. Essa reação está acoplada à fosforilação do
GDP, produzindo GTP (que pode formar 1 ATP).
Produção de GTP e a regeneração da CoA.
+ A produção do GTP é um exemplo de fosforilação ao nível do substrato = Energia cedida pela
quebra da ligação de um substrato, igual ou maior que 7,3 kcal/mol +
7. OXIDAÇÃO DO SUCCINATO:
Succinato -> fumarato, pela ação da succinato- desidrogenase, única enzima do CK associada à
membrana mitocondrial interna (faz parte, portanto, da cadeia transportadora de elétrons).
Produção de 1 FADH2.
8. HIDRATAÇÃO DO FUMARATO:
É uma reação reversível catalisada pela fumarase (fumarato-hidratase).
9. OXIDAÇÃO DO MALATO:
Malato -> oxalacetato pela enzima malato-desidrogenase.
Produção de 1 NADH.
Parâmetros para a realização do Ciclo de Krebs:
- Concentração de acetil-CoA;
- Mitocôndria com oxigênio;
- Oxalacetato.
Balanço energético:
SALDO DE ENERGIA NO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO:
- 3 NADH -> 9 ATP
- 1 FADH -> 2 ATP
- 1 GTP -> 1 ATP
Como na glicólise são gerados 2 piruvatos, o saldo energético final é de 24 ATP.
SALDO FINAL DE ENERGIA:
Glicólise = 6 ATP
- 2 NADH que será convertido em FADH2, que gera 2 ATPs, não 3 ATPs;
- 2 ATP.
Transformação do PIRUVATO em acetil-CoA = 6 ATP
Ciclo do ácido cítrico = 24 ATP
SALDO FINAL = 38-36 ATP
Regulação do ciclo do ácido cítrico:
Como visto na imagem, o ciclo pode ser controlado pela regulação de diversas atividades enzimáticas.
IMPORTANTE: a regulação se dá pela alteração da velocidade do ciclo.
Amplamente regulado por:
+ NAD+; ADP; AMP; Ca++ (necessidade de contração muscular)
- NADH; ATP; Succinil-CoA (inibe a citrato sintase; alfa-cetoglutarato desidrogenase); Citrato
+ Também lembrar da interferência na fosfofrutocinase +
OBS:
Cortisol -> Piruvato carboxilase (enzima que auxilia na conversão do piruvato ao oxalacetato,
carboxilando o piruvato);
Insulina -> Contrária ao cortisol (inibe a síntese da enzima piruvato carboxilase, estimula a ação da
acetil-CoA).
Aproveitamento do NADH do citosol gerado na glicólise:
A membrana mitocondrial interna é impermeável a maior parte das substâncias hidrofílicas ou com
carga. Porém, essa membrana contém inúmeras proteínas de transporte que permitem a passagem de
moléculas específicas do citosol até a matriz mitocondrial.
No entanto, a membrana mitocondrial interna não possui uma proteína transportadora de NADH. Esse
composto é transportado para a matriz por meio de um sistema de lançadeiras.
2 elétrons do NADH são transferidos para a di-hidroxiaetona-fosfato. O glicerol-3-fosfato produzido é
oxidado pela isoenzima mitocondrial, enquanto o FAD é reduzido a FADH2, que então doa seus elétrons
para a CoQ da cadeia de transporte de elétrons.
O FAD, dentro da mitocôndria, gera 2 ATPs. Por isso a suposta geração de 8 ATP na glicólise cai para 6
ATP, na verdade (por essa lançadeira deixa de ser 38 ATP produzido, passando a ser 36)
Oxalacetato não consegue passar pela membrana, precisa ser convertido (reduzido) em outros
compostos, como o MALATO e o ASPARTATO, que possuem proteínas transportadoras.
Nesse sistema, não há perda de energia, ao contrário do mecanismo envolvendo o
gliceraldeído-diidroxiacetona fosfato.
VIAS ANAPLERÓTICAS (DE REPOSIÇÃO):
São reações que visam aumentar a concentração de ácido oxaloacético (OAA) quando aumenta a
produção de acetil-CoA ou quando há um desvio de um intermediário do CK para outras vias
metabólicas.