AV2 - AULA DA MONITORIA - GLICÓLISE, ÁCIDO CITRÍCO, TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS

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REVISÃO:
Introdução ao Metabolismo
BIOQUÍMICA
Monitores: Raí Pereira & Tayane Carvalho
Curso: Biomedicina
AV2
Conteúdo
Introdução ao metabolismo.
Funções.
Anabolismo e Catabolismo.
Regulação do Metabolismo
NAD+ e FAD.
ATP.
Introdução ao metabolismo
Funções 
Obtenção e utilização de energia
Síntese de moléculas estruturais e funcionais
Crescimento e desenvolvimento celular
Remoção de produtos de excreção
Catabolismo & Anabolismo 
O catabolismo é a fase degradativa do metabolismo, onde as moléculas de nutrientes orgânicos são convertidas em produtos finas mais simples – como ácido láctico, CO2 e NH3. 
No anabolismo também chamado de biossíntese, precursores simples pequenos são utilizados para formar moléculas maiores, incluindo principalmente os lipídeos, polissacarídeos, proteínas e ácidos nucleicos. 
Catabolismo & Anabolismo 
Atenção!!!
Algumas vias metabólicas são lineares e outras são ramificadas, produzindo muitos produtos finais úteis a partir de um único precursor ou convertendo vários materiais de partida em um único produto. De maneira geral, as vias catabólicas são convergentes e as vias anabólicas divergentes.
A maioria das células possui enzimas que processam tanto a degradação quanto a síntese de categorias importantes de biomoléculas (p. ex., ácidos graxos). 
Catabolismo & Anabolismo 
Figura: O quadro geral: relações energéticas entre as vias catabólicas e anabólicas.
Regulação do Metabolismo 
O metabolismo celular precisa ser regulado, de modo que a produção de energia ou a síntese de produtos finais estejam de acordo com as necessidades da célula.
Sinais regulatórios do metabolismo:
Hormônios
Neurotransmissores
Disponibilidade de nutrientes
NAD+ e FAD.
Os elétrons liberados em algumas vias metabólicas são captados por carreadores.
Esses carreadores levarão esses elétrons até a cadeia transportadora de elétrons, para que forneçam energia para síntese de ATP.
NAD+ 
FAD.
NAD+ e FAD.
NAD (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo)
Coenzima derivada da Niacina
Transporta hidrogênio
Forma oxidada  NAD+ 
Forma reduzida  NADH
FAD (Flavina Adenina Dinucleotídeo)
Coenzima derivado da Riboflavina(B2)
Transporta hidrogênio
Forma oxidada FAD 
Forma reduzida FADH2
ATP
Adenosina Trifosfato (trifosfato de adenosina)
É uma molécula essencial para a vida
Moeda universal de energia na Bioquímica
A hidrólise (quebra) de ATP libera energia
A energia liberada pela quebra do ATP é consumida imediatamente
RESSÍNTESE DE ATP
Via aeróbica
Via anaeróbica lática - Não tem o ácido lático como produto final
Ocorre no músculo esquelético – exercícios de curta duração e alta intensidade
Sistema CP (fosfocreatina)
Enzima: creatina fosfoquinase (CPK)
ADP+CP  ATP +C
REVISÃO:
Glicólise
Conteúdo
Revisão de Carboidratos
Revisão de Metabolismo
Glicólise
Reações da glicólise
Fase preparatória: Gasto de ATP
 Fase de Pagamento: Produção de ATP e NADH
 O balanço geral mostra um ganho líquido de ATP
 Fermentação
 Vias alimentadoras da glicólise
 Regulação da glicólise
Revisão de Carboidratos
Os carboidratos são poli-hidroxialdeídos ou cetonas cíclicos, que ocorrem na natureza como:
 Monossacarídeos (aldoses ou cetoses) 
Oligossacarídeos (várias unidades de monossacarídeos)
Polissacarídeos (moléculas grandes contendo muitas unidades monossacarídicas com estrutura linear ou ramificada).
Monossacarídeos
I Figura – Glicose; 
II Figura – Frutose; 
III – Temos o aldose e a cetose.
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Revisão de Carboidratos
Oligossacarídeos
Sacarose: Glicose + Frutose; 
Lactose: Glicose + Galactose; 
Maltose: Glicose + Glicose
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Revisão de Carboidratos
Polissacarídeos
O mais importantes são: Amido (células vegetais) e Glicogênio (em células animais). A celulose – substância fibrosa, resistente e insolúvel em água-, é encontrada na parede celular de plantas, particularmente em caules, troncos e constitui grande parte da massa da madeira e quase a totalidade da massa de algodão. (Vegetais)
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Revisão de Metabolismo
O metabolismo como malha tridimensional. Uma típica célula eucariótica tem a capacidade de produzir cerca de 30.000 proteínas diferentes, que catalisam milhares de reações diferentes envolvendo muitas centenas de metabólitos, muitos deles compartilhados por mais de uma “via”. Nesta imagem resumida e muito simplificada das vias metabólicas, cada ponto representa um composto intermediário e cada linha de conexão representa uma reação enzimática. 
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Revisão de Metabolismo
Metabolismo - conjunto de transformações que as substâncias químicas sofrem no interior dos organismos vivos. 
Metabolismo celular - conjunto de todas as reações químicas que ocorrem nas células. 
O catabolismo é a fase degradativa do metabolismo, onde as moléculas de nutrientes orgânicos são convertidas em produtos finas mais simples – como ácido láctico, CO2 e NH3. 
No anabolismo também chamado de biossíntese, precursores simples pequenos são utilizados para formar moléculas maiores, incluindo principalmente os lipídeos, polissacarídeos, proteínas e ácidos nucleicos. 
Todos eles estão equivalente a degradação e a síntese – que irá ocorrer o crescimento, reprodução, manutenção das estruturas, respostas aos estímulos ambientais.
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Revisão de Metabolismo
Catabolismo
Anabolismo
Catabolismo exagerado!!! e temos o Anabolismo Exagerado!!! As reações químicas do metabolismo estão organizadas em vias metabólicas, que são seqüências de reações em que o produto de uma reação é utilizado como reagente na reação seguinte. Diferentes enzimas catalisam diferentes passos de vias metabólicas, agindo de forma concentrada de modo a não interromper o fluxo nessas vias. As enzimas regulam as vias metabólicas em resposta a mudanças no ambiente celular ou a sinais de outras células.
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Glicólise
É a “quebra da molécula de glicose, com o objetivo de fornecer energia (ATP) e intermediários para outras vias metabólicas.
Ocorre em todos os tecidos
Ocorre no hialoplasma e consiste na quebra parcial da glicose em duas moléculas de ácido pirúvico. Durante esta quebra, uma parte da energia da glicose é liberada em quatro parcelas, permitindo a produção de quatro moléculas de ATP. Como duas moléculas foram gastas para ativar a glicose, o saldo é de 2ATP nesta etapa. Ocorre também desidrogenação, com formação de NADH+ H+
Para entender glicólise tem que aprender um pouco sobre respiração celular: Obtenção de energia a partir da oxidação (queima) da glicose; Ocorre em 3 estágios; O primeiro estágio ocorre no citosol; O segundo estágio ocorre na matriz mitocondrial; O terceiro estágio ocorre nas cristas mitocondriais (membrana ineterna da mitocôndria). Então temos duas vias de glicólise: Glicólise aeróbica (piruvato – ácido pirúvico) e a Glicólise anaeróbica (lactato - ácido lático).
A glicólise ocorre no citoplasma, para tanto, a glicose precisa entrar na célula por difusão facilitada e pelo sistema contra transporte: monossacarídeo – Na+
Por que devemos estudar a Glicólise?
A glicólise é o principal meio de degradação da glicose
Permite a obtenção de energia mesmo em anaerobiose
Permite a degradação de frutose e galactose
A glicólise é fundamental para a produção de Acetil-CoA
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Citosol
Cristas
Matriz
Os três estágios de degradação da glicose:
Glicólise
CTE
Ciclo de Krebs
O CTE chamamos de Cadeia Transportadora de Elétrons
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Difusão facilitada da glicose
Mediada por uma família de transportadores de glicose encontrados nas membranas celulares (GLUT):
GLUT-1 a GLUT-14
Especificidade tecidual:
Ex.: GLUT-3 (neurônios), GLUT-1 (hemácias e encéfalo), GLUT- 4 (tecido adiposo e músculo esquelético)
A glicose extracelular se liga ao GLUT, que sofre uma alteração em sua conformação, transportando-a para dentro da célula. O transporte vai ser a favor de um gradiente de concentração e sem gasto de energia (ATP).
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Sistema Co-transporte monossacarídeo – Na+
Transporte Ativo
Mediador por carreador dependente de Na +
Transportador de glicose
A glicose é transportada para célula junto com o Na+
Ocorrenas células epiteliais do intestino e rins.
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Reações da Glicólise
A glicólise acontece em 10 reações, que podem ser divididas em duas fases:
Fase de investimento de energia ou fase preparatória
Fase de produção de energia ou fase de pagamento
As principais vias de utilização da glicose
Um estudo abrangente dos destinos metabólicos da glicose compreenderia centenas ou até mesmo em milhares de transformações químicas. Em animais e em vegetais vasculares, a glicose tem quatro destinos principais: ela pode ser:
1 – Usada na síntese de polissacarídeos complexos direcionados ao espaço extracelular;
2 – Armazenada nas células (como polissacarídeos ou como sacarose);
3 – Oxidada a compostos de três átomos de carbonos (piruvato) por meio da glicólise, para fornecer ATP e intermediários metabólicos;
4- Oxidada pela via das pentoses-fosfato (fosfogliconato), produzindo ribose-5-fosfato para a síntese de ácidos nucleicos e NADPH para processos biossintéticos redutores.
Figura: Embora não sejam os únicos destinos possíveis da glicose, essas quatro vias são as mais significativas em termos de quantidade de glicose que flui através delas na maioria das células.
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Escherichia coli
Glicose
Esqueletos carbônicos
Aminoácidos
Nucleotídeos
Ácidos graxos
A glicose também é um precursor versátil, capaz de suprir uma vasta gama de metabólitos intermediários.
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Uma molécula de glicose é degradada através de uma série de 10 reações para liberar duas moléculas de piruvato
1 Glicose (6C) 2 Piruvato (3C) + energia (ATP)
A glicólise possui duas fases:
Fase preparatória 
Fase de pagamento
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A glicólise em duas fases: 
A quebra da glicose, formada por seis átomos de carbono, em duas moléculas de piruvato, cada uma com três carbonos, ocorre em 10 etapas, sendo que as primeiras constituem a fase preparatória Nessas reações, a glicose e inicialmente fosforilada no grupo hidroxil ligado ao C-6 (etapa ➊). A D-glicose-6-fosfato assim formada e convertida a D-frutose-6-fosfato (etapa ➋), a qual e novamente fosforilada, desta vez em C-1, para formar D-frutose-1,6-bifosfato (etapa ➌). Nas duas reações de fosforilação, o ATP e o doador de grupos fosforil. Como todos os açúcares formados na glicólise sao isômeros D, omite-se a designação D, exceto quando o objetivo e enfatizar sua estereoquimica. A frutose-1,6-bifosfato e dividida em duas moléculas de três carbonos, a di-hidroxiacetona-fosfato e o gliceraldeido-3-fosfato (etapa ➍); essa e a etapa de “lise” que da nome a via. A di-hidroxiacetona- fosfato e isomerizada a uma segunda molécula de gliceraldeído-3-fosfato etapa ➎), finalizando a primeira fase da glicólise. Note que duas moléculas de ATP são consumidas antes da clivagem da glicose em duas partes de três carbonos; haverá depois um bom retorno para esse investimento. Resumindo: na fase preparatória da glicólise, a energia do ATP e consumida, aumentando o conteúdo de energia livre dos intermediários, e as cadeias de carbono de todas as hexoses metabolizadas são convertidas a um produto comum, o gliceraldeido-3-fosfato.
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Fase preparatória 
2 fosforilações
Quebra de 1 hexose em 2 trioses
ATP é investido para formar compostos com maior energia livre de hidrólise
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Fase de pagamento
Armazenamento da energia livre na forma de ATP
Eficiência na recuperação da energia investida
Produção de NADH
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1ª ETAPA: FOSFORILAÇÃO DA GLICOSE (IRREVERSÍVEL)
Fase Preparatória:
Na fase preparatória da glicólise, duas moléculas de ATP são consumidas, e a cadeia carbonada da hexose é clivada em duas trioses-fosfato. A compreensão de que as hexoses fosforiladas são intermediárias na glicólise foi conseguida lentamente e por um feliz acaso.
Essa reação, irreversível em condições intracelulares é catalisada pela hexocinase. Lembre-se de que a cinases são enzimas que catalisam a transferência do grupo fosforila terminal do ATP a um aceptor nucleofílico.
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2ª ETAPA: CONVERSÃO DA GLICOSE 6-FOSFATO EM FRUTOSE 6-FOSFATO
Na segunda etapa temos a conversão de glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato – A enzima fosfo-hexose-isomerase (fosfoglicose-isomerase) catalisa a isomerização reversível da glicose-6-fosfato (aldose) a frutose-6-fosfato (cetose).
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3ª ETAPA: FOSFORILAÇÃO DA FRUTOSE 6-FOSFATO EM FRUTOSE 1,6-BIFOSFATO (IRREVERSÍVEL)
Fosforilação da frutose-6-fosfato a frutose-1,6-bifosfatato – Na segunda das duas reações preparatórias da glicólise, a enzima fosfofrutocinase 1 (PFK-1) catalisa a transferência de um grupo fosforila do ATP para frutose-6-fosfato, formando frutose-1,6-bifosfato.
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4ª ETAPA: CLIVAGEM DA FRUTOSE 1,6-BISFOSFATO
A enzima frutose-1,6-bisfosfato-aldose-aldose, muitas vezes chamada simplesmente de aldose, muitas vezes chamada aldólica reversível . A frutose-1,6-bisfosfato é clivada para formação de duas trioses-fosfato diferentes, a aldose gliceraldeído-3-fosfato e a cetose di-hidroxiacetona-fosfato.
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5ª ETAPA: INTERCONVERSÃO DAS TRIOSES-FOSFATO
Última reação da fase preparatória 
Apenas uma das duas trioses-fosfato formadas peça aldolase, o gliceraldeído-3-fosfato, pode ser diretamente degradada nas etapas subsequentes da glicólise. O outro produto, a di-hidroxiacetona fosfato, é rápida e reversivelmente convertida em gliceraldeído-3-fosfato pela quinta enzima da sequência glicolítica, a triose-fosfato-isomerase.
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6ª ETAPA: OXIDAÇÃO DO GLICERALDEÍDO 3-FOSFATO EM 1,3-BIFOSFOGLICERATO
1ª Reação conservadora de energia
A fase de pagamento da glicólise inclui as etapas da fosforilação que conservam energia, nas quais parte da energia da molécula da glicose é conservada na forma de ATP e NADH. Lembre-se de que uma molécula de glicose rende duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato, e as duas metades da molécula de glicose seguem a mesma via na segunda fase da glicólise.
A primeira etapa da fase de pagamento é a oxidação do gliceraldeído-3-fosfato a 1,3-bifosfoglicerato, catalisada pela enzima gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase.
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NAD+ (oxidada)
NADH (reduzida)
7ª ETAPA: TRANSFERÊNCIA DO FOSFATO DO 1,3-
BIFOSFOGLICERATO PARA O ADP
A enzima fosfoglicerato-cinase transfere o grupo fosforila de alta energia do grupo carboxila do 1,3-bisfosfoglicerato para o ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato.
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9ª ETAPA: DESIDRATAÇÃO DO 
2-FOSFOGLICERATO EM FOSFOENOLPIRUVATO
Na segunda reação glicolítica que gera um composto com alto potencial de transferência de grupamento fosforila (a primeira etapa foi a etapa 6), a enolase promove a remoção reversível de uma molécula de água do 2-fosfoglicerato para gerar fosfoenolpiruvato (PEP).
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10ª ETAPA: TRANSFERÊNCIA DO GRUPO FOSFATO DO FOSFOENOLPIRUVATO PARA O ADP (IRREVERSÍVEL)
Na 6 etapa tivemos a 1ª Reação conservadora de energia e agora temos a 2ª Reação conservadora de energia
A última etapa na glicólise é a transferência do grupo fosforila do fosfoenolpiruvato ao ADP, catalisada pela piruvato-cinase, que exige K+ (Potássio) e Mg2+ ou Mn2+ (Manganês).
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O balanço geral mostra um ganho líquido de ATP
Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi → 
			2Piruvato + 2ADP + 2NADH + 2H+ + 4ATP + 2H2O
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O 
Agora, pode-se construir um balanço da glicólise para demonstrar:
1 – O destino do esqueleto de carbono da glicose;
2 – A entrada de Pi e ADP e a saída de ATP;
3 – O caminho dos elétrons nas reações de oxidação-redução.
O lado esquerdo da equação que segue mostra todas as entradas de ATP, NAD+, ADP e Pi, e o lado direito mostra todas as saídas temos que lembrar de que cada molécula de glicose rende duas moléculas de piruvato.
As duas moléculas de NADH formadas pela glicólise no citosol são, em condições aeróbicas, reoxidadas a NAD+ pela transferência de seus elétrons para cada cadeia de transporte de elétrons, que, em células eucarióticas, está localizada na mitocôndria. A cadeia de transporte de elétrons conduz esses elétrons paea o seu destino final, O2.
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ATENÇÃO!!!
Em suma, nas reações da glicólise ocorrem 3 tipos de transformações químicasnotáveis:
O rompimento do esqueleto carbônico da glicose para produzir duas moléculas de piruvato
 A fosforilação, a nível de substrato, de ADP para ATP
 A transferência de íons hidreto com seus elétrons para o NAD+, formando NADH
No diabetes tipo 1, a captação deficiente de glicose pelo músculo e pelo tecido adiposo tem efeitos profundos sobre o metabolismo de carboidratos e gorduras.
Os três destinos catabólicos possíveis do piruvato formado na glicólise
Com exceção de algumas variações interessantes entre as bactérias, o piruvato formado na glicólise e mais adiante metabolizado por três rotas catabolizas. Em organismos aeróbios ou em tecidos em condições aeróbias, a glicólise e apenas o primeiro estagio da degradação completa da glicose. O piruvato e oxidado, com a perda de seu grupo carboxil na forma de CO2, para gerar o grupo acetil da acetil-coenzima A; o grupo acetil e então completamente oxidado a CO2 no ciclo do acido cítrico. Os elétrons originados dessas oxidações são transferidos ao O2 por uma cadeia de transportadores na mitocôndria, formando H2O. A energia liberada nas reações de transferência de elétrons impulsiona a síntese de ATP na mitocôndria. O segundo destino do piruvato e a sua redução a lactato por meio da fermentação láctica. Quando em contração vigorosa, o musculo esquelético trabalha em condições de baixa pressão de oxigênio (hipoxia), em que NADH não pode ser reoxidado a NAD1, mas NAD1 e necessário como aceptor de elétron para a oxidação do piruvato. Sob essas condições, o piruvato e reduzido a lactato, recebendo os elétrons do NADH, dessa forma regenerando o NAD1 necessário para continuar a glicólise. Certos tecidos e tipos celulares (p. ex., retina e eritrocitos) convertem glicose a lactato mesmo em condições aeróbias, e o lactato também e o produto da glicólise em condições anaeróbias em alguns Microrganismos.
O piruvato também serve como precursor em muitas reações anabólicas, não mostradas aqui.
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GLICÓLISE ANAERÓBIA (FERMENTAÇÃO LÁTICA)
O lactato é o produto final da glicólise anaeróbia das células eucariontes
A conversão de piruvato em lactato é catalisada pela enzima lactato-desidrogenase
O lactato pode ser convertido em etanol (fermentação alcoólica), oxaloacetato ou acetil-CoA
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Fermentação
Produtos industriais produzidos por fermentação:
Leite Ácido lático 
 Iogurte:
Lactobacillus
Leite Ácido propiônico + CO2 
Queijo suíço:
Propionibacterium
Amido Butanol, acetona 
Compostos orgânicos:
Fermentação industrial
Outros: metanol, ácido acético, álcoois, etc.
Clostridium
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Vias alimentadoras da glicólise
Muitos carboidratos, além da glicose, encontram seus destinos catabolicos na glicólise, após serem transformados em um dos intermediários glicoliticos. Os mais significativos são os polissacarídeos de armazenamento, glicogênio e amido, contidos nas células (endógenos) ou obtidos da dieta; os dissacarídeos - maltose, lactose, trealose e sacarose; e os monossacarídeos - frutose, manose e galactose.
Entrada de glicogênio, amido, dissacarídeos e hexoses da dieta no estágio preparatório da glicólise.
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Regulação da Glicólise
Três reações da glicólise são irreversíveis:
Hexoquinase ou Glicoquinase (1ª reação)
Fosfofrutoquinase-1 (3ª reação)
Piruvato-quinase (10ª reação)
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Regulação hormonal da glicólise
Insulina
Após refeições ricas em carboidratos
 glicoquinase, PFK e piruvato-quinase no fígado
Favorece a glicólise
Glucagon
Estado de jejum ou diabete
 a síntese dessas enzimas
Inibe a glicólise
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REVISÃO:
Ciclo do ácido cítrico 
Algumas células obtêm energia (ATP) pela fermentação, degradando a glicose na ausência de oxigênio. 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. Em vez de ser reduzido a lactato, etanol ou algum outro produto da fermentação, o piruvato produzido pela glicólise é posteriormente oxidado a H2O e CO2. Essa fase aeróbia do catabolismo é chamada de respiração.
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Conteúdo
Características do Ciclo de Krebs
Reações do Ciclo de Krebs
Formação do Acetil-CoA
Ciclo de Krebs
Saldo Energético
Ciclo do Glioxalato
Ciclo de Krebs – Uma Via Anfibólica
Características do Ciclo de krebs
Segundo estágio da respiração celular; Ocorre na matriz mitocondrial; Ocorre em condições aeróbias; O acetil-CoA produzido através do piruvato é oxidado a CO2;; Energia conservada sob a forma de NADH, FADH2 e GTP (ATP); 8 reações, sendo 3 irreversíveis ; Via anfibólica, servindo a reações catabólicas e anabólicas.
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A formação do Acetil-CoA
Vit. B1
Cereais, pães, feijão, ovos, 
verduras, levedo, carnes 
Vit. B2
Cereais, fígado, leite, 
levedo, verduras, ovos 
Vit. B3
Cereais, pães, feijão, ovos, vegetais de folha, levedo, nozes, fígado 
Vit. B5
Cereais, pães, verduras, ovos, levedo, leite 
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FIGURA 16-1 Catabolismo de proteínas, gorduras e carboidratos durante os três estágios da respiração celular. Estágio 1: a oxidação de ácidos graxos, glicose e alguns aminoácidos gera acetil-CoA. Estágio 2: a oxidação dos grupos acetil no ciclo do ácido cítrico inclui quatro etapas nas quais os elétrons são removidos. Estágio 3: os elétrons carreados por NADH e FADH2 convergem para uma cadeia de transportadores de elétrons mitocondrial (ou, em bactérias, ligados à membrana plasmática) – a cadeia respiratória – reduzindo, no final, O2 a H2O. Este fluxo de elétrons impele a produção de ATP.
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Figura 16-7: Reações do ciclo do ácido cítrico. Os átomos de carbono sombreados em cor salmão são aqueles derivados do acetato da acetil-CoA durante a primeira rodada do ciclo; estes não são os carbonos liberados na forma de CO2 durante a primeira rodada. Observe que, no succinato e no fumarato, o grupo de dois carbonos derivado do acetato não pode mais ser especificamente indicado; como succinato e fumarato são moléculas simétricas, C-1 e C-2 são indistinguíveis de C-4 e C-3. O número ao lado de cada etapa de reação corresponde a um tópico numerado nas p. 640-647. As setas em vermelho mostram onde a energia é conservada pela transferência de elétrons ao FAD ou NAD1, formando FADH2 ou NADH 1 H1. As etapas ➊, ➌ e ➍ são essencialmente irreversíveis na célula; todas as outras etapas são
reversíveis. O nucleosídeo trifosfatado produzido na etapa ➎ pode ser tanto ATP quanto GTP, dependendo da isoenzima de succinil-CoA-sintetase que está catalisando a reação.
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Ciclo de Krebs
Oxalacetato + Acetil-CoA Citril-CoA Citrato
H2O
CoA-SH
A hidrólise de um intermediário tioéster rico em energia faz com que a reação no sentido de formação do citrato seja altamente exergônica.
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CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO - REAÇÃO 1
Condensação
Reação exergônica e irreversível
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No exame das oito etapas de reação consecutivas do ciclo do ácido cítrico, será dada especial ênfase nas transformações químicas que ocorrem à medida que o citrato formado a partir de acetil-CoA e oxaloacetato é oxidado produzindo CO2 e em como a energia dessa oxidação é conservada nas coenzimas reduzidas NADH e FADH2.
Reação 1 - Formação do citrato. A primeira reação do ciclo é a condensação de acetil-CoA e oxaloacetato para a formação do citrato, catalisada pela citrato-sintase.
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO - REAÇÃO 2
Desidratação/Hidratação
Reação endergônica e reversível
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➋ Formacao de isocitrato via cis-aconitato. A enzima aconitase (mais formalmente, aconitato-hidratase) catalisa a transformação reversível do citrato a isocitrato, pela formação intermediária do ácido tricarboxílico cis-aconitato, o qual normalmente não se dissocia do sítio ativo. A aconitase pode promover a adição reversível de H2O à ligação dupla do cis-aconitato ligado à enzima deduas maneiras diferentes, uma levando a citrato e a outra a isocitrato.
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO - REAÇÃO 3
Descarboxilação oxidativa
Formação de CO2 e NADH
Reação irreversível
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Oxidacao do isocitrato a a-cetoglutarato e CO2. Na próxima etapa, a isocitrato-desidrogenase catalisa a descarboxilação oxidativa do citrato para formar a-cetoglutarato .O Mn21 presente no sítio ativo interage com o grupo carbonil do oxalosuccinato intermediário, que é formado transitoriamente, mas só deixa o sítio ativo
quando a descarboxilação o converte em a-cetoglutarato. O Mn21 também estabiliza o enol formado transitoriamente por descarboxilação.
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO - REAÇÃO 4
Descarboxilação oxidativa
Formação de CO2 e NADH
Reação exergônica irreversível
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➍ Oxidacao do a-cetoglutarato a succinil-CoA e CO2. A etapa seguinte é outra descarboxilação oxidativa, na qual o a-cetoglutarato é convertido a succinil-CoA e CO2 pela ação do complexo da a-cetoglutarato-desidrogenase; NAD1 é o aceptor de elétrons e CoA é o transportador do grupo succinil. A energia da oxidação do a-cetoglutarato é conservada pela formação da ligação tioéster da succinil-CoA
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO - REAÇÃO 5
Fosforilação no nível do substrato
Formação de GTP
Reação exergônica e reversível
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Conversao de succinil-CoA a succinato. A succinil-CoA, como a acetil-CoA, tem uma ligação tioéster com uma energia livre padrão de hidrólise grande e negativa (DG9o< 236 kJ/mol). Na próxima etapa do ciclo do ácido cítrico, a energia liberada pelo rompimento dessa ligação é utilizada para impelir a síntese de uma ligação fosfoanidrido no GTP ou ATP, com um DG9o de apenas 22,9 kJ/mol. O succinato é formado neste processo.
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO - REAÇÃO 6
Desidrogenação
Formação de FADH2
Reação em equilíbrio reversível
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➏ Oxidacao do succinato a fumarato. O succinato formado a partir da succinil-CoA é oxidado a fumarato pela flavoproteína succinato-desidrogenase.
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO - REAÇÃO 7
Hidratação
Reação exergônica e reversível
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➐ Hidratacao do fumarato a malato. A hidratação reversível do fumarato a L-malato é catalisada pela fumarase (formalmente, fumarato-hidratase). O estado de transição dessa reação é um carbânion:
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO - REAÇÃO 8
Descarboxilação oxidativa
Formação de CO2 e NADH
Reação endergônica reversível
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➑ Oxidacao do malato a oxaloacetato. Na última reação do ciclo do ácido cítrico, a L-malato-desidrogenase ligada ao NAD catalisa a oxidação de L-malato a oxaloacetato.
Saldo Energético
 A molécula de AcetilCoA é totalmente oxidada até CO2 e H2O
Cada rodada do ciclo libera 2 CO2, regenera a molécula inicial de Oxalacetato e libera agentes redutores para a CTE
Saldo energético:
2 Acetil-CoA: 6 NADH
 2 FADH
 2 GTP (=2ATP)
1 Acetil-CoA: 3 NADH
 1 FADH
 1 GTP (=1ATP)
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Saldo Energético
Estágio 1 - Glicólise: 1 Glicose 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH 
(10 passos enzimáticos, em condição anaeróbica)
Etapa intermediária: 1 Piruvato 1 AcetilCoA + 1NADH + CO2
Estágio 2 - Ciclo de Krebs: 1 AcetilCoA 1 ATP + 3 NADH + 1 FADH + 2 CO2 + H2O
(8 passos enzimáticos, em condição aeróbica)
Estágio 3 - Cadeia Transportadora de Elétrons: o fluxo de H+ pela membrana mitocondrial interna leva à produção de ATP
Extração de energia da glicose - Resumo
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SALDO ENERGÉTICO
SOMANDO TUDO:
GLICÓLISE
2 ATP
2 NADH* (= 5 ATP)
7 ATP
ETAPA INTERMEDIÁRIA
1 NADH* x 2 (= 5 ATP)
5 ATP
CICLO DE KREBS
1 ATP x 2 = 2 ATP
3 NADH* x 2 (= 15 ATP)
1 FADH** x 2 (= 3 ATP)
20 ATP
 32 ATP
Atenção!!!!
* 1 NADH equivale a 2,5 ATPs
** 1 FADH equivale a 1,5 ATPs
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Ciclo do Glioxalato
A Acetil-CoA pode ser usada como matéria-prima para a biossíntese de carboidratos.
Estas reações ocorrem em plantas e algumas bactérias, mas não em animais.
Os animais podem converter carboidratos em gorduras, mas não gorduras em carboidratos.
Duas enzimas são responsáveis pela capacidade das plantas de produzirem glicose a partir de ácidos graxos: isocitrato liase & malato sintase
O Ciclo do Glioxalato ocorre nos glioxissomos.
Os vertebrados não conseguem converter ácidos graxos, ou o acetato derivado deles, a carboidratos.
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Ciclo do Glioxalato
FIGURA 16-22 Ciclo do glioxilato. A citrato-sintase, a aconitase e a malato-desidrogenase do ciclo do glioxilato são isoenzimas das enzimas
do ciclo do ácido cítrico; isocitrato-liase e malato-sintase são exclusivas do ciclo do glioxilato. Observe que dois grupos acetil (em cor salmão) entram no ciclo e quatro carbonos saem na forma de succinato (em azul). O ciclo do glioxilato foi elucidado por Hans Kornberg e Neil Madsen no laboratório de Hans Krebs.
Os vertebrados não conseguem converter ácidos graxos, ou o acetato derivado deles, a carboidratos.
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Ciclo de Krebs – Uma Via Anfibólica
FIGURA 16-16 Papel do ciclo do ácido cítrico no anabolismo. Intermediários do ciclo do ácido cítrico são desviados como precursores de muitas vias biossintéticas. Em vermelho aparecem quatro reações anapleróticas que repõem os intermediários do ciclo esgotados.
O Ciclo de Krebs é o centro das vias metabólicas e serve para conectar a degradação e a síntese de proteínas, carboidratos e lipídios.
Os metabólitos dos principais nutrientes são introduzidos no ciclo como AcetilCoA ou como intermediários do ciclo, onde são completamente oxidados para produzir energia.
O Ciclo de Krebs é anfibólico – atua tanto no catabolismo quanto no anabolismo.
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REVISÃO:
Cadeia Transportadora de Elétrons
Conteúdo
Características da Cadeia Transportadora de Elétrons
Cadeia Transportadora de Elétrons
Complexos Protéicos da Cadeia Transportadora de Elétrons
Características da Cadeia Transportadora de Elétrons
Ocorre nas cristas mitocondriais (membrana interna da mitocôndria) 
Terceiro estágio da respiração celular
NADH e FADH2 são oxidados através de 4 complexos proteicos carreadores, doando seus elétrons ao O2, formando H2O
Prótons H+ são bombeados da matriz para o espaço intermembranas
Ocorre em condições aeróbias
Prótons H+ retornam à matriz por meio da ATP-sintase, ocorrendo a formação de ATP (fosforilação oxidativa)
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A CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
A energia derivada da oxidação dos combustíveis é convertida em ATP.
Nas células eucarióticas, na presença de oxigênio, o ATP é gerado como resultado do transporte de elétrons ao longo da membrana interna da mitocôndria, associado ao transporte de prótons (H+) pela membrana interna.
A CTE consiste de 4 complexos enzimáticos intimamente relacionados inseridos na membrana.
Em uma série de transferências de oxido redução eles conduzem os elétrons ao longo da membrana, de um complexo ao outro, até que os elétrons atinjam seu destino final, onde se combinam com o oxigênio para produzir água. 
NADH
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
FMN
Q
Cyt b
Cyt cl
FADH2
Cyt c
Cyt aa3
O2
NADH – Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo
FADH2 – Flavina Adenina Dinucleotídeo
FMN – Flavina Mono Nucleotídeo
Q – Ubiquinona (coenzima)
Cyt – citocromos (proteínas com grupo heme)
Fluxo de elétrons
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Complexos Protéicos da Cadeia Transportadora de Elétrons
FIGURA 19-8 Via dos elétrons de NADH, succinato, acil-CoA de ácidos graxos e glicerol-3-fosfato para a ubiquinona. Ubiquinona (Q) é o ponto de entrada para os elétrons derivados das reações do citosol, a partir de reações de oxidação dos ácidos graxos e da oxidação do succinato (no ciclo do ácido cítrico). Os elétrons do NADH passam por uma flavoproteína com o cofator FMN e para uma série de centros Fe-S (no complexo I) e, então, para Q. Os elétrons do succinato passam por uma flavoproteína com o cofator FAD e de vários centros Fe-S (no complexo II) a caminho de Q. O glicerol-3-fosfato doa elétrons a uma flavoproteína (glicerol-3-fosfato-desidrogenase) na face externa da membrana mitocondrial interna, de onde eles passam para Q. A acil-CoA-desidrogenase (a primeira enzima da b-oxidação) transfere elétrons à flavoproteínatransferidora de elétrons (FTE), de onde eles passam a Q por meio da FTE:ubiquinona-oxidorredutase.
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Complexo I
FIGURA 19-9 NADH:ubiquinona-oxidorredutase (complexo I). (PDB ID 3M9S) O complexo I (a estrutura cristalina da bactéria Thermus thermophilus é mostrada) catalisa a transferência de um íon hidreto de NADH a FMN, de onde dois elétrons passam por uma série de centros de Fe-S para o centro Fe-S N-2 no braço da matriz do complexo. A transferência de elétrons de N-2 para a ubiquinona no braço da membrana forma QH2, que se difunde na bicamada lipídica. Esta transferência de elétrons também governa a expulsão da matriz de quatro prótons por par de elétrons. O mecanismo detalhado que acopla a transferência de elétrons e prótons no complexo I ainda não é conhecido, mas provavelmente envolve um ciclo Q similar ao do complexo III, onde QH2 participa duas vezes para cada par de elétrons. O fluxo de prótons produz um potencial eletroquímico através da membrana mitocondrial interna (lado N negativo, lado P positivo).
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Complexo II
FIGURA 19-10 Estrutura do complexo II (succinato-desidrogenase). (PDB ID 1ZOY) Este complexo (aqui está apresentada a enzima do coração de porco) tem duas subunidades transmembrana, C e D: as extensões citoplasmáticas contêm as subunidades A e B. Logo atrás de FAD na subunidade A está o sítio de ligação do succinato. A subunidade B tem três conjuntos de centros de Fe-S; ubiquinona é ligada à subunidade B; um heme b está localizado entre as subunidade C e D. Duas moléculas de fosfatidiletanolamina estão tão fortemente ligadas à subunidade D que aparecem na estrutura cristalina. Os elétrons se movem (setas azuis) do succinato ao FAD e, então, através de três centros de Fe-S, para a ubiquinona. O heme b não está na via principal da transferência de elétrons, mas protege contra a formação de espécies reativas de oxigênio (ERO) por elétrons que saem da via.
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Complexo III
FIGURA 19-11 Complexo de citocromo bc1 (complexo III). (PDB ID 1BGY). O complexo é um dímero de monômeros idênticos, cada um com 11 subunidades diferentes. O centro funcional de cada monômero é constituído por três subunidades: citocromo b (em verde) com seus dois hemes (bH e bL); a proteína ferro-enxofre de Rieske (em púrpura) com seus dois centros de 2Fe-2S; e o citocromo c1 (em azul) com seu heme. Este desenho do complexo mostra como o citocromo c1 e a proteína ferro-enxofre de Rieske projetam-se da superfície P e podem interagir com o citocromo c (que não faz parte do complexo funcional) no espaço intermembrana. O complexo tem dois sítios de ligação distintos para ubiquinona, QN e QP, que correspondem aos sítios de inibição por dois fármacos que bloqueiam a fosforilação oxidativa. Antimicina A, que bloqueia o fluxo de elétrons do heme bH para Q, liga-se a QN, perto do heme bH no lado N (matriz) da membrana. Mixotiazol, que impede o fluxo de elétrons de QH2 para a proteína ferro-enxofre de Rieske, liga-se a Q perto do centro de 2Fe-2S e ao heme bL no lado P. A estrutura dimérica é essencial para o funcionamento do complexo III. A interface entre os monômeros forma duas cavernas, cada uma contendo um sítio QP de um monômero e um sítio QN do outro. Os intermediários da ubiquinona
movimentam-se dentro dessas cavernas protegidas.
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Complexo Q
FIGURA 19-12 O ciclo Q apresentado em dois estágios. A via de elétrons pelo complexo III é mostrada por setas azuis. O movimento de várias formas de ubiquinona é ilustrado com setas pretas. No primeiro estágio (à esquerda), Q no lado N é reduzida ao radical semiquinona, que retorna à sua posição para aceitar outro elétron. No segundo estágio (à direita), o radical semiquinona é convertido a QH2. Enquanto isto, no lado P da membrana, duas moléculas de QH2 são oxidadas a Q, liberando dois prótons por molécula de Q (quatro prótons ao todo) para o espaço intermembrana. Cada QH2 doa um elétron (por meio do centro de Fe-S de Rieske) para o citocromo c1 e um elétron (via citocromo b) para a molécula de Q próxima ao lado N, reduzindo-a em duas etapas a QH2. Esta redução também consome dois prótons por molécula de Q, os quais são retirados da matriz (lado N). O cit c1 passa um elétron por vez ao cit c, que se dissocia e carrega elétrons ao complexo IV.
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Complexo IV
FIGURA 19-14 Via dos elétrons pelo complexo IV. As três proteínas cruciais para o fluxo de elétrons são as subunidades I, II e III. A estrutura maior em verde inclui outras 10 proteínas do complexo. A transferência de elétrons pelo complexo IV inicia com o citocromo c (parte superior). Duas moléculas de citocromo c reduzido doam, cada uma, um elétron para o centro binuclear CuA. Deste, os elétrons passam pelo heme a para o centro de Fe-Cu (citocromo a3 e CuB). O oxigênio agora se liga ao heme a3 e é reduzido a seu derivado peróxido (O2 22, não mostrado aqui) por dois elétrons do centro de Fe-Cu. A chegada de mais dois elétrons a partir do citocromo c (parte superior, perfazendo quatro elétrons ao todo) converte o O2 22 em duas moléculas de água, com o consumo de quatro prótons (“substrato”) da matriz. Ao mesmo tempo, quatro prótons são bombeados da matriz por um mecanismo ainda indeterminado.
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Resumo do Fluxo de Elétrons e Protóns
FIGURA 19-6 Resumo do fluxo de elétrons e prótons pelos quatro complexos da cadeia respiratória. Os elétrons chegam à Q por meio dos complexos I e II. A Q reduzida (QH2) serve como carregador móvel de elétrons e prótons. Ela passa elétrons ao complexo III, que os passa a outro elemento móvel de ligação, o citocromo c. O complexo IV então transfere elétrons do citocromo c reduzido ao O2. O fluxo de elétrons pelos complexos I, III e IV é acompanhado pelo fluxo de prótons da matriz ao espaço intermembrana. Lembre-se de que os elétrons da b-oxidação de ácidos graxos também podem entrar na cadeia respiratória por meio de Q. As estruturas mostradas aqui são de várias fontes: complexo I, Thermus thermophilus (PDB ID 3M95); complexo II, coração porcino (PDB ID 1ZOY); complexo III, coração bovino (PDB ID 1BGY); citocromo c, coração equino (PDB ID 1HRC); complexo IV, coração bovino (PDB ID 1OCC).
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Complexo I
NADH desidrogenase
1 elétron do NADH é transferido à ubiquinona
4 H+ da matriz para o espaço intermembranas 
Complexo II
Succinato desidrogenase
Elétrons: FAD succinato Fe-S ubiquinona
Complexo III
Citocromo bc1
2 elétrons da ubiquinona ao citocromo c
4 H+ da matriz para o espaço intermembranas 
Complexo IV
Citocromo oxidase
2 elétrons do citocromo c ao O2: H2O
2 H+ da matriz para o espaço intermembranas 
Inibição por rotenona
Inibição por cianeto
Inibição por antimicina A
Complexos Protéicos da Cadeia Transportadora de Elétrons
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Referência 
LEHNINGER, T. M., NELSON, D. L. & COX, M. M. Princípios de Bioquímica. 7ª Edição, 2019. Ed. Artmed.