Bioquímica - Ciclo de Krebs

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Yahanna Estrela 
Medicina – UFCG 
BIOQUÍMICA 
 
Ciclo de Krebs 
 
 
CARACTERÍSTICAS GERAIS 
 
✓ Descoberto em 1937 por Hans Krebs. 
✓ O ciclo de Krebs pode ser chamado de Ciclo do Ácido 
Cítrico ou Ciclo do Ácido Tricarboxílico (TCA). 
✓ É importante pois o metabolismo final de 
carboidratos, lipídios e proteínas gera AcetilCoA, 
sendo este o substrato que alimenta o ciclo. 
✓ Ocorre na matriz da mitocôndria próximo as reações 
de transportes de elétrons, onde oxidam as 
coenzimas reduzidas geradas no ciclo. 
✓ Ele é anfibólico, ou seja, nele existem reações 
catabólicas e anabólicas. 
✓ As principais funções do ciclo são: 
• Produção de energia (tanto do GTP, como dos 
intermediários metabólicos NADH e FADH2 que 
vão ser transformados em ATP na cadeia 
transportadora de elétrons e fosforilação 
oxidativa); 
• Biossíntese 
 
✓ São 8 reações enzimáticas em forma circular, onde 
o oxaloacetato é combinado com o Acetil-CoA. 
✓ O oxalacetato é consumido no início e regenerado 
no final, formando um ciclo. 
✓ Via aeróbia pois o O2 é o aceptor final 
✓ Maior parte das vias catabólicas convergem para 
ciclo 
✓ Fornece intermediários para síntese aminoácidos, 
glicose e lipídios. 
✓ Continuação da glicólise aeróbica 
✓ Os dois piruvato, produtos da glicólise no 
citoplasma, entram na mitocôndria (por meio do 
Simportador Piruvato/H+) e são convertidos em 
Acetil-CoA através do complexo enzimático 
piruvato-desidrogenase (PDH). A conversão desses 
2 piruvatos produz 2 NADH. 
✓ Cada molécula de Acetil-CoA libera 2CO2; 3 NADH; 
1FADH2 e 1GTP para cada volta do ciclo. Como são 
2 AcetilCoA por 1 molécula de glicose, são duas 
voltas. 
✓ 1 Acetil-CoA → 1 Ciclo de Krebs = 10 ATP. 
✓ 1 glicose → 2 Acetil-CoA = 2 ciclo de Krebs = 4CO2; 
6 NADH; 2 FADH2 e 2GTP = 20 ATP. 
 
✓ As enzimas envolvidas estão na matriz mitocondrial, 
com exceção da succinato desidrogenase, que está 
associada à membrana interna mitocondrial, visto 
que participa tanto do ciclo de Krebs quanto da 
cadeia transportadora de elétrons → corresponde 
ao complexo II da CTE. 
✓ Boa parte da energia liberada pela oxidação do 
Acetil-CoA é armazenada pelas coenzimas reduzidas 
(NADH e FADH2). 
 
 
RESUMO DO CICLO DE KREBS 
 
1. AcetilCoA + oxalacetato = citrato (enzima 
citratosintase) 
2. Citrato é transformado em isocitrato 
3. Isocitrato forma o α- cetoglutarato 
4. α- cetoglutarato forma succinil-coA 
5. Succinil-coA é transformada em succinato 
(libera GTP e CoA) 
6. Succinato é transformado em fumarato 
(produz FADH2) 
7. Fumarato forma malato 
8. Malato é transformado em oxalacetato 
(produz NADH) 
 
 
REGULAÇÃO DO COMPLEXO PDH 
 
✓ É importante lembrar que o complexo piruvato 
desidrogenase (PDH) é formado por três enzimas: 
E1, E2 E E3. Ele tem função de conectar a glicólise 
com o ciclo de Krebs, mas não faz parte de nenhum 
dos processos. 
• E1 → Piruvato Desidrogenase 
• E2 → Di-hidrolipoil-transacetilase 
• E3 → Di-hidrolipoil-desidrogenase. 
✓ Cinco Coenzimas: 
• TPP (tiamina pirofosfato) → E1 
• Ácido lipoico → E2 
• Coenzima A (CoA) → E2 
• FAD (flavina adenina dinucleotídeo) → E3 
• NAD (nicotinamida adenina dinucleotídio) → E3 
 
 
Arsênio: impede que o ácido lipoico seja utilizado 
como coenzima, inibindo o complexo e gerando 
acúmulo de lactato, ocasionando insuficiência 
respiratória e acidose. 
A deficiência do complexo E1 ocasiona acidose 
láctica congênita. 
 
APLICABILIDADE CLÍNICA 
 
A deficiência de tiamina pode ocasionar a 
inativação desse complexo, gerando deficiência de 
ATP, o que acarretaria em doenças do sistema 
nervoso central: Síndome de Wernicke-Korsakoff: 
encefalopatia/psicose). 
O uso de álcool pode ocasionar a deficiência 
de tiamina. 
 
 
 
 
ENZIMAS REGULADORAS 
 
✓ Piruvato-desidrogenase-cinase: enzima que 
fosforila e inativa a PDH. Ela é ativada em situações 
em que há muito ATP, NADH e Acetil-CoA, indicando 
que o organismo não precisa produzir energia, 
podendo o piruvato ser destinado para outras 
finalidades. O piruvato atua como inibidor dessa 
enzima, pois serve como um sensor → se há muito 
piruvato, ele deve ser convertido em AcetilCoA. O 
aumento de piruvato faz com que haja atividade 
máxima da E1. 
 
✓ Piruvato-desidrogenase-fosfatase: enzima que 
ativa e desfosforila a PDH. Baixas concentrações de 
ATP aumentam a atividade dessa enzima. A 
liberação de cálcio no músculo esquelético, por 
exemplo, durante o exercício, faz com que haja 
estímulo dessa enzima para que haja ativação do 
completo PDH para produção de energia. 
 
 
 
DEFICIÊNCIA DO COMPLEXO PDH 
 
✓ A deficiência do complexo E1 é a causa mais comum 
de acidose láctica congênita. 
✓ Essa deficiência afeta o complexo PDH, resultando 
na incapacidade de converter piruvato em Acetil-
CoA. 
✓ Sendo assim, o piruvato é desviado para a 
fermentação láctica e transformado em ácido 
láctico pela lactato-desidrogenase (LDH), 
ocasionando uma acidose metabólica. 
✓ Isso gera problemas no SNC, já que esse órgão 
depende do ciclo de Krebs para produção de 
energia. 
 
 
APLICABILIDADE CLÍNICA 
 
Síndrome de Leigh: distúrbio neurológico 
raro, que é resultado de defeitos na produção de 
ATP decorrente de defeitos no complexo PDH, 
CTE e na ATP sintase. 
 Se houver deficiência na PDH, deve-se 
observar o motivo. O tratamento é destinado a 
estimular o complexo PDH ou fornecer uma 
fonte alternativa de energia ao cérebro. 
Suplementação com cofatores de tiamina, 
carnitina e ácido lipóico é recomendada. Uma 
dieta cetogénica pode ser indicada 
especialmente para doentes com distonia. 
 
 
 
REAÇÕES DO CICLO DE KREBS 
 
✓ A primeira coisa que precisa acontecer é a formação 
de AcetilCoA, visto que o piruvato não entra no 
ciclo. Então, os dois piruvatos produzidos na 
glicólise são transportados para a mitocôndria 
através de um transportador específico, o 
simportador piruvato/H+. 
✓ Eles dois são transformados em AcetilCoA, através 
da piruvato desidrogenase, produzindo dois NADH. 
✓ Essa conversão não faz parte da glicólise e nem do 
ciclo de Krebs → é uma ponte entre os dois, um 
ponto de conexão. 
✓ O AcetilCoA é o alimento do ciclo de Krebs, no qual 
o seu grupo Acetil será oxidado. 
 
 
1ª REAÇÃO: SÍNTESE DO CITRATO A PARTIR 
DE ACETIL-COA E OXALACETATO 
 
✓ União do AcetilCoA com o oxaloacetato, por meio 
da enzima citrato-sintase. 
✓ Há a produção de Citrato (consequentemente, é 
inibida pela citrato) 
✓ O citrato pode ser utilizado como fonte para a 
síntese de ácidos graxos e colesterol, de acordo com 
a necessidade do organismo. 
✓ Ponto de regulação da velocidade do ciclo de Krebs. 
 
 
O consumo de muito carboidrato associado a 
pouca ou nenhuma atividade física: o citrato é desviado 
para produção de ácidos graxos, já que o corpo não 
necessita de produção de ATP, que serão armazenados 
na forma de triacilglicerol no tecido adiposo. Pode levar 
a obesidade. 
2ª REAÇÃO: ISOMERIZAÇÃO DO CITRATO 
 
✓ Citrato é isomerizado em isocitrato pela aconitase. 
✓ Aconitase é inibida por fluoroacetato (raticida). 
 
 
 
3ª REAÇÃO: OXIDAÇÃO E 
DESCARBOXILAÇÃO DO ISOCITRATO 
 
✓ Enzima isocitrato-desidrogenase causa 
descarboxilação oxidativa irreversível do isocitrato 
em α-cetoglutarato 
✓ Originando NADH e CO2 
✓ Etapa limitante da velocidade 
✓ Enzima ativada por ADP e Ca++ 
✓ Enzima inativada por ATP e NADH 
 
 
 
4ª REAÇÃO: DESCARBOXILAÇÃO OXIDATIVA 
DO Α-CETOGLUTARATO 
 
✓ Conversão α-cetoglutarato em Succinil-CoA através 
do complexo enzimático α-cetoglutarato-
desidrogenase (3 enzimas: E1, E2 e E3) 
✓ Produz NADH e CO2 
✓ Coenzimas tiamina, ácido lipoico, FAD, NAD+ e CoA 
✓ Enzima é inibida por produtos, NADH, Succinil-CoA 
✓ Ativado Ca++ 
✓ De acordo com a necessidade do organismo, o α- 
cetoglutarato pode ser usado para oxidação e 
biossíntese de aminoácidos. 
 
 
 
5ª REAÇÃO: CLIVAGEM DA SUCCINIL-COA 
 
✓ Succnil-CoA é convertido (clivado) em succinato 
pela succinato-tiocinase/succinil-CoA sintetase 
✓ ProduzGTP e CoA 
 
 
 
6ª REAÇÃO: OXIDAÇÃO DO SUCCINATO 
 
✓ Succinato é oxidado a fumarato pela succinato-
desidrogenase (enzima que é a única na membrana 
interna da mitocôndria, as outras estão na matriz) 
✓ Produção de FADH2 
✓ Inibida pelo malonato (analogo do succinato- 
inibidor competitivo) 
7ª REAÇÃO: HIDRATAÇÃO DO FUMARATO 
✓ Fumarato é hidratado (convertido) em malato pela 
fumarato-hidratase 
✓ É uma reação livremente reversível 
✓ De acordo com a necessidade do corpo, o malato 
pode ser desviado e utilizado para produção de 
novas moléculas de glicose pelo fígado 
(gliconeogênese). 
 
 
 
8ª REAÇÃO: OXIDAÇÃO DO MALATO 
 
✓ Malato é oxidado a oxalacetato pela malato-
desidrogenase 
✓ Produção terceiro e último NADH do ciclo 
✓ O oxalacetato pode ser unido a AcetilCoA e dar 
início a um novo ciclo de Krebs 
 
 
Saldo do ciclo: 3 NADH, 1 FADH2 E 1GTP 
 
 
 
REGULAÇÃO DO ÁCIDO CÍTRICO 
 
✓ A regulação é feita através da inibição de algumas 
enzimas, as responsáveis por essa regulação são: 
• Citrato-sintase; 
• Isocitrato-desidrogenase; 
• Complexo alfa-cetoglutarato-desidrogenase. 
 
 
A regulação do ciclo se dá principalmente pela 
quantidade de substratos e os produtos do ciclo. 
As coenzimas (tiamina, ácido lipoico, coenzima A, 
NAD e FAD) e enzimas do PDH também influenciam. 
 
 
EXTRA 
 
 
 
OUTRAS ROTAS QUE UTILIZAM 
INTERMEDIÁRIOS DO CICLO DE KREBS 
 
 
Algumas substâncias que participam do ciclo de 
Krebs podem ser desviadas para outras rotas e 
assim dar origem a outras substâncias. Existem 
reações que repõem as substâncias que foram 
tiradas que são as reações de preenchimentos ou 
reações anapleróticas. As reações anapleróticas são 
importantes para manter o equilíbrio dos 
intermediários do ciclo. 
 
 
✓ O ciclo de Krebs possui intermediários que podem 
ser desviados para a síntese de outras moléculas, 
atuando, assim, no metabolismo anabólico: 
 
1. Gliconeogênese: utiliza Oxaloacetato para 
síntese de glicose. 
2. Síntese de Ácidos graxos: utiliza o Acetil-CoA. 
3. Biossíntese de Aminoácidos: utiliza o α- 
cetoglutarato (glutamato) e Oxaloacetato 
(aspartato). 
 
 
EXTRA: REAÇÃO ANAPLERÓTICA 
 
A reação anaplerótica mais importante ocorre no 
fígado e nos rins de mamíferos. Quando o 
oxalacetato está deficiente, a enzima piruvato-
carboxilase catalisa a carboxilação do piruvato à 
oxalacetato, repondo este intermediário. Essa 
reação ocorre com gasto de ATP e necessita de 
biotina (B7). A regulação dessa enzima se dá da 
seguinte forma: quando o Acetil-CoA está em 
excesso, ele modula a piruvato-carboxilase 
positivamente, aumentando sua atividade para que 
mais oxalacetato seja produzido, fazendo com que 
o Acetil-CoA em excesso consiga ser utilizado no 
ciclo de Krebs. 
 
 
 
• Cada NADH forma 2,5 ATP 
• Cada FADH2 forma 1,5 ATP 
• Cada GTP forma 1 ATP 
 
Portanto, se o saldo do ciclo de Krebos é 3 NADH, 1 
FADH2 E 1GTP, equivale a: 
 
3 x 2,5 + 1,5 + 1 =10 ATP.