CICLO DE KREBS

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CICLO DE KREBS 
 
O ciclo de Krebs, também conhecido como ciclo do ácido cítrico e ciclo dos ácidos 
tricarboxílicos, é uma via metabólica que converte átomos de carbono a CO2 por 
oxidação, propiciando que a energia livre metabólica asim gerada seja convertida, pela 
cadeia transportadora de elétrons, em ATP. O ciclo de Krebs representa o estágio final 
de oxidação das fontes de energia metabólicas, que inclui os açúcares, os ácidos 
graxos e os aminoácidos, inclui oito reações que ocorrem no citossol dos procariontes 
e nas mitocôndiras dos eucariontes. 
Por não apresentar uma via linear, como a glicólise, o ciclo de Krebs sempre retorna 
ao ponto de partida. Essa característica faz com que se assemelhe a um giradouro de 
uma rodovia, onde convergem e divergem várias estradas. O que é justificado pelo 
grande número de conexões metabólicas que este faz com vias anabólicas e 
catabólicas. O ciclo do ácido cítrico compreende 8 reações, catalisadas por 8 
complexos en que tem início e termina com o oxalacetato (fig.11.1). 
Oxalacetato Citrato
Isocitrato
α-Cetoglutarato
Succinil-CoA
Succinato
Fumarato
Malato
C
C
CH2
C
O O
-
O O
-
O
C
CH
CO O
-
H
CH2
C
C O
O-
O
-
O
OH
C
CH2
CO O
-
OH
CH2
C
C O
O -
O
-
O
CH
C
CO O
-
H
CH2
C O
-
O
O
CH
C
H
CH2
C O
-
O
O CoA
CH
C
H
CH2
C O
-
O
O O
-
C
C
H
CH
C O
-
O
O O
-
CH
C
H
CH
C O
-
O
O O
-
OH
CH3 C
O
CoA
HSCoA
NAD
+
NADH +H
+
FAD
FADH2
H2O NAD+
NADH + H
+
1 Citrato sintase
2 cis-Aconitase
3 Isocitrato
desidrogenase
4 a-Cetpglutarato
desidrogenase
GTP GDP
HSCoA
NAD +
NADH
+ H +
5 Succinil
sintase
6 Succinato
desidrogenase
7 Fumarase
8 Malato
desidrogenase
 
 
 
 
 
1. Formação da acetil-CoA a partir do piruvato 
 
A acetila formada a partir do piruvato é produzida por um complexo enzimático, 
o complexo da piruvato desidrogenase, localizado na matriz mitocondrial, e 
constituído por três tipos de enzimas, E1, E2 e E3. Na bactéria Escherichia coli, 
este complexo é constituído por 60 subunidades protéicas, com uma massa 
molecular de 4600 kD. Em mamíferos e outras bactérias, é um complexo 
enzimático ainda maior, com aproximadamente 140 subunidades. Em Baciilus 
stearothermophilus, estas enzimas se organizam em forma de um dodecaedro 
oco, formado por enzimas E2, recoberto pelos outros tipos de enzimas. 
Fig. 11.1 Ciclo de Krebs, também denominado ciclo 
doácido cítrico e ciclo dos ácidos tricarboxílicos 
N
N
NH2
CH3
N+
S
CH3
O P
O
O P
O
O
-
O
-
O
-
Tiamina-pirofosfato (TPP)
P
O
O
O
-
P O
O
O
-
CH2
NH
C
CH2
CH2
NH
C
CH
C
CH2
CH2
SH
O
O
OH
CH3CH3
O
N
O
CH2
OP
O
O
-
O
-
N
N
N
NH2
OH
Coenzima-A
S CH2
CH2
CHS
CH2 CH2 CH2 CH2 C
O
NH (CH2)4 CH
HN
C
NH
O
Ácido lipóico Lisina
Lipoamida
Fig. 11.2. Coenzimas envolvidas na descarboxilação do piruvato: 
tiamina-pirofosfato (TPP), lipoamida, coenzima A (CoA) e flavina adenina 
dinucleotídeo (FAD).
N N
N
NH
C
C
C
O
O
C
OH
OH
OH
CH2
CH3
CH3
H
H
H
HH
P
O
O O
OH
N
O
O
OH
OH
O
P N
N
N
NH2
OH
Flavina-adenina-dinucleotídeo 
(FAD)
Cadeia polipeptídica 
 
1.1. Primeira etapa da reação: descarboxilação 
A primeira etapa é catalisada pela E1, também conhecida como piruvato 
desidrogenase. Esta enzima necessita do cofator tiamina-pirofosfato (fig. 
11.2-A), que se liga ao grupo carbonila do piruvato, provocando a saída da 
carboxila na forma de CO2 e deixando um grupo hidroxietila (fig. 11.3-A). 
 
1.2. Segunda etapa da reação: formação de acetil-lipoamida 
A hidroxietila é transferida da piruvato desidrogenase para a E2 (fig.11.3-B). 
O aceptor da hidroxietila é o grupo prostético lipoamida (fig. 11.2). Nesta 
etapa, o cofator TPP de E1 é regenerado e a hidroxietila é oxidada a 
acetila. 
 
1.3. Terceira etapa da reação: formação de acetil-CoA 
A enzima E2 transfere a acetila para a coenzima A, formando acetil-CoA e 
deixando a lipoamida reduzida (fig. 11.3-C). 
 
1.4. Quarta etapa da reação: regeneração do complexo piruvato 
desidrogenase 
A enzima E3 reoxida a lipoamida, que muda da forma disufidril para 
dissulfeto, através do seu grupo prostético FAD que, em seguida, é 
reoxidado pela coenzima NAD (fig. 11.3-D). 
A
B
N+
C- S
CH3
N+
S
CH3
C C CH3
O
OH OH
H+ CO2
C
C
CH3
O OH
O
C
-
CH3OH
N+
S
CH3
Hidroxietil-TPP
C
-
CH3OH
N+
S
CH3
C
S
S
C CH3O
N+
S
CH3
S
SH
H
N+
C- S
CH3
C CH3
O
S
SH
H+ H+ 
D
C CH3
O
S
SH
Coenzima A
CoA−SH CoA S C CH3
O
SH
SH
+
+
Acetil-CoA
SH
SH
FAD FADH2
S
S FADH2 FAD
NAD+ NAD + H+
 Fig. 11.3. Conversão do piruvato a acetil-CoA (A) Descarboxilação do piruvato pela 
piruvato desidrogenase (E1), produzindo hidroxietil-TPP. (B) Transferência do grupo 
hidroxietil para o grupo lipoamida de E2, onde é oxidado a acetila. (C) Transferência da 
acetila da lipoamida para a coenzima A por E2. (D) Reoxidação do grupo disulfidril da 
lipoamida à forma dissulfeto pela enzima E3 e reoxidação do grupamento prostético FAD 
pela coenzima NAD+. 
 
 
2. Enzimas/reações do ciclo de Krebs 
 
2.1. Citrato sintase 
Na primeira reação do ciclo de Krebs, uma acetila na forma de acetil-CoA, 
proveniente da descarboxilação do piruvato ou de qualquer outro processo 
degradador que produza acetila, como a β-oxidação dos ácidos graxos, se 
condensa com o oxalacetato, um ácido dicarboxílico de 4 carbonos, 
produzindo citrato, um ácido tricarboxílico de 6 carbonos. A citrato sintase, 
que catalisa este processo, promove a condensação do grupo acetil e de 
uma molécula de água com o oxalacetato, liberando a HSCoA, que pode 
ser reutilizada pelo complexo da piruvato desidrogenase para transferir 
mais uma acetila para o processo. 
 
COO
-
C
CH2
COO
-
O CH3 C
O
SCoA
CH2
C
CH2
COO
-
COO
-
COO
-
OH+
H2O HSCoA
Fig. 11.4. Formação de citrato a partir de oxalacetato e 
acetil, pela citrato sintase.
Citrato sintase
 
 
2.2. Aconitase 
A segunda enzima do ciclo de Krebs catalisa a isomerização reversível do 
citrato a isocitrato (fig. 11.5). O citrato é uma molécula simétrica, e precisa 
ser modificada para dar lugar às demais reações. 
CH2
C
CH2
COO
-
COO
-
COO
-
OH
CH2
C
CH
COO
-
COO
-
COO
-
CH2
CH
CH
COO
-
COO
-
COO
-
OH
H2O H2O
Citrato Aconilato Isocitrato
Fig. 11.5. Formação do isocitrato pela enzima aconitase. Ocorre uma 
desidratação reversível do citrato, formando o intermdiário aconilato que é 
reidratado na forma do isômero isocitrato
 
2.3. Isocitrato desigrogenase 
Na terceira reação do ciclo de Krebs, o isocitrato sofre uma 
descarboxilação oxidativa realizada pela isocitrato desidrogenase. O 
isocitrato é inicialmente oxidado com a redução de NAD+ e produção de 
NADH. Em seguida, a carboxila ligada ao carbono central da cadeia é 
removida na forma de CO2 (fig.11.6). 
CH2
CH
CH
COO
-
COO
-
COO
-
OH
CH2
CH
C
COO
-
C
COO
-
O
O
O
-
CH2
CH
C
COO
-
COO
-
O
-
CH2
CH2C
COO
-
COO
-
O
NAD+ H+ + NADH CO2 H
+
Fig. 11.6. Oxidação do isocitrato a α-cetoglutarato. Primeiro o isocitrato é oxidado 
com a redução de NAD+ a NADH; em seguida, o composto intermediário é 
descarboxilado, formando um segundo intermediário que recebe um próton e, por 
tautomeria, se converte em α-cetoácido.
Isocitrato α-Cetoglutarato
 
2.4. αααα-Cetoglutarato desidrogenase 
Do mesmo modo da isocitrato desidrogenase, a α-cetoglutarato 
desidrogenase catalisa uma descarboxilação oxidativa. Porém, por ser um 
complexo multienzímico e por transferir um grupo acila de quatro carbonos, 
apresenta uma semelhança com a piruvato desidrogenase, a succinila, 
para a coenzima A (fig.11.7). A enzima E3, da piruvato desidrogenase, 
também está presente nesta enzima. 
CH2
CH2
C
COO
-
COO
-
O
HSCoA CO2
NAD+ H+ + NADH
CH2
CH2
C
S
COO
-
O
CoA
α-Cetoglutarato Succinili-CoA
Fig. 11.7. Descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato 
pela α−cetoglutarado desidrogenase, produzindo 
succinil-CoA
 
2.5. Succinil-CoA sintase 
A succinil-CoA sintase, na verdade, hidrolisa a ligação tioéster da succinil-
CoA, liberando succinato e HSCoA. Como a reação é reversível, a variação 
de energia livre é próxima a zero e o nome da enzima é dado pelo sentido 
inverso da reação. Esta reação, nos mamíferos, gera GTP e, em plantas e 
bactérias, ATP (fig.11.8). 
CH2
CH2
C
S
COO
-
O
CoA
Succinili-CoA Succinato
GDP + Pi GTP + HSCoA
CH2
CH2
COO
-
COO
-
Fig. 11.8. Rpresentação resumida da conversão do succinil-CoA 
a succinato, pela succinil-CoA sintetase.
 
 
Esta reação ocorre em uma série de etapas e envolve uma série de 
transferências de um grupamento fosfato, que no final acaba sendo 
transferido para um GDP, gerando GTP, como é mostrado a seguir: 
1. Um fosfato desloca a CoA na succinil-CoA, formando succinil fosfato 
que, quando é clivado, libera grande quantidade de energia (fig.11.9). 
CH2
CH2
C
S
COO
-
O
CoA
P O
O
-
O
-
OH+
CH2
CH2
C
COO
-
O
O3
-
PO
HSCoA
Fig. 11.9. Deslocamento da CoA por um grupo 
fosfato na succinil-CoA
 
2. O succinil-fosfato doa sua fosforila a uma histidina da enzima, 
produzindo um intermediário fosfo-histidina e liberando o succinato 
(fig.11.10). 
N
H
N
+
CH2
CH2
COO
-
COO
-
CH2
CH2
C
COO
-
O
O3
-
PO
+
N
N PO3
2-
Succinil-fosfato Succinato
His
Fig. 11.10. O succinil-fosfato doa o grupo fosfato para um 
resíduo de Histidina da enzima, produzindo succinato
 
3. A fosfato é transferido a um GDP, formando GTP(fig.11.11). 
N
N PO3
2-
N
H
N
His
GDP
GTP+
Fig. 11.11. O grupo fosfato é transferido para um 
GDP, formando GTP.
 
2.6. Succinato desidrogenase 
Nas três últimas reações do ciclo de Krebs, o succinato não sofre mais 
descarboxilação e é convertido de volta ao produto inicial, o oxalacetato. A 
succinato desidrogenase catalisa a desidrogenação reversível do succinato 
ao fumarato. Esta reação de oxirredução necessita do grupamento 
prostético FAD, ligado à enzima, que é reduzido a FADH2. Esta enzima 
está acoplada à cadeia transportadora de elétrons, que recebe os elétrons 
do FADH2, restituindo-lhe a forma oxidada FAD e contrinbuindo para a 
produção de 2 ATPs. Logo, a succinato desidrogenase está embebida na 
membrana mitocondrial e os elétrons do FADH2 são recebidos pelo 
carreador de elétrons lipossolúvel ubiquinona (Q) e não pelo cofator 
hidrossolúvel NAD+ (fig.11.12). 
C
C
COO
-
COO
-
HH
HH
COO
-
C
C
-
OOC
H
H
Enz-FAD Enz-FADH2
Succinato Fumarato
Fig. 11.12. Oxidação do succinato a fumarato 
pela succinato desidrogenase 
 
 
2.7. Fumarase 
A fumarase catalisa a hidratação reversível do fumarato, transformando-o 
em malato (fig. 11.13). 
C
C
COO
-
COO
-
H
H
H2O
H2O
CH
CH2
COO
-
COO
-
OH
Fig. 11.13. Hidratação reversível do 
fumarato pela fumarase.
Fumarato Malato
 
 
2.8. Malato desidrogenase 
Esta é a reação final do ciclo de Krebs, que consiste na formação do 
oxalacetato através da desidrogenação do malato, catalisada pela malato 
desidrogenase (fig. 11.14). 
CH
CH2
COO
-
COO
-
OH
NAD+ NADH + H+
C
CH2
COO
-
COO
-
O
Malato Oxalacetato
Fig. 11.14 Oxidação do malato a oxalacetato 
pela malato desidrogenase
 
 
 
3. Importância metabólica e regulação do ciclo de Krebs 
 
3.1. Processo de gerador de energia. 
 
Como o ciclo de Krebs, como o nome assim o define, é uma via cíclica, retornando ao 
seu estado original, o seu funcionamento consiste basicamente em uma forma 
catalítica de eliminação dos átomos de carbono derivados de açúcares, aminoácidos e 
ácidos graxos. Acreditava-se que o ciclo de Krebs, ou o ciclo do ácido cítrico, estava 
diretamente relacionado com o processo respiratório celular, uma vez que Szent-
Györgyi observou que a adição de componentes do ciclo, como succinato, malato e 
fumarato a preparações de tecido vivo, estimulavam a captação de O2. Mais tarde, 
descobriu-se que o aumento na absorção de O2 se deve ao aumento da atividade da 
cadeia transportadora de elétrons, devio ao aumento das coenzimas reduzidas NADH 
e FADH2. Embora o ciclo de Krebs produza, como energia líquida efetiva, apenas um 
GTP, cada NADH produzido pelo ciclo origina aproximadamente 3 ATP e cada FADH2 
origina aproximadamente 2 ATP 
Glicose
2 Piruvato
 2 Acetil CoA
2 NADH 6 ATP
2 ATP
2 NADH 6 ATP
6 NADH 18 ATP
2 FADH2 4 ATP
2 GTP
2 CO2
Fig. 11.15. Balanço energético do ciclo de Krebs, tomando como 
princípio acetil CoA preveniente da via glicolítica. Um molécula de 
glicose fornece 2 piruvatos que, pela ação da piruvato 
desidrogenase, fornece 2 moléculas de NADH e 2 de acetil CoA 
que, por sua vez, entra no ciclo de Krebs, fornecendo 6 moléculas 
de NADH, 2 de FADH2, 2 de GTP e 2 CO2. As moléculas de NADH 
e FADH2 geram, na cadeia transportadora de elétrons, 
aproximadamente 36 equivalentes de ATP.
 
 
3.2. Regulação do ciclo de Krebs 
 
O ciclo de Krebs é regulado em três etapas reversíveis: a catalisada por citrato 
sintase, por isocitrato desidrogenase e por α-cetoglutarato desidrogenase (fig.. As 
concentrações de oxalacetato e de acetil-CoA nunca são altas o suficiente para 
saturar a citrato sintase, de modo que a intensidade desta reação vai depender 
sempre das concentrações desses dois substratos. A citrato sintase vai ser inibida 
pelo produto da reação, o citrato, que também inibe a fosfofrutoquinase na via 
glicolítica, diminuindo assim o suprimento de acetil-CoA. A succinil-CoA, produto da 
reação 4 (fig. 11.1) inibe a enzima que o produz (α-cetoglutarato desidrogenase) e 
também, por retroinibição, inibe a citrato sintase, por inibição competitiva com o 
substrato acetil-CoA. O ATP també inibe a citrato sintase. A isocitrato desidrogenase é 
inibida pelo seu produto de reação, NADH, e pelo ATP, quando em nível elevado. O 
NADH também inibe a α-cetoglutarato desidrogenase e a citrato sintase. 
Oxalacetato Citrato
Isocitrato
α−Cetoglutarato
Succinil-CoASuccinato
Fumarato
Malato
NADH
ATP
ADP
Ca
NAD
2=
+
Ca
NAD
2=
+
Acetil CoA
Piruvato
NADH
ATP
ATP