Câncer, Ciclo de Krebs e fosforilação - Metabolismo

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METABOLISMO	DO	CÂNCER	
ü captação	de	glicose	e	a	glicólise	são	~10	vezes	mais	rápidas	
na	maioria	dos	tumores	que	em	tecidos	normais;		
ü Dependem	da	via	glicolí>ca	anaeróbica	(fermentação	lá>ca)	
para	a	maior	parte	de	sua	produção	de	ATP;		
ü Alteração	 mitocondrial:	 menor	 número,	
mutações	 no	 mitDNA,	 espécies	 rea>vas	 de	
oxigênio,	etc...			
	
ü Warburg	 foi	 o	 primeiro	 a	mostrar,	 em	 1928,	
que	 os	 tumores	 tem	 metabolismo	 glicolí>co	
acelerado	e	alta	produção	de	 lactato,	mesmo	
com	oxigênio	disponível	–	EFEITO	WARBURG	
DIAGNÓSTICO	DO	CÂNCER	
DIAGNÓSTICO	DO	CÂNCER	
TOMOGRAFIA	POR	
EMISSÃO	DE	PÓSITRONS	
(PET	SCAN)	
	
TOMOGRAFIA	
COMPUTADORIZADA	
(CT)	
RESPIRAÇÃO	CELULAR	
COMPLEXO	PIRUVATO	DESIDROGENASE	
Enzimas:	piruvato	
desidrogenase	(E1),	
diidrolipoil	transace>lase	
(E2)	e	diidrolipoil	
desidrogenase	(E3).	
	
Vitaminas:		>amina,	
riboflavina,	niacina,	
pantotenato.	
complexo	
Piruvato	desidrogenase	
Piruvato	 AceIl-CoA	
Na	mitocôndria:	
RESPIRAÇÃO	celular:	
três	estágios	 1.	Produção	de	ace>l-CoA	
2.	Ciclo	de	Krebs.	Oxidação	de	
ace>l	CoA	e	formação	de	CO2,	
NADH	e	FADH2.	
3.	 Fosforilação	 oxida>va	 de		
NADH	e	FADH2.	
Ciclo	de	Krebs	
Produção	de	energia.	 Biossíntese.	
ü  Região	central	do	metabolismo	
ü  Natureza	anfibólica	
Histórico	
“Quando	 o	 citrato	 é	 adicionado,	 a	 velocidade	
da	respiração	aumenta...	Porém,	a	quan>dade	
de	oxigênio	absorvido	é	muito	maior	que	a	que	
pode	 ser	 atribuída	 à	 oxidação	 completa	 do	
citrato	adicionado...		
						...é	provável	que	ele	seja	removido	por	uma	
reação	 primária,	 mas	 regenerado	 depois,	 por	
uma	reação	subseqüente”	
H.	A.	Krebs		
Enzymology,	1937		
Hans	Adolf	
Krebs	
Prêmio	Nobel,	1953	
• 	Em	1937,	Krebs	realizou	vários	experimentos	onde	era	medido	
o	consumo	de	oxigênio	em	músculos	peitorais	de	pombos	e	que	
esse	 consumo	 era	 aumentado	 em	 presença	 de	 piruvato.	 Ele	
observou	 também	 que	 a	 oxidação	 do	 piruvato	 era	 esImulada	
pelo	oxalacetato,	cis-aconitato,	isocitrato	e	α-cetoglutarato.	
	
•  	 O	 fato	 da	 adição	 de	 piruvato	 e	 oxalacetato	 ocasionar	 um	
acúmulo	de	citrato	 levou	Krebs	a	deduzir	que	se	tratava	de	um	
ciclo.	
	
Conceitos	básicos	e	funções	
•  Também	denominado	Ciclo	do	Ácido	Cítrico	ou	Ciclo	dos	Ácidos	
Tricarboxílicos.		
•  Tem	 por	 obje>vo	 principal	 fornecer	 elétrons	 altamente	
energé>cos,	 pela	 degradação	 do	 citrato	 em	 oxalacetato,	 para	
alimentar	a	cadeia	transportadora	de	elétrons.		
•  	O	Ciclo	de	Krebs	é	a	 junção	metabólica	central	da	célula.	É	a	
porta	para	o	metabolismo	aeróbico	de	qualquer	molécula	que	
possa	ser	transformada	em	um	grupamento	ace>la	ou	em	um	
intermediário	do	Ciclo	de	Krebs.	
•  Ocorre	em	oito	etapas	no	interior	da	mitocôndria.	
•  O	 Ciclo	 de	 Krebs	 par>cipa	 efe>vamente	 tanto	 de	 processos	
anabólicos	como	catabólicos	(anfibólico).	
ci	
Ciclo	do	Ácido	
Cítrico	
Condensação	
Desidratação	
Hidratação	
Descarboxilação	
oxidaIva	
Descarboxilação	
oxidaIva	
Fosforilação	ao	nível	
do	substrato	
Desidrogenação	
Hidratação	
Desidrogenação	
1.	Formação	do	citrato	
2.	Formação	do	isocitrato	via	cis-aconitato	
3.	Oxidação	do	isocitrato	a	α-cetoglutarato	e	CO2.	
4.	Oxidação	do	α-cetoglutarato		a	succinil-CoA		
e	CO2.	
Complexo	da	α-cetoglutarato	
Desidrogenase*	
α-cetoglutarato	 Succinil-CoA	
*	enzimas:	E1,	E2,	E3;	coenzimas:	TPP,	lipoato,	FAD,	NAD,	coenzima	A.		
5.	Conversão	de	succinil-CoA	em	succinato.	
Succinil	CoA	sintetase*	
Succinil	CoA	 Succinato	
*Em	animais,	existem	2	isozimas,	uma	específica	para	ADP	e	outra	para	GDP.	
Fosforilação	a	nível	de	substrato:	
GTP			+			ADP				→			GDP				+			ATP	
nucleosídio	difosfato	quinase	
6.	Oxidação	de	succinato	a	fumarato	.	
Succinato	desidrogenase	
Succinato	 Fumarato	
Succinato	desidrogenase	
Malonato:	
Inibidor	compeIIvo	
7.	Hidratação	de	fumarato	produz	malato.		
Fumarato	 Estado	de	transição		
do	carbaníon	
Malato	
fumarase	
fumarase	
8.	Oxidação	do	malato	a	oxaloacetato.			
L-malato	 Oxaloacetato	
malato	desidrogenase	
A	energia	de	oxidação	é	conservada	no	ciclo.	
3	moléculas	de	NADH		
1	molécula	de	FADH2	
1	molécula	de	GTP	(ATP)	
Papel	do	ciclo	do	ácido	cítrico	no	anabolismo.	
Papel	do	ciclo	do	ácido	cítrico	no	anabolismo.	
Papel	do	ciclo	do	ácido	cítrico	no	anabolismo.	
Papel	do	ciclo	do	ácido	cítrico	no	anabolismo.	
Papel	do	ciclo	do	ácido	cítrico	no	anabolismo.	
Reações	anapleróIcas	do	ciclo	do	ácido	cítrico.	
piruvato	+	HCO3-	+	ATP	 oxaloacetato	+	ADP	+	Pi	 Fígado,	rim	
fosfoenolpiruvato	+	CO2	+	GDP		 oxaloacetato	+	GTP	 Coração,		músculo	esqueléIco	
fosfoenolpiruvato	+	HCO3-	 oxaloacetato	+	Pi	
Vegetais	superiores,		
levedura	e	bactéria	
piruvato	+	HCO3-		+	NAD(P)H	 malato	+	NAD(P)+	 Largamente	distribuída	nos		eucariotos	e	procariotos	
piruvato		
carboxilase	
PEP		
carboxiquinase	
PEP		
carboxilase	
enzima	
málica	
REAÇÃO	 TECIDO/	ORGANISMO	
Reações	anapleróIcas	do	ciclo	do	ácido	cítrico.	
AceIl-CoA	
Frutose	1,6	bifosfato	
Coenzima	bioIna	(CO2)	
Regulação	do	ciclo	do	ácido	cítrico.	
[ATP]	
[ADP]	
[NADH]	
[NAD+]	
Oferta	energéIca	alta:	
↓	velocidade	do		
Ciclo	de	Krebs	
A	velocidade	do	fluxo	é	regulada	por:	
	
Ø Disponibilidade	de	substrato	
Ø Inibição	por	acúmulo	de	produto	
Ø Inibição	alostérica	retroa>va		
CADEIA	TRANSPORTADORA	DE	ELÉTRONS	
E	FOSFORILAÇÃO	OXIDATIVA.	
1948	Eugene	Kennedy	e	Albert	Lehninger		
	
Nos	 eucariotos,	 todo	 o	 conjunto	 de	 reações	 do	 ciclo	
do	 ácido	 cítrico	 ocorre	 no	 interior	 da	 mitocôndria,	
sendo	esta	organela		o	sí>o	da	fosforilação	oxida>va.		
Eugene Kennedy, 
1919 - 
J. Biol. Chem. 1949 179: 957-972. 
Elétrons:	provenientes	da	ação	de	desidrogenases	que	coletam	elétrons	das	
vias	catabólicas	e	os	canalizam	para	receptores	universais	de	elétrons:	
	
• nucleordeos	de	nico>namida	(NAD+	ou	NADP+)	
	substrato	reduzido	+	NAD(P)+	→	substrato	oxidado	+	NADH	+	H+	
	
• nucleordeos	de	flavina	(FMN	ou	FAD)	
	substrato	reduzido	+															→	substrato	oxidado	+	
Cadeia	transportadora	de	elétrons.	
FMN	
FAD	
FMNH2	
FADH2	
Cadeia	transportadora	de	elétrons.	
Tipos	de	transferência	de	elétrons:	
1) transferência	direta	de	elétrons	(ex.	redução	de	Fe3+	a	Fe2+)	
2) transferência	de	um	átomo	de	hidrogênio	(H+	+	e-)	
3) transferência	como	um	íon	hidreto	(:H-)	
CI	 CII	 CIII	 CIV	 ATPase	
Q
C
CI	→	IV:	complexos	respiratórios	I	à	IV	(proteínas	Fe-S),	ATPase:	ATP	sintase	
Q:	ubiquinona	(coenzima	Q);	C:	citocromos	(a,	b	e	c)	
Complexo	I	(NADH:ubiquinona	oxido	redutase	ou	NADH	desidrogenase)	
		
NADH	até	ubiquinona.	
42	cadeias	polipeprdicas	diferentes,	incluindo	uma	flavoproteína	(FMN)	e	seis	
centros	de	Fe-S.	
NADH	+	H+	+	Q		→	NAD+	+	QH2	
ü  transferência	exergônica	para	a	ubiquinona	(Q)	
de	 um	 íon	 hidreto	 do	 NADH	 e	 um	 próton	 da	
matriz;	
ü  transferência	 endergônica	 de	 4	 prótons	 da	
matriz	para	o	espaço	intermembrana	
	
Inibidores:	
Amital	(droga	barbitúrica)	
Rotenona	(inse>cida)	
Piericidina	A	(an>bió>co)	
6.	Oxidação	de	succinato	a	fumarato	.	
Succinato	desidrogenase	
Succinato	 Fumarato	
Succinato	desidrogenase	
Malonato:	
Inibidor	compeIIvo	
Relembrando	o	6º	passo	do	Ciclo	de	Krebs	
Complexo	II	(Succinato	desidrogenase)	
		
Succinato	até	ubiquinona.	
-	Única	enzima	do	ciclo	de	Krebs	ligada	a	membrana	mitocondrial	interna;	
-	5	grupos	prosté>cos	de	2	>pos	e	4	subunidades	protéicas	diferentes: 		
A	e	B:	estendem-se	no	interior	da	matriz;	
C	e	D:	integrais,	cada	uma	com	3	hélices	
transmembrana,	 grupo	 heme	 b	 e	 um	
sí>o	deligação	à	ubiquinona.	
	
	
Paraganglioma:	 mutações	 pontuais	 no	
complexo	II	(próximas	ao	heme	b)	ou	no	
sí>o	de	ligação	da	quinona	
	
●O2-			e	H2O2	
Outros	substratos	para	as	desidrogenases	–	Ubiquinona.	
Glicerol	3-fosfato	
desidrogenase	
	
Glicerol	3-fosfato	
desidrogenase	
(citosólico)	
Acil-CoA	
desidrogenase	
	Acil-CoA	graxo	
Enoil-CoA	
Espaço	
intermembrana	
Matriz	
Hidrólise	de	TAG	
Redução	da	
diidroxiacetona	
QH2	
Complexo	III	(Citocromos	bc1	ou	ubiquinona:	citocromo	c	oxidoredutase)	
		
Ubiquinona	até	citocromo	c	(Ciclo	Q).	
QH2		+	2	cit	c1	(oxidado)		+		2H+N			→				Q	+	2	cit	c1	(reduzido)			+			4	H+P	
Acopla	a	transferência	de	elétrons	do	ubiquinol	(QH2)	para	o	citocromo	c	com	o	transporte	de	
prótons	da	matriz	para	o	espaço	intermembrana.	
Complexo	IV	(Citocromo	oxidase)				Citocromo	c	até	O2.	
Transporta	elétrons	do	citocromo	c	para	o	oxigênio	molecular,	reduzindo-o	a	H2O.	
Apresenta	13	subunidades	
4	cit	c	(reduzido)		+		8	H+N	+	O2		→				4	cit	c	(oxidado)	+	4	H+P			+	2	H2O	
●O2-			e	H2O2	
A	energia	da	transferência	de	e-	é	conservada	em	um	
gradiente	de	H+.	
NADH	+	11	H+N	+	½	O2	→	NAD+	+	10	H+P		+	H2O		
Energia	livre	padrão	da	transferência	de	e-		
NADH	→	O2					-220	kJ/mol	
Succinato	→	O2				-150	kJ/mol	
Bombeamento	de	H+	
Força	próton-motriz.		
Componentes:	
	
1) a	energia	potencial	química	devida	à	diferença	na	concentração	de	H+	
em	duas	regiões	separadas	pela	membrana;	
2) a	energia	potencial	elétrica	que	resulta	da	separação	de	carga	quando	
um	próton	se	move		através	da	membrana	sem	um	contra-íon.	
Síntese	de	ATP	
Ø  Como	o	gradiente	de	prótons	é	tranformado	em	ATP?	
	 	 	 	 	 	A	força	próton-motriz	conserva	energia	livre	mais	do	
que	suficiente	(~	200	kJ)	por	mol	de	pares	de	elétrons	
para	formar	um	mol	de	ATP	(~50	kJ).	
	
Ø  Modelo	quimiosmóIco	(Mitchell)	
						Força	próton-motriz	e	ATP	sintase.	
Estrutura	da	ATP	sintase.	
oligomicina	
Estequiometria	do	consumo	de	O2	e	síntese	de	ATP.	
Quantos	H+	são	bombeados	para	fora	através	da	transferência	de	e-	de	
um	NADH/	succinato	para	o	O2?	
10	prótons/	par	de	elétrons	NADH	
6	prótons/	par	de	elétrons	succinato	(FADH)	
	
	
E	 quantos	 H+	 devem	 entrar	 através	 do	 complexo	 ATP	 sintase	 para	
proporcionar		a	síntese	de	uma	molécula	de	ATP?	
4	prótons	=	1	molécula	ATP	(1	H+	para	o	transporte	de	Pi,	ATP	e	ADP:)	
	
Razão	P/O	
NADH	(10/4):	2,5	moles	de	ATP	
Succinato	(FADH;	6/4):	1,5	mol	de	ATP	
Reação	
Nº	de	ATP	ou	coenzimas	
reduzidos	formados	
diretamente	
Nº	de	moléculas	de	ATP	
formadas	no	final	
Glicose	→	glicose	6-P	 -1	ATP	 -1	
Frutose	6-P→	frutose	2,6-P	 -1	ATP	 -1	
2	gliceraldeído	3-P	→	2	1,3	bifosfoglicerato	 2	NADH	 3	ou	5	
2	1,3	bifosfoglicerato	→2	3-fosfoglicerato	 2	ATP	 2	
2	fosfoenol	piruvato→2	piruvato	 2	ATP	 2	
2	piruvato	→	2	aceIl-CoA	 2	NADH	 5	
2	isocitrato	→	2	α	cetoglutarato	 2	NADH	 5	
2	α	cetoglutarato	→	2	succinil	CoA	 2	NADH	 5	
2	succinil	CoA	→	2	succinato	 2	ATP	(ou	2	GDP)	 2	
2	succinato	→	2	fumarato	 2	FADH2	 3	
2	malato	→	2	oxaloacetato	 2	NADH	 5	
Total	 		 30	-	32	
Oxidação	 aeróbia	 de	 uma	 molécula	 de	 glicose	 através	 da	 gia	 glicolíIca,	
seguida	 da	 reação	 do	 complexo	 da	 piruvato	 desidrogenase	 e	 do	 ciclo	 do	
ácido	cítrico	e	fosforilação	oxidaIva.	
20	
5	ou	7	
→	 5	
Sistema	de	lançadeiras.	
Lançadeira	malato-aspartato.	
Fígado,	rim	e	coração.	
malato	
desidrogenase	
transportador	
malato-αcetoglutarato	
Complexo	I	
Sistema	de	lançadeiras.	
Lançadeira	do	glicerol	3-fosfato	
Músculo	esquelé>co	e	cérebro.	
Complexo	III	
TRANSLOCASES:		NUCLEOTÍDIOS	DE	ADENINA	E	FOSFATO		
CALOR	
Proteína	desacopladora	mitocondrial	(UCP1)	
BBC	Brasil	09	Abril,	2009.	
Proteína	desacopladora	mitocondrial	(UCP1)	
22º	C	16º	C,	2	h	
Acoplamento	da	transferência	de	e-	com	a	síntese	de	
ATP.	
CN-:	cianeto,	inibe	complexo		IV	
Oligomicina,	venturicidina:	inibe	ATP	sintase;	
DNP	(dinitrofenol):	desacoplador