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* * O Ciclo de Krebs Maior via de produção de energia A completa oxidação do Piruvato a CO2 inicia com a conversão do Piruvato a Acetil-CoA com redução do NAD+. Todas as enzimas são mitocondriais e estão em estreita proximidade com as enzimas da cadeia respiratória. * * Metabólitos alimentam o ciclo com Acetil-CoA e são oxidados para produzir energia. Elétrons são transferidos do ciclo para o NAD+ e FAD e passados ao O2 pela cadeia transportadora de elétrons. ATP é gerado pelo processo de fosforilação oxidativa. * * OXIDAÇÃO DO PIRUVATO A ACETIL-CoA * * Não faz parte do TCA mas é obrigatória para a entrada dos carboidratos no ciclo. Reação irreversível nos tecidos animais por ter um ∆G’ muito negativo. (∆G’ = -8,0 Kcal/mol) Razão pela qual os ácidos graxos não podem ser convertidos em açúcar. * * Complexo da piruvato desidrogenase E1= piruvato desidrogenase, (24 subunidades) E2= dihidrolipoil transacetilase, (24 subunidades) E3= dihidrolipoil desidrogenase, (12 subunidades 5 vitaminas são necessárias para formação de Acetil-CoA: TPP – Tiamina Pirofosfato Ácido Lipóico FAD – Riboflavina CoA-SH – Ácido Pantotênico NAD - Ácido Nicotínico * * REGULAÇÃO DO COMPLEXO PIRUVATO DESIDROGENASE * * Lesão bioquímica Avitaminose B1 (beri-beri) Deficiência de Vit. B1 Deficiência de TPP Aumento da conc. de Ác. pirúvico e ác. lático no sangue. Inibição da 1a fase da descarboxilação do Ácido pirúvico. * * REAÇÕES DO CICLO DE KREBS * * CITRATO CINTASE Reação exergônica – expontânea em direção ao citrato Energia proveniente da hidrólise da ligação Tioéster–CoA Citrato – 1º intermediário do TCA é a etapa limitante do ciclo A velocidade é determinada pela disponibilidade de Acetil-CoA e Oxaloacetato, é inibida por Succinil-CoA. * * * * ACONITASE Requer Ferro (Fe++) Requer um agente redutor (Glutation ou Cisteina) Isomerização do Citrato a Isocitrato Citrato é um substrato pobre para oxidação Então aconitase isomeriza citrato para produzir isocitrato que tem um –OH secundário, o qual pode ser oxidado * * * * ISOCITRATO DESIDROGENASE Requer especificamente NAD+ ou NADP+ É fortemente inibida por NADH e ATP A forma mitocondrial é acentuadamente ativada pelo ADP (reduz o KM para o isocitrato) Descarboxilação Oxidativa do isocitrato produz α-cetoglutarato O primeiro CO2 e NADH + H+ são produzidos Requer Mn++ ou Mg+ O ∆G’ = -5 Kcal/mol desloca o equilíbrio no sentido do α-cetoglutarato * * * * α-CETOGLUTARATO DESIDROGENASE Reação similarmente idêntica ao Complexo Piruvato Desidrogenase. 5 coenzimas usadas TPP, CoASH, ácido Lipóico, NAD+, FAD. O segundo CO2 e NADH + H+ são formados ATP, GTP, NADH e Succinil-CoA inibem o complexo * * * * SUCCINIL-CoA SINTASE Específica para o GDP GTP + ADP → ATP + GDP A produção do GTP é um exemplo de fosforilação a nível de substrato Sua síntese é dirigida pela hidrólise de um éster de CoA O Succinil-CoA representa um ponto de ramificação metabólica → intermediários podem entrar e sair do Ciclo * * * * SUCCINATO DESIDROGENASE Uma oxidação envolvendo FAD – é exemplo de proteína com centros de Ferro-Enxofre (Fe+2↔Fe+3) A enzima é fortemente ligada à membrana interna mitocondrial É específica para o FAD Esta enzima é atualmente parte da via de transporte de elétrons na membrana mitocondrial interna * * Os elétrons transferidos do succinato p/ FAD (p/ formar FADH2) são passados diretamente a ubiquinona (UQ) na via de transporte de elétrons Enzima inibida pelo malonato e oxaloacetato e ativada por ATP, Pi e Succinato O malonato é usado como um eficiente inibidor do TCA experimentalmente * * * * FUMARASE Exibe especificidade absoluta para o trans-insaturado Hidratação através da ligação dupla adição-trans de elementos da água através da ligação Dupla Reação estereoespecífica * * * * MALATO DESIDROGENASE A Malato Desidrogenase é estereoespecífica para o L-esterioisômero. Uma oxidação dependente de NAD+ O carbono que será oxidado é o que também recebe o -OH na reação prévia Esta reação é dispendiosa energéticamente ΔGo' = +30 kJ/mol (+7.1 Kcal/mol) – o equilíbrio é deslocado em direção ao malato A reação da citrato sintase puxa o equilíbrio em direção ao oxaloacetato, completa o ciclo. * * * * Numa volta completa do TCA são formados: 2CO2 e 2H2O 3 NADH + 3H+ 1 FADH2. 1 GTP fosforilação a nível de substrato * * Durante a oxidação completa da glicose a CO2 e H2O são produzidos: 2 moléculas de ATP (Glicólise) 2 NADH + 2H+ (Glicólise) 6 NADH + 6H+ (TCA) 2 FADH2 (TCA) 2 ATP 2 NADH + 2H+ (Piruvato AcetilCoA) Cada NADH + H+ origina 3ATP e 3H2O Cada FADH2 origina 2ATP e 2H2O * * Rendimento líquido de ATP durante a oxidação completa da Glicose a CO2 e H2O 10 NADH + 10H+ x 3ATP = 30 ATP 2 FADH2 x 2ATP = 4 ATP 4ATP = 4ATP TOTAL = 38 ATP * * Natureza Anfibólica do Ciclo TCA funciona no catabolismo e fornecendo intermediários para as vias anabólicas: -cetoglutarato Síntese dos aminoácidos Oxaloacetato Aspártico e Glutâmico Citrato Síntese dos ácidos graxos Succinil-CoA Síntese do HEME * * CONTROLE DO CICLO * * Relação entre o estado metabólico de uma célula e o ATP/ADP e NADH/NAD+ Células em repouso: usam pouca energia ATP e ADP Relação ATP/ADP 1 NADH e NAD+ Relação NADH/NAD+ 1 Sinal para desligar as enzimas responsáveis para gerar energia. * * Células em estado metabólico ativo usam muita energia ATP e ADP Relação ATP/ADP 1 NADH e NAD+ Relação NADH/NAD+ 1 Liga enzimas responsáveis para gerar energia * * TRANSPORTE DE ELÉTRONS * * Transporte de Elétrons O transporte de elétrons constitui a principal origem das atividades celulares A cadeia de transporte de elétrons exibe duas características notáveis: * * Várias etapas na transferência de elétrons sugere liberação parcelada de energia Os íons H+ são absorvidos e liberados em alguns passos, sugerindo que as trocas de prótons estão envolvidas na conservação de energia * * Na membrana mitocondrial interna, estão localizados os três complexos proteicos que formam a cadeia respiratória: NADH-desidrogenase Complexo citocromo b-c1 Citocromo oxidase * * Entre esses, as moléculas Ubiquinona e Cit. C. Nessa membrana está também a ATP-sintase A fosforilação do ADP está acoplada à respiração como um mecanismo de recuperação de energia * * COMPONENTES DA CADEIA RESPIRATÓRIA * * * * Os elétrons fluem do menor para o maior potencial de redução * * Complexo I (NADH-CoQ redutase) * * Complexo I Formado por 26 cadeias polipeptídicas Grupos prostéticos Flavina mononucleotídeo (FMN) Capaz de receber 2 prótons e 2 elétrons Reduzido a forma FMNH2 por NADH 6 ou 7 centros Ferro – Enxofre Capazes de transportar elétrons Fe+3 para Fe+2 * * É uma das três reações responsáveis pelo bombeamento de H+ Gera um gradiente de H+ NADH + H+ + CoQNAD+ + CoQH2 G’ = -19,4 Kcal/mol Libera energia suficiente para fosforilar o ADP a ATP * * Complexo II (Succinato-CoQ redutase) * * Succinato desidrogenase Enzima da membrana interna mitocondrial Ciclo do ácido cítrico Succinato oxidado à Fumarato Redução de FAD (grupo prostético) à FADH2 Transporte de 2 prótons e 2 elétrons * * Centros Fe-S e citocromo b560 Transporte de elétrons Prótons voltam a matriz Não há contribuição para a formação de gradiente de prótons Go’ Succinato CoQ é pequeno Complexo II não atinge parte externa da membrana interna G’ = -3,2 Kcal/mol não é suficiente para fosforilar o ADP a ATP * * Coenzima Q ou ubiquinona Molécula hidrofóbica Mobilidade na membrana 2 Prótons e 2 elétrons * * CoQ Como Ponto de Convergência dos Elétrons * * Citocromos * * Citocromos Transportadores de elétrons Grupo heme (Ferro) Fe+2 Fe+3 Membrana interna mitocôndria Membrana Retículo Endoplasmático * * Complexo III – CoQ-citocromo c redutase Componentes do Ciclo Q Citocromo b562 e b566 Centro Fe-S Citocromo c1 CoQ Traz elétrons dos Complexos I e II ao III Citocromo c Proteína periférica que transporta elétrons do complexo III para o IV * * Transfere elétrons da CoQ para Cit c1 Parte integrante da membrana mit. Interna Ocorre bombeaamento de H+ G’ = -8,2 Kcal/mol libera energia suficiente para fosforilar o ADP a ATP * * * * Complexo IV – Citocromo c oxidase Componentes Citocromo c 3 íons cobre divididos em dois grupos CuA/CuA CuB Forma oxidada – Cu+2 cúprica Forma reduzida – Cu+ cuprosa Heme a a3 Sítio catalítico da enzima CuB e citocromo a3 (Fe+3 Fe+2 ) * * É parte integrante da membrana mitocondrial interna Ocorre bombeamento de H+ G’ = -26,3 Kcal/mol libera energia suficiente para fosforilar o ADP a ATP O2 é o aceptor final de elétrons * * Transferência de elétrons no complexo IV * * * * Formas Reativas de Oxigênio Radicais livres Íons de oxigênio não reduzidos completamente Superóxido – O2- Peróxido – O2-2 Peróxido de hidrogênio – H2O2 Estratégias de defesa Enzima Superóxido dismutase 2 O2- + 2 H+ O2 + H2O2 Enzima Catalase 2H2O2 O2 + 2H2O * * Inibidores da Cadeia Respiratória NADH Q Citb Citc1 Citc Cit(a + a3) O2 Rotenona/Amital NADH Q Citb Citc1 Citc Cit(a + a3) O2 Antimicina A Cianeto/Co/Azida Sódica NADH Q Citb Citc1 Citc Cit(a + a3) O2 * * FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA * * * * A fosforilação do ADP está acoplada à respiração aeróbica como um mecanismo para recuperação de energia Relação P/O = 3 para o NADH Relação P/O = 2 para o FADH2 A mitocondria é o centro da fosforilação * * Acoplamento da fosforilação e o transporte de elétrons O transporte de elétrons do NADH para o O2 é a fonte de energia usada para fosforilar o ADP A fosforilação de cada mol de ADP necessita de 7,3 Kcal. * * O gradiente eletroquímico de prótons gerado durante o Transporte de elétrons é usado para a síntese de ATP através do complexo ATP-sintase * * Energia liberada durante o transporte de elétrons do NADH até o O2 * * AGENTES QUE INTERFEREM COM A FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA Desacopladores: m-clorocarbonilocianetofenilo-hidrazona (CCP) carboxicianeto-4-(trifluorometoxi)- fenilhidrazona (FCCP) 2,4-dinitrofenol (DNP) Valinomicina Proteína desacopladora (termogenina) * * Inibidores e Desacopladores Inibidores: Impedem tanto o transporte de elétrons como a fosforilação oxidativa. Desacopladores: Estimulam o transporte de elétrons mas impedem a fosforilação oxidativa. * * Papel do ADP 1.5 mmol ADP * * Consumo de Oxigenio pelas Mitocondrias carboxicianeto-4-(trifluorometoxi)-fenilhidrazona (FCCP * * * * ADP e Pi são substratos para a ATP-Sintase Succinato é o substrato da Succinato Desidrogenase Cianeto (CN-) é uma droga que inibe a Citocromo Oxidase (inibe o transporte de elétrons) * * * * Venturicidina, Oligomicina inibem o Complexo Fo (inibem a ATP-Sintase) DNP é um carreador de prótons hidrofóbicos (desacoplam a fosforilação do transporte de elétrons) * * * * Aproveitamento do NADH gerado na glicólise * * * *
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