Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
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
Compartilhar