Metabolismo e Ciclo de Krebs

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METABOLISMO
Estudo das reações químicas que ocorrem nos organismos
PRINCIPAIS TIPOS DE METABOLISMO
ANABOLISMO – SÍNTESE DE SUBSTÂNCIAS
CATABOLISMO – DEGRADAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS E OBTENÇÃO DE ENERGIA
reação exotérmica
È
energia
È
biossíntese de novos 
compostos, crescimento, 
multiplicação, trabalho 
mecânico, etc...
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 686 kcal
catabolismo
anabolismo
fotossíntese
respiraçãoÖ reação de combustão (oxidação)
Energia liberada:
Lipídios Ö 9 kcal/g
Glicídios Ö 4 kcal/g
Proteínas Ö 4 kcal/g 
DOADOR IMEDIATO DE ENERGIA LIVRE
P O
O
O-
CH2 P O
-O
O
O-
OP
O
O-
N
N
N
N
NH2
O
OHOH
ADENOSINA TRIFOSFATO
(ATP)
ATP + H2O ADP + Pi + H+ ∆Go = - 7,3 kcal/mol
ATP não é forma de armazenamento de energia, sendo 
continuamente formado e consumido
HIDRÓLISE DO ATP
P O
O
O-
CH2 P O
-O
O
O-
OP
O
O-
N
N
N
N
NH2
O
OHOH
O
OHOH
N
N
N
N
NH2
P
O
O-
O P O
O
O-
CH2
-O
ADENOSINA TRIFOSFATO ADENOSINA DIFOSFATO
(ATP) (ADP)
+ H2O P OH-O
O
O-
+ + H+
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS
Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (NAD)
N
R
CONH2
+
N
R
CONH2
+ H+ + 2 e-
NAD+ + H+ + 2 e- NADH
FORMA FORMA
OXIDADA REDUZIDA
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS
+ H+ + 2 e-
H
H
H
H
NAD+ NADH
Forma oxidada Forma reduzida
Molécula energética
2. EM UMA REAÇÃO 
DE OXI-REDUÇÃO O 
HIDROGÊNIO É
TRANSFERIDO PARA 
O NAD+
3. O NADH PODE ENTÃO 
TRANSFERIR ESTE HIDROGÊNIO 
PARA OUTRAS MOLÉCULAS
1. ENZIMAS POSSUEM SÍTIOS 
ATIVOS PARA MOLÉCULAS 
ALTAMENTE ENERGÉTICAS E 
PARA O NAD+
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS
Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD)
FAD + 2 H+ + 2 e- FADH2
Forma
oxidada
Forma
reduzida
FADH2
(forma reduzida)
CH2
FAD
(forma oxidada)
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS
REDUÇÃO
OXIDAÇÃO
ESTÁGIOS DE OBTENÇÃO DE ENERGIA
lipídios di e polissacarídeos proteínas
ESTÁGIO 1: Quebra de macromoléculas em moléculas menores. 
Não há ganho energético.
ácidos graxos monossacarídeos aminoácidos
e glicerol
ESTÁGIOS DE OBTENÇÃO DE ENERGIA
ESTÁGIO 2: Degradação das muitas moléculas pequenas no radical acetil
Há ganho energético (geração de ATP)
ácidos graxos monossacarídeos aminoácidos
e glicerol
H3C C
O
acetil
piruvato
piruvato
H3C C
O
C
O-
O
ESTÁGIOS DE OBTENÇÃO DE ENERGIA
ESTÁGIO 3: Opxidação de acetil a CO2 (ciclo de Krebs)
Transferência de elétrons pelo NADH e FADH2
Ganho energético (síntese de ATP)
H3C C
O
CO2
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO (CICLO DE KREBS)
H3C C
O
+ HS-CoA H3C C
O
S CoA 
+ H+
Acetil Coenzima A Acetil-CoA
Etapa preliminar: acetil se liga com a coenzima A
Coenzima A
Acetil-CoA
AcetilAcetil--CoACoA
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO (CICLO DE KREBS)
1ª etapa: condensação do oxaloacetato com a acetil-CoA e formação de citrato
+ + H2O
citrato
sintaseCoAS C
O
CH3 + COASH + H+
H2C COO
-
C COO-HO
C COO-H2
CO COO-
C COO-H2H2
oxaloacetato acetil-CoA citrato
2ª etapa: isomerização do citrato a isocitrato
H2C COO
-
C COO-HO
C COO-H2 H2
C COO-
C COO-
C COO-
H
+ H2O
aconitase aconitase
citrato cis-aconitato isocitrato
H2
C COO-
C COO-
C COO-
OH
H
H
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO (CICLO DE KREBS)
3ª etapa: oxidação e descarboxilação do isocitrato
+ NAD+
+ CO2
Isocitrato oxalossuccinato
oxalossuccinato α-cetoglutarato
H2
C COO-
C COO-
C COO-
OH
H
H
 isocitrato
desidrogenase
H
C COO-
C COO-
C COO-
O
H2
+ NADH + H+
 isocitrato
desidrogenaseH
C COO-
C COO-
C COO-
O
H2
+ H+
OXIDAÇÃO: C Ö CO2 REDUÇÃO: NAD+ Ö NADH
H2
C COO-
C
C COO-
O
H2
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO (CICLO DE KREBS)
4ª etapa: oxidação e descarboxilação do α-cetoglutarato
+ NAD+ + CoA
+ GTP + CoA
α-cetoglutarato succinil-CoA
succinil-CoA succinato
+ CO2 + NADH
+ GDP +
OXIDAÇÃO: C Ö CO2 REDUÇÃO: NAD+ Ö NADH
H2
C COO-
C
C COO-
O
H2
 complexo
α-cetoglutarato
desidrogenase H2
C SCoA
C
C COO-
O
H2
5ª etapa: produção de guanosina difosfato (GTP)Ö doador imediato de energia livre
H2
C SCoA
C
C COO-
O
H2
 P OH-O
O
O- H2
COO-
C
C COO-
H2
succinil CoA
 sintetase
GTP + ADP GDP + ATP 
nucleosisedeo
difosfocinase
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO (CICLO DE KREBS)
6ª etapa: regeneração do oxaloacetato
+ FAD 
+ NADH + H+
succinato fumarato
fumarato malato
+ FADH2
+ H2O
H2
C COO-
C
C COO-
O
H2
malato oxaloacetato
H
COO-
C
C COO-
H
 
succinato
desidrogenase
H
COO-
C
C COO-
H
fumarase
H2
COO-
C
C COO-
HO H
H2
COO-
C
C COO-
HO H CO COO
-
C COO-H2H2
+ NADH
 malato
desidrogenase
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO (CICLO DE KREBS)
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO (CICLO DE KREBS)
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + HPO42- + 2 H2O
2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H+ + CoA
Ciclo de Krebs
POLISSACARÍDIOS PROTEÍNAS LIPÍDIOS
GLICOSE AMINOÁCIDOS ÁCIDOS GRAXOS
Acetil-CoA (2)
Oxaloacetato (4) Citrato (6)
Isocitrato (6)
Cetoglutarato (5)
Succinato (4)
Fumarato (4)
Malato (4)
Gly
Ala
Ser
Cys
Leu
Ile
Lys
Phe
GluAsp
Piruvato (3)
CO2
CO2
CO2
CO2
α 
MAPA IIANABOLISMO (SÍNTESE) E CATABOLISMO (DEGRADAÇÃO)
Saldo do ciclo de Krebs: CO2, NADH, FADH2 e GTP
Um alto valor da relação [ATP]/ 
[ADP] ou da relação [NADH]/ 
[NAD+] INIBE o ciclo de Krebs
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
NADH e FADH2
Oxidação NADH → NAD+ + H+ + 2 e- FADH2→ FAD + 2 H+ + 2 e-
Redução ½ O2 + 2 e- + 2 H+→ H2O ½ O2 + 2 e- + 2 H+→ H2O
Global NADH + ½ O2 + H+→ NAD+ + H2O FADH2 + ½ O2→ FAD + H2O
∆Go - 52,6 kcal/mol -45,9 kcal/mol
ADP + HPO42- + H+→ ATP + H2O ∆Go = + 7,3 kcal/mol
Oxidação do NADH e do FADH2
Fosforilação do ADP
Energia
CICLO DE KREBS
COMPONENTES CELULARES
Çatividade metabólica da célula Ç quantidade de mitocôndrias 
MITOCÔNDRIA
Transportadores de elétrons: 
transferem elétrons do NADH e do FADH2 para o O2
Complexos de proteínas localizados na membrana mitocondrial interna
Levam a um bombeamento de prótons para fora da matriz mitocondrial
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Oxidação do NADH: NADH → NAD+ + H+ + 2 e-
Redução do O2: ½ O2 + 2 e- + 2 H+→ H2O
Cadeia transportadora de elétrons: 
Citocromos (proteínas) realizam o transporte de elétrons do NADH para o O2
A energia liberada pela passagem de 
elétrons ao longo da cadeia 
respiratória é armazenada na forma 
de um gradiente eletroquímico de 
prótons (H+) através da membrana 
interna.
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
NADH → NAD+ + H+ + 2 e-
ADP + HPO42- + H+→ ATP + H2O
+O gradiente eletroquímico de prótons exerce uma força próton-motriz para 
a síntese de ATP
PROTEÍNAS POLISSACARÍDEOS LIPÍDIOS
AMINOÁCIDOS MONOSSACARÍDEOS ÀC. GRAXOS
PIRUVATO
Acetil-CoA
CICLO
DE
KREBS
CADEIA RESPIRATÓRIA
Degradação de 
macromoléculas
Moléculas menores
Respiração Aeróbia
Produtos 
metabólicos finais
NH3 CO2H2O ATP
O2
mitocôndria
polissacarídeos
triacilgliceróis
monossacarídeos
ácidos graxos
citosol
piruvato piruvato
ácidos graxos
acetil CO2
FOTOSSÍNTESE
energia luminosa energia química
ADP ATPCO2 compostos orgânicos
FOTOSSÍNTESE
Fosforilação cíclica: 
Retorno do elétron para a clorofila
Fosforilação acíclica:
Elétron incorporado ao NADPH
Novo elétron proveniente da H2O
Mecanismo mais comum
METABOLISMO DA GLICOSE
Glicólise (via glicolítica ou via Embden-Meyerhof-Parnas)
C6H12O6 H3C C C
O
O-
O
+ 2 ADP + HPO4
2-
+ NAD+ 2 + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+ + 2 NADH 
Glicose piruvato
GLICÓLISE
1ª etapa:
2ª etapa:
hexoquinase
glicose glicose 6-fosfato
glicose 6-fosfato frutose 6-fosfato
fosfoglicose
isomerase
GLICÓLISE
3ª etapa:
4ª etapa:
fosfofrutocinase
frutose 6-fosfato frutose 1,6-bifosfato
frutose 1,6-bifosfato di-hidroxicetona gliceraldeídofosfato 3-fosfato
aldolase
GLICÓLISE
5ª etapa:
6ª etapa:
1,3-bifosfoglicerato
di-hidroxicetona gliceraldeído
fosfato 3-fosfato
triose fosfato
isomerase
gliceraldeído
3-fosfato
gliceraldeído
3-fosfato
desidrogenase
GLICÓLISE
7ª etapa:
8ª etapa:
ADP ATP
1,3-bifosfoglicerato 3-fosfoglicerato
fosfoglicerato
cinase
2-fosfoglicerato3-fosfoglicerato
fosfoglicerato
mutase
GLICÓLISE
9ª etapa:
10ª etapa:
fosfoenopiruvato
ADP ATP
2-fosfoglicerato
fosfoenopiruvato piruvato
enolase
piruvato
cinase
VIA GLICOLÍTICA DE OUTROS MONOSSACARÍDEOS
glicose
glicose 6-fosfato
frutose 6-fosfato
Dihidroxicetona fosfato
piruvato
galactose
frutose
manose
monossacarídeo
dissacarídeo
polissacarídeo
lactose
sacarose
amido, celulose e glicogênio
METABOLISMO DA GLICOSE
H3C C C
O
O-
O
+ CoA + NAD + CO2 + NADH
+
O
H3C C CoA 
EM CONDIÇÕES AERÓBIAS: DESCARBOXILAÇÃO DO PIRUVATO
C6H12O6 + 36 ADP + 3 HPO42- + 36 H+ + 6 O2→ 6 CO2 + 36 ATP + 42 H2O
REAÇÃO GLOBAL
+ HS-CoA + NAD+ H3C C
O
S CoA 
+ CO2 + NADH
H3C C
O
S CoA Ciclo de Krebs Fosforilação oxidativa
piruvato
desidrogenase
METABOLISMO DA GLICOSE
EM CONDIÇÕES ANAERÓBIAS: FERMENTAÇÃO LÁCTICA
H3C C C
O
O-
O
 + NADH + H + NAD
+ +
H3C C C
O
O-
H
OH
 
REAÇÃO GLOBAL
C6H12O6 + 2 ADP + 2 HPO42-→ 2 LACTATO + 2 ATP + 2 H2O
Piruvato Lactato
+ NAD+
lactato
desidrogenase
METABOLISMO DA GLICOSE
EM CONDIÇÕES ANAERÓBIAS: FERMENTAÇÃO ALCÓOLICA
REAÇÃO GLOBAL
C6H12O6 + 2 ADP + 2 HPO42- + 2 H+→ 2 ETANOL + 2 ATP + 2 H2O + 2 CO2
H3C C C
O O
O-
+ H+ H3C C
O
H + CO2
H3C C
O
H + NADH + H+ H3C CH2OH + NAD+
piruvato etanal
etanal etanol
piruvato
descarboxilase
álcool
desidrogenase
METABOLISMO DA GLICOSE
di ou polissacarídeo
glicose
piruvato
acetil
CO2
etanol + CO2lactato
glicogênio ou amido
(reserva energética)
Cadeia 
Transportadora 
de Elétrons FAD+ NAD+
CO2H2O
Ciclo 
de
Krebs
2H+
CO2
2H+
Acetil CoA
Mitocôndria
GTP
H2O + CO2 +2 e- + 2H+ + ½ O2 ATP
Glicogênio
Glicose 1 P
Glicose 6 P
Piruvato
Glicose
Pentoses
Lactato
Frutose
Maltose
Galactose
Citoplasma
ATP
2H+
ATP
ATP
Lactato
ACETIL COA
CTE NAD+
FAD+
GLICOSE 
GLICÍDIOS
Glicogênese
Gliconeogênese
Glicogênio
Gliconogênese
Gligogenólise
2H+
CO2
GTPH2O
PIRUVATO
Glicólise
ATP
2H+
ATP
Ciclo 
de
Krebs
CO2
2H+
2 e- + 2H+ + ½ O2 H2O + CO2 + ATP
Lactato
ACETIL COA
CTE NAD+
FAD+
GLICOSE 
GLICÍDIOS
Glicogênese
Gliconeogênese
Glicogênio
Gliconogênese
Gligogenólise
LIPÍDIOS
AGL
Lipólise
β - oxidação
ATP
2H+
CO2
GTPH2O
PIRUVATO
Glicólise
ATP
2H+
ATP
Ciclo 
de
Krebs
CO2
2H+
PROTEÍNAS
AAS
Proteólise
Desaminação
2 e- + 2H+ + ½ O2 H2O + CO2 + ATP
Outras biossínteses a partir do piruvato no ciclo de Krebs:
RESPIRAÇÃO:
aceptor final de elétrons é o O2
oxidação completa do carbono Ö CO2
FERMENTAÇÃO: 
aceptor final de elétrons é um composto orgânico
oxidação parcial do carbono
exemplos de produtos: etanol e ácido láctico
FERMENTAÇÃO INDUSTRIAL
MICRORGANISMOS
BACTÉRIAS FUNGOS ALGAS
MICROSCÓPICAS
bolores
leveduras
FERMENTADOR
(REATOR)
FERMENTAÇÃO INDUSTRIAL