CICLO DE KREBS E CADEIA RESPIRATORIA

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FACULDADE MARECHAL RONDON – FARON
CURSO MEDICINA VETERINÁRIA
Disciplina: Bioquímica II
Professora Cláudia M. de Lazzari
CICLO DO ÁCIDO CITRICO E 
CADEIA RESPIRATÓRIA
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Para a maioria das células eucarióticas e muitas bactérias, que vivem em condições aeróbias e oxidam os combustíveis orgânicos a dióxido de carbono e água, a glicólise é apenas a primeira etapa para a oxidação completa da glicose. Em vez de ser reduzido a lactato, etanol ou algum outro produto da fermentação, o piruvato produzido pela glicólise é posteriormente oxidado a H2O e CO2. Essa fase aeróbia do catabolismo é chamada de respiração. No sentido fisiológico ou macroscópico mais amplo, respiração alude à captação de O2 e eliminação de CO2 por organismos multicelulares.
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A respiração celular acontece em três estágios principais. No primeiro, moléculas combustíveis
orgânicas – glicose, ácidos graxos e alguns aminoácidos –são oxidadas para produzirem fragmentos de dois carbonos, na forma do grupo acetil da acetil-coenzima A (acetil-CoA).
No segundo estágio, os grupos acetil entram no ciclo do ácido cítrico, que os oxida enzimaticamente a CO2; a energia liberada é conservada nos transportadores de elétrons reduzidos NADH e FADH2. 
No terceiro estágio da respiração,estas coenzimas reduzidas são oxidadas, doando prótons (H+) e elétrons. Os elétrons são transferidos ao O2 – o aceptor final de elétrons – por meio de uma cadeia de moléculas transportadoras de elétrons, conhecida como cadeia respiratória.
No curso da transferência de elétrons, a grande quantidade de energia liberada é conservada na forma de ATP, por um processo chamado de fosforilação oxidativa
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Ciclo do ácido cítrico
 Onde paramos? Ah... o piruvato!!
 Em situações anaeróbicas, a oxidação é incompleta e o piruvato sofre...
 Fermentação alcoólica 
 Fermentação láctica
Ocorre em leveduras e vários microorganismos
Ocorre em vários microorganismos e em células de organismos superiores quando a quantidade de oxigênio é limitante
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Ciclo do ácido cítrico
 O processamento da glicose começa com a oxidação de derivados da glicose até o dióxido de carbono;
 O Ciclo de Krebs é a via final comum para a oxidação de aminoácidos, carboidratos e ácidos graxos;
 Entram no ciclo principalmente como acetil coenzima A (acetil CoA);
 Ele ocorre na matriz mitocondrial;
 O piruvato é internalizado por um transportador de membrana;
 Lá ele é transformado em acetil- CoA, a molécula que interconecta a glicólise e o Ciclo de Krebs.
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Ciclo do ácido cítrico
 O complexo enzimático piruvato desidrogenase é formado por 3 enzimas;
 Juntas catalizam a descarboxilação do piruvato e ligação de uma coenzima A;
 Formação de acetil-CoA, com conseqüente liberação de 1 hidrogênio;
A oxidação dos ácidos tricarboxílicos no Ciclo de Krebs rende muito mais ATP do que a glicólise.
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Cada piruvato tem 3 carbonos, certo?
Mitocôndria – 1 carbono retirado – sai na forma de CO2 – restando o radical acetil
Este por sua vez e unido a Coenzima A – formando acetil coenzima A – Acetil CoA
Acetil foi oxidado – liberou eletrons que foram utilizados para produzir o NADH 
Liberado um Co2 e um NADH
Continua o processo de obtenção de eletrons ricos em energia!
Isto será muito importante na última etapa da respiração celular!
Isto mostra que a mólecula de glicose vem sendo quebrada continuamente desde a glicólise, onde esta tinha 6 carbonos, foi quebrada em dois componentes com 3 carbonos(piruvato) que por sua vez perdeu mais um carbono para formar acetil coA e liberação de gás carbônico.
Agora o Acetil coA entra no ciclo de Krebs propriamente dito!
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Ciclo do ácido cítrico
 Uma visão geral das etapas do Ciclo do Ácido Cítrico
 
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O mais importante a notar neste ciclo é que o Acetil-CoA não é um intermediário dele, mas apenas um ponto de entrada. 
Só são intermediárias aquelas moléculas sintetizadas no próprio ciclo e continuamente regeneradas com o seu andamento.
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Ciclo do ácido cítrico
 Assim como com a glicólise, vamos passo a passo....
 Condensação. Produção do primeiro ácido tricarboxílico;
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Um composto de 4C (oxaloacetato) se condensa com um acetil, com 2C, originando um ácido tricarboxílico de 6C (citrato);
 Um isômero do citrato é a seguir descarboxilado;
 O composto resultante, com 5C (alfa-cetoglutarato) também sofre descarboxilação oxidativa, originando um composto de 4C;
 O oxaloacetato é então regenerado a partir do succinato.
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Ciclo do ácido cítrico
 Irreversível. O alfa-cetoglutarato tem vários outros destinos. 
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Ciclo do ácido cítrico
 
Equilíbrio é determinado pela disponibilidade de acetil-CoA
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Ciclo do ácido cítrico
 2 átomos de carbono entram no ciclo como um acetil;
 2 átomos de carbono deixam o ciclo na forma de dióxido de carbono; OPS! os dois ultimos carbonos que restaram da glicose!
 8 elétrons e 8 prótons são transferidos para NAD+ (3) e FAD (1). 3NADH e 1 FADH2
Saída de GTP- a célula troca rapidamente a Guanina por adenina- ATP!!!
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Relembrando...
O dinucleótido de flavina e adenina (FAD), também conhecido como flavina-adenina dinucleótido e dinucleótido de flavina-adenina, é um cofator capaz de sofrer ação redox, presente em diversas reações importantes no metabolismo. 
O FAD pode existir em dois estados de oxidação e o seu papel bioquímico envolve frequentemente alternância entre esses dois estados. 
O FAD é capaz de se reduzir a FADH2, estado em que aceita dois átomos de hidrogênio
Mesma função do NAD- carregar elétrons ricos em energia para a última etapa de respiração- cadeia respiratória!
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Além da produção de energia, este ciclo tem grande importância evolutiva para os animais que o desenvolveram pelo grande número de intermediários, que são utilizados em diversas outras reações. 
Os principais desvios são:
-Utilização do citrato na síntese de ácidos graxos e esteróis;
-Desvio do a-cetoglutarato para formação de aminoácidos ou bases nitrogenadas;
-Utilização do succinil-coA na síntese de porfirinas;
-Formação de pirimidinas a partir de oxaloacetato via aspartato e asparagina;
-Neoglicogênese e síntese de aminoácidos a partir do oxaloacetato via piruvato.
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Há vantagem ainda porque aumentam as possibilidades de aproveitamento para diversas moléculas, que não precisam sempre ser degradadas totalmente a CO2 ou a compostos de excreção. 
Muitas terminam sua via com a formação de um intermediário do ciclo, auxiliando ainda no número de ciclos funcionantes (disponibiliza material para o ciclo) e portanto, no aproveitamento de energia. 
As reações que produzem intermediários do Ciclo do Ácido Cítrico são ditas anapleróticas. 
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São importantes tanto na reposição do ciclo - dado o grande número de desvios citados - como no aumento do número de ciclos funcionantes na alta demanda de energia. 
Além disso, quando se tratam de processos metabólicos, interessa ao organismo um grande número de passos para que a liberação de energia se dê gradualmente. 
Com a oxidação direta de toda a molécula, a energia produzida seria muito grande, causando danos à célula e/ou prejudicando o aproveitamento eficaz da energia liberada. 
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Ciclo do ácido cítrico
 Balanço do Ciclo de Krebs:
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O ↔
3 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H+ + CoA
 Indiretamente: 
Ops! 2 ATP- tudo em dobro
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Pronto! A glicose foi toda ela degradada desde a glicólise até a liberação dos ultimos 2 C na forma de Co2, mas este não tem hidrogênio nenhum...mas a glicose não é C6H12O6, logo todos os H da glicose fora retirados? Sim!
Pq até o final do ciclo de Krebs terá havido uma oxidação completa da glicose – oxida quem perde elétrons! Perdeu hidrogênio= oxidou
Sinal de que grande parte do que comemos sai do nosso corpo pelos pulmões...
Pq então atividade física emagrece?
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Vc precisa gerar mais energia para o músculo, respiração acelera, glicólise...ciclo de Krebs...precisamos de mais energia, a respiração celular se torna mais intensa!
E o que a respiração faz? Pega compostos orgânicos e oxida..até converte-los em Co2
Daí a gordura corporal é continuamente oxidada a co2 – então emagrece não pq transformamos gordura em energia
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FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Fosforilação oxidativa é a culminação do metabolismo produtor de energia em organismos aeróbios. Todos os passos oxidativos na degradação de carboidratos, gorduras e aminoácidos convergem para esse estágio final da respiração celular, onde a energia da oxidação governa a síntese de ATP.
 Em eucariotos, a fosforilação oxidativa ocorre nas mitocôndrias e a fotofosforilação nos cloroplastos.
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FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
	A fosforilação oxidativa é o processo pelo qual se forma ATP quando se transferem elétrons do NADH ou do FADH2 para o O2 (redução a H2O), por uma série de transportadores de elétrons. 
NADH FADH2
NAD+ FAD
e-
O2
H20
Seminário de Bioquimica 
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Seminário de Bioquimica 
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A energia armazenada nas ligações químicas da glicose é liberada por meio de oxidações sucessivas.
Uma substancia oxida quando perde elétrons. Esse fenômeno ocorre, por exemplo, quando a substancia reage diretamente com o oxigênio, caso da combustão da gasolina.
Entretanto, as oxidações de glicose não ocorrem em reações diretas com o oxigênio, mas por retiradas de átomos de hidrogênio da molécula, isto é, por uma série de desidrogenaçoes.
Essas reações são catalisadas por enzimas chamadas desidrogenases, que possuem como coenzima o agrupamento nicotinamida adenina dinucleotideo (NAD). A nicotinamida ou niacina é uma vitamina do complexo B, e a adenina é um composto com nitrogênio que participa da formação de alguns nucleotídeos, as unidades de construção dos ácidos nucléicos (DNA e RNA). Algumas enzimas podem conter um composto semelhante ao NAD, a flavina adenina dinucleotideo (FAD); a flavina é uma substancia derivada da vitamina B².
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CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
	Experimentos com detergentes sobre a Membrana Mitocondrial Interna (MMI) demostraram que:
os transportadores de elétrons (com exceção da ubiquinona e do citocromo c), estão organizados em 4 grandes complexos protéicos.
Complexo I - NADH-Q redutase
Complexo II – Succinato-Q redutase;
Complexo III – Citocromo redutase;
Complexo IV – Citocromo oxidase.
	
Seminário de Bioquimica 
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	O fluxo de elétrons pelos complexos I, III e IV, leva ao bombeamento de 4, 2 e 4 prótons através da membrana, respectivamente. O complexo II, ao contrário dos outros complexos, não bombeia prótons.
	Forma-se então um gradiente ácido e positivo no espaço intermembranas da mitocôndria. 
Seminário de Bioquimica 
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Complexo 1
NADH  Ubiquinona;
Os Prótons que acompanham os elétrons são lançados
para o espaço intermembranas.
* Neuropatia óptica hereditária de Leber.
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 Complexo 2
participa a enzima do ciclo do ácido cítrico, produzindo
FADH2;
Succinato  Ubiquinona;
Seminário de Bioquimica 
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Complexo 3
Ubiquinona  Citocromo c;
Os Prótons que acompanham os elétrons são lançados para o espaço intermembranas.
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 Complexo 4
Redução do O2;
Bombeamento de prótons para o espaço intermembranas à medida que os elétrons são transferidos para o Oxigênio.
Redução parcial leva a produtos perigosos.
Seminário de Bioquimica 
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Cadeia Transportadora de Elétrons
H+
+
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H+
+
H+
H+
Seminário de Bioquimica 
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BALANÇO FINAL DA RESPIRAÇÃO CELULAR
Oxidação total de uma molécula de glicose. 
Seminário de Bioquimica 
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Considerando-se NADH (2,5 ATP); FADH2 (1,5 ATP); GTP (1 ATP)
TOTAL= (8 x 2,5) + (4 x 1,5) + (2 x 1) + 2 = 30 ATPs
BALANÇO FINAL DA RESPIRAÇÃO CELULAR
Oxidação total de uma molécula de glicose. 
Seminário de Bioquimica 
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