Ciclo de Krebs e Fosforilacao Oxidativa

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Respiração 
Celular 
Ciclo de Krebs 
Oxidação do 
Acetil-CoA 
Produção de 
transportadores de 
elétrons reduzidos 
 
(NADH e FADH2) 
Cadeia 
Respiratória 
Oxidação de 
NADH e 
FADH2 
Síntese de ATP 
Ciclo de Krebs 
 Reações de oxidação-redução 
 Ocorre na matriz mitocondrial 
 Utiliza Acetil-CoA 
 Síntese de equivalentes redutores 
 Liberação de CO2 
Hans Krebs 
(1900-1981) 
- Intermediários do Ciclo do ácido cítrico- 
1. Formação do CITRATO 
Etapa de descarboxilação 
1. Formação do CITRATO 
Uma sintase é uma enzima que catalisa uma reação 
sintética na qual duas unidades são unidas geralmente sem 
a participação direta de um nucleotídeo rico em energia. 
Etapa de descarboxilação 
2. Isomerização do CITRATO 
Etapa de descarboxilação 
3. Descarboxilação oxidativa do isocitrato 
 Eliminação de um átomo 
de carbono na forma de 
gás carbônico 
 Produção de NADH 
Etapa de descarboxilação 
4. Descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato 
 Eliminação de mais um átomo de carbono na forma 
de gás carbônico 
 Produção de NADH 
Etapa de descarboxilação 
5. Clivagem do succinil-CoA 
Regeneração do oxaloacetato 
 Fosforilação a nível do substrato 
 Produção de GTP 
Uma sintetase é uma enzima que catalisa uma 
reação sintética na qual existe a participação direta 
de um nucleotídeo energético, como ATP ou GTP. 
Regeneração do oxaloacetato 
 O succinato é oxidado para regenerar o oxaloacetato 
 Oxidação (produção de FADH2) 
 Hidratação 
 Oxidação (produção de NADH) 
6. Oxidação do succinato a fumarato 
Regeneração do oxaloacetato 
É uma enzima mitocondrial! 
Inibida 
competitivamente 
pelo malonato 
7. Hidratação do fumarato a malato 
Regeneração do oxaloacetato 
8. Oxidação do malato a oxaloacetato 
Regeneração do oxaloacetato 
Balanço energético 
 Os dois carbonos que adentram no ciclo do ácido cítrico como acetila não 
são os mesmos que serão liberados na forma de CO2. 
 
 Há evidências de que as enzimas do ciclo de Krebs estejam fisicamente 
associadas umas às outras, em um processo chamado de canalização de 
substratos (um produto da reação passa diretamente de um centro ativo para 
o seguinte, por meio de canais conectantes). 
 
 Os elétrons dos equivalentes redutores serão transportados na cadeia 
respiratória. 
1 NADH = 2,5 ATPs 
1 FADH2 = 1,5 APTs 
Regulação 
 Citrato sintase 
 Isocitrato desidrogenase 
 α-cetoglutarato desidrogenase 
O ciclo de Krebs é regulado de 
acordo com as necessidades 
energéticas da célula! 
Citrato sintase: 
 
 Estimulada pelo ADP 
(necessidade de mais energia!) 
 Inibida pelo NADH 
(excesso de equivalentes redutores!) 
 Inibida pelo Succinil-CoA 
(intermediário subsequente do CK) 
 Inibida pelo Citrato 
(produto da reação) 
 Inibida pelo ATP 
(produto final do catabolismo!) 
Isocitrato desidrogenase: 
 
 Estimulada pelo ADP 
(necessidade de mais energia!) 
 Inibida pelo NADH 
(excesso de equivalentes redutores!) 
 Inibida pelo ATP 
(produto final do catabolismo!) 
o Isocitrato desidrogenase inibida leva a 
acúmulo de citrato, que sai para o citosol. 
o O excesso de citrato inibe a PFK-1. 
o O excesso de citrato estimula a síntese de 
ácidos graxos. 
α-cetoglutarato desidrogenase: 
 
 Inibida pelo succinul-CoA 
(produto final da reação) 
 Inibida pelo NADH 
(excesso de equivalentes redutores!) 
• Inibida pelo ATP 
(produto final do catabolismo!) 
o α-cetoglutarato desidrogenase inibida leva 
a acúmulo α-cetoglutarato. 
o Pode ser utilizado como precursor para 
vários aminoácidos e bases púricas 
 Os intermediários do Ciclo do 
Ácido Cítrico são precursores 
de muitas vias biossintéticas. 
 
 Por este motivo, eles devem ser 
repostos para permitir o 
funcionamento do ciclo e a 
síntese de ATP. 
 
 Reações anapleróticas 
Reposição do oxaloacetato: 
A partir da carboxilação do piruvato pela piruvato 
carboxilase (enzima da gliconeogênese), que é estimulada 
pelo acetil-CoA. 
  ATP: gliconeogênese 
  ATP: reabastecimento do CK 
Ciclo do Glioxilato 
 Os vertebrados não são capazes de 
converter acetil-CoA em oxaloacetato e, 
portanto, em glicose. 
 
 Vegetais e alguns microorganismos 
possuem uma via metabólica que permite 
a conversão de acetil-CoA, gerada a 
partir dos estoques de lipídeos, em 
glicose 
 
 Contorno das reações de descarboxilação 
 Consome 2 Acetil-CoA por volta 
 Ocorre dos glioxissomas 
 Cada volta do ciclo do glioxilato consome 
duas moléculas de acetil-CoA e produz 
uma molécula de succinato, que está, 
então, disponível aos propósitos 
biossintéticos. 
O succinato (indo para a mitocôndria) pode 
ser em oxaloacetato, o qual pode, então, 
ser convertido a fosfoenolpiruvato pela 
PEP carboxiquinase, e, assim, a glicose 
pela gliconeogênese. 
Isocitrato liase 
Malato sintase 
 Os glioxissomos nem sempre estão presentes em todos os 
tecidos vegetais 
 Eles se desenvolvem nas sementes ricas em lipídeos 
durante a germinação, antes de a planta adquirir a 
capacidade de produzir glicose pela fotossíntese. 
 As sementes em germinação podem, assim, converter os 
lipídios estocados em glicose 
O isocitrato é um intermediário 
crucial no ponto de ramificação entre 
os ciclos do glioxilato e do ácido cítrico 
A isocitrato-desidrogenase (CK) é 
regulada por modificac ̧ão covalente: uma 
proteína quinase específica fosforila, e assim 
inativa essa enzima. Em presença de 
indicadores de suprimento reduzido 
de energia, uma fosfatase a desfosforila, 
ativando-a. 
Quando o metabolismo gerador de energia 
está suficientemente rápido e mantém baixas 
as concentrac ̧ões dos intermediários 
glicolíticos e do ciclo do ácido cítrico, a 
isocitrato desidrogenase é inativada, a 
inibição da isocitrato liase é abrandada. 
 O isocitrato então flui para a via do 
glioxilato, para ser utilizado na biossíntese 
de carboidratos, aminoácidos e outros 
componentes celulares. 
O isocitrato é um intermediário 
crucial no ponto de ramificação entre 
os ciclos do glioxilato e do ácido cítrico 
Fosforilação Oxidativa 
É o processo no qual o ATP é formado pela transferência de 
elétrons de NADH e FADH2 para o O2 por uma série de 
transportadores de elétrons. 
45 
 Mitocôndria 
46 
Permeável a pequenas 
moléculas e íons 
Impermeável  Transportadores 
Albert L. Lehninger 
1917-1986 
 Cadeia de transporte de elétrons 
• A fosforilação oxidativa começa com a entrada de elétrons na 
cadeia respiratória. 
 
• A maioria destes elétrons surge da ação das desidrogenases, que 
coletam elétrons das vias catabólicas e os canalizam para aceptores 
universais de elétrons: nucleotídeos de nicotinamida (NAD+) ou 
nucleotídeos de flavina (FAD+). 
49 
Nucleotídeos de 
nicotinamida 
50 
Desidrogenases ligadas ao NAD+ removem dois átomos de 
hidrogênio de seus substratos 
Um deles é transferido como íon hidreto (:H-) ao NAD+ 
O outro é liberado como H+ no meio 
Substrato reduzido + NAD+ substrato oxidado + NADH + H+ 
FAD + 2H+ FADH2 
51 
O nucleotídeo de flavina pode aceitar 
um elétron (produzindo a forma 
semiquinona) ou dois elétrons 
(produzindo FADH2 ou FMNH2) 
Nucleotídeos de 
flavina 
Uma benzoquinona hidrofóbica (Ubiquinona) 
Dois tipos diferentes de proteínas contendoFe 
(citocromos e proteína Fe-S) 
Além do NADH e do FADH2, 3 outros tipos de 
grupos transportadores de elétrons funcionam 
na cadeia respiratória: 
52 
54 
Ubiquinona 
Pequena e hidrofóbica 
Livremente difusível dentro da 
bicamada lipídica da membrana 
mitocondrial interna 
Movimenta equivalentes 
redutores entre outros 
carregadores de elétrons menos 
móveis na membrana 
55 
Citocromos 
Grupos prostéticos heme (Fe) 
3 classes diferentes (a, b e c) 
a e b são integrais de membrana 
O citocromo c é solúvel 
56 
Proteínas ferro-enxofre 
Ferro associado à aminoácidos sulfidrílicos 
O ferro é oxidado a Fe3+ ou reduzido a Fe2+ 
57 
Os transportadores de elétrons mitocondriais funcionam em 
complexos ordenados em série 
Complexos I e II: transferência de elétrons para a ubiquinona a partir do NADH 
(complexo I) e FADH2 (complexo II). 
Complexo III: carrega elétrons da ubiquinona reduzida para o citocromo c. 
Complexo IV: completa a sequência, transferindo elétrons do citocromo c para o O2. 
58 
Complexo I: NADH desidrogenase 
NADH:ubiquinona-oxidorredutase 
42 Cadeias polipeptídicas 
flavoproteína contendo FMN 
pelo menos 6 centros Fe-S 
59 
1)Transferência de um íon hidreto do 
NADH para a ubiquinona e de um 
próton da matriz 
 
(NADH + H+ + Q  NAD+ + QH2) 
 
2) Transferência de 4 prótons da matriz 
para o espaço intermembrana. 
Complexo I: NADH desidrogenase 
60 
A membrana interna da 
mitocôndria não é permeável 
ao NADH citosólico!! 
 
 
 
Como o NADH gerado pela glicólise 
no citosol ser oxidado a NAD+ 
através da cadeia respiratória? 
61 
Lançadeira malato-aspartato: Transporta os elétrons do NADH (com 
a ajuda do malato) e os transfere a outro NAD+ dentro da mitocôndria, 
formando NADH novamente. 
 
Lançadeira glicerol-fosfato: Transporta os elétrons do NADH (com a 
ajuda do glicerol-fosfato) e os transfere ao FADH dentro da mitocôndria, 
formando FADH2. 
62 
63 
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Complexo II: Succinato desidrogenase 
Única enzima do ciclo do 
ácido cítrico que é ligada à 
membrana 
Transferência dos 
elétrons do FADH2 
para a ubiquinona 
Complexo II: Succinato desidrogenase 
66 
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Acopla a transferência de elétrons 
do ubiquinol (QH2) para o 
citocromo c com o transporte de 
prótons da matriz para o espaço 
intermembrana. 
Complexo III: 
Ubiquinona:citocromo c-oxidoredutase 
69 
70 
Carrega elétrons do citocromo 
c para o oxigênio molecular, 
reduzindo-o a água. 
Complexo IV: citocromo oxidase 
71 
Para cada par de elétrons transferido para o O2: 
4 prótons H+ são bombeados para fora pelo Complexo I 
 4 H+ pelo Complexo III 
2 H+ pelo Complexo IV 
A energia da transferência de elétrons é eficientemente 
conservada em um gradiente de prótons. 
72 
Força próton-motriz 
 
 
Energia potencial química: diferença de concentração de uma 
espécie química (H+) nas duas regiões separadas pela membrana 
(pH). 
Energia potencial elétrica: resultante da separação de cargas 
quando um próton se move através da membrana. 
 
 
 
De que forma um gradiente de 
concentração de prótons se 
transforma em ATP? 
 
Qual é o mecanismo químico que 
acopla o fluxo de prótons com a 
fosforilação? 
74 
A energia eletroquímica formada pela 
diferença de concentração de prótons e a 
separação de cargas através da 
membrana mitocondrial interna – a 
força próton-motriz – impulsiona a 
síntese de ATP através de um poro para 
prótons associado a ATP sintase 
75 
Modelo Quimiosmótico 
Modelo Quimiosmótico 
ATP Sintase 
ATP Sintase 
Síntese de ATP 
Inibidores da transferência de elétrons 
prejudicam a síntese de ATP 
81 
Desacopladores 
Carregam prótons através 
da membrana mitocondrial 
interna 
Dissipação do gradiente de prótons 
Redução na síntese de ATP 
Tecido adiposo marrom: rico em UCP 
Desacopladores 
Desacopladores 
Químicos: 
Atravessam a parede das 
mitocôndrias 
 
Liberação de prótons na 
matrix extracelular 
 
Desfazem o gradiente de 
prótons 
84 
Desacopladores 
Químicos: 
85 
Balanço energético 
32 ATPs 108 ATPs 
86 
 
Processos que requerem energia 
aumentam a velocidade de transformação 
ATP  ADP +Pi 
 
...com isso, mais ADP fica disponível e a 
velocidade da ATP sintase aumenta, 
levando à síntese de mais ATP. 
 
Regulação 
Regulada pela disponibilidade de ADP 
(medida do estado energético da célula) 
As concentrações relativas de ATP e ADP 
também controlam: 
Ciclo de Krebs 
Oxidação do piruvato 
Glicólise 
  consumo de ATP 
 transferência de elétrons 
 fosforilação 
 oxidação do piruvato no ciclo de krebs 
 glicólise 
  consumo de ATP 
 transferência de elétrons 
 fosforilação 
 oxidação do piruvato no ciclo de krebs 
 glicólise 
As concentrações relativas de ATP e ADP 
também controlam: 
Ciclo de Krebs 
Oxidação do piruvato 
Glicólise