Ciclo de Krebs

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Ciclo de Krebs
 
 O Ciclo de Krebs é também conhecido como ciclo do ácido cítrico.
 
O ciclo de Krebs é definido como uma sequência cíclica de reações por meio das quais as moléculas de acetil-CoA, (provenientes do catabolismo do carboidrato, lipídeos e proteínas), são completamente oxidadas até CO2, com a liberação de átomos de hidrogênio para a produção de energia nas cadeias respiratórias.
Este processo aeróbico, que ocorre na matriz mitocondrial, é o mais eficiente para a produção de energia.
 
 
 Embora o ciclo de Krebs produza diretamente apenas 1 ATP (1 GTP = 1 ATP), ele contribui para a formação de grande parte do ATP produzido pela célula, pois a energia da oxidação da acetil-CoA é conservada sob forma de coenzimas reduzidas (NADH e FADH2) que posteriormente serão usada para síntese se ATP.
 
A oxidação das coenzimas é obrigatoriamente feita pela cadeia de transporte de elétrons (cadeia respiratória) e, portanto, o ciclo de Krebs, assim como a conversão de piruvato a acetil-CoA, só pode funcionar em condições aeróbicas ao contrário da via glicolítica ( glicólise) que pode funcionar em condições anaeróbicas.
 
 
 
 
 
 
Formação do Acetil-CoA
 
 
Em condições aeróbicas, o piruvato (substância produzida durante a quebra da molécula da glicose) é convertido a acetil-CoA através de uma enzima específica chamada complexo piruvato desidrogenase.
 O piruvato que está no citossol entra na mitocôndria, através de uma translocase específica , e é transformado em acetil-CoA, conectando, portanto a via glicolítica (ou glicólise) ao ciclo de Krebs.
 
Regulação de Ciclo de Krebs.
 As enzimas abaixo são moduladas (ativadas ou inibidas) pela disponibilidade celular de algumas substâncias.
 
A enzima citrato sintase é inibida pelo ATP, NADH, succiil – CoA
A isocitrato desidrogenase é ativada pelo ADP e inibida pelo ATP e NADH
A a-cetoglutarato desidrogenase é inibida pelo ATP, NADH, GTP e succinil-CoA
 
 Cadeia Respiratória
 
Introdução:
Os processos da vida requerem que as moléculas consumidas na dieta sejam quebradas para que se possa extrair energia delas, e para fornecer “matéria prima” para a síntese (produção) de novas moléculas.
Para o processo de obtenção de energia, são necessários uma série de reações em que doadores de elétrons transferem energia para aceptores de elétrons. As reações de oxidação – redução são fundamentais para a obtenção de energia de moléculas como por exemplo energia obtida através da glicose. Os principais transportadores de elétrons são o NADH (dinucleotídeo denicotinamida adenina) e o FADH2 (flavina adenina dinucleotídio).
Na reações que participam o NAD+ e o FAD (que estão na forma oxidada, ou seja, ainda não receberam os prótons (H+) e elétrons (e-), recebem os prótons e elétrons do substrato gerando o NADH + H e o FADH2.
Quando o NADH + H perde dois elétrons e 2 prótons ele volta a formar o NAD+ e o FADH2 quando perde dois elétrons e 2 prótons ele volta a formar o FAD .
 
É a energia química do ATP a que será diretamente usada para promover os processos biológicos que consomem energia.
 Em resumo, para que a energia derivada da oxidação dos alimentos possa ser aproveitada pelas células, ela deve estar sob a forma de ATP.
 
 ADP + Pi → ATP
 
 
Cadeia Respiratória ou Cadeia de Transporte de elétrons e Fosforilação Oxidativa
 
 
Cadeia Respiratória ou Cadeia de Transporte de elétrons e Fosforilação Oxidativa pode ser definida como um conjunto de substâncias transportadoras de prótons e elétrons localizados na mitocôndria (na membrana interna da mitocôndria), que permitem a combinação do hidrogênio, liberado dos compostos orgânicos, com o oxigênio respiratório resultando em água (H2O) e liberando energia (ATP).
O metabolismo aeróbico é uma maneira altamente eficiente de uma organismo extrair energia dos nutrientes. Em células eucarióticas, todos os processos aeróbicos (ex: ciclo de Krebs) ocorrem na mitocôndria; já os processos anaeróbicos, como a glicólise ocorre no citosol das células.
As moléculas de NADH + H e FADH2 que foram gerados durante a glicólise (via glicolítica) e ciclo de Krebs, transferem seus elétrons para o oxigênio molecular (O2), através de uma série de reações conhecida como Cadeia Respiratória ou Cadeia de Transporte de elétrons.Tais moléculas (NADH + H e FADH2) são oxidadas até a NAD+ e FAD, que podem ser utilizadas novamente em várias vias metabólicas.
A série de reações da Cadeia de Transporte de elétrons está esquematizada na figura a seguir. 
Os elétrons presentes no NADH são transferidos para o Complexo I, do ComplexoI vai para a coenzima Q, depois para o Complexo III, Citocromo c, Complexo IV e finalmente para o oxigênio (O2), como pode ser observado abaixo.
 Os elétrons presentes no FADH2 e outros substratos tem a entrada pelo complexo II, e são transferidos para coenzima Q, depois para o Complexo III, Citocromo C, Complexo IV e finalmente para o oxigênio (O2).
 Durante o transporte de elétrons na cadeia respiratória, há um bombeamento de prótons (H+) no espaço entre a membrana interna e a membrana externa da mitocôndria, chamado espaço intermembranas, criando um gradiente de prótons, que será utilizado na síntese do ATP (Fosforilação oxidativa).
Os transportadores de elétrons são agrupados em 4 complexos, e sem fazer parte dos complexos, aparecem ainda dois componentes da cadeia de transporte de elétrons: a coenzima Q (CoQ) que conecta os complexos I e II ao complexo III, e o citocromo c, que conecta o complexo III ao IV.
 
 
Nome dos componentes da Cadeia de Transporte de elétrons
 
Complexo I (NADH-CoQ redutase)
Complexo II (Succinato-CoQ redutase)
CoQ (coenzima Q)
Complexo III (CoQ-citocromo c redutase)
Citocromo c
Complexo IV (citocromo c oxidase)
 
 
Fosforilação Oxidativa:
 
 
A energia liberada pela oxidação dos nutrientes é usada pelo organismo sob a forma de energia química do ATP. A produção de ATP na mitocôndria é o resultado da fosforilação oxidativa, na qual o ADP é fosforilado, obtendo-se o ATP. As reações da cadeia de transporte de elétrons estão intimamente relacionadas à fosforilação oxidativa (síntese do ATP).
A operação da cadeia de transporte de elétrons produz um bombeamento de prótons (H+) no espaço entre a membrana interna e a membrana externa da mitocôndria, chamado espaço intermembranas, criando um gradiente de prótons
Um ponto importante é que para cada NADH são gerados 3 ATP e para cada FADH2 são gerados 2 ATP.
 
 
 
Inibidores da cadeia de transporte de elétrons
 
Há drogas capazes de atuar especificamente sobre um dos complexos da cadeia de transporte de elétrons, impedindo o prosseguimento da transferência de elétrons. O resultado desta ação inibitória é a paralisação do transporte de elétrons e das vias metabólicas que dependem da cadeia. Deste modo em instantes, todos os componentes da cadeia estarão parados, sem o transporte de elétrons, não se forma também o gradiente de prótons e, consequentemente, não há a síntese de ATP. Estas drogas são, portanto, potencialmente letais pois, bloqueiam o transporte de elétrons (não formando água) e a síntese de ATP.
 
 
 Alguns exemplos de inibidores de cadeia respiratória
 
 
Inibidores
Complexos
 
Barbituratos (hipnóticos)
Complexo I
Rotenona (inseticida)
Complexo I
Cianeto, monócido de carbono, ácido sulfúrico, etc...
Complexo IV
 
 
 
 
 
 
Desacopladores da cadeia respiratória.
 
Algumas substâncias são capazes de dissociar o transporte de elétrons da fosforilação oxidativa; estas substâncias são chamadas de desacopladores. Os compostos conhecidos como desacopladores inibem a fosforilação do ADP, ou seja, não há a síntese do ATP a partir do ADP + Pi, sem, contudo afetar o transporte de elétrons. Um exemplo bem conhecido de um desacoplador é o DNP (2,4 dinitrofenol). Vários antibióticos como a valinomicina e a gramicidina A, também são desacopladores.O DNP pode atravessar a membrana plasmática da mitocondria e se associar aos prótons (H+) no espaço intermembrana da mitocôndria, liberando-o na matriz mitocondrial, impedindo assim a formação do gradiente de prótons, que seria usado para a síntese do ATP, portanto esta droga não impede o transporte de elétrons, mas impede a formação do ATP.
Em resumo, quando o processo de oxidação da mitocôndria está operando normalmente, o transporte de elétrons do NADH ou FADH2 até o oxigênio (O2) resulta na formação de H2O e ATP. Quando um desacoplador está presente, o oxigênio é reduzido à água (H2O), mas não há a síntese do ATP. Se o desacoplador for removido a síntese do ATP associada a cadeia de transporte de elétrons recomeçará.