Bioquímica 5 Ciclo de Krebs Copia

Prévia do material em texto

Cadeia Respiratória e Ciclo de Krebs
Profa. Dra. Luciana Pietro
1
Etapas da Respiração Celular
I- GLICÓLISE – Quebra da glicose (citosol) 
III- CADEIA RESPIRATÓRIA – Produção de moléculas de ATP (mitocôndria)
II- CICLO DE KREBS - Conjunto de reações que formam CO2 - H2O - NADH2 - FADH2 (mitocôndria)
Introdução
A Respiração celular aeróbica tem como objetivo principal produzir energia a partir da decomposição de glicídios, gorduras e aminoácidos, utilizando, para tal, o oxigênio.
A fonte de energia mais utilizada é a glicose, os aminoácidos e os ácidos graxos que fornecem mais energia, mas são menos utilizados. 
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 30 ATP 
O processo de respiração celular é equivalente ao da combustão
Introdução
O ciclo do ácido cítrico consiste numa série de reacções metabólicas que constituem a via final comum para a oxidação de moléculas alimentares e inicia-se num metabolito comum a todas as vias, a Acetil-CoA; 
E um processo aeróbio pois o único mecanismo que, na mitocondria, permite a regeneração de NAD+ e de FAD, consome O2 (cadeia respiratória).
Ao contrário da glicólise, ocorre ao nível da matriz mitocondrial
A glicose penetra na célula na forma de glicose-fosfato, sofrendo degradação.
Origina:
 2 ácidos pirúvicos + NADH + H+ . 
NAD = NICOTINAMIDA ADENINA DINUCLEOTÍDEO
(Transfere H de um composto para outro)
Glicólise
A glicólise não oxida a glicose completamente
glicose
2 piruvato
NAD+
2 NADH
ADP + Pi
2 ATP
C6H12O6 + 2ADP + 2P + 2 NAD  2C3H4O3 + 2ATP + 2NADH
7
O piruvato ainda pode ser oxidado para obtenção de energia
O piruvato produzido na glicólise ainda contém bastante poder redutor aproveitado pela célula no ciclo de Krebs. 
Em primeiro lugar, o piruvato é utilizado para produzir acetil-CoA, que é uma forma ativada de acetato (CH3COO-)
Piruvato (C3H4O2)	+ 2 O2	 	3 CO2	 + 2 H2O	
Piruvato
Carbonos e hidrogênios parcialmente oxidados
Gás carbônico e água
(Carbonos e hidrogênios totalmente oxidados)
Ciclo de Krebs 
(Ciclo do Ácido Cítrico ou Tricarboxílico)
O ácido pirúvico produzido na glicólise penetra na matriz mitocondrial reagindo com a CoenzimaA produzindo acetilCoA . 
Há também a participação de NAD que se transforma em NADH ao capturar H+. 
C3H4O3 + CoA + NAD = AcetilCoA + CO2 + H+
Sequencia do Ciclo de Krebs
Reação 1
Piruvato
Acetil-S-Coa
CO2 + NADH
CoASH + NAD+
Reação 2
Condensação do Oxaloacetato com Acetil CoA e formação do citrato pela acção da enzima SINTASE DO CITRATO
Acetil-Coa + Oxaloacetato
Citrato
CoA-SH
H2O
Citrato Sintetase
1 molécula de Acetil CoA (C2)
+
A molécula de acido dicarboxilico (C4)
Acido tricarboxilico (C6)
Reação 3
Isomerizaçao do citrato a isocitrato pela ação da enzima ACONITASE (isomerase)
Citrato
cis-Aconitato
H2O
Aconitase
Isocitrato
H2O
 
Aconitase
desencadeia desidratação
desencadeia hidratação
Reação 4
O isocitrato é desidrogenado e descarboxilado na presença da isocitrato desidrogenase formando o α-cetoglutarato;
Isocitrato
NAD(P)H + H+
Isocitrato desidrogenase
α-cetoglutarato 
+ CO2
NAD(P)+
Reação 5
A energia de oxidação do -cetoglutarato é conservada pela formação de uma ligação tioéster do succinil-CoA. 
O complexo da -cetoglutarato desidrogenase é muito semelhante ao complexo da piruvato desidrogenase.
α-cetoglutarato 
NADH 
Complexo de α-cetoglutarato 
desidrogenase
Succinil-Coa 
+ CO2 
NAD+
CoA-SH
Reação 6
Formação de uma ligação fosfato de elevada energia a partir de Succinil CoA
A energia liberada no rompimento desta ligação é empregada para dirigir a síntese de ATP ou GTP.
Única reação em que há formação de um fosfato de alta energia ao “nível do substrato”
Succinil-Coa
GTP
Succinil-CoA sintetase
Succinato
GDP + Pi
CoA-SH
Reação 7
A desidrogenase do succinato (complexo II) está firmemente ligada à membrana interna da mitocondria
Succinato
FADH2
Succinato desidrogenase
Fumarato
FAD
Reação 8
Esta enzima é altamente estereoespecífica; ela catalisa a hidratação da dupla ligação trans do fumarato, porém não é capaz de agir no maleato (isômero cis do fumarato)
Fumarato
H2O
Fumarato
L-Malato
Reação 9
Nas células intactas, o oxaloacetato é continuamente removido pela reação da citrato sintase que é altamente exergônica. 
L-Malato
NAD+
Malato desidrogenase
Oxaloacetato
NADH + H+
O ciclo de Krebs
19
Ciclo do ácido cítrico como fornecedor de esqueletos de carbono para biossíntese
citrato (C6)
oxaloaceato (C4)
a-cetoglutarato (C5)
succinil (C4)-CoA
Acetil-CoA
Piruvato (C3)
ácidos graxos,
esteróides
pirimidinas
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
fosfoenolpiruvato
serina glicina
cisteína
fenilalaninatirosona triptofano
glicose
glutamina
prolina
arginina
Aspartato asparagina
glutamato
Purinas adenina
guanina...)
alanina
20
Ciclo de Krebs e Fosforilação Oxidativa
funcionam juntos
Ciclo de Krebs
Acetil—CoA
(C2H3O)
NADH
NAD reduzido
NAD+
NAD oxidado
Fosforilação oxidativa
O2
oxigênio
H2O
água
ATP
ADP
+
Pi
Fosfato inorgânico
CoA
Atividades celulares que gastam energia
Piruvato
(C3H4O2)
CO2
Gás carbônico
CO2
Gás carbônico
CO2
Gás carbônico
Piruvato desidrogenase
Que molécula é formada com os carbonos das unidades acetil que entram no ciclo de Krebs?
Que molécula é formada com os hidrogênios doas unidades acetil que entram no ciclo de Krebs?
Qual a importância da síntese de ATP para a célula?
21
Cadeia Respiratória
 É o conjunto de substâncias presentes nas cristas da membrana interna da mitocôndria, onde ocorrem reações de óxido redução, fornecendo a energia necessária para a síntese de ATP e H2O
A energia liberada pelos elétrons a partir de 1 glicose pode formar 26 ATP.
Composta por:
Quatro complexos proteicos I a IV;
Duas moléculas conectoras móveis: coenzima Q (ubiquinona) e o citocromo C (Cyt c) 
São proteínas transferidoras de elétrons que possuem Fe e Cu e estão localizadas nas cristas.
Cadeia Respiratória
(CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS OU FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA)
Etapa de maior síntese de ATP
Ocorre reoxidação de NADH e FADH em NAD e FAD, sendo que a maior parte da energia é conservada na forma destas duas coenzimas reduzidas (NADH e FADH2)
A estratégia adotada pela célula é transformar a energia armazenada nestas coenzimas em um gradiente de prótons na mitocôndria e utilizar este gradiente para sintetizar ATP
Ocorre liberação de grande quantidade de elétrons com formação de O2 e H2O.
Ocorre fosforilação oxidativa de ADP em ATP
2NADH + H+ + O2  2NAD + 2H2O
2FADH2 + O2  2FAD + 2H2O 
O complexo I oxida o NADH, transferindo seus elétrons para a coenzima Q
Este complexo também é chamado NADH-coenzima Q redutase
Possui FMN e centros ferro-enxofre.
A flavina mononucleotídeo (FMN) é um derivado da riboflavina capaz de receber 2 prótons e dois elétrons, passando à forma reduzida FMNH2
O doador de elétrons é o NADH.
Complexo I
Complexo II
Chamado de succinato-coenzima Q redutase
É uma segunda porta de entrada dos elétrons na cadeia respiratória
A succinato desidrogenase do ciclo de Krebs faz parte deste complexo.
Os elétrons são transferidos do succinato para o FAD, que se reduz a FADH2.
São então repassados para centros ferro-enxofre e então para citocromos b560.
Não é uma proteína transmembrana: não ocorre extrusão de prótons. Os prótons, que não são carregados pelos centro-ferro enxofre e citocromo são devolvidos à matriz mitocondrial.
Coenzima Q
A coenzima Q é o ponto de convergência dos elétrons provenientes do complexo I e complexo II 
A coenzima Q é uma quinona com uma longa cadeia lateral constituídas por cadeias isoprênicas.
Recebe dois prótons e dois elétrons passando à forma reduzida QH2
POSSUI CARACTERÍSTICAS HIDROFÓBICAS QUE PERMITEM SUA MOBILIDADE NA MEMBRANA LIPÍDICA
Complexo III
Coenzima Q-citocromo c redutase.
Possuidois citocromos b, centro Fe-S e citocromo c.
Participa com a extrusão de 4 prótons para o espaço intermebranas. 
Citocromo C
É uma proteína pequena situada na face externa membrana interna da mitocôndria.
Conecta os complexos III e IV.
Complexo IV
Transfere elétrons para o oxigênio.
É chamado de citocromo c oxidase.
Contém dois citocromos do tipo a e dois íons cobre, que transportam elétrons alterando seus estados de oxidação de +2 para +1. 
Participa da transferência de 4 elétrons para a molécula de oxigênio, que se liga a dois prótons, formando água.
O complexo IV também participa da extrusão de 2 prótons para o espaço intermembrana. 
Cadeia Transportadora de Elétrons
A retirada de prótons da matriz mitocondrial contribui para o estabelecimento do gradiente de prótons.
A Síntese de ATP
Como a membrana interna é impermeável a prótons, estes só podem voltar à matriz e desfazer o gradiente através de sítios específicos na membrana interna, constituídos pelo complexo sintetizador de ATP: a ATP sintase.
O ciclo de Krebs no contexto do metabolismo energético
Glicose-6P
Piruvato
Acetil—S—CoA 
Ácido Graxo
Ciclo de 
Krebs 
Elétrons
NADH
FADH2
Fosforilação oxidativa
ADP + Pi
ATP
H2O
O2
CO2
Glicose
Frutose 1,6BP
Degradação 
de lipídeos
 (b-oxidação)
Via glicolítica
Gliconeogênese
Degradação 
Síntese 
de lipídeos
Aminoácidos
Síntese
35