O Ciclo do Ácido Cítrico

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMCA E BIOLOGIA MOLECULAR 
O Ciclo do Ácido Cítrico 
Prof. Tiago Mendes 
Sala 229 – CCB II 
E-mail: tiagoaomendes@ufv.br 
Glicose 
2 lactato 
2 Piruvato 
2 Etanol + 2 CO2 
4 CO2 e 4 H2O 
2 Acetil CoA 
 Fermentação alcoólica 
em leveduras 
 Fermentação a lactato 
durante contração 
muscular vigorosa, nos 
eritrócitos e em alguns 
microrganismos 
 
Ciclo do 
ácido 
cítrico 
Nos animais, vegetais, e muitas 
células microbianas sob 
condições aeróbicas 
Condições 
aneróbicas 
Condições 
aneróbicas 
Condições 
aeróbicas 
 
Glicólise (10 reações sucessivas) 
 
Condições aeróbicas: 
Piruvato: CO2 e H2O 
Respiração X Respiração celular 
Mais complexa que a glicólise (evolução) 
Três estágios: 
 - combustíveis orgânicos: acetil-coenzima A 
 - acetil-CoA: ciclo do ácido cítrico (NADH e FADH2) 
 - coenzimas reduzidas (cadeia transportadora de e-) 
Condições aeróbicas: 
Catabolismo de proteínas, ácidos graxos e 
carboidratos nos três estágios da respiração celular 
Glicose Amino-
ácidos 
Ácidos 
graxos 
Piruvato 
complexo da 
piruvato 
desidrogenase 
Acetil-CoA 
1º estágio 
“Formação” de Acetil-CoA 
Acetil-CoA 
Carreadores de elétrons 
Oxaloacetato Citrato 
Ciclo do 
ácido 
cítrico 
2º estágio 
Catabolismo de proteínas, ácidos graxos e 
carboidratos nos três estágios da respiração celular 
Oxidação do Acetil-CoA 
Ciclo do Ácido Cítrico 
√ Unviversalidade: 
 
- Ancestral Comum 
- Ciclo é presente em quase 
 todos os organismos com 
elevado grau de conservação 
- Papel central: comunicação 
com várias vias metabólicas 
√ Piruvato entra na mitocôndria via transportador específico 
Citosol 
Piruvato 
Acetil-CoA 
Citrato 
Oxaloacetato 
O Ciclo do Ácido Cítrico: 
√ É convertido em acetil-CoA pelo complexo da piruvato 
desidrogenase na matriz mitocondrial 
Reação geral catalisada pela piruvato desidrogenase: 
• 3 enzimas (complexo piruvato desidrogenase)* 
• 5 cofatores 
complexo da piruvato desidrogenase 
(E1 + E2 + E3) 
Piruvato Acetil-CoA 
• Múltiplas cópias (varia entre espécies) 
• Mamíferos – 50nm – 5 X o tamanho de 1 ribossomo! Visualizado em ME 
Complexo da Piruvato Desidrogenase: 
• Forte interação entre polipetídeos: não-covalente 
E3 
E2 
E1 
• Produto de uma enzima torna-se imediatamente substrato para a próxima: 
• CANALIZAÇÃO DOS SUBSTRATOS (piruvato – acetil-CoA) 
Coenzima A = CoA: Carreador de grupos acetila ativados: alta energia de hidrólise 
Coenzima A Acetil-CoA 
Ácido pantotênico 
Β-mercaptoetanol 
atilamina 
Grupo tiol 
reativo 
Adenina 
3’-fosfoadenosina-difostato 
Ribose 3’-
fosfato 
ligação tio-éster: alta energia de hidrólise, tornando-se um ótimo doador de grupos acil 
Ácido Lipóico: transportador de elétrons durante as reações de 
oxido-redução 
Cadeia polipeptídica de E2 
(diidrolipoiltransacetilase) 
Forma 
acetilada 
Àcido 
lipóico 
Forma 
reduzida 
Forma 
oxidada 
Resíduo 
de 
Lisina 
da E2 
Piruvato 
Lipoilisina 
oxidada 
Lipoilisina 
reduzida 
Lipoilisina 
oxidada 
Descarboxilação oxidativa do piruvato para Acetil-CoA pelo complexo piruvato 
desidrogenase 
•  E1 piruvato desidrogenase 
•  E2 diidrolipoil transacetilase 
•  E3 diidrolipoil desidrogenase 
Hidroxietil-TPP 
Acetil 
TPP - Tiamina piridoxal fosfato 
•  E1 piruvato desidrogenase 
•  E2 diidrolipoil transacetilase 
•  E3 diidrolipoil desidrogenase 
Descarboxilação oxidativa do piruvato para Acetil-CoA pelo complexo piruvato 
desidrogenase 
Acetil-CoA 
Citrato 
Cis-aconitato 
Isocitrato 
α- cetoglutarato 
Succinil-
CoA 
Succinato 
Fumarato 
Malato 
Ciclo do 
ácido 
cítrico 
Oxaloacetato 
1- condensação 
2a- desidratação 
2b- hidratação 
3- descarboxilação 
oxidativa 
6- desidrogenação 
4- descarboxilação 
oxidativa 
5- fosforilação ao 
nível de substrato 
7-hidratação 
8- desidrogenação 
Citrato 
sintase 
aconilase 
Isocitrato 
desidrogenase 
Complexo da 
α-cetoglutarato 
desidrogenase 
Succinil-
CoA 
sintetase 
Succinato 
desidrogenase 
fumarase 
Malato 
desidrogenase 
aconilase 
INÍCIO 
Acetil-CoA + Oxaloacetato 
CO2 – não do acetil-CoA 
Reações do Ciclo 
de Krebs 
1) FORMAÇÃO DO CITRATO: 
citrato 
sintase 
Acetil-CoA Oxaloacetato Citrato 
Ativação do acetato: favorece a condensação e torna irreversível o início do ciclo 
↓ [Oxaloacetato] no interior celular 
Reciclagem de CoA-SH 
2) FORMAÇÃO DO ISOCITRATO VIA cis-ACONITATO: 
Reações do Ciclo 
de Krebs 
aconitase aconitase 
Citrato Cis-aconitato Isocitrato 
Isomerização: facilitar o próximo passo 
Menos de 10% de isocitrato → reação favorávela para direita 
3) OXIDAÇÃO DO ISOCITRATO a α-CETOGLUTARATO E CO2: 
isocitrato 
desidrogenase 
Isocitrato α- cetoglutarato 
Descarboxilação oxidativa 
Reações do Ciclo 
de Krebs 
4) OXIDAÇÃO DO DO α-CETOGLUTARATO A SUCCINIL-CoA E CO2 
complexo da 
α-cetoglutarado 
desidrogenase 
α- cetoglutarato Succinil-CoA 
Descarboxilação oxidativa 
Reação virtualmente idêntica à reação da piruvato desidrogenase 
Reações do Ciclo 
de Krebs 
5) CONVERSÃO DO SUCCINIL-CoA EM SUCCINATO: 
succinil-CoA 
sintetase 
Succinil-CoA Succinato 
Fosforilação ao nível do substrato 
Reações do Ciclo 
de Krebs 
Nucleosídeo difosfato quinase: GTP + ADP → GDP + ATP ΔG’o = 0 
6) OXIDAÇÃO DO SUCCINATO A FUMARATO 
Succinato desidrogenase 
Succinato Fumarato 
Reações do Ciclo 
de Krebs 
7) HIDRATAÇÃO DO FUMARATO PARA PRODUZIR MALATO 
fumarase 
Fumarato L- Malato 
Reações do Ciclo 
de Krebs 
8) OXIDAÇÃO DO MALATO A OXALOACETATO 
malato 
desidrogenase 
L- Malato Oxaloacetato 
Oxaloacetato é continuamente removido pela citrato sintase 
 
Reações do Ciclo 
de Krebs 
Conservação de energia nas oxidações do Ciclo de Krebs 
Ciclo do 
ácido cítrico Malato 
Oxaloacetato 
Fumarato 
Succinato 
Succinil-CoA 
α- cetoglutarato 
Isocitrato 
Citrato 
Acetil-CoA 
3 NADH 
1 FADH2 
1 GTP (ATP) 
2 CO2 
Ú IMPORTÂNCIA DO CITRATO: 
• Refrigerantes 
• Antioxidantes em alimentos 
• Aspergillus niger (melaço de beterraba) 
→ Quelante de íons metálicos: 
→ Al3+ (em compostos biologicamente inertes – Al(OH)3 
→ Plantas geneticamente modificadas 
Ú ANFIBÓLICO: Catabolismo e Anabolismo 
Ú Intermediários do Ciclo de Krebs podem ser utilizados como 
precursores em muitas vias biossintéticas 
Reações anapleróticas 
Fígado e rim 
Coração, músculo 
esquelético 
Vegetais superiores, leveduras, 
bactérias 
Amplamente distribuída nos 
eucariotos e procariotos 
Reação Tecido(s)/organismo(s) 
Piruvato + HCO3 + ATP oxaloacetato + ADP + Pi 
 piruvato carboxilase 
Fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP oxaloacetato + GTP 
 PEP carboxiquinase 
Fosfoenolpiruvato + HCO3 oxaloacetato + Pi 
 PEP carboxilase 
Piruvato + HCO3 + NADH malato + NAD+ 
 enzima málica 
Mais comuns – transformam piruvato ou PEP em oxaloacetato ou malato 
 
 
Glicídios 
Lipídios 
Aminoácidos 
Acetil-CoA 
Aspartato Oxaloacetato 
Histidina 
Prolina 
Hidroxiprolina 
Arginina 
Glutamato α-cetoglutarato 
Isoleucina 
Metionina 
Valina 
Propionato 
Succinil-CoA 
Tirosina 
Fenilalanina 
Fumarato 
Reações anapleróticas 
Pirivato 
Acetil-CoA 
Oxaloacetato 
Malato 
Succinil-CoA 
Succinil-CoA, 
NADH 
Succinil-CoA, NADH, citrato, ATP 
Citrato 
Isocitrato 
α-cetoglutaratoComplexo piruvato 
desidrogenage 
Citrato 
sintase 
Isocitrato 
desidrogenase Malato 
desidrogenase 
Succinato 
desidrogenase 
α- cetoglutarato 
desidrogenase 
Ácidos graxos, NADH, 
ATP, Acetil-CoA 
Regulação do Ciclo de 
Krebs 
• Moduladores alostéricos e 
modificações covalentes: 
→  E1- P: inativa 
→  ATP modulador (+) da quinase 
- Equilíbrio estável 
- Necessidade celular: energia ou 
armazenamento? 
 - Ca 2+ - contração muscular 
Conservação de energia nas oxidações do Ciclo de Krebs 
Glicose à Glicose-6-fosfato 
Frutose-6-fosfato à Frutose-1,6-bifosfato 
2 Gliceraldeído-3-fosfato à 2 1,3-Bifosfogliccerato 
2 1,3-Bifosfoglicerato à 2 3-Fosfoglicerato 
2 Fosfoenolpiruvato à 2 Piruvato 
2 Piruvato à 2 Acetil-CoA 
2 Isocitrato à 2 α- cetoglutarato 
2 α- cetoglutarato à 2 Succinil-CoA 
2 Succinil-CoA à 2 Succinato 
2 Succinato à 2 Fumarato 
2 Malato à 2 Oxaloacetato 
Cálculo: 2,5 ATPs por NADH e 1,5 ATPs por FADH2 
3 ou 5 ATPs - mecanismos para lançar equivalentes de NADH do citosol 
para a matriz mitocondrial 
Respiração celular