Tutorial Metabolismo

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Objetivo 1:
IMPORTÂNCIA BIOMÉDICA: O ciclo do acido cítrico (ciclo de Krebs ou ciclo do acido tricarboxilico) consiste em uma sequência de reações na mitocôndria que oxida a porção acetil da acetil-CoA a CO2 e reduz coenzimas que são reoxidadas por meio da cadeia de transporte de elétrons, ligada a formação de ATP. O ciclo do acido cítrico é a via final comum para a oxidação dos carboidratos, dos lipídeos e das proteínas, visto que a glicose, os ácidos graxos e a maior parte dos aminoácidos são metabolizados a acetil-CoA ou a intermediários do ciclo. O ciclo do acido cítrico também desempenha papel central na gliconeogênese,na lipogênese e na interconversão de aminoácidos. Muitos desses processos ocorrem na maioria dos tecidos, porém o fígado é o único tecido no qual todos ocorrem em grau significativo. Assim, as repercussões são profundas, quando, por exemplo, muitas células hepáticas são lesionadas, conforme observado na hepatite aguda, ou são substituídas por tecido conectivo (como na cirrose). Os poucos defeitos genéticos das enzimas do ciclo do acido cítrico que já foram descritos estão associados a ocorrência de lesão neurológica grave, em consequência
de comprometimento considerável na formação de ATP no sistema nervoso central.
A hiperamoniemia, como a que ocorre na doença hepática avançada, leva a perda da consciência, ao coma e a convulsões devido a atividade reduzida do ciclo do acido citrico, resultando em diminuição na formação de ATP. A amônia causa depleção dos intermediários do ciclo do acido citrico (ao retirar o α-cetoglutarato para a formação de glutamato e glutamina) e também inibe a descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato.
O CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO FORNECE SUBSTRATOS PARA A CADEIA RESPIRATÓRIA: O ciclo começa com a reação entre a porção acetil da acetil-CoA e o oxalacetato, um ácido dicarboxilico de 4 carbonos, formando um acido tricarboxilico de 6 carbonos, o citrato.
Nas reações subsequentes, são liberadas 2 moléculas de CO2, e o oxalacetato e regenerado.
Apenas uma pequena quantidade de oxalacetato e necessária para a oxidação de uma grande quantidade de acetil-CoA; pode-se considerar que o oxalacetato desempenha papel catalítico, uma vez que e regenerado no fim do ciclo.
O ciclo do acido cítrico e a principal via para a formação de ATP ligado a oxidação de combustíveis metabólicos. Durante a oxidação de acetil-CoA, as coenzimas são reduzidas e subsequentemente reoxidadas na cadeia respiratória, em um processo ligado a formação de ATP (fosforilação oxidativa). Esse processo e aeróbio, exigindo a presença de oxigênio como oxidante final das coenzimas reduzidas. As enzimas do ciclo do acido cítrico localizam-se na matriz mitocondrial, na forma livre ou ancoradas a membrana mitocondrial interna e a membrana das cristas, onde também são encontradas as enzimas e as coenzimas da cadeia respiratória.
AS REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO LIBERAM EQUIVALENTES REDUTORES E CO2: 
A reação inicial entre a acetil-CoA e o oxalacetato para formar citrato e catalisada pela citrato-sintase, que forma uma ligação carbono-carbono entre o carbono metil da acetil-CoA e o carbono carbonil do oxalacetato. A ligação tioéster da citril-CoA resultante e hidrolisada, com liberação de citrato e CoASH – uma reação exotérmica. O citrato sofre isomerização a isocitrato pela enzima aconitase (aconitato-hidratase). 
A reação ocorre em duas etapas: a desidratação a cis-aconitato e a reidratação a isocitrato. 
Embora o citrato seja uma molécula simétrica, a aconitase reage de modo assimétrico com o citrato, de modo que os 2 átomos de carbono que são perdidos em reações subsequentes do ciclo não são aqueles que foram acrescentados a partir da acetil -CoA. Esse comportamento assimétrico resulta do processo de canalizacao – a transferência direta do produto da citrato sintase para o sitio ativo da aconitase, sem necessidade de entrar em solução livre. A canalização possibilita a integração da atividade do ciclo do acido cítrico com o fornecimento de citrato no citosol como fonte de acetil-CoA para a síntese de ácidos graxos. O citrato so esta disponível, livre em solução, para ser transportado das mitocôndrias ate o citosol para a síntese de ácidos graxos, quando a aconitase e inibida pelo acumulo de seu produto, o isocitrato. O veneno fluoracetato e encontrado em algumas plantas, e o seu consumo pode ser fatal para animais de pastagem. Alguns compostos fluorados empregados como agentes antineoplasicos e substancias químicas industriais (incluindo pesticidas) são metabolizados a fluoracetato. Trata-se de uma substancia tóxica, visto que a fluoracetil-CoA se condensa com o oxalacetato para formar fluorocitrato, que inibe a aconitase, levando ao acumulo de citrato.
 
O isocitrato sofre desidrogenacao catalisada pela isocitrato -desidrogenase, formando, inicialmente, oxalossuccinato, que permanece ligado a enzima e sofre descarboxilacao a α-cetoglutarato. A descarboxilacao requer a presenca de ions Mg2+ ou Mn2+. Existem tres isoenzimas da isocitrato-desidrogenase. Uma delas, que utiliza o NAD+, e encontrada apenas nas mitocondrias. As outras duas utilizam o NADP+ e sao encontradas nas mitocondrias e no citosol. A oxidação do isocitrato ligada a cadeia respiratoria ocorre por meio da enzima dependente de NAD+. O α-cetoglutarato sofre descarboxilacao oxidativa em uma reação catalisada por um complexo multienzimatico semelhante ao complexo envolvido na descarboxilacao oxidativa do piruvato. O complexo da α-cetoglutarato- desidrogenase requer os mesmos cofatores que o complexo da piruvato-desidrogenase – tiamina-difosfato, lipoato, NAD+, FAD e CoA – e resulta na formacao de succinil-CoA. O equilibrio dessa reação favorece tanto a formacao de succinil-CoA, que ela deve ser considerada fisiologicamente como unidirecional. Como no caso da oxidação do piruvato, o arsenito inibe a reação, causando acumulo do substrato, o α-cetoglutarato. A presença de amônia em altas concentrações inibe a α-cetoglutarato desidrogenase. A succinil-CoA e convertida em succinato pela enzima succinato-tiocinase (succinil-CoA-sintase). Trata-se do único exemplo de fosforilacao em nível do substrato no ciclo do acido cítrico. Os tecidos onde ocorre gliconeogenese (figado e rim) contem duas isoenzimas da succinato-tiocinase, uma especifica para o GDP, e a outra, para o ADP. O GTP formado e utilizado na descarboxilacao do oxalacetato em fosfoenolpiruvato na gliconeogenese e estabelece uma ligacao reguladora entre a atividade do ciclo do acido citrico e a retirada de oxalacetato para a gliconeogenese. Os tecidos nao gliconeogenicos possuem apenas a isoenzima que fosforila ADP. Quando os corpos cetonicos estão sendo metabolizados nos tecidos extra-hepaticos, ocorre uma reacao alternativa catalisada pela succinil-CoA-acetacetato-CoA-transferase (tioforase), envolvendo a transferência de CoA da succinil- CoA para o acetacetato, com formação de acetoacetil-CoA e succinato. O metabolismo subsequente do succinato, que leva a regeneração do oxalacetato, segue a mesma sequência de reações químicas que ocorrem na β-oxidacao dos acidos graxos: desidrogenacao para formar uma ligação dupla carbono-carbono, adição de água para formar um grupamento hidroxil e desidrogenacao adicional para produzir o grupo oxo do oxalacetato. A primeira reação de desidrogenacao, que forma o fumarato, e catalisada pela succinato-desidrogenase, que esta ligada a superficie interna da membrana mitocondrial interna. A enzima contem FAD e proteína ferro-enxofre (Fe-S), reduzindo diretamente ubiquinona na cadeia de transporte de elétrons. A fumarase (fumarato-hidratase) catalisa a adição de água por meio da ligação dupla do fumarato, dando origem ao malato. O malato e oxidado a oxalacetato pela malato- desidrogenase, ligada a redução de NAD+. Embora o equilíbrio dessa reação favoreça fortemente o malato, o fluxo efetivo ocorre em direção ao oxalacetato, devido a remocao continua de oxalacetato (para formarcitrato, como substrato para a gliconeogenese, ou para sofrer transaminacao a aspartato) e também devido a reoxidacao continua do NADH.
Em organismos aeróbios, glicose e outros açucares, ácidos graxos e a maioria dos aminoácidos são finalmente oxidados a CO2 e H2O pelo ciclo do ácido cítrico e pela cadeia respiratória. Antes de entrarem no ciclo do ácido cítrico, os esqueletos de carbono dos açucares e ácidos graxos são convertidos ao grupo acetil da acetil-CoA, a forma na qual a maioria dos combustíveis entra no ciclo. Os carbonos de muitos aminoácidos também entram no ciclo dessa maneira, embora alguns a.a. sejam convertidos a outros intermediários do ciclo. O piruvato formado a partir de glicose no citossol origina o grupo acetila presente na acetil-CoA, ao serem degradados. Outros aminoácidos e ácidos graxos também produzem acetil-CoA sem a formação intermediaria de piruvato. A acetil-CoA, qualquer que seja sua proveniência, será totalmente oxidada a CO2 pelo ciclo de Krebs, com a concomitante produção de coenzimas reduzidas. O ciclo de Krebs tem como finalidade a oxidação total (da glicose). Quando fala-se de oxidação total, significa retirar todos os H+ da molécula de forma que somente reste CO2 que vai ser elimindo, ao todo são eliminados 3CO2, lembrar que o piruvato tb tem comente 3 carbonos. 
•Reações do Ciclo de Krebs: Essas são as reações pelas quais a acetil-CoA será oxidada na mitocôndria. A acetil-CoA produzida pela quebra de carboidratos, gorduras e proteínas, deve ser completamente oxidada a CO2 para que o máximo de energia potencial possa ser etraídos desses combustíveis, no entanto, a oxidação direta da acetil-CoA a CO2 não é quimicamente possível. 
1- Formação do citrato: O ciclo de Krebs inicia-se com a condensação de acetil-CoA e oxalacetato, formando citrato, uma reação catalisada pela citrato sintase.
2- Formação do isocitrato via cis-anconitato: O citrato é isometizado a isocitrato, por ação da aconitase, com a formação intermediaria de cisaconitato. 
3- Oxidação do isocitrato a α-cetoglutarato e CO2: A isocitrato desidrogenase promove a oxidação de isocitrato a α-cetoglutarato, com redução de NAD+ e liberação de CO2. 
4- Oxidação do α-cetagluterato a succinil-CoA e CO2: O α-cetoglutarato é transformado a succinil-CoA, graças à atuação da α-cetoglutarato desidrogenase, um complexo enzimático com mecanismo de reação semelhante ao complexo piruvato desidrogenase. Trata-se , em ambos os casos, da descarboxilação oxidativa de um α-cetoácido e ligação do grupo remanescente à coenzima A, formando uma reação tioéster rica em energia, com participação de TPP, acido lipolico e FAD; esta reação também libera CO2 e reduz NAD+. 
5- Conversão de succinil-CoA a succinato: A seguir, a succinil-CoA é convertida a succinato e a energia de ligação tioéster é aproveitada para sintetizar a ligaçao anidrido dosdorico de um nucleosidio tiofosfato a partir de um nucleosidio difosfato e Pi, a reaçao é catalisada pela succinil-CoA sintetase. Existem varias isoenzimas da succinil-CoA sintetase que érmitem a formação de ATP a partir de ADP e Pi ou de GTP a partir de GDP e Pi, as duas isoenzimas são expressas e suas quantidades relativas variam segundo o teciso. O GTP pode ser utilizado em reações dele dependentes, como a síntese de fosfoenolpiruvato pela fosfoenolpiruvato carboxiquinase mitocondrial, ou pode transferir um grupo fosfato ao ADP produzindo ATP, por ação da nucleosídio difosfato quinase. 
6- Oxidação do succinato a fumarato: O succinato é oxidado a fumarato pela succinato desidrogenase, cujo grupo prostético, FAD, é reduzido a FADH2. A succinato desidrogenase é a única enzima do ciclo de Krebs que é parte integrante da membrana interna mitocondrial; as demais estão em forma solúvel na matriz mitocondrial. 
7- Hidratação do fumarato a malato: O fumarato é hidratado a malato pela fumarase. 
8- Oxidação do malato a oxaloacetato: A malato desidrogenase oxida o malato a oxaçacetato, reduzindo NAD+ e fechando o ciclo. 
Como o oxalacetato é sempre regenerado ao final de cada volta, o ciclo de Krebs pode oxidar acetil-CoA continuamente sem gasto excessivo de oxalacetato. O ciclo de Krebs é uma via eminentemente oxidativa para a acetil-CoA: os átomos de carbono de seu grupo acetila são estequiometricamente convertidos a CO2 e em paralelo a esta oxidação são reduzidos 3 NAD+ e 1 FAD. O sentido do ciclo é determinado pela irreversibilidade das reações catalisadas pela citrato sintetase e α-cetoglutarato desidrogenase. Esta última reação mantém baixas as concentrações de α-cetoglutarato e, indiretamente, de isocitrato. Assim, apesar de o equilíbrio da reação catalisada pela aconitase favorecer acentuadamente a formação de citrato, este composto não se acumula na mitocôndria enquanto se processar a oxidação de isocitrato. O ciclo depende da cadeia transportadora de elétrons para a reoxidação de coenzimas: Embora produza apenas 1 ATP, o ciclo contribui para a formação de grande parte do ATP produzido pela cel, pois sua energia da oxidação da acetil-CoA é conservada sob a forma de coenzimas reduzidas e, posteriormente, usada para síntese de ATP. A oxidação das coenzimas é obrigatoriamente feria pela cadeia transportadora de elétrons e, portanto, o ciclo de Krebs só pode funcionar em condições aeróbicas.
SÃO FORMADOS 10 ATPS POR VOLTA DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
Como resultados das oxidações catalisadas pelas desidrogenases do ciclo do acido cítrico, são produzidas três moléculas de NADH e uma de FADH2 para cada molécula de acetil-CoA catabolizada em uma volta do ciclo. Esses equivalentes redutores são transferidos para a cadeia respiratória, onde a reoxidacao de cada NADH resulta na formação de cerca de 2,5 moléculas de ATP, e a reoxidacao do FADH2 forma cerca de 1,5 molécula de ATP. Alem disso, 1 molécula de ATP (ou GTP) e formada por fosforilação em nível do substrato, catalisada pela succinato-tiocinase.
AS VITAMINAS EXECUTAM PAPEIS IMPORTANTES NO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
Das vitaminas B, quatro são essenciais no ciclo do acido cítrico e, portanto, no metabolismo produtor de energia: a riboflavina, na forma de flavina adenina dinucleotideo (FAD), um cofator da succinato-desidrogenase; a niacina, na forma de nicotinamida adenina dinucleotideo (NAD+), o aceptor de elétrons das enzimas isocitrato-desidrogenase,α-cetoglutarato-desidrogenase e malato-desidrogenase; a tiamina (vitamina B1), como tiamina-difosfato, a coenzima da descarboxilacao na reação da α-cetoglutarato-desidrogenase; e o acido pantotenico, como parte da coenzima A, o cofator esterificado para “ativar” resíduos de ácidos carboxílicos: acetil- CoA e succinil-CoA.
O CICLO DO ACIDO CITRICO EXERCE PAPEL FUNDAMENTAL NO METABOLISMO
O ciclo do acido cítrico não é apenas uma via para a oxidacao de unidades de dois carbonos, mas também uma importante via para a interconversao de metabolitos que surgem da transaminacao e da desaminacao dos aminoácidos, fornecendo os substratos para a síntese de aminoácidos por transaminacao, bem como para a gliconeogenese e para a síntese de ácidos graxos. Em virtude de sua função em processos tanto oxidativos quanto de síntese, o ciclo e anfibolico.
O ciclo do acido cítrico participa na gliconeogenese, na transaminacao
e na desaminacao: Todos os intermediários do ciclo são potencialmente glicogenicos, uma vez que podem dar origem ao oxalacetato e, portanto, a produção efetiva de glicose (no fígado e no rim, os órgãos responsáveis pela gliconeogenese). A enzima essencial que catalisa a transferência do ciclo para a gliconeogenese e a fosfoenolpiruvato-carboxicinase, que catalisa a descarboxilacao do oxalacetato a fosfoenolpiruvato, sendo o GTP doador de fosfato. O GTP necessário para essa reação e fornecido pela isoenzima dependente de GDP da succinato-tiocinase. Isso assegura que o oxalacetato não será retirado do ciclo para a gliconeogenese, se isso levar ao esgotamento dos intermediários do ciclo do acido cítrico e, portanto, a produção reduzida deATP. A transferência liquida para o ciclo ocorre como resultado de varias reações. Dentre as mais importantes dessas reações anapleroticas esta a formacao de oxalacetato pela carboxilacao de piruvato, catalisada pela piruvato-carboxilase (Figura 16-4). Essa reação e importante para manter uma concentração adequada de oxalacetato para a reação de condensação com acetil-CoA. Se houver acumulo de acetil-CoA, ela atuara tanto como ativador alostérico da piruvato-carboxilase quanto como inibidor da piruvato-desidrogenase, assegurando, assim, um suprimento de oxalacetato.
O lactato, um importante substrato para a gliconeogenese, entra no ciclo por meio da oxidação a piruvato e, em seguida, da carboxilação a oxalacetato. O glutamato e a glutamina são substratos anapleroticos importantes, pois dão origem ao α-cetoglutarato como resultado das reações catalisadas pela glutaminase e pela glutamato- desidrogenase. A transaminação do aspartato leva diretamente a formação de oxalacetato, e diversos compostos que sao metabolizados para produzir propionil-CoA, que pode ser carboxilado e isomerizado a succinil-CoA, também são substratos anapleroticos importantes. As reações catalisadas pela aminotransferase (transaminase) formam piruvato a partir da alanina, oxalacetato a partir do aspartato e α-cetoglutarato a partir do glutamato. Como essas reações são reversíveis, o ciclo também serve como uma fonte de esqueletos de carbono para a síntese desses aminoácidos. Outros aminoácidos contribuem para a gliconeogenese, visto que seus esqueletos de carbono dao origem a intermediários do ciclo do acido cítrico. Alanina, cisteina, glicina, hidroxiprolina, serina, treonina e triptofano dao origem ao piruvato; arginina, histidina, glutamina e prolina levam a produção de α-cetoglutarato; isoleucina, metionina e valina dão origem a succinil-CoA; tirosina e fenilalanina produzem fumarato. O ciclo do acido cítrico em si não fornece uma via para a oxidação completa dos esqueletos de carbono de aminoácidos que dão origem a intermediários, como α-cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato e oxalacetato, pois isso resulta em aumento na quantidade de oxalacetato. Para que ocorra a oxidação completa, o oxalacetato precisa sofrer fosforilacao e carboxilacao a fosfoenolpiruvato (a custa de GTP) e, em seguida, desfosforilação a piruvato (em uma reação catalisada pela piruvato-cinase) e descarboxilacao oxidativa a acetil-CoA (catalisada pela piruvato-desidrogenase).
O ciclo do acido cítrico participa da síntese de ácidos graxos
A acetil-CoA, formada a partir do piruvato pela ação da piruvato- desidrogenase, constitui o principal substrato para a síntese de ácidos graxos de cadeia longa.A piruvato-desidrogenase e uma enzima mitocondrial, e a síntese de ácidos graxos e uma via citosólica; a membrana mitocondrial e impermeável a acetil-CoA. Para que a acetil-CoA esteja disponível no citosol, o citrato e transportado da mitocôndria para o citosol e, então, clivado em uma reação catalisada pela citrato-liase
O citrato só se torna disponível para ser transportado para fora da mitocôndria quando a aconitase e inibida pelo seu produto e, portanto, esta saturada com o seu substrato, de modo que o citrato não pode ser canalizado diretamente da citrato-sintase para a aconitase. Isso assegura que o citrato seja utilizado para a síntese de ácidos graxos apenas quando houver uma quantidade adequada para suprir a atividade continua do ciclo. O oxalacetato liberado pela citrato-liase não pode entrar novamente na mitocôndria, mas e reduzido a malato, a custa de NADH, e o malato passa por descarboxilacao oxidativa a piruvato, reduzindo NADP+ a NADPH. Essa reação, catalisada pela enzima malica, e a fonte de metade da quantidade de NADPH necessário para a síntese de ácidos graxos (o restante e fornecido pela via das pentoses-fosfato). O piruvato entra na mitocôndria e e carboxilado a oxalacetato pela piruvato-carboxilase, uma reação dependente de ATP em que a coenzima e a vitamina biotina.
A regulação do ciclo do ácido cítrico depende principalmente de um suprimento de cofatores oxidados
Na maioria dos tecidos, onde o principal papel do ciclo do acido cítrico e o metabolismo produtor de energia, a atividade do ciclo e regulada pelo controle respiratório, via cadeia respiratória e fosforilação oxidativa. Portanto, a atividade do ciclo depende imediatamente do suprimento de NAD+, que, por sua vez, devido ao estreito acoplamento entre a oxidação e a fosforilação, depende da disponibilidade de ADP e, por isso, da taxa de utilização do ATP no trabalho químico e físico. Alem disso, as enzimas do ciclo são reguladas individualmente. Os principais sítios de regulação são as reações que não estão em equilíbrio catalisadas pelas enzimas piruvato-desidrogenase, citrato-sintase, isocitrato-desidrogenase e α-cetoglutarato-desidrogenase. As desidrogenases sao ativadas pelo Ca2+, cuja concentração aumenta durante a contracao muscular e na secreção em outros tecidos, quando existe maior demanda de energia. Em um tecido como o encéfalo, que depende altamente dos carboidratos para o suprimento de acetil-CoA, o controle do ciclo do acido cítrico pode ocorrer na piruvato-desidrogenase.
Várias enzimas respondem ao estado energético, conforme demonstrado pelas razões [ATP]/[ADP] e [NADH]/[NAD+]. Por conseguinte, ocorre inibição alostérica da citrato-sintase pelo ATP e pela acil graxo-CoA de cadeia longa. A ativação alostérica da isocitrato desidrogenase mitocondrial dependente de NAD pelo ADP e contrabalancada por ATP e NADH. O complexo da α-cetoglutarato-desidrogenase e regulado da mesma maneira que o complexo da piruvato-desidrogenase. A succinato-desidrogenase e inibida pelo oxalacetato, e a disponibilidade de oxalacetato, controlada pela malato-desidrogenase, depende da razão [NADH]/[NAD+]. Como o Km da citrato-sintase para o oxalacetato e da mesma ordem de grandeza da concentração intramitocondrial, e provável que a concentração de oxalacetato controle a taxa de formação de citrato.
A hiperamoniemia, que ocorre na doença hepática avançada e em algumas das doenças genéticas (raras) do metabolismo de aminoácidos, provoca perda da consciência, coma e convulsões, podendo ser fatal. Ela e devido principalmente a retirada de α-cetoglutarato para a formação de glutamato (reacao catalisada pela glutamato-desidrogenase) e, em seguida, glutamina (reação catalisada pela glutamina-sintase), levando a redução das concentrações de todos os intermediários do ciclo do acido cítrico e, portanto, a produção reduzida de ATP. O equilíbrio da glutamato-desidrogenase e mantido de maneira precisa, e o sentido da reacao depende da razão NAD+:NADH e da concentração de íons amônio. Além disso, a amônia inibe a α-cetoglutarato-desidrogenase e possivelmente também a piruvato-desidrogenase.
RESUMO
O ciclo do acido cítrico e a via final para a oxidação dos carboidratos, dos lipídeos e das proteínas. O metabolito final comum, a acetil-CoA, reage com oxalacetato para formar citrato. Por uma serie de desidrogenacoes e descarboxilacoes, o citrato e degradado, com redução das coenzimas, liberação de duas moléculas de CO2 e regeneração do oxalacetato. As coenzimas reduzidas são oxidadas pela cadeia respiratória ligada a formação de ATP. Assim, o ciclo constitui a principal via de formação de ATP e localiza-se na matriz mitocondrial, adjacente as enzimas da cadeia respiratória e da fosforilacao oxidativa. O ciclo do acido citrico e anfibolico, visto que, alem da oxidação, ele e importante no fornecimento de esqueletos de carbono para a gliconeogenese, de acetil-CoA para a síntese de ácidos graxos e na interconversao de aminoácidos.
REGULAÇÃO DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO:
- Regulação por ativação e inibição de atividades enzimáticas. Em contraste com a glicólise, que é regulada principalmente pela fosfofrutocinase, o ciclo do ácido cítrico é controlado pela regulação de diversas atividades enzimáticas. As mais importantes dessas enzimas reguladas são a citrato-sintase, a isocitrato-desidrogenasee o complexo da a-cetoglutarato-desidrogenase. 
Regulação pela disponibilidade de ADP 
- Efeitos de um aumento no ADP. A energia consumida como resultado da contração muscular, de reações biossintéticas ou de outros processos leva à hidrólise do ATP em ADP e P;. O aumento resultante na concentração de ADP acelera a velocidade de reações que utilizam ADP para produzir ATP. a mais importante delas sendo a fosforilação oxidativa. A produção de ATP aumenta, até que se equilibre com a taxa de consumo de ATP pelas reações que requerem energia. Bioquímica 
- Efeitos de uma diminuição no ADP. Se o ADP (ou o P,) está presente em concentração limitante, a formação de ATP pela fosfqrilação oxidativa diminui, como resultado da falta de aceptor do grupo fosfato (ADP) ou de fosfato inorgânico (P;)- A velocidade da fosforilação oxidativa é proporcional à relação [ADP][P;]/[ATP]; essa relação é conhecida como controle respiratório da produção de energia. A oxidação de NADH e de FADH2 pela cadeia transportadora de elétrons também cessa se o ADP for limitante. Isso ocorre devido ao fato dos processos de oxidação e fosforilação serem fortemente acoplados e ocorrerem simultaneamente. À medida que o NADH e o FADH2 se acumulam, há uma depleção de suas formas oxidadas, fazendo com que a oxidação de acetii-CoA pelo ciclo do ácido cítrico seja inibida, em função da falta de coenzimas oxidadas. 
Objetivo 2:
O TRANSPORTE DE ELETRONS PELA CADEIA RESPIRATORIA CRIA UM GRADIENTE DE PROTONS QUE DIRECIONA A SINTESE DE ATP: O fluxo dos eletrons pela cadeia respiratoria gera ATP por meio do processo de fosforilacao oxidativa. A teoria quimiosmotica, proposta por Peter Mitchell, em 1961, postula que os dois processos estao ligados por um gradiente de prótons atraves da membrana mitocondrial interna, de modo que a forca proton-motora causada pela diferenca do potencial eletroquímico (negativa no lado da matriz) direciona o mecanismo de sintese de ATP. Conforme observado, os Complexos I, III e IV atuam como bombas de protons. Como a membrana mitocondrial interna e impermeavel aos ions em geral e principalmente aos protons, estes acumulam-se no espaco intermembrana,
criando a forca proton-motora predita pela teoria quimiosmotica.
Uma ATP-sintase localizada na membrana funciona como um motor rotatório para formar o ATP: A forca proton-motora direciona uma ATP-sintase localizada na membrana que forma ATP na presenca de Pi + ADP. A ATP-sintase esta inserida na membrana interna, juntamente aos complexos da cadeia respiratoria. Algumas subunidades da proteina assumem um formato semelhante a uma bola, dispostas ao redor de um eixo conhecido como F1, o qual se projeta para dentro da matriz e contem o mecanismo de fosforilacao. 
O F1 está ligado a um complexo protéico de membrana conhecido como F0, o qual tambem consiste em diversas subunidades proteicas. O F0 atravessa a membrana e forma um canal de protons. O fluxo de prótons por F0 provoca a sua rotacao, direcionando a producao de
ATP no complexo F1. Acredita-se que isso ocorra por meio de um mecanismo de troca de ligacao, no qual a conformacao das subunidades β em F1 e modificada, a medida que o eixo gira, de uma que se liga firmemente ao ATP ate aquela que libera o ATP e se liga ao ADP e ao Pi, de maneira que o proximo ATP possa ser formado. Estimativas sugerem que, para cada NADH oxidado, os Complexos I e III translocam, cada um, quatro protons, e o Complexo IV transloca dois.
A CADEIA RESPIRATORIA FORNECE A MAIOR PARTE DA ENERGIACAPTURADA DURANTE O CATABOLISMO: O ADP captura, na forma de fosfato de alta energia, uma proporção significativa da energia livre liberada por processos catabolicos. O ATP resultante e chamado de “moeda energetica” da celula, porque transmite a energia livre para direcionar
processos que requerem energia. Existe uma captura direta global de dois grupamentos fosfato de alta energia nas reacoes glicoliticas. Mais dois fosfatos de alta energia por mol de glicose sao capturados no ciclo do acido citrico durante a conversao da succinil- CoA a succinato. Todas essas fosforilacoes ocorrem no nivel de substrato. Para cada mol de substrato oxidado por meio dos Complexos I, III e IV na cadeia respiratoria (i.e., pelo NADH), sao formados 2,5 moles de ATP por 0,5 mol de O2 consumido; isto e, a razao P:O = 2,5. Por outro lado, quando 1 mol de substrato (p. ex., succinato ou 3-fosfoglicerato) e oxidado por meio dos Complexos II, III e IV, apenas 1,5 mol de ATP e formado; isto e, P:O = 1,5. Essas reacoes sao conhecidas como fosforilacao oxidativa no nivel da cadeia respiratoria. Considerando esses valores, pode-se estimar que quase 90% dos fosfatos de alta energia
produzidos a partir da oxidacao completa de 1 mol de glicose sao obtidos por meio da fosforilacao oxidativa contida na cadeia respiratoria.
O controle respiratorio garante um suprimento constante de ATP
A velocidade da respiracao na mitocondria pode ser controlada por meio da disponibilidade de ADP. Isso ocorre porque a oxidacao e a fosforilacao estao firmemente interligadas; isto e, a oxidacao nao pode continuar por meio da cadeia respiratoria sem a concomitante fosforilacao do ADP. A maioria das celulas em estado de repouso encontra-se no estado 4, e a respiracao e controlada pela disponibilidade de ADP. Quando se realiza trabalho, o ATP e convertido em ADP, possibilitando que ocorra mais respiracao, o que, por sua vez, repoe a reserva de ATP. Sob determinadas condicoes, a concentracao de fosfato inorganico tambem pode afetar a velocidade de funcionamento da cadeia respiratoria.
A medida que a respiração se intensifica (como ocorre no exercicio), a celula aproxima-se do estado 3 ou 5, quando a capacidade da cadeia respiratória se torna saturada ou a PO2 diminui abaixo do Km para o heme a3. Também ha a possibilidade de o transportador de ADP/ATP, que facilita a entrada do ADP citosolico e a saída do ATP da mitocôndria, transformar- se no limitador da velocidade. Assim, a maneira como os processos oxidativos biológicos permitem que a energia livre decorrente da oxidacao dos alimentos seja disponibilizada e utilizada e gradual, eficiente e controlada – em vez de explosiva, ineficiente e descontrolada, como em muitos processos não biologicos. A energia livre restante que nao e capturada como fosfato de alta energia e liberada como calor. Essa energia nao precisa ser considerada“perdida”, pois ela assegura que o sistema respiratorio como um todo seja suficientemente exergonico para ser tirado do equilíbrio, possibilitando o fluxo unidirecional continuo e o fornecimento constante de ATP. Ela também contribui para a manutencao da temperatura corporal.
A TEORIA QUIMIOSMOTICA PODE SER RESPONSAVEL PELO CONTROLE RESPIRATORIO E PELA ACAO DE DESACOPLADORES: 
Uma vez estabelecida como resultado da translocacao de protons, a diferenca de potencial eletroquimico pela membrana inibe o transporte adicional de equivalentes redutores pela cadeia respiratoria, a menos que seja dissipado pela translocacao reversa de protons pela membrana por meio da ATP-sintase. Por sua vez, isso depende da disponibilidade de ADP e Pi.
Os desacopladores (p. ex., dinitrofenol) sao anfipáticos e aumentam a permeabilidade da membrana mitocondrial interna lipidica aos protons, reduzindo, assim, o potencial eletroquimico e gerando uma falha da ATP-sintase. Dessa forma, a oxidacao pode prosseguir sem a fosforilacao.
- A teoria quimiosmótica explica prontamente a dependência
da transferência de elétrons em relação à síntese de ATP nas mitocôndrias. Quando o fluxo de prótons para dentro da matriz através do canal proteico da ATP-sintase é bloqueado (p. ex., com oligomicina), não existe nenhum caminho para o retorno dos prótons para a matriz, e a extrusão continuada de prótons da matriz governada pela atividade da cadeia respiratória gera um grande gradiente de prótons. A força próton-motriz se acumula até que o custo (energia livre) de bombear prótons para fora da matriz contra esse gradiente se iguale ou exceda a energialiberadapela transferência de elétrons do NADH ao O2. Nesse ponto, o fluxo de elétrons deve parar; a energia livre para o processo global de fluxo de elétrons acoplado ao bombeamento de prótons torna-se zero, e o sistema está em equilíbrio. Certas condições e reagentes podem, no entanto, desacoplar a oxidação da fosforilação. Quando mitocôndrias intactas são rompidas por tratamento com detergentes ou por ação física, os fragmentos de membrana resultantes ainda podem catalisar a transferência de elétrons do succinato ou do NADH para o O2, mas nenhuma síntese de ATP está acoplada a essa respiração. Alguns compostos químicos causam o desacoplamento sem romper a estrutura mitocondrial. Desacopladores químicos incluem 2,4-dinitrofenol (DNP) e carbonilcianeto-p trifluormetoxifenilidrazona (FCCP), ácidos fracos com propriedades hidrofóbicas que lhes permitem difundir prontamente através das membranas mitocondriais. Depois de entrarem na matriz na forma protonada, eles podem liberar um próton, assim dissipando o gradiente de prótons. Estabilização por ressonância desloca a carga nas formas aniônicas, tornando-as suficientemente permeantes para se difundirem de volta através da membrana, onde elas podem captar um próton e repetir o processo. Ionóforos como a valinomicina permitem que íons inorgânicos passem facilmente através das membranas. Ionóforos desacoplam a transferência de elétrons da fosforilação oxidativa, dissipando a contribuição elétrica ao gradiente eletroquímico através da membrana mitocondrial. Uma previsão da teoria quimiosmótica é que, devido ao papel da transferência de elétrons na síntese de ATP mitocondrial ser simplesmente bombear prótons para criar o gradiente eletroquímico da força próton-motriz, um gradiente de prótons artificialmente criado deveria ser capaz de substituir a transferência de elétrons no desencadeamento da síntese de ATP. Isso foi confirmado experimentalmente. Mitocôndrias manipuladas de forma a se impor uma diferença de concentração de prótons e uma separação de cargas através da membrana interna sintetizam ATP na ausência de um substrato oxidável; a força próton-motriz sozinha é suficiente para gerar a síntese de ATP.
A PERMEABILIDADE SELETIVA DA MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA NECESSITA DE TRANSPORTADORES DE TROCA
Os sistemas de difusao por troca envolvendo proteinas transportadoras que atravessam a membrana estao presentes na membrana para a troca de anions por ions OH– e de cátions por ions H+. Esses sistemas sao necessarios para a captacao e a depuracao dos metabolitos ionizados, enquanto preservam os equilibrios eletrico e osmotico. A membrana mitocondrial interna e livremente permeavel a moleculas pequenas não carregadas, como oxigenio, agua, CO2, NH3 e acidos monocarboxilicos, como o 3-hidroxibutirico, o acetoacetico e o acetico, sobretudo nas suas formas nao dissociadas e mais lipossoluveis. Os acidos graxos de cadeia longa sao transportados para dentro das mitocondrias por meio do sistema carnitina; tambem existe um carreador especial para o piruvato, envolvendo um simporte que utiliza o gradiente de H+ de fora para dentro da mitocondria. No entanto, anions dicarboxilato e tricarboxilato (p. ex., malato, citrato) e aminoacidos requerem transportadores especificos ou sistemas carreadores para facilitar a passagem atraves da membrana.
O transporte de anions dicarboxilicos e tricarboxilicos esta intimamente ligado ao do fosfato inorganico, o qual penetra prontamente como o ion H2PO4 – em troca de OH–.
A captacao liquida de malato pelo transportador de dicarboxilato requer o fosfato inorganico para a troca na direcao oposta. A captacao liquida de citrato, isocitrato ou cis-aconitato pelo transportador de tricarboxilatos requer malato em troca.
O transporte de α-cetoglutarato tambem exige uma troca por malato. O transportador de nucleotideo de adenina permite a troca de ATP e ADP, mas nao de AMP. Isso e vital para a saída de ATP da mitocondria para os locais extramitocondriais, onde sera utilizado, e para o retorno de ADP para a producao de ATP dentro da mitocondria. Como, nessa translocacao, quatro cargas negativas sao removidas da matriz
para cada tres captadas, o gradiente eletroquimico através da membrana (a forca proton-motora) favorece a exportação de ATP. O Na+ pode ser trocado pelo H+, dirigido pelo gradiente de protons. Acredita-se que a captacao ativa de Ca2+ pelas mitocondrias ocorra com transferencia de carga liquida de 1 (uniporte de Ca+), possivelmente atraves de antiporte Ca2+/H+. A liberacao de calcio a partir das mitocondrias e facilitada pela troca por Na+.
Os ionoforos permitem que cátions especificos penetrem nas membranas:
Os ionoforos sao moleculas lipofilicas que se complexam com cations especificos e facilitam seu transporte atraves de membranas biologicas, como, por exemplo, a valinomicina (K+). Os desacopladores classicos, como o dinitrofenol, sao, na verdade, ionoforos de protons.
Uma transidrogenase translocadora de protons e uma fonte de NADPH intramitocondrial:
A transidrogenase ligada a energia, uma proteina da membrana mitocondrial interna, acopla a passagem de prótons a favor do gradiente eletroquimico de fora para dentro da mitocondria, com a transferencia de H do NADH intramitocondrial para o NADPH por enzimas intramitocondriais, como a glutamato desidrogenase e as hidroxilases envolvidas na sintese de esteroide.
A oxidação do NADH extramitocondrial e mediada por lancadeiras de substrato:
O NADH nao consegue penetrar na membrana mitocondrial, mas e produzido de forma continua no citosol pela 3-fosfogliceraldeido desidrogenase, uma enzima da via glicolitica. No entanto, sob condicoes aerobias, o NADH extramitocondrial nao se acumula, e presume-se que seja oxidado pela cadeia respiratoria nas mitocondrias. A transferência de equivalentes redutores atraves da membrana mitocondrial requer pares de substratos ligados por desidrogenases adequadas em cada lado da membrana mitocondrial. O mecanismo de transferencia que utiliza a lançadeira de glicerolfosfato. Como a enzima mitocondrial esta ligada a cadeia respiratoria por meio de uma flavoproteina, em vez de por NAD, apenas 1,5 mol de ATP, e nao 2,5 moles, e formado por atomo de oxigenio consumido. Embora esse transportador esteja presente em alguns tecidos (p. ex., encefalo, musculo branco), em outros (p. ex., musculo cardiaco) ele e deficiente. Portanto, acredita- se que o sistema lancadeira de malato apresenta uma utilidade mais universal. A complexidade desse sistema se deve a impermeabilidade da membrana mitocondrial ao oxalacetato, o qual deve reagir com o glutamato para formar aspartato e α-cetoglutarato por transaminacao antes do transporte atraves da membrana mitocondrial e da reconstituicao a oxalacetato no citosol.
RESUMO
- Quase toda a energia liberada a partir da oxidacao de carboidratos, lipideos e proteinas e disponibilizada nas mitocondrias como equivalentes redutores (—H ou e–). Estes sao afunilados na cadeia respiratoria, onde sao transmitidos por um gradiente redox de transportadores ate sua reacao final com o oxigenio para formar agua.
- Os transportadores redox sao agrupados em quatro complexos na cadeia respiratoria da membrana mitocondrial interna. Tres dos quatro complexos sao capazes de usar a energia liberada no gradiente redox para bombear protons para fora da membrana, criando um potencial eletroquimico entre a matriz e o espaco intermembrana.
- A ATP-sintase atravessa a membrana e atua como um motor giratório que emprega a energia potencial do gradiente de prótons ou a forca proton-motora para sintetizar ATP a partir de ADP e Pi. Dessa maneira, a oxidacao esta firmemente atrelada a fosforilacao para satisfazer as necessidades de energia da celula. Como a membrana mitocondrial interna e impermeavel aos prótons e a outros ions, os transportadores de troca especiais atravessam a membrana para permitir que ions como OH–, ATP4–, ADP3– e metabolitos atravessem sem descarregar o gradiente eletroquímico atraves da membrana.
Aceptoresde hidrogênio da cadeia respiratória
As moléculas de NAD, de FAD e de citocromos que participam da cadeia respiratória captam hidrogênios e os transferem, através de reações que liberam energia, para um aceptor seguinte. Os aceptores de hidrogênio que fazem parte da cadeia respiratória estão dispostos em sequência na parede interna da mitocôndria.
O ultimo aceptor de hidrogênios na cadeia respiratória é a formação de moléculas de ATP, processo chamado de fosforilação oxidativa. Cada molécula de NADH2 que inicia a cadeia respiratória leva à formação de três moléculas de ATP a partir de três moléculas de ADP e três grupos fosfatos como pode ser visto na equação a seguir:
 1 NADH2 + ½ O2 + 3 ADP + 3P 1 H2O + 3 ATP + 1 NAD
Já a FADH2 formado no ciclo de Krebs leva à formação de apenas 2 ATP.
 
 1 FADH2 + ½ O2 + 2 ADP + 2P 1 H2O + 2 ATP + 1 FAD
PRODUÇÃO DE ENERGIA PELO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO: Dois átomos de carbono entram no ciclo na forma de acetii-CoA e o deixam na forma de C02. O ciclo não envolve consumo ou produção de líquidos de oxalacetato ou de qualquer outro intermediário. Quatro pares de elétrons são transferidos durante uma volta do ciclo: três pares de elétrons reduzem NAD+ a NADH e um par reduz FAD a FADH2. A oxidação de um NADH pela cadeia transportadora de elétrons leva à formação de aproximadamente três ATPs, enquanto a oxidação do FADH2 gera cerca de dois ATPs. O total de ATPs produzidos na oxidação de uma acetii-CoA. 
FUNÇÃO: O ciclo do ácido cítrico (também chamado ciclo de Krebs ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos) desempenha diversos papéis no metabolismo. É a via final para a qual converge o metabolismo oxidativo de carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos, seus esqueletos carbonados sendo convertidos em C02 e H20. Essa oxidação fornece energia para a produção da maior parte do ATP na maioria dos animais, incluindo humanos. O ciclo ocorre totalmente na mitocôndria e está, portanto, bastante próximo das reações de transporte de elétrons, as quais oxidam as coenzimas reduzidas, produzidas pelo ciclo. O ciclo do ácido cítrico é, assim, uma via aeróbica, pois o 02 é necessário como aceptor final dos elétrons. O ciclo do ácido cítrico também participa em diversas reações sintéticas importantes. Por exemplo, o ciclo funciona na formação de glicose a partir de esqueletos carbonados de alguns aminoácidos e fornece blocos constitutivos para a síntese de alguns aminoácidos (veja a pág. 265) e do heme. Além disso, intermediários do ciclo do ácido cítrico podem ser sintetizados pelo catabolismo de alguns aminoácidos. Portanto, esse ciclo não deve ser visto como um ciclo fechado, mas sim como um ciclo de tráfego, com compostos que entram e saem de acordo com as necessidades do organismo.
Objeitvo 3:
MUITAS SUBSTANCIAS TOXICAS INIBEM A CADEIA RESPIRATORIA
Grande parte das informacoes a respeito da cadeia respiratoria foi obtida por meio do uso de inibidores e, em contrapartida, isso gerou o conhecimento sobre o mecanismo de acao de diversas substancias toxicas. Elas podem ser classificadas
como inibidoras da cadeia respiratoria, inibidoras da fosforilacao oxidativa ou desacopladoras da fosforilacao oxidativa. Os barbituricos, como o amobarbital, inibem o transporte de eletrons pelo Complexo I ao bloquear a transferencia de Fe-S
para Q. Na dose suficiente, eles sao fatais in vivo. A antimicina A e o dimercaprol inibem a cadeia respiratoria no Complexo III. As substancias toxicas classicas H2S, monoxido de carbono e cianeto inibem o Complexo IV e podem, como consequencia,
interromper completamente a respiracao. O malonato e um inibidor competitivo do Complexo II. O atractilosideo inibe a fosforilacao oxidativa ao inibir o transportador de ADP para dentro e o de ATP para fora da mitocondria O antibiotico oligomicina impede completamente a oxidacao e a fosforilacao ao bloquear o fluxo de protons por meio da ATP-sintase. Os desacopladores dissociam a oxidacao na cadeia respiratoria da fosforilacao. Esses compostos sao tóxicos in vivo, tornando a respiracao descontrolada, pois a velocidade nao e mais limitada pela concentracao de ADP ou de Pi. O desacoplador que tem sido utilizado com maior frequencia e o 2,4-dinitrofenol, mas outros compostos atuam de maneira similar. A termogenina (ou proteina desacopladora) e um desacoplador fisiologico encontrado no tecido adiposo marrom que funciona para gerar o calor corporal, principalmente para recem-nascidos e durante a hibernacao em animais.
Inibição da reação pelo produto: O produto da reação catalisada pelo citrato sintase, o citrato é um inibidor competitivo pela
ligação do oxalacetato ao centro catalítico da enzima.
Inibição alostérica: Altas concentrações de ATP inibem a isocitrato desidrogenase.
Inibição do tipo feed-back: Altas concentrações de succinil-CoA (“downstream” no ciclo) competem com acetil CoA para ligação ao centro catalítico da piruvato desidrogenase.
Citrato sintase:
Inibidores: Succinil-CoA - é um intermediário do ciclo de Krebs. Mais concretamente, é o 4ª intermediário do ciclo de Krebs, ou seja, é formado numa reação posterior à reação que estamos a considerar. Sendo assim, se temos uma acumulação de intermediários formados em reações posteriores, faz todo o sentido que esses possam inibir as primeiras reações da via metabólica em causa, neste caso a primeira.
Citrato - é o produto da reação, pelo que faz sentido que iniba a sua síntese.
ATP - o ciclo de Krebs é uma via catabólica, ou seja, tem como objetivo produzir energia (ATP). Se a célula já tiver energia, o processo é inibido.
NADH - o raciocínio é equivalente ao feito para o ATP. Ou seja, o NADH tem um potencial energético elevado, pois na respiração celular pode levar à produção de ATP, pelo que é lógico que funcione como um inibidor do ciclo de Krebs.
Ácidos gordos -CoA de cadeia longa - não está completamente esclarecido o papel inibitório dos ácidos gordos de cadeia longa no ciclo de Krebs, mas pensa-se que essa propriedade está relacionada com o facto de funcionarem como detergentes, pois são compostos anfipáticos, compostos por uma parte polar (grupo carboxílico) e uma parte apolar (cadeia hidrocarbonada). O ácido oléico (18 carbonos e uma ligação dupla no carbono 9) aparenta ser o principal ácido gordo inibidor da citrato sintase.
Isocitrato desidrogenase:
Inibidores: Succinil-CoA - o raciocínio que foi efetuado para a citrato sintase aplica-se nesta situação.
ATP - o raciocínio que foi efetuado para a citrato sintase aplica-se nesta situação.
NADH - o raciocínio que foi efetuado para a citrato sintase aplica-se nesta situação.
Alfa-cetoglutarato desidrogenase:
Inibidores: Succinil-CoA - é o produto da reação, pelo que faz sentido que iniba a sua síntese.
ATP - o raciocínio que foi efetuado para a citrato sintase aplica-se nesta situação.
NADH - o raciocínio que foi efetuado para a citrato sintase aplica-se nesta situação.