Ciclo de Krebs

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CICLO DE KREBS
BIOQUÍMICA II
Profa. Dra. Jane Marlei Boeira
Roteiro da aula
3. Descarboxilação oxidativa do piruvato
4. Ciclo de Krebs: Sequência de reações
5. Regulação do Ciclo de Krebs
6. Reações relacionadas ao Ciclo de 
Krebs 
1. Introdução
2. Visão geral do Ciclo de Krebs
Um pouco de história...
 Em 1937
Hans Krebs propôs o Ciclo do Ácido Tricarboxílico
(Nobel de Fisiologia ou Medicina – 1953)
1. Introdução
Um pouco de história...
 Em 1948
Albert Lehninger descobriu que o Ciclo de Krebs ocorre 
na matriz mitocondrial (eucariotos)
Ciclo do 
Ácido 
Cítrico
Ácidos GraxosAminoácidos 
Glicogênio 
Glicose 
Piruvato 
Acetil-CoA
Glicólise 
1. Introdução
 Procariotos: Glicólise  citosol
(s/ mitocôndrias) 
CK  membrana plasmática
 Eucariotos: Glicólise  citosol
CK  mitocôndria (matriz)
Características do Ciclo de Krebs
Localização do Sistema Enzimático
2
Matriz Mitocondrial
(eucariotos)
Características do Ciclo de Krebs
Localização do Sistema Enzimático
Mitocôndria 
 O Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs ou Ciclo do 
Ácido Tricarboxílico), assim nomeado devido ao produto 
da 1ª reação (Citrato)
 É uma rota central para recuperação de energia a partir 
de vários combustíveis metabólicos
 Sua principal função é recuperar energia a partir dos 
ácidos graxos; também fornece reagentes para várias 
rotas biossintéticas
Características do Ciclo de Krebs
 Uma volta completa no ciclo produz 2 CO2, 3NADH, 1 
FADH2 e um GTP
 Piruvato derivado da glicose é dividido em CO2 e Acetil-
CoA (fragmento de 2C) que entra no Ciclo para 
oxidação
Características do Ciclo de Krebs
 É o centro comum do 
metabolismo dos carboidratos, 
ácidos graxos e aminoácidos
Importância do 
Ciclo de Krebs
Importância do Ciclo de Krebs
Produção de Acetil-CoA pelos Nutrientes
1º Estágio do Catabolismo Celular:
3
Degradação da Acetil-CoA pelo Ciclo de Krebs
Importância do Ciclo de Krebs
2º Estágio do Catabolismo Celular:
Formação de ATP
Importância do Ciclo de Krebs
3º Estágio do Catabolismo Celular:
Acetil-CoA
A acetil-CoA doa 
8 elétrons e 2 C 
para o Ciclo de 
Krebs
Fontes da Acetil-CoA
Precursores Gerais
Glicogênio
Glicose
Piruvato
Triacilglicerol Proteína
AminoácidosÁcidos Graxos
Acetil-CoA
Glicogenólise
Glicólise
Lipólise
b-Oxidação
Proteólise
Desaminação e
Oxidação
Corpos cetônicos Etanol
 É um ciclo metabólico, pois o oxaloacetato, que inicia a 
via metabólica, sofre transformações e é regenerado no 
final do ciclo
 NADH e FADH2 produzidos são os doadores de elétrons 
p/ a CTE acoplada ao O2. Devido a esta conexão, o 
Ciclo de Krebs é considerado parte do metabolismo 
aeróbico.
Características do Ciclo de 
Krebs
Amido
Triacil
gliceróis
Proteínas
Aminoácidos
Glicose
Ácidos
Graxos
Acetil-CoA
Acetoacetil-
CoA
Glicose
Lipídios
Proteínas
Aminoácidos
Glicídios
Ciclo de 
Krebs
Características do Ciclo de Krebs
O Ciclo de Krebs é um Processo Anfibólico 
4
Visão geral do 
Ciclo de Krebs
Ciclo do 
Ácido Cítrico
NADH
NADH
NADH
NADH
FADH2
GTP
Síntese da Acetilcoenzima A 
(Acetil-CoA) a partir da 
descarboxilação do Piruvato
Descarboxilação Oxidativa 
do Piruvato
 É uma ponte entre a via glicolítica e o ciclo de Krebs
 Descarboxilação do Piruvato forma acetil-CoA, com 
liberação de CO2
Piruvato
Complexo piruvato
desidrogenase (E1 + E2 + E3)
Acetil-CoA
Piruvato-
desidrogenase
(E1)
Enzimas do
Complexo
Coenzimas Vitaminas da
Coenzima
Di-hidrolipoil-
transacetilase
(E2)
Diidrolipoil-
desidrogenase
(E3)
Tiamina
Pirofosfato(TPP)
Ác. Lipóico,
HS-CoA
FAD,
NAD
B1
Ácido
pantotênico
Riboflavina(B2),
Niacina(B3)
5
Piruvato-
desidrogenase
Diidrolipoil-
transacetilase
Diidrolipoil-
desidrogenase
Piruvato perde 
CO2 e é formado 
HETPP
O grupo Hidroxietil 
é trasferido para o 
ác lipóico e oxidado 
p/ formar acetil 
diidrolipoamida
O grupo acetil é 
transferido p/ CoA
1 2 3
HETPP= Hidroxietil-Tiamina Pirofosfato
Mecanismo do Complexo Piruvato
Desidrogenase
Diidrolipoamida é 
reoxidada por NAD+
4
Controle da descarboxilação 
do piruvato
Piruvato Acetil-CoA
(+)
Piruvato
ADP
Acetil-CoA/HS-CoA
NADH/NAD+
(-)
Avitaminose B1 (beribéri)
Deficiência
de Vit. B1 Deficiência de TPP
Aumento da conc. de
Piruvato e Ác. Lático
no sangue
Inibição da 1a
fase da descarboxilação
do Piruvato
Reações do Ciclo 
de Krebs
Seqüência de Substratos
1
2a
2b
3a
3b
Acetil-CoA
Oxalacetato Citrato Cis-aconitato
Isocitrato
Oxalosuccinato
-cetoglutarato
Succinil-CoA
4
5
6
7
8
Succinato
Fumarato
Malato
6
Reações do Ciclo de 
Krebs
 O Ciclo de Krebs inicia com a condensação da 
acetil-CoA, de 2C, (resultante da descarboxilação
do piruvato, oxidação dos ácidos graxos, 
carboidratos e aminoáciodos) com o oxaloacetato
(4C), formando o citrato (6 C)
 Esta reação é irreversível
 Reação 1: A citrato sintase catalisa a 
condensação da acetil-CoA com oxalacetato
Reações do Ciclo de 
Krebs
 Reação 2: O citrato sofre uma isomerização a
isocitrato, tendo como intermediário o cis-
aconitato.
 Ocorre em 2 etapas: são reações reversíveis e
mediadas pela mesma enzima (aconitase).
Reações do Ciclo de 
Krebs
 Ocorre uma desidratação do citrato, seguida de 
reidratação do intermediário cis-aconitato formado
2a 2b
Reações do Ciclo de 
Krebs
 A aconitase
contém um grupo 
4Fe-4S; 
 O centro de Fe-S 
atua tanto na 
ligação do substrato 
no sítio ativo, qto
na catálise da 
adição ou remoção 
do grupo de água
Reações do Ciclo de 
Krebs
 Reação 3: O isocitrato, por oxidação, forma 
oxalossuccinato (intermediário da reção) que, 
por descarboxilação, origina -cetoglutarato
 A primeira etapa é reversível e a segunda, 
irreversível
 Ambas são catalisadas pela mesma enzima 
(isocitrato desidrogenase).
Reações do Ciclo de 
Krebs
7
3
Reações do Ciclo de 
Krebs
Isocitrato-
desidrogenase
Isocitrato-
desidrogenase
3a
3b
Reações do Ciclo de 
Krebs
Isocitrato 
 Reação 4: O -cetogutarato por outra reação de 
descarboxilação oxidativa dá origem à succinil-CoA e 
CO2
Complexo -
cetoglutarato 
desidrogenase
Reações do Ciclo de 
Krebs
 Reação 5: succinil CoA por hidrólise libera 
succinato e HS-CoA; há uma fosforilação ao nível do 
substrato
Succinil-CoA 
sintetase
Reações do Ciclo de 
Krebs
 Reação 6: O succinato se oxida a fumarato
Succinato 
desidrogenase
Reações do Ciclo de 
Krebs
 A succinato desidrogenase, como a aconitase
também é uma proteína Fe-S.
 É a única enzima do CK que se localiza na 
membrana interna da mitocôndria por se ligar 
diretamente à CTE, formando um elo entre o CK e a 
formação de ATP
 O FADH2 produzido não se dissocia da enzima
 Dois elétrons do FADH2 são transferidos 
diretamente ao centro Fe-S da enzima, que por sua 
vez passa os elétrons à Coenzima Q (CoQ) da CTE
Reações do Ciclo de 
Krebs
8
Fumarase
Reação 7: hidratação do fumarato para produzir 
malato
Reações do Ciclo de 
Krebs
Malato 
desidrogenase
Reação 8: Oxidação do malato a oxalacetato 
Reações do Ciclo de 
Krebs
 Malonato, um 
análogo do succinato, 
é um potente inibidor 
competitivo da 
succinato 
desidrogenase
Reações do Ciclo de 
Krebs
Balanço Energético
do Ciclo de Krebs
3 ATP
2 ATP
3 ATP
3 ATP
CTE → NADH = 3 ATPs; FADH2 = 2 ATPs
Fosforilação ao 
nível de substrato
GTP=1
Balanço Energético do Ciclo de Krebs
3 NADH C.R. ~ 9 ATP
C.R. ~ 2 ATP1 FADH2
1 Fosforilaçãoao 
nível do substrato
1 ATP
TOTAL : ~ 12 ATP
Observação: De acordo com a hipótese quimiosmótica, a síntese de 
ATP, na fosforilação oxidativa, acontece no complexo ATP sintase devido 
ao gradiente de prótons entre a matriz mitocondrial e o espaço 
intermembrana criado pelo sistema de transferência de elétrons.
A quantidade de ATP formado por átomo de O2 consumido a partir de um 
NADH é de 2,5 e de um FADH2 1,5. No entanto a medida real, a partir de 
mitocôndrias isoladas é de aproximadamente 3 e 2, respectivamente, a 
partir do NADH e do FADH2.
9
Total de 38 ATPs
38 moléculas de 
ATP, em condições 
aeróbicas, são 
geradas a partir 
de uma molécula 
de glicose
Regulação do
Ciclo de Krebs
Regulação do Ciclo de 
Krebs
 A capacidade do ciclo de Krebs de gerar 
energia é altamente regulada:
 Disponibilidade de substratos
 Necessidade de intermediários do ciclo
 Demanda de ATP e NADH (produto do 
ciclo)
 Capacidade das enzimas do ciclo
Pontos de 
controle do 
CK
Complexo piruvato
desidrogenase
Citrato
sintase
Isocitrato
desidrogenase
-cetoglutarato
desidrogenase
Pontos de controle do 
Ciclo de Krebs
 Três pontos de controle no ciclo e um fora 
do Ciclo:
 Complexo Piruvato-desidrogenase: ponto 
de regulação fora do Ciclo
 catalisa a reação do piruvato à acetil-CoA, 
necessária p/ a 1a reação
 inibida p/ ATP, NADH, acetil-CoA
 Citrato-sintase (1o sítio regulador do Ciclo) 
 enzima alostérica inibida p/ ATP, NADH, 
Succinil-CoA e Citrato (produto)
 Isocitrato-desidrogenase (2o sítio regulador)
 inibida p/ ATP e NADH
 ADP e NAD+ são ativadores alostéricos da 
enzima
 Complexo -cetoglutarato-desidrogenase
(3o sítio regulador)
 ATP, NADH e succinil-CoA são inibidores
 ADP e NAD+ são ativadores
Pontos de controle do 
Ciclo de Krebs
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Relação entre o estado metabólico 
de uma célula e as relações de 
ATP/ADP e de NADH/NAD+
 Células em estado metabólico de repouso
Necessitam e usam comparativamente pouca energia; 
Alto ATP, baixos níveis de ADP; implicam alto (ATP/ADP); 
Alto NADH, baixos níveis de NAD+: implicam alto 
(NADH/NAD+)
 Células em estado metabólico ativo
Necessitam e usam mais energia do que as células em 
repouso;
Baixo ATP, níveis de ADP altos: implicam em baixo 
(ATP/ADP); baixo NADH, altos níveis de NAD+: implicam em 
baixo (NADH/NAD+)
Inibição do 
Ciclo de Krebs
Inibição do Ciclo de Krebs
 Numerosos compostos podem inibir o Ciclo de 
Krebs. Três inibições são bem características:
Fluoracetato
Arsenito
Ácido Malônico
Fluoracetato
 O fluoracetato, uma substância que não é 
intrinsicamente tóxica, forma com o 
oxaloacetato, o fluorocitrato, numa reação 
catalisada pela citrato sintetase. 
 O fluorocitrato é extremamente tóxico por inibir 
competitivamente a aconitase, resultando em 
acúmulo de citrato, inibindo o ciclo. 
 É um típico exemplo de síntese letal.
Síntese Letal
Fluoracetato
CH3-COOF
+
+H2O
citrato sintetase
Inibidor
aconitase
CO-COOH
CH2-COOH
oxaloacetato CH2-COOH
CH2-COOH
HO-C-COOH
citrato
F-CH2-COOH
CH2-COOH
HO-C-COOH
Fluorcitrato
Ácido Malônico 
(Malonato)
 A succinato desidrogenase é inibida 
competitivamente pelo ácido malônico
FADox FADH2
succinato
desidrogenase
CH2-COOH
CH2-COOH
succinato
COOH
COOH
malonato
CH2
CH-COOH
CH-COOH
fumarato
Inibição 
Competitiva
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Arsenito
 Descarboxilação oxidativa do piruvato e do -
cetoglutarato são etapas inibidas pelo arsenito
(H2AsO3), que se combina com os grupos -SH do 
lipoato, uma das coenzimas das enzimas 
complexo piruvato desidrogenase e
-cetoglutarato desidrogenase, respectivamente.
Reações 
relacionadas ao 
Ciclo de Krebs
Ácidos graxos de 
cadeia ímpar
Ácidos 
graxos
Funções 
anfibólicas 
do Ciclo de 
Krebs
Relação do CK com Outras Vias
 A acetila-CoA tem origem na degradação de: 
glicose, ácidos graxos, glicerol e diversos 
aminoácidos
 O -cetoglutarato, fumarato, malato e 
oxaloacetato formam-se a partir de compostos de 
fora do CK, como aminoácidos e ác. graxos com 
no ímpar de carbonos. 
Glicídios
Lipídios
Aminoácidos
Acetil-CoA
Aspartato Oxaloacetato
Histidina
Prolina
Hidroxiprolina
Arginina
Glutamato -cetoglutarato
Isoleucina
Metionina
Valina
Propionato
Succinil-CoA
Tirosina
Fenilalanina
Fumarato
Oxaloacetato Aspartato
Glicose
Citrato Ácidos Graxos
-cetoglutarato Glutamato
Succinil-CoA Heme
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Rotas que utilizam 
intermediários do CK
 São ditas reações catapleróticas
(esvaziamento). São elas:
 Biossíntese da glicose (gliconeogênese) –
utiliza oxaloacetato
 Síntese de ácidos graxos (citosol) – necessita 
de acetil-CoA
 Biossíntese de aminoácidos – utiliza -
cetoglutarato e oxaloacetato como substratos
Rotas que reabastecem o CK 
(Reações Anapleróticas) 
 Em organismos aeróbicos, o CK é a principal 
fonte de energia livre; por isso, a função 
catabólica do ciclo não pode ser interrompida: 
intermediários que foram desviados devem ser 
reabastecidos
 Reação mais importante: 
Piruvato + CO2 + ATP + H2O → Oxaloacetato + ADP + Pi
(1ª etapa da gliconeogênese)
Vias anapleróticas do Cico de Krebs
Reações Anapleróticas do 
Ciclo de Krebs
Fígado, rins
Coração, músc 
esqueletico
Plantas sup., 
leveduras, bact.
Amplamente distr 
em eucariotos e 
procariotos
Tecidos/organismos
Piruvato carboxilase
PEP carboxilase
PEP carboxilase
Enzima málica
Ciclo do Glioxilato
 Uma variante do CK p/ plantas e bactérias 
 Plantas estocam carbono em sementes, na 
forma de óleo
 O ciclo do glioxilato permite as plantas 
usarem Acetil-CoA derivada da β-oxidação de 
Ác. Graxos p/ síntese de carboidratos
 Animais não podem fazer isto! Acetil-CoA é 
totalmente oxidada a CO2
 Malato é usado na gliconeogênese
Ciclo do Glioxilato
 Nas plantas, duas enzimas são responsáveis 
pela produção de glicose: isocitrato-liase e 
malato-sintase. 
 A primeira cliva o isocitrato, produzindo 
glioxilato e succinato;
 A segunda, catalisa a reação do glioxilato com 
acetil-CoA, produzindo malato
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Ciclo do Glioxilato
Glioxissomo Citosol Mitocôndria 
Glioxissomo 
Mitocôndria 
Ciclo do 
Glioxilato
 Os vertebrados não possuem a isocitrato 
liase e a malato sintase, por isso não podem 
realizar a síntese da glicose a partir de lipídios
 Essas enzimas permitem a conversão do TAG 
das sementes em acetil-CoA e daí em glicose 
durante a germinação
 Organismos que não realizam o ciclo do 
glioxilato não podem converter Acetil-CoA em 
Glicose
Ciclo do Glioxilato Referências
 CAMPBELL, M.K. Bioquímica. Editora ARTMED, POA, 
2000.
 DEVLIN, T.M. Manual de Bioquímica com correlações 
clínicas.Ed. Edgar Blücher Ltda, S.P. 2008. 
 LEHNINGER, L. A.; COX,N. Princípios de Bioquímica 
2ª ed., Editora Savier, S.P. 2002
 STRYER, L. Bioquímica. Guanabara Koogan, 2004
 VOET, D.; JUDITH G; CHARLOTTE W. Fundamentos 
de Bioquímica. Ed. ArtMed, POA-RS, 2006.