Ciclo de Krebs

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Ciclo de Krebs
Zilda Figueirêdo – 2012.2
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Azevedo, AMP
Visão geral do ciclo de Krebs (TCA)
Funções do TCA
Entrada do piruvato no TCA
Reações do TCA
Balanço Energético do TCA
Regulação do TCA
Relações do Ciclo de Krebs com outras vias metabólicas
Função anabólica do TCA
Reações anapleróticas
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Azevedo, AMP
Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs é também conhecido como Ciclo do Ácido Cítrico (CAC) ou Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos (TCA).
Ponto de convergência do metabolismo celular aeróbico. 
Ponto de partida: Acetil CoA
É um ciclo metabólico, pois o oxaloacetato, que inicia a via metabólica, sofre transformações e é regenerado no final do ciclo.
O ciclo é formado por uma série de reações que oxidam o acetil-CoA em CO2 e H2O de modo a conservar a energia livre liberada para produção de ATP.
O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial.
É uma via anfibólica pois atua tanto no catabolismo como no anabolismo.
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Azevedo, AMP
Funções do Ciclo de Krebs
Oxidar acetil-CoA em CO2 e H2O.
Fornecer elétrons para a Cadeia Respiratória e, sendo assim, é um grande gerador de energia (ATP).
Alguns de seus intermediários são precursores de compostos bioquimicamente importantes. 
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Azevedo, AMP
• O Piruvato formado no citosol como produto da glicólise é transportado pela Piruvato translocase (proteína transportadora presente na membrana mitocondrial interna) para a mitocôndria.
• Para entrar no TCA, ele deve ser convertido em acetilCoA.
• A conversão do piruvato a acetilCoA é catalisada por um complexo enzimático piruvato desidrogenase (PDH) localizado na mitocôndria.
Entrada de piruvato no TCA
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Azevedo, AMP
Complexo piruvato desidrogenase (PDH)
O complexo piruvato desidrogenase contem 3 enzimas que estão associadas de forma não covalente:
E-1 : Piruvato desidrogenase, usa TPP como cofator
E-2 : Diidrolipoil transacetilase, ligada ao ác lipoico, CoA como substrato
E-3 : Diidrolipoil desidrogenase , ligada ao FAD, NAD+ como substrato
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Azevedo, AMP
Complexo piruvato desidrogenase (PDH)
– descarboxilação do piruvato. O piruvato se complexa com TPP e perde CO2 formando hidroxietil-TPP.
– o grupo hidroxietil-TPP é oxidado e transferido para um átomo de enxôfre, formando uma ligação tioester. A lipoamida é reduzida a diidrolipoamida.
– o grupo acetila é transferido para o grupo sulfidrila da CoASH cofator de E2, participa na reação de transferência de grupo e remove uma unidade de 2C como acetilSCoA, deixando a lipoamida ligada a E2.
– oxidação da diidrolipoamida. O cofator de E3 (FAD) se torna reduzido a FADH2 e a lipoamida é reconvertida a sua forma oxidada.
- Hidrogênios do FADH2 são transferidos ao NAD+ para gerar NADH e H+. Isto regenera o complexo PDH. 
E1 – piruvato desidrogenase catalisa as etapas 1 e 2
E2 – dihidrolipoil transacetilase catalisa a etapa 3
E3 – dihidrolipoil desidrogenase catalisa a etapa 4 e 5
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Azevedo, AMP
Ciclo de Krebs – visão geral
• Total of 8 etapas.
• O ciclo inicia com a condensação do Acetil CoAcom o oxaloacetato. 
 Cada um dos 2C do acetilCoA são oxidados e removidos como CO2 em 2 reações separadas.
Oxaloacetato é regenerado no final do ciclo.
 • 3 moléculas de NAD+ são reduzidas a 3 de NADH+ + H+
• 1 molécula de FAD é reduzida a FADH2
• 1 molécula de GDP é fosforilada a GTP (fosforilação a nível do substrato)
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Azevedo, AMP
Reações do ciclo de Krebs
Citrato sintase: condensação do acetilCoA com o oxaloacetato formando o citrato.
2. Aconitase: desidratação e reidratação para formar o isocitrato
2C do acetilCoA são transferidos para uma molec de 4C produzindo uma molécula de 6C e a CoA é liberada
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Azevedo, AMP
3. Isocitrato desidrogenase: oxidação e descarboxilação do isocitrato
4. -cetoglutarato desidrogenase: oxidação do KG a succinilCoA
Reações do ciclo de Krebs
CO2 é liberado formando um composto de 5C e o H transferido para o NAD+ formando NADH
Uma 2ª oxidação e descarboxilação ocorre. NADH e CO2 são produzidos
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Azevedo, AMP
5. Succinil CoA sintetase: formação do succinato
6. Succinato Desidrogenase: oxidação do succinato a fumarato
1ª das reações do ciclo que libera energia GTP
Reações do ciclo de Krebs
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Azevedo, AMP
7. Fumarase: hidratação do fumarato
8. L-Malato desidrogenase: oxidação do malato a oxaloacetato 
Reações do ciclo de Krebs
Regeneração do oxaloacetato
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Azevedo, AMP
Balanço Energético do Ciclo de Krebs
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O  2CO2 + CoA-SH + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP
Na cadeia transportadora de elétrons:
Para cada par de elétrons transferidos pelo NADH: ~3ATP são formados
Para cada par de elétrons transferidos pelo FADH2: ~2ATP são formados
1 volta no ciclo do acido citrico gera ~12 ATP
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Azevedo, AMP
Regulação do Ciclo de Krebs
 Citrato sintase – limitado pela conc de OAA.
Isocitrato desidrogenase - ativada por ADP e inibida por NADH.
 O destino do citrato depende da isocitrato desidrogenase.
 -cetoglutarato desidrogenase – inibida por succinilCoA, NADH e ATP
Controle secundário 
citrato sintase inibida por succinilCoA. 
succinato desidrogenase inibida pelo OAA.



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Azevedo, AMP
ATP, NADH, succinil-CoA
, succinil-CoA, e NADH e ativada por ADP e NAD+.
Regulação conjunta da glicólise e do Ciclo de Krebs
Jejum ou Atividade Física Prolongada (fígado)
- Acúmulo de Acetil-CoA e NADH proveniente da intensa β-oxidação
- Consumo do oxaloacetato para produção de glicose via gliconeogênese
Abundância de aporte energético
Inibição das enzimas por excesso de ATP e excesso de coenzimas reduzidas – NADH e FADH2.
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Azevedo, AMP
O complexo PDH é regulado alostericamente e por fosforilação.
• Controle alostérico 
acetil-CoA, NADH e ATP são inibidores
CoA-SH, NAD e AMP são ativadores.
• Fosforilação covalente do PDH inativa o complexo e desfosforilação resulta em ativação. 
• ATP, NADH e acetilCoA elevados ativam a PDH cinase
• Insulina, NAD+ e ADP ativam a PDH fosfatase.
Regulação do Complexo PDH
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Azevedo, AMP
Destinos do piruvato
A inibição do PDH limita os destinos do piruvato.
 
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Azevedo, AMP
Envenenamentos
O Arsênico na forma de sais de arsenito (AsO33-) ou sais orgânicos é tóxico porque se liga covalentemente a sulfidrilas, especialmente as vicinais, como no caso das lipoamidas, presentes na piruvato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase.
O fluoracetato (acetato fluorado), presente nas folhas de certas plantas venenosas na África, Austrália e América do Sul é tóxico porque é convertido a fluoracetil-CoA e então convertido a fluorcitrato pela citrato sintase um inibidor da aconitase. 
Inibição do Ciclo de Krebs
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Azevedo, AMP
Fluoracetato
O fluoracetato, uma substância que não é intrinsicamente tóxica, forma com o oxaloacetato, o fluorocitrato, numa reação catalisada pela citrato sintetase. Esta substância é um composto extremamente tóxico por inibir competitivamente a aconitase. É um típico exemplo de síntese letal.
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Azevedo, AMP
Ácido Malônico
A succinato desidrogenase é inibida competitivamente pelo ácido malônico.
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Azevedo, AMP
Relações do Ciclo de Krebs com outras vias metabólicas
O Ciclo de Krebs tem a característica de uma via anfibólica, isto é, degrada o acetil-CoA em dióxido de carbono e água (catabolismo) mas alguns de seus intermediários são utilizados para a síntese de outros compostos (anabolismo).
Quando os intermediários do ciclo são usados para reações de síntese, eles precisam ser repostos por reações anapleróticas (indicadas por setas vermelhas) 
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Azevedo, AMP
 Intermediários do TCA servem de precursores para a biossíntese de biomoléculas.
• Muitos AA são sintetizados por transaminação do α-cetoglutarato. No cérebro, KG é convertido em glutamato e ácido -aminobutírico (GABA), neurotransmissores.
• Porfirinas e heme são sintetizados a partir do succinil CoA
• Transaminação do oxaloacetato forma aspartato e outros AA.
• Oxaloacetato é também precursor de purinas e pirimidinas via aspartato.
 • ácidos graxos e colesterol são sintetizados
a partir do citrato.
Função anabólica do TCA
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Azevedo, AMP
• Como os intermediários do TCA são usados no anabolismo, suas concentrações variam de acordo com a necessidade da célula.
 • As reações que repõem os intermediários do ciclo são chamadas reações anapleróticas. 
Quando a concentração de acetil-CoA que entra em Krebs aumenta, um aumento proporcional no OAA é necessário para a formação de citrato. 
Reações anapleróticas
A reação anaplerótica mais importante no fígado e nos rins é a carboxilação do piruvato para originar oxaloacetato. 
Outra reação anaplerótica importante é a carboxilação do fosfoenolpiruvato (PEP) originando oxaloacetato. 
Outras reações anapleróticas são as transaminações, de forma a obter aminoácidos (os intermediários do ciclo fornecem o esqueleto de carbonos). 
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Azevedo, AMP
Krebs vs Obesidade
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Azevedo, AMP
D. Wlodek, M. Gonzales / Journal of Theoretical Biology 225 (2003) 33–44
Inibição da aconitase   lipogênese,  lipólise  
 diminuição do fornecimento de energia 
Inibição aconitase X obesidade
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A açao do PDH limita os destinos do piruvato (oxidaçao ,conversáo em lipídeos e corpos cetonicos). O PDH conecta a glicolise ao TCA e a sintese de lipideos desempenhando um papel estrategico no controle da utilizacao daglicose como combustivel ou como precursor na biossintese de lipideos.
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A inibição da isocitrato desidrogenase assinal suprimentoo adequado de ATP e desvia o fluxo metabólico da oxidação para o armazenamento.
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The Disruption of Pyruvate Metabolism Is the Cause of Beriberi and Poisoning by Mercury and Arsenic
Beriberi, a neurologic and cardiovascular disorder, is caused by a dietary deficiency of thiamine (also called vitamin B1). The disease has been and continues to be a serious health problem in the Far East because rice, the
major food, has a rather low content of thiamine. This deficiency is partly ameliorated if the whole rice grain is soaked in water before milling some of the thiamine in the husk then leaches into the rice kernel. The problem is exacerbated if the rice is polished, because only the outer layer contains significant amounts of thiamine. Beriberi is also occasionally seen in alcoholics who are severely malnourished and thus thiamine deficient. The disease is characterized by neurologic and cardiac symptoms. Damage to the peripheral nervous system is expressed as pain in the limbs, weakness of the
musculature, and distorted skin sensation. The heart may be enlarged and the cardiac output inadequate.
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acetilCoA/CoA e NADH/NAD+ aumentam quando há intensa oxidação de AG (jejum, exercício prolongado) ativando a cinase e inibindo o PDH. No jejum também diminui a [piruvato] , o CPD fica inativo, bloquendo a oxidação da glicose
A inibição do PDH no jejum e ativ fisica favorece a utilização de AG e poupa a glicose.
A acetilCoA originada da degradação de AG não só suprime a oxidação do piruvato como também estimula a carboxilação do piruvato a OAA
No jejum as proteínas musculares são degradadas e os AA exportados como Ala. Eles transaminam com piruvato e a Ala é captada pelo fígado onde é convertida em glicose e uréia.
Quando [glicose] o PDH é desfosforilado e ativado. 
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Em condições normais, o acetil-CoA seria oxidado no Ciclo de Krebs.
Porém, no jejum, o Ciclo de Krebs funciona lentamente pois os
intermediários foram removidos para a síntese de glicose.
Desta forma, acumula-se acetil-CoA que é convertido em corpos
cetônicos.
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The citric acid cycle is the final common pathway for the aerobic oxidation of carbohydrate, lipid, and protein because glucose, fatty acids, and most amino
acids are metabolized to acetyl-CoA or intermediates of the cycle. It also has a central role in gluconeogenesis, lipogenesis, and interconversion of amino acids. Many of these processes occur in most tissues, but the liver is the only tissue in which all occur to a significant extent. The repercussions are therefore profound when, for example, large numbers of hepatic cells are damaged as in
acute hepatitis or replaced by connective tissue (as in cirrhosis).