aula 4 Ciclo de Krebs

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Ciclo de Krebs
Aula 4
Ciclo do Ácido Cítrico foi proposto nos anos 30 por Hans Krebs.
Também conhecido como ciclo do ácido cítrico ou ciclo do ácido tricarboxílico (TCA)
Ciclo de Krebs
Conjunto de reações que ocorre na matriz mitocondrial com a finalidade de fornecer substratos que serão desidrogenados e descarboxilados
Quando ocorre desidrogenação, tem-se a ativação da cadeia respiratória - onde temos a síntese de H2O e ATP                                                 
  Quando ocorre descarboxilação, tem-se a liberação de CO2, principal metabólito do ciclo de Krebs. 
Ciclo de Krebs
O ciclo proporciona a formação de glicose a partir dos esqueletos de carbono dos aminoácidos (gliconeogenese)
Fornece blocos estruturais para a síntese do heme
Ciclo de Krebs
Metabolismo degradativo de carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos origina a acetil-CoA (ponto de convergência)
No metabolismo dos carboidratos - Grupo acetila tem origem no piruvato
Acetil-CoA será toda oxidada a CO2 no ciclo de Krebs, com a concomitante produção de enzimas reduzidas
Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs é também uma via central de
aproveitamento de outras
fontes metabólicas,
através de acetil-CoA
As reações do Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs
O piruvato é convertido à acetil-CoA por ação da piruvato desidrogenase
Reação irreversível – (explica por que a glicose não pode ser formada a partir da acetil-CoA na gliconeogênese)
piruvato desidrogenase
Formação do citrato: condensação do acetil-CoA juntamente com o oxalacetato, catalizada pela enzima citrato sintase, visando a formação do ácido cítrico.
Formação do isocitrato via cis-aconitato: nesta etapa, a enzima aconitase, também conhecida como hidratase, catalisa a formação reversível do citrato em isocitrato, por meio da formação intermediária do cis-aconitato. 
Oxidação do isocitrato à α-cetoglutarato e CO2: a enzima isocitrato desidrogenase catalisa a descarboxilação oxidativa do isocitrato para gerar o α-cetoglutarato. (emprega o NAD+ como receptor de elétrons)
Oxidação do α-cetoglutarato a succinil-CoA e CO2: ocorre nova reação oxidativa, onde o α-cetoglutarato é convertido e succinil-CoA e CO2 através da ação do complexo da desidrogenase do α-cetoglutarato; o NAD+ serve como receptor de elétrons, e o CoA, como carreador do grupo succinil. A energia de oxidação do α-cetoglutarato é conservada pela formação de uma ligação tioéster do succinil-CoA
Conversão do succinil-CoA em succinato: o succinil-CoA têm uma energia livre de hidrólise de sua ligação tioéster forte e negativa. 
A energia liberada na quebra dessa ligação é utilizada na síntese de uma ligação de anidrido fosfórico no ATP ou no GTP. 
Forma-se succinato por ação da enzima succinil-CoA sintetase
Oxidação do succinato a fumarato: através da ação da succinato desidrogenase, o succinato é oxidado a fumarato. 
Nos seres eucarióticos, o succinato desidrogenase ligado é fortemente ligado à membrana mitocondrial interna; nos procariotos, ela é ligada à membrana plasmática.
Hidratação do fumarato para produzir malato: é catalisada pela enzima fumarase (fumarato hidratase). 
Essa enzima é extremamente estereoespecífica; ela catalisa a hidratação da dupla ligação trans do fumarato, no entanto, não é capaz de agir no malato (isômero cis do fumarato).
Oxidação do malato a oxaloacetato: a enzima L-malato desidrogenase, ligada ao NAD, cataliza a oxidação do L-malato em oxaloacetato. 
Nas células intactas, o oxaloacetato é continuamente removido pela reação da citrato sintase, conservando deste modo, a concentração do oxaloacetato na célula em valores muito pequenos, deslocando a reação do malato desidrogenase em direção à formação de oxaloacetato.
Acetil CoA
O resultado do ciclo de Krebs é portanto: 
	Acetil-CoA + oxaloacetato + 3 NAD+ + GDP + Pi +FAD --> oxaloacetato + 2 CO2 + FADH2 + 3 NADH + 3 H+ + GTP 
Número de moléculas de ATP produzidas pela oxidação de uma molécula de acetil-CoA
Para cada NADH – 3 ATPs
Para cada FADH2 – 2 ATPs 
Rendimento de ATP
O ciclo de Krebs depende da cadeia de transporte de elétrons para reoxidação de coenzimas
Ciclo de Krebs, conversão do piruvato a acetil-CoA 
Só ocorre em condições aeróbias
Compostos intermediários do ciclo de Krebs podem ser utilizados como precursores em vias biossintéticas
Oxaloacetato e α-cetoglutarato – formam aspartato e glutamato
Succinil-CoA – precursora do grupo heme
Função Anabólica do Ciclo de Krebs
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Reações Anapleróticas
Ausência dos intermediários pode ser compensada por reações que permitem restabelecer o seu nível 
Reações anapleróticas (ou reações de preenchimento)
piruvato é convertido a oxaloacetato pela piruvato carboxilase
oxidação de longas cadeias de ácidos graxos fornece succinil-CoA
quebras de aminoácidos também geram succinil-CoA
transaminação e desaminação de aminoácidos fornecem alfa -cetoglutarato e oxaloacetato
Exemplo:
Piruvato
carboxilase
No Ciclo de Krebs
Oxaloacetato não é efetivamente consumido
Reposto pela última reação do ciclo
Teoricamente para oxidar nova molécula de acetil-CoA seria necessário aguardar a formação do oxaloacetato ao final do ciclo
Baixa velocidade de reação
A atividade da enzima piruvato carboxilase permite regular a velocidade do ciclo de Krebs
Glicólise gera piruvato – piruvato é transformado em acetil-CoA por ação da piruvato desidrogenase
Aumento da concentração de piruvato ativa a piruvato carboxilase – piruvato é convertido em oxaloacetato
Concentrações concomitantemente altas de oxaloacetato e acetil-CoA ativa a citrato sintase – início do ciclo de Krebs com alta velocidade de reação
Regulação do Ciclo de Krebs
O Ciclo de Krebs necessita do fornecimento de NAD+ e FAD pela cadeia de transporte de elétrons e síntese de ATP para manter-se ativo.
Razões NAD+/NADH e ADP/ATP são importantes– ciclo depende destes compostos
Primeiro ponto crítico
Reação catalisada pela citrato sintase
Atividade da enzima depende da concentração oxaloacetato (substrato da enzima)
Baixa concentração mitocondrial deste componente é um dos fatores limitantes da oxidação de acetil-CoA pelo ciclo
Limitação é contornada pela formação de oxaloacetato via piruvato carboxilase (converte piruvato em oxaloacetato)
Essa via é estimulada pela própria acetil-CoA (efetuador alostérico positivo da piruvato carboxilase)
Regulação do Ciclo de Krebs
Segundo ponto crítico
Reação catalisada pela isocitrato desidrogenase
Uma vez formado o citrato pode ser oxidado por meio de prévia conversão a seu isômero, o isocitrato, pela aconitase
Se a reação estiver impedida – acúmulo de citrato
“Decisão” entre oxidação e acúmulo depende da isocitrato desidrogenase
Reguladores:
ADP – efeito alostérico positivo
Níveis elevados de ADP – demonstram a necessidade celular de ATP - estimulam a enzima – leva à oxidação de citrato – aumento da velocidade do ciclo - produção de coenzimas reduzidas – ativação da fosforilação oxidativa 
NADH – efeito alostérico negativo 
Níveis de ADP diminuídos – diminui a velocidade da fosforilação oxidativa – eleva teor de NADH – inibe a isocitrato desidrogenase
Citrato acumulado flui para o citosol – inibe a fosfofrutoquinase-1 – ajusta a velocidade da glicólise à do ciclo de Krebs
Inibição da isocitrato desidrogenase assinala suprimento adequado de ATP e desvia o fluxo metabólico da oxidação para o armazenamento
Terceiro ponto crítico
Complexo α-cetoglutarato desidrogenase
Inibido por succinil-CoA, NADH e ATP
Controles secundários
Citrato sintase é inibida competitivamente por succinato-CoA
Succinato desidrogenase – inibida por oxaloacetato