Estudo dirigido P2 - Ciclo de Krebs e CTE - Thiago UNIG

Prévia do material em texto

Estudo dirigido para P2 – Bioquímica Médica – 2019-2
Temas: Ciclo de Krebs e Cadeia transportadora de elétrons
O complexo da piruvato desidrogenase é um sistema multienzimático que faz a conexão entre a via glicolítica e o ciclo de Krebs. Explique a regulação deste complexo e como está relacionado ao processo de fermentação lática.
No complexo piruvato-desidrogenase ocorre uma reação que liga a via glicolítica ao ciclo de Krebs. Portanto, o complexo piruvato desidrogena é a primeira reação importante que ocorre dentro da mitocôndria antes de entrar no ciclo de Krebs. Essa reação é catalisada pela piruvato desidrogenase que converte piruvato em acetil -CoA. 
A piruvato desidrogenase nesta reação produz NADH pela transferência de elétrons e prótons do piruvato para o NAD+. Portanto essa enzima precisa de NAD+ disponível e se não tiver oxigênio disponível, não há reciclagem de NADH para NAD+ e o ciclo de Krebs não ocorre e o piruvato vai para a fermentação lática. Além do NADH, altas concentração de ATP, acetil -CoA e ácidos graxos também inibem o ciclo de Krebs desviando o piruvato para a fermentação lática.
Qual a importância metabólica do ciclo de Krebs? Qual a relação entre o funcionamento do ciclo de Krebs e o suprimento de O2?
No ciclo de Krebs algumas enzimas necessitam de NAD+ e FAD+ para produzirem NADH e FADH2, mas sem oxigênio não ocorre a reciclagem do NADH e do FAH2 e as enzimas que utilizam essas moléculas param de funcionar. Consequentemente, o ciclo de Krebs não funciona e o piruvato segue para a fermentação lática. Portanto, quando a célula não tem suprimento adequado de oxigênio como na atividade física intensa, o correrá a produção de lactato pela fermentação lática.
Explique a regulação do ciclo de Krebs, destacando as etapas de regulação com as enzimas catalisadoras.
1° Reação: que é catalisada pela enzima citrato sintase é inibida por altas concentrações de NADH, ATP, acetil-CoA e ácidos graxos. Entretanto, a enzima é ativada por altas concentrações de AMP, NAD+ e Ca2+. 
3° Reação: é catalisada pela isocitrato desidrogenase que é inibida por altas concentrações de ATP e NADH. Porém tem a sua atividade aumentada em altas concentrações de Ca2+ e ADP. 
4° Reação: é catalisada pela alfa-cetoglutarato desidrogenase que é inibida por compostos arsênicos (arsenato e arsênio), succinil-CoA e NADH. Já altas concentrações de Ca2+ ativa a enzima.
A cadeia transportadora de elétrons é uma via que finaliza o processo de respiração celular aeróbica e representa a principal etapa de produção energética em forma de ATP. Quais são os componentes da CTE e o local intracelular?
Esses componentes est ão na membrana interna da matriz mitocondrial. 
Componentes móveis: ubiquinona e citcromo C.
Componentes fixos: Complexo 1: NADH – Ubiquinona óxido redutase; Complexo 2: Succinato ubiquinona óxido redutase; Complexo 3: Citocromo C óxido redutase; Complexo 4: Citocromo C oxidase; Complexo 5: ATP- sintetase.
Explique que tipo de reação bioquímica ocorre no processo de transferência de elétrons na cadeia, destacando como a energia do transporte de elétrons está relacionada a produção de ATP.
Durante o transporte de elétrons entre os complexos, os prótons são bombeados da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar gerando diferença de gradiente, ou seja, maior concentração de prótons fora e menor concentração de prótons dentro, o que aumenta o pH dentro da matriz mitocondrial.
Os prótons são bombeados para o espaço intermembranar com gasto de energia proveniente do transporte de elétrons pelos complexos 1, 3 e 4. Os prótons voltam para a matriz mitocondrial a favor do gradiente, ou seja, sem gasto de energia. Porém, a membrana interna é impermeável aos prótons e eles passam para a matriz através do complexo 5 que é um a ATP-sintetase, ou seja, ela é especializada em utilizar a energia proveniente da passagem de prótons do espaço intermembranar para a matriz mitocondrial na forma de ATP.
Explique, bioquimicamente, o caminho diferencial da oxidação do NADH e do FADH2. Como pode ser justificada a produção menor de ATP pelo FADH2 em comparação ao NADH?
O diferencial está no caminho percorrido por cada molécula.
O caminho do NADH é: complexo 1, ubiquinona, complexo 3, complexo 4 e por fim produz água. 
O caminho do FADH é: complexo 2, ubiquinona, complexo 3, complexo 4 e por fim produz água. 
 
Desta forma, cada NADH contribui com 10 prótons para o espaço intermembranar, pois são liberado para o espaço intermembranar 4 prótons no complexo 1, 4 prótons no complexo 3 e 2 prótons no complexo 4. 
Já cada FADH2 contribui com 6 prótons para o espaço intermembranar: 4 prótons no complexo 3 e 2 prótons. O complexo 2 não atravessa a membrana e por isso não consegue bombear prótons para o espaço intermembranar. 
Como são necessários 4 prótons para produzir um ATP, o NADH produz 2,5 ATP e o FADH2 produz 1,5.
Qual a função e o mecanismo exercido pelas proteínas desacopladoras?
A função da proteína desacopladora é bombear prótons do espaço intermembranar para a matriz mitocondrial. Assim, o próton quando volta para a matriz mitocondrial não passa pelo complexo 5 que é uma ATP-sintetase e, portanto, não produz energia. A proteína desacopladora não tem a capacidade de utilizar a energia proveniente do transporte à favor do gradiente para produzir ATP. A energia é liberada na forma de calor, que nos recém nascidos que possuem tecido adiposo marrom (maior quantidade de mitocôndrias) serve para garantir o controle da temperatura corporal. Animais que hibernam também utilizam esse sistema.
Explique a regulação da cadeia transportadora de elétrons, destacando os ativadores e inibidores. Cite exemplos de drogas inibidoras de complexos protéicos na CTE. O que a inibição desses complexos pode acarretar?
O ATP, produto final da CTE, quando em altas concentrações inibe a CTE.
Se houver ausência de oxigênio também há inibição da CTE, porque os componentes NADH e FADH2 vão ficar na forma reduzida e não conseguem transportar elétrons. 
A proteína desacopladora, de uma certa forma, também inibe a produção de ATP, mas não inibe a CTE. 
Drogas com o cianeto e monóxido de oxigênio inibem irreversivelmente o complexo 4 da CTE. Como a CTE é uma cadeia, portanto a inibição de uma das etapas altera a produção final e acumula substrato no início. 
Entretanto, a CTE possui ativadores como AMP e ADP, porque altas concentrações desses componentes sinaliza que há baixo nível energético intracelular.
Explique a função da cadeia transportadora de elétrons para a manutenção da respiração aeróbica em atividade, ou seja, como a CTE ajuda a manter o funcionamento de vias catabólicas?
Cadeia transportadora de elétrons é uma das etapas da respiração celular, que se caracteriza pelo transporte de elétrons em uma compilação de moléculas fixadas na membrana interna da mitocôndria de células eucarióticas até um aceptor final de elétrons, em várias etapas liberadoras de energia para a síntese de ATP. Em organismos procariotas aeróbios essas moléculas residem na membrana plasmática.
Faça a integração do metabolismo de lipídeos e de carboidratos, destacando a participação dos principais hormônios antagonistas do metabolismo energético.
O metabolismo é o conjunto de todas as reações bioquímicas catabólicas e anabólicas. A funçãodo metabolismo é a produção de ATP. Todas as vias têm como objetivo principal a manutenção em níveis ideais de ATP. O metabolismo é dividido em:
Catabolismo → produz ATP. São vias degradativas que transformam moléculas mais complexas em produtos finais menos complexos. Inicia-se com um precursor mais complexo, com uma proteína, por exemplo, e vai ter como produto final, produtos menos complexos, como aminoácidos. Essas vias vão liberar energia, pois elas iniciam com moléculas mais complexas e no final tem produtos quase que sem energia. Isso quer dizer que, ao longo do processo houve liberação de energia e essa energia saiu em forma de ATP. Hormônios: Glucagon e Adrenalina.
Anabolismo → consomeATP. É o inverso da via catabólica. Inicia-se com moléculas propulsoras menos complexas e terminam com produtos finais mais complexos. Essa reação vai depender de energia disponível. Então o ATP produzido pelo catabolismo é consumido pelo anabolismo. Hormônios: Insulina e Glucagon.