Ciclo de Krebs

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Ciclo de Krebs 
Bioquímica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Vitória da Conquista - BA 
2017
BIOMEDICINA 
2º Semestre – Matutino 
 
Sumário 
1. Introdução............................................................................................................................ 3 
2. Desenvolvimento ................................................................................................................. 3 
2.1. Conversão de piruvato a acetil-CoA ............................................................................ 3 
2.2. Reações do ciclo de Krebs .......................................................................................... 4 
2.2.1. Condensação de acetil-CoA e oxaloacetato ........................................................ 4 
2.2.2. Citrato é isomerizado a isocitrato ......................................................................... 5 
2.2.3. Isocitrato é oxidado e descarboxilado a alfa-cetoglutarato ................................. 5 
2.2.4. Oxidação do α-cetoglutarato em succinil-CoA..................................................... 6 
2.2.5. Síntese do succinato ............................................................................................ 6 
2.2.6. Síntese do fumarato ............................................................................................. 6 
2.2.7. Hidratação do fumarato para produzir malato ..................................................... 7 
2.2.8. Regeneração do oxalacetato ............................................................................... 7 
3. Conclusão............................................................................................................................ 8 
 
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Ciclo de Krebs 
1. Introdução 
O ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs é a via comum pela qual as 
moléculas de combustível orgânico da célula são oxidadas durante a respiração 
celular. O ciclo de Krebs faz parte do processo de degradação aeróbica em 
eucariotas, conhecido como respiração celular. 
Esse processo foi postulado pela primeira vez em 1937 por Hans Krebs e 
representa uma maneira eficiente para que as células produzam energia durante a 
degradação de moléculas ricas em energia. Os elétrons removidos de produtos 
metabólicos intermediários durante o ciclo de Krebs são usados para reduzir as 
moléculas de coenzima nicotinamida adenina dinucleótida (NAD +) e flavina 
mononucleotídica (FAD) para NADH e FADH2, respectivamente (The Gale 
Encyclopedia of Science, 2004 ). 
 
2. Desenvolvimento 
2.1. Conversão de piruvato a acetil-CoA 
Nas células eucarióticas, o piruvato é transportado do citosol para a 
mitocôndria, onde é transformado em acetil-CoA pelo complexo da piruvato-
desidrogenase (CPD) condições aeróbias.. 
O processo é irreversível e consiste na transferência do grupo acetila, 
proveniente da descarboxilação do piruvato, para a coenzima A. Esta coenzima tem 
justamente a função de carregadora de grupos acila, aos quais se liga por seu grupo 
sulfidrila terminal, estabelecendo uma ligação tioéster rica em energia (MARZZOCO 
et al, 2015). 
O CPD contém três enzimas diferentes —piruvato desidrogenase, di-
hidrolipoil transacetilase e di-hidrolipoil desidrogenase — e cinco cofatores — 
tiamina pirofosfato (TPP), ácido lipoico, coenzima A (CoA), flavina adenina 
dinucleotídio (FAD) e nicotinamida adenina dinucleotídio (NAD+) (MARZZOCO et al, 
2015; VOET et al, 2013). 
A primeira etapa é a descarboxilação do piruvato e a ligação do grupo 
hidroxietila ao TPP, catalisada pela piruvato desidrogenase. Esta mesma enzima é 
responsável pela oxidação do grupo hidroxietila a acetila e sua transferência à forma 
oxidada (forma dissulfeto) do ácido lipoico, que se reduz a ácido acetil-lipoico. A 
próxima enzima do complexo, a di-hidrolipoil transacetilase, transfere o grupo acetila 
para a coenzima A, formando acetil-CoA e a forma dissulfidrila do ácido lipoico. Esta 
forma reduzida do ácido lipoico é oxidada pela terceira enzima, a di-hidrolipoil 
desidrogenase, uma flavoproteína contendo FAD, que recebe os prótons e elétrons 
4 
 
e os transfere finalmente para o NAD+, que incorpora um próton e dois elétrons. O 
NADH formado é oxidado na cadeia de transporte de elétrons (MARZZOCO et al, 
2015). 
2.2. Reações do ciclo de Krebs 
 
Fonte: Bioquímica Clínica, 2017. 
2.2.1. Condensação de acetil-CoA e oxaloacetato 
O ciclo do ácido cítrico começa com a condensação de uma unidade de 
quatro carbonos, oxaloacetato, com uma unidade de dois carbonos, o grupo acetila 
5 
 
da acetil-CoA. O oxaloacetato reage com acetil-CoA e H2O, formando citrato e CoA 
(BERG, 2014). 
Essa reação, que consiste em uma condensação aldol seguida por hidrólise, 
é catalisada pela citrato sintase. O oxaloacetato primeiro se condensa com acetil-
CoA e forma citril-CoA, uma molécula rica em energia porque contém uma ligação 
tioéster oriunda da acetil-CoA. A hidrólise de citril-CoA tioéster em citrato e CoA 
impulsiona a reação global na direção da síntese de citrato. Em suma, a hidrólise do 
tioéster possibilita a síntese de uma nova molécula a partir de dois precursores 
(BERG, 2014). 
 
2.2.2. Citrato é isomerizado a isocitrato 
O citrato é isomerizado a isocitrato, com a formação de um intermediário, o 
cis-aconitato, por ação da aconitase. O grupo hidroxila não está localizado 
apropriadamente no citrato para a descarboxilação oxidativa que ocorre 
subsequentemente. Assim sendo, o citrato é isomerizado a isocitrato para permitir 
que a unidade com seis carbonos sofra descarboxilação oxidativa. A isomerização 
do citrato é conseguida graças a uma etapa de desidratação seguida por uma etapa 
de hidratação. O resultado é a permuta de um H e um OH. A enzima catalisadora 
das duas etapas é denominada aconitase por causa de um intermediário cis-
aconitato (BERG, 2014). 
A aconitase é uma proteína ferro-enxofre ou proteína ferro não heme porque 
contém ferro que não está ligado a heme. Em vez disso, seus quatro átomos de 
ferro formam complexos com quatro sulfetos inorgânicos e três átomos de enxofre 
de cisteínas, deixando um átomo de ferro disponível para se ligar ao citrato por meio 
de um de seus grupos COO– e um grupo OH. Esse grupo Fe-S participa na 
desidratação e na reidratação do substrato ligado (BERG, 2014). 
2.2.3. Isocitrato é oxidado e descarboxilado a alfa-cetoglutarato 
A enzima isocitrato desidrogenase catalisa a reação de descarboxilação do 
isocitrato, formando CO2 e α-cetoglutarato. A isocitrato desidrogenase necessita de 
Mn+2 como cofator, cuja função é estabilizar o intermediário oxalosuccinato formado 
temporariamente na reação. A reação de catálise de isocitrato em α-cetoglutarato é 
um importante ponto de controle do ciclo, pois a isocitrato desidrogenase é uma 
enzima alostérica e sofre inibição por ATP e NADH e ativação por ADP e NAD+. 
Durante a reação, o oxalosuccinato não abandona o sítio enzimático; na verdade, a 
catálise pode ser dividida em dois passos: primeiro ocorre a oxidação do isocitrato 
em oxalosuccinato que, como referido, não deixa o sítio enzimático; e, 
posteriormente, se processa a descarboxilação do oxalosuccinato produzindo 
6 
 
finalmente α-cetoglutarato e CO2. Nessa etapa do ciclo, ocorre a formação de 
NADH: o par de elétrons perdido na oxidação do isocitrato é imediatamente aceito 
pelo NAD+ formando, então, NADH (PINTO, 2017). 
2.2.4. Oxidação do α-cetoglutarato em succinil-CoA 
O α-cetoglutarato é transformado em succinil-CoA com a formação da 
segunga molécula de CO2, graças à atuação do complexo α-cetoglutarato 
desidrogenase, semelhante ao complexo piruvato desidrogenase quanto à estruturae ao mecanismo de reação. Trata-se, em ambos os casos, da descarboxilação 
oxidativa de um α-cetoácido (piruvato ou α-cetoglutarato) e ligação do grupo 
remanescente (acetila ou succinila) à coenzima A, formando um tioéster (rico em 
energia), com participação de TPP, ácido lipoico, FAD e NAD+, que é reduzido a 
NADH. (MARZZOCO et al, 2015). 
2.2.5. Síntese do succinato 
Succinil-CoA sintetase catalisa a clivagem de succinil-CoA com a síntese de 
um nucleósido trifosfato. Essa etapa possui uma sequência de três subetapas para 
a reação da succinil-CoA-sintase de mamíferos: 
1. A succinil-CoA reage com Pi para formar succinil-fosfato e CoA (explicando 
a reação de troca de 18O). 
2. O grupo fosforila do succinil-fosfato é transferido para um resíduo de His da 
enzima, liberando succinato (explicando o resíduo de 3-fosfo-His). 
 3. O grupo fosforila é transferido da enzima para o GDP, formando GTP 
(explicando a reação de troca de nucleosídeo difosfatado) (VOET et al, 2013). 
2.2.6. Síntese do fumarato 
As reações 6, 7 e 8 têm como propósito chegar à formação do composto que 
deu início ao ciclo, o oxalacetato. 
Na etapa 6, especificamente o succinato sofre conversão em fumarato por 
meio da enzima succinato desidrogenase. A succinato desidrogenase é a única 
enzima do ciclo do ácido cítrico que se encontra ancorada na membrana 
mitocondrial interna e catalisa a reação reversível de desidrogenação do succinato. 
A reação requer o grupo FAD (em vez do NAD), que atua como aceptor de elétrons 
sendo transformado em FADH. Em decorrência da presença desse grupo fortemente 
unido de forma covalente à enzima succinato desidrogenase, ela é chamada de 
flavoproteína (por causa da flavina presente na molécula do FAD) (PINTO, 2017). 
7 
 
A análise global da reação mostra que o FAD sofre redução a FADH2, 
enquanto o succinato é oxidado em fumarato. Posteriormente, o FADH2, transfere 
seus elétrons para a cadeia transportadora de elétrons, colaborando para a 
formação do gradiente eletrônico no espaço intermembranar, que depois será 
utilizado na síntese da molécula do ATP. Os elétrons oriundos do FADH2 dão 
origem a 1,5 ATP, em vez de 2,5 ATP, como é o caso do NADH+ (PINTO, 2017). 
2.2.7. Hidratação do fumarato para produzir malato 
A sétima etapa do ciclo trata de uma hidratação reversível. Nesse processo, 
uma molécula de água incorpora-se à dupla ligação trans da molécula do fumarato, 
transformando-o em malato (Figura 14.21). A enzima que catalisa a reação é a 
fumarase (Figura 14.22), que apresenta estereoespecificidade. Embora o malato 
apresente duas formas isoméricas, L e D-malato, somente o isômero L-malato é 
produzido (PINTO, 2017). 
2.2.8. Regeneração do oxalacetato 
Conclui o CAC, uma vez que o oxalacetato que deu início à via é regenerado 
para que possa novamente unir-se a um acetato oriundo da molécula do acetil-CoA, 
sendo convertido em citrato. A etapa 8 é uma reação de oxidação mediada pela 
enzima malato desidrogenase (Figuras 14.23 e 14.24). A reação é dependente de 
NAD+ que, posteriormente, é convertido em NADH. A variação-padrão de energia 
livre para essa reação é de +6,67 kcal mol–1, indicando claramente que a formação 
de oxalacetato a partir do malato não é energeticamente favorável. No entanto, a 
imediata condensação do oxalacetato similar ao que ocorre com o acetil-CoA pela 
citrato sintase desloca o equilíbrio da reação, tornando-a favorável. De fato, a 
síntese de citrato é altamente exergônica (–7,7 kcal mol–1) de modo que a 
conversão de malato em oxalacetato é uma reação acoplada (PINTO, 2017). 
 
 
 
 
 
 
 
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3. Conclusão 
Desta forma, ciclo de Krebs é uma série 8 de reações que oxida o grupo 
acetila da acetil-CoA, proveniente da conversão do piruvato formado na glicólise, a 
duas moléculas de CO2, três NADH, um FADH e um ATP para cada molécula 
de ácido pirúvico que entrou na molécula, de forma a conservar a energia livre 
liberada para a utilização na produção de ATP (VOET et al, 2013). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Referências 
 
The Gale Encyclopedia of Science. Janeiro, 2004. Disponivel em: 
<https://www.highbeam.com/doc/1G2-3418501287.html> Acesso em: Novembro, 
2017. 
VOET, Donald, et al. Bioquímica, 4ª edição. ArtMed: 2013. [Minha Biblioteca]. 
MARZZOCO, Anita, et al. Bioquímica Básica, 4ª edição. Guanabara Koogan: 2015. 
[Minha Biblioteca]. 
BERG, Jeremy Mark, et al. Bioquímica, 7ª edição. Guanabara Koogan: 2014. 
[Minha Biblioteca]. 
PINTO, Wagner Jesus. Bioquímica Clínica. Guanabara Koogan: 2017. [Minha 
Biblioteca].