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Introdução - O Ciclo do ácido cítrico (CAT) constitui um 
importante estágio no metabolismo das células aeróbicas 
e é o ponto comum onde convergem o metabolismo 
oxidativo de carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos 
para originar o acetil coenzima A (acetil CoA. O CAT dá 
seqüência à glicólise, já que o piruvato produto final 
dessa via é conduzido para o meio intramitocondrial por 
meio de um translocador específico para ele. Uma vez na 
matriz mitocondrial, o piruvato é convertido em acetil CoA 
pelo complexo multienzimático denominado piruvato 
desidrogenase. O ciclo apresenta oito estágios no qual o 
composto oxalacetato sofre regeneração a cada volta no 
ciclo. Todas as reações do CAT ocorrem na matriz 
mitocondrial, dessa forma, todas as enzimas envolvidas 
em cada operação devem estar contidas nessa organela 
e todos os produtos do CAT devem ser consumidos na 
mitocôndria ou translocados para o citosol. 
Uma visão panorâmica do ciclo do ácido cítrico – O 
ciclo do ácido cítrico (CAT) normalmente aceita átomos 
de carbono derivados de aminoácidos, ácidos graxos e 
carboidratos forma de acetilas que são lançadas na via 
por meio do acetil CoA. O ciclo inicia-se com a 
transferência do grupo acetil para o oxalacetato formando 
citrato. Posteriormente o citrato origina o isocitrato. A 
desidrogenação do isocitrato libera a primeira molécula 
de CO2 do ciclo e origina o -cetoglutarato que, 
subseqüentemente sofre descarboxilação oxidativa 
liberando a segunda e última molécula de CO2 do ciclo. 
Os passos seguintes levam à formação do oxalacetato 
que iniciou o ciclo de modo que, o ciclo do ácido cítrico 
regenera a cada volta o oxalacetato. O propósito da 
conversão de uma substância em outra no CAT é 
remover energia, que é retirada na forma de elétrons à 
medida que os elementos do ciclo sofrem oxidações 
sucessivas. Os elétrons removidos são depositados em 
reservatórios temporários, as moléculas de Nicotinamina 
Adenina Dinucleotídeo (NAD) e Flavina Adenina 
Dinucleotídeo (FAD). Essas moléculas são coenzimas 
que convertem-se em sua forma reduzida (NADH e 
FADH2) ao aceptar esses elétrons. Posteriormente as 
coenzimas reduzidas transferem esses elétrons à cadeia 
transportadora de elétrons, uma seqüência de proteínas 
ancoradas à membrana mitocondrial interna. Esse 
potencial energético na forma de elétrons será utilizado 
para gerar ATP em uma operação intimamente 
relacionada ao CAT, a fosforilação oxidativa (Figura 1). 
 
RESUMO – Prof. Dr. Wagner de JP 
A origem do acetil CoA –A molécula de acetil CoA pode ser produzida a partir da metabolização dos 
três macronutrientes carboidratos, lipídeos e proteínas, além de poder ser gerada a partir do acetato que 
pode ser oriundo da dieta ou mesmo do etanol. A glicose e outras oses como a frutose, por exemplo, 
entram na via glicolítica e geram piruvato que a seu curso é convertido em acetil CoA por meio do 
complexo piruvato desidrogenase. Os aminoácidos alanina e serina também podem ser convertidos em 
piruvato, mas a grande maioria dos aminoácidos geram acetil CoA no ciclo da ureia. Os ácidos graxos 
podem gerar acetil CoA quando participam do ciclo da beta oxidação cada volta no ciclo da beta 
oxidação 2 átomos de carbono deixam o ciclo na forma de acetil CoA que podem ser utilizados pelo ciclo 
do ácido cítrico. Assim sendo, o organismo busca conduzir a oxidação dos substratos energéticos de 
modo que possam suprir de acetil CoA o ciclo do ácido cítrico. 
Conversão do piruvato a acetil CoA – a conversão do piruvato a acetil CoA une a glicólise com o ciclo 
do ácido cítrico ou seja estabelece um ele entre a via anaeróbica do processamento da glicose e a via 
aeróbica. O piruvato é inicialmente transportado do citosol, para o interior da mitocôndria. Inicialmente, o 
piruvato atravessa a membrana mitocondrial externa por meio de canais chamados de porinas (Figura 
2). Do espaço intermembranar para a matriz mitocondrial o transporte do piruvato é realizado pela 
piruvato translocase, uma proteína situada na membrana mitocondrial interna capaz de translocar o 
piruvato para o meio intramitocondrial através de um transporte do tipo simporte. 
Espaço intermembranar 
Piruvato 
Porina 
Piruvato translocase 
H+ 
Matriz mitocondrial 
Figura 2 –Transporte do piruvato do citosol para a 
matriz mitocondrial. Inicialmente o piruvato atravessa a 
membrana mitocondrial externa por meio de porinas 
situando-se no espaço intermembranar. Do espaço 
intermembranar para a matriz uma proteína denominada 
piruvato translocase exerce o transporte do piruvato. 
Membrana mitocondrial externa 
ADP + Pi 
 
Cadeia transportadora 
de elétrons 
é é é é 
H+ 
H+ 
H+ 
H+ H+ 
H+ 
H+ H+ 
ATP 
Fosforilação oxidativa 
FADH2 
NADH 
é 
MMI 
Acetil-CoA 
Oxalacetato 
Citrato 
Isocitrato 
-cetoglutarato 
Succinato Succinil-CoA 
Fumarato 
Malato Ciclo de 
Krebs 
é 
é 
é 
é 
é 
+ 
Calor 
H2O 
CO2 
Radicais livres 
MME 
Figura 1 – O o ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs) é um eficiente modo de remover elétrons das substâncias que dele 
participam em oxidações sucessivas. Tais elétrons são utilizados na fosforilação oxidativa para gerar ATP. Note que além de 
ATP a mitocôndria gera radicais livres decorrentes de falha na acepção de elétrons por parte do O2. MMI: membrana 
mitocondrial interna; MME: membrana mitocondrial externa. 
Regulação da atividade da piruvato 
desidrogenase – O complexo da piruvato 
desidrogenase é alostericamente regulado. A 
ligação do substrato ao sítio ativo de uma das 
subunidades afeta a conformação das 
demais, facilitando a ligação dos demais 
substratos a sítios ativos. Os principais 
moduladores alostéricos da piruvato 
desidrogenase são NAD+, AMP, Ca+2 e 
Coenzima A. 
As etapas do ciclo do ácido cítrico – O 
piruvato produzido na glicólise ainda contém 
bastante poder redutor o que pode ser 
constatado verificando-se o estado de 
oxidação de cada um dos seus carbonos e 
comparando-o com o estado de oxidação do 
carbono no CO2. A mitocôndria atua, portanto, 
como uma máquina capaz de extrair essa 
energia da molécula do piruvato, para tanto 
segue-se uma seqüência de 8 reações 
oxidativas nas quais a energia é retirada do 
piruvato na forma de elétrons. Essas oito 
reações compõem as etapas do ciclo do ácido 
cítrico. 
2 
 
Figura 3 – Etapas do ciclo do ácido cítrico. Em destaque o destino dos átomos de carbono no. Os 
átomos de carbono que são perdidos na forma de CO2 no ciclo não são os mesmos que adentram o 
ciclo na forma de grupos acetil oriundos do acetil CoA. Note que os átomos oriundos do acetil se 
conservam (verde) . O CO2 liberado é decorrente de átomos oriundos do oxalacetato (amarelo e azul). 
* A etapa 2 compreende a formação de um intermediário, o cis-aconitato dando origem a ETAPA 3 e 
que foi suprimido nesse esquema. 
CoA-SH 
O
C OC
O
CH3 Piruvato 
COO-
CH2
CH2
C
COO-
O
 -cetoglutarato 
COO-
C
CH2
HOH
COO- 
Malato 
CO2 
COO-
CH2
C
CH2
COO-OH
COO- 
Citrato 
COO-
CH2
C
C
COO-H
COO-
OH H
 
Isocitrato 
CO2 
H2O 
NAD+ 
NADH 
NAD+ 
NADH 
Mg+2 
COO-
CH2
CH2
COO- Succinato 
FAD 
FADH2 
H2O 
NAD+ 
NADH 
ETAPA 1 
CoA-SH 
COO-
CH2
CH2
C
S-CoA
O
 
Succinil-CoA 
C
C
H COO-
COO- H Fumarato 
ETAPA 2 e 3* 
 ETAPA 4 ETAPA 5 
ETAPA 6 
ETAPA 7 
ETAPA 8 
Isocitrato 
desidrogenase -cetoglutarato 
desidrogenase 
Succinil CoA 
sintase 
Fumarase 
Malato 
desidrogenase 
Citrato sintase 
Aconitase 
COO-
C
CH2
COO-
O
 
Oxalacetato 
Etapas do ciclo do ácido cítrico 
ETAPA 1 – Condensação do grupo acetila do acetil CoA como oxalacetato – a primeira reação do ciclo do ácido 
cítrico é a condensação do acetil CoA com a molécula de oxalacetato (4C) para originar citrato (6C) e CoA livre. Essa 
reação é mediada pela citrato sintase. 
ETAPA 2 – Isomerização do citrato a isocitrato – a enzima aconitase realiza a isomerização reversível de citrato a 
isocitrato. 
ETAPA 3 – Descarboxilação oxidativa do isocitrato para formar -cetoglutarato. Nessa terceiraetapa do ciclo a 
enzima isocitrato desidrogenase catalisa a reação de descarboxilação do isocitrato formando CO2 e -cetoglutarato. 
A reação de catálise de isocitrato a -cetoglutarato é um importante ponto de controle do ciclo, de fato, a isocitrato 
desidrogenase é uma enzima alostérica e sofre inibição por ATP e NADH e ativação por ADP e NAD+. Nessa etapa do 
ciclo ocorre a formação de NADH, o par de elétrons perdidos na oxidação do isocitrato é imediatamente aceptado pelo 
NAD+ formando então NADH. 
ETAPA 4 – Oxidação do -cetoglutarato a succinil CoA - Nessa etapa ocorre a segunda descarboxilação oxidativa, 
nesse processo o -cetoglutarato é convertido em succinil CoA com a geração de CO2. A reação é catalisada por um 
sistema multienzimático denominado complexo -cetoglutarato desidrogenase. Nesse momento ocorre a liberação 
da segunda molécula de CO2. 
ETAPA 5 – Síntese do succinato – Nessa fase ocorre a clivagem do succinil CoA produzindo succinato e CoA-SH. A 
formação do succinato quebra o padrão de síntese de compostos quirais que vinha ocorrendo até então no ciclo, o 
succinato é, portanto um composto aquiral. Nessa etapa do ciclo ocorre ainda a formação de uma molécula de GTP ou 
de ATP (dependendo da isoforma da succinil CoA sintetase). A produção dessa molécula de ATP ou GTP é o único 
momento em que o ciclo do ácido cítrico gera um nucleosídeo trifosfato porque o local de geração dessas moléculas é 
a fosforilação oxidativa. 
ETAPA 6 – Síntese do fumarato – as reações 6, 7 e 8 tem como propósito chegar à formação do composto que deu 
início ao ciclo, o oxalacetato. Na etapa 6 especificamente o succinato gerado na etapa 5 sofre conversão a fumarato 
por meio da enzima succinato-desidrogenase. A succinato desidrogenase apresenta um átomo de ferro, mas não 
fazendo parte de um grupo ferro enxofre como é o caso da aconitase. Essa classe de proteínas é conhecida como 
ferro-proteínas não hemínicas. 
ETAPA 7 – A hidratação do fumarato para gerar malato – Na sétima etapa do ciclo uma molécula de água 
incorpora-se à dupla ligação trans da molécula do fumarato transformando-o em malato. A enzima que catalisa a 
reação é a fumarase. 
ETAPA 8 – A regeneração do oxalacetato – Essa etapa conclui o ciclo do ácido cítrico uma vez que o oxalacetato 
que deu início à via é novamente 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 
desidrogenas (Figura3). 
3 
 
 
O BALANÇO DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO - Ao final do ciclo de ácido cítrico ocorre a formação de 3 moléculas de CO2 
decorrentes da oxidação do piruvato por parte do complexo da piruvato desidrogenase e também do ciclo do ácido cítrico (etapas 3 e 
4). As sucessivas reações de oxidação do ciclo possibilitam a fosforilação no nível do substrato de uma molécula de GDP ou ADP a 
GTP ou ATP (etapa 5). A tabela 3 apresenta um apanhado geral das reações, enzimas e cofatores, reagentes e produtos do ciclo. 
São produzidas ainda uma molécula de FADH2 por meio da redução de FAD e quatro moléculas de NADH através da redução de 
NAD+. Das quatro moléculas de NADH uma é oriunda da reação mediada pelo complexo da piruvato desidrogenase e três são 
oriundas do próprio ciclo do ácido cítrico. A energia das oxidações de um substrato do ciclo em outro é conservada nas moléculas 
de GTP/ATP, FADH2 e NADH, de fato, para cada NADH que transfere seus elétrons para a cadeia transportadora 2,5 ATP´s são 
gerados a partir de ADP+Pi. Já a transferência de elétrons de cada FADH2 dá origem a 1,5 ATP, de modo que a completa 
metabolização do piruvato resulta em 12,5 ATP´s 
O FAD e o NAD no ciclo do ácido cítrico - O FAD (Flavina Adenina Dinucleotídeo) e o NAD+ (Nicotinamina Adenina 
Dinucleotídeo) são coenzimas aceptoras de elétrons, sua função no ciclo do ácido cítrico é servir como reservatórios temporários da 
energia na forma de elétrons que é retirada nas sucessivas oxidações do ciclo do ácido cítrico. Os elétrons captados por essas 
coenzimas são prontamente encaminhados à cadeia transportadora de elétrons, uma complexo de proteínas ancoradas na 
membrana mitocondrial interna cuja função é conduzir elétrons para serem posteriormente utilizados na síntese de ATP. O FAD é 
capaz de aceptar elétrons single formando assim um intermediário semi-reduzido (Figura 15) sendo posteriormente capaz de 
transferir esses elétrons single de forma independente a partir de dois átomos distintos tal qual ocorre na conversão de succinato a 
fumarato. 
Análise termodinâmica do ciclo do ácido cítrico – O ciclo é uma via metabólica na qual a conversão de substratos em produtos é 
termodinamicamente favorável, ou seja, a maior parte das reações apresenta Go´ negativo, são portanto, reações exergônicas. 
Duas reações endergônicas catalisadas pela aconitase e malato desidrogenase que convertem citrato em isocitrato e malato em 
oxalacetato respectivamente. Embora Go´ para essas duas reações seja energeticamente desfavorável (valores positivos para 
Go´) o ciclo segue sendo termodinamicamente favorável porque essas reações estão acopladas a reações com Go´ negativo 
(Figura 4). 
Figura 3- Termodinâmica do ciclo do ácido cítrico. Note que a maioria das 
reações são altamente exergônicas, três reações são endergônicas, mas estão 
acopladas às reações exergônicas. Go´ refere-se à energia livre para a 
conversão de 1 mol de substrato em 1 mol do produto sob condições padrão 
(para maiores esclarecimentos consulte o capítulo de Bioenergética). 
Acetil CoA CoA 
Citrato 
Isocitrato 
-cetoglutarato 
Succinil CoA Succinato 
Fumarato 
Malato 
Oxalacetato 
+1,5 Kcal 
 -5,3 Kcal 
 - 8,0 Kcal 
 - 8,0 Kcal 
 0 Kcal 
 + 7,1 Kcal 
 - 7,7 Kcal 
 0 Kcal 
 NAD + 
 NADH +H+ 
CO2 
 NAD + 
CO2 
CoA 
GTP 
Pi CoA GDP 
FAD 
FADH2 
H2O 
Termodinâmica 
do Ciclo do 
Ácido Cítrico 
 NADH +H+ 
 NAD + 
 NADH +H+ 
CoA-SH 
Reações anapleróticas – Os intermediários do ciclo do ácido cítrico podem deixar o ciclo para participar de outras vias metabólicas 
atuando como precursores de outras moléculas. Esses componentes do ciclo que o deixam para atuarem em outras vias metabólicas 
são repostos por meio de reações anapleróticas (do grego Ana, para o alto e pleirotikos, preemcher). As reações anpleróticas são, 
portanto, reações de preenchimento de compostos para o ciclo, ou seja, buscam restaurar a concentração de um dado intermediário 
do ciclo do ácido cítrico. 
Perfil anfibólico do ciclo do ácido cítrico – O termo anfibólico é utilizado em bioquímica para referir-se a vias metabólicas que 
envolvem reações que conduzem ao catabolismo e ao anabolismo e o ciclo do ácido cítrico apresenta esse caráter. 
De fato, os elementos do ciclo são intermediários no catabolismo dos nutrientes, mas também podem atuar como precursores de 
outras substâncias em processos anabólicos, como, por exemplo, a síntese de ácidos graxos a partir de glicose, a síntese de 
porfirinas, pirimidinas ou aminoácidos através de elementos intermediários do ciclo. Por outro lado, diversas substâncias oriundas ou 
não de outras rotas metabólicas podem suprir os intermediários do ciclo de forma a dar seqüência a seu conjunto de reações. Essa 
função é particularmente bem desempenhada pelos aminoácidos cetogênicos, ou seja, aqueles que originam imediatamente acetil 
CoA por reação de desaminação oxidativa ou dão origem ao Acetoacetil-CoA, que por meio cisão tiolítica geram acetil CoA. 
Regulação do ciclo do ácido cítrico – As enzimas do ciclo do ácido cítrico 
são reguladas principalmente de forma alostérica, ou seja, mudam a sua 
estrutura espacial ao se ligarem a seus substratos específicos. As enzimas 
alostéricas são sensíveis reguladores do metabolismo, porque ao 
interagirem com determinados metabólitos celulares sua atividade sofre 
modulação. Estes metabólitos também podem ser chamados de efetuadores 
ou moduladores alostéricos, e podem ser positivos(aumento da velocidade 
de reação) ou negativos (redução da velocidade de reação).