10 - Ciclo do ácido cítrico at - Ricardo

Prévia do material em texto

Ciclo do ácido cítrico
Dr. Ricardo Salviano dos Santos
2016
Ministério da Educação
Universidade Federal Dos Vales Do Jequitinhonha E Mucuri
1
Introdução: Respiração Celular
O ciclo do ácido cítrico é uma das etapas do processo da respiração celular dos organismos aeróbios, o qual ocorre no citosol de procariotos ou no interior das mitocôndrias em eucariotos.
Piruvato proveniente da glicólise é convertido em em acetil-CoA
- Além da glicose, vários aminoácidos produzem piruvato e acetil-CoA ao serem degradados
- Ácidos graxos também podem originar acetil-CoA
- Portanto, acetil-CoA é um ponto de convergência do metabolismo degradativo de carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos.
- A acetil-CoA será então oxidada a CO2 no ciclo de Krebs com concomitante produção de coenzimas reduzidas.
- O ciclo produz compostos utilizados em diversas rotas de biosíntese.
2
Visão geral
Piruvato
Carboidratos
(Glicose)
Acetil-CoA
Lipídeos
(Ácidos graxos)
Proteínas
(Aminoácidos)
3NADH/1FADH2
2CO2
Intermediários
Metabólicos
GTP
Ciclo de Krebs
Lactato/Etanol
Metabolismo anaeróbio
Metabolismo aeróbio
O ciclo do ácido cítrico (de Krebs ou ácido tricarboxílico) é uma via metabólica central e com caráter catabólico e anabólico, é considerado como rota anfibólica, ou seja, que serve tanto a processos anabólicos quanto catabólicos, com as funções de degradação de carboidratos, proteínas, gorduras para produção de energia e biossíntese de diversos produtos.
Neste sentido, o referido ciclo é a porta para o metabolismo aeróbio de qualquer molécula que possa ser transformada num grupamento acetila ou em um componente do ciclo do ácido cítrico. 
Em condições anaeróbias, o piruvato é convertido a lactato ou etanol, dependendo do organismo.
3
O elo entre a glicólise e o ciclo de Krebs
Já em condições aeróbias, o piruvato no citosol de procariotos ou transportado para dentro das mitocôndrias nos eucariotos sofre descarboxilação oxidativa, uma reação irreversível,
 catalisada por ação de um complexo denominado piruvato desidrogenase, composto por múltiplas cópias de um grupo de três enzimas e cinco diferentes coenzimas. 
Os produtos formandos são acetil-CoA, CO2 e NADH como aceptor de elétrons. 
4
Ciclo de Krebs
O ciclo do ácido cítrico inclui uma série de oito reações de oxiredução, controladas enzimaticamente, que resultam na oxidação de uma acetila proveniente de uma molécula de acetil-CoA a duas moléculas de CO2. 
6
Ciclo de Krebs: 1ª Etapa
O ciclo do ácido cítrico inicia-se então quando a enzima citrato-sintase catalisa a condensação de uma molécula de quatro carbonos, o oxalacetato, com uma de dois carbonos, a acetil-CoA, originando citrato e CoA. Nesta reação o oxalacetato se condensa primeiro com a acetil-CoA, formando citroil-CoA (condensação de Claisen), um tioéster altamente energético que é rapidamente hidrolisado, em uma reação exergônica, a CoA livre e citrato. 
0
7
Ácido cítrico
É usado como conservante natural (antioxidante), sendo conhecido também como acidulante INS 330
Produzido por A. niger, em altas concentrações de açucares (sacarose). A empresa Cargill, uberlandia, é a maior produtora do Brasil.
8
Ciclo de Krebs: 2ª Etapa
O produto da reação supracitada, citrato, é então isomerizado a isocitrato, reação que ocorre por uma etapa de desidratação, formando o intermediário cis-aconitato, seguida de uma hidratação. 
O resultado é a troca de posições de um átomo de hidrogênio com uma hidroxila catalisada pela enzima aconitase. 
9
Ciclo de Krebs: 3ª Etapa
10
Na próxima etapa, a enzima isocitrato-desidrogenase catalisa a descarboxilação oxidativa do citrato para formar α-cetoglutarato e CO2, que ocorre em três estágios. 
No 1ª o isocitrato é oxidado pela transferência do hidreto ao primeiro carreador de elétrons de alto potencial no ciclo, o NADH ou NADPH.
O Manganês presente no sítio ativo interagem com o grupo carbonil dodo oxalacuccinato intermediário
Ciclo de Krebs: 3ª Etapa
11
O Mn também estabiliza o enol formado transitoriamente por descarboxilação. Assim a descarboxilação é facilitada pela remoção dos elétrons pelo Mn2+ ligado à enzima
Ciclo de Krebs: 3ª Etapa
12
O rearranjo do intermediário enol gera o alfa-cetoglutarato.
Ciclo de Krebs: 4ª Etapa
13
A etapa seguinte é outra descarboxilação oxidativa, na qual o α-cetoglutarato é convertido a succinil-CoA e CO2, pela ação do complexo de α-cetoglutarato desidrogenase, uma montagem organizada de três tipos de enzimas que é homologa ao complexo da piruvato desidrogenase. Nesta reação o NAD+ é o aceptor de elétrons e CoA é o transportador do grupo succinil.
Ciclo de Krebs: 5ª Etapa
14
Na etapa subsequente do ciclo do ácido cítrico ocorre a clivagem da ligação tioéster do succinil-CoA acoplada à fosforilação de um nucleosídeo difosfato de purina, geralmente GDP. 
Esta reação é catalisada pela succinil CoA sintetase (succinato tiocinase) com a formação de succinato e GTP.
Ciclo de Krebs: 6ª Etapa
15
O succinato formado é posteriormente oxidado a fumarato pela flavoproteína succinato-desidrogenase. 
Os elétrons desta oxidação são transferidos para a coenzima FAD da enzima supracitada, formando FADH2. 
Vale ressaltar que tal enzima em eucariotos está firmemente ligada à membrana mitocondrial interna. Já em procariotos a mesma encontra-se ligada à membrana plasmática.
Ciclo de Krebs: 7ª Etapa
16
A etapa seguinte do ciclo é a hidratação do fumarato formando L-malato. 
A fumarase (fumarato hidratase) catalisa esta reação com a adição estereoespecífica trans de um H+ e de uma OH-. 
Ciclo de Krebs: 8ª Etapa
17
Por fim, na última reação do ciclo, o malato é oxidado promovendo a restituição do oxalacetato por ação da malato-desidrogenase, e novamente o NAD+ é o aceptor de hidrogênio. Tal reação, diferente das outras etapas do ciclo do ácido cítrico, é desfavorável em condições termodinamicamente padrão. No entanto, a oxidação do malato é impulsionada pela utilização contínua dos produtos formados - oxalacetato pela citrato-sintase, dando início a uma nova rodada de reações, e NADH pela cadeia transportadora de elétrons.
Ciclo de Krebs: conservação da energia
Ante o exposto, pode-se observar que a energia liberada por todas as reações de oxidações do ciclo do ácido cítrico foi conservada pela redução de três NAD+ a NADH, um FAD a FADH2 e pela produção de um GTP
18
Ciclo de Krebs: conservação da energia
As moléculas de NADH e FADH2 são então oxidadas pela cadeia transportadora de elétrons. Nesta oxidação, para cada molécula de acetato que entra no ciclo do ácido cítrico, gera elétrons de alta energia os quais são transferidos a moléculas de O2 e o fluxo energético impulsiona a síntese de aproximadamente 10 moléculas de ATP. Portanto, o ciclo do ácido cítrico opera somente sob condições aeróbias, tendo em vista que o NAD+ e FAD só podem ser regenerados na pela transferência de elétrons ao oxigênio molecular.
19
Ciclo de Krebs: Precursores biossintéticos
Quando a célula tem quantidades adequadas de energia disponíveis, o ciclo do ácido cítrico pode também fornecer precursores para muitas vias de biossíntese, tais como aminoácidos, nucleotídeos, porfirinas, entre outras. 
Esta utilização esgota os intermediários do ciclo os quais são repostos por reações denominadas anapleróticas. Nestas reações ocorrem principalmente a conversão de piruvato ou fosfoenolpiruvato a oxalacetato ou malato.
20
Ciclo do Glioxalato
Ciclo do Glioxalato