3 Ciclo de Krebs (+ completo)

Prévia do material em texto

Retomando a glicólise e destinos do piruvato:
· Principal fonte de energia para a célula
· Entrada no metabolismo ocorre pela via glicolítica, onde ela é oxidada a piruvato, gerando duas moléculas de ATP e duas de NADH
· Como a concentração de NAD+ numa célula é baixa, em condições anaeróbias o NADH não é regenerado a NAD+ e neste caso o piruvato é oxidado a lactato ou etanol para ocorrer a regeneração do NAD+, permitindo que a via glicolítica continue ativa. O rendimento de ATP por molécula de glicose é muito baixo nesse processo de fermentação, sendo pouco eficiente. Ou seja, a fermentação repõe as coenzimas mas produz pouco ATP.
Assim, para as células eucarióticas e várias bactérias, a fermentação é apenas o inicio do processo, ocorrendo a oxidação completa da glicose na chamada RESPIRAÇÃO CELULAR.
Respiração Celular
1º estágio: glicose, ácidos graxos e alguns aminoácidos Fragmentos de 2 C >>> grupo acetil da Acetil-CoA 
2º estágio: oxidação dos grupos acetil >> CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO 
ENERGIA liberada é conservada nos transportadores de elétrons reduzidos NADH e FADH2
3º estágio: Oxidação das coenzimas reduzidas; 
Transferência de e- para o O2 >> Cadeia transportadora de elétrons 
Conservação de energia >> fosforilação oxidativa
Ciclo do ácido Cítrico
· Ponto central no metabolismo
· Todas as vias metabólicas de síntese e degradação estão conectadas ao ciclo de Krebs
· Todas as enzimas do ciclo de Krebs estão dentro da mitocôndria
· A degradação e síntese da glicose ocorre no citosol
· O ciclo de Krebs ocorre dentro da mitocôndria 
· Destino do Piruvato, aminoácidos e ácidos graxos no metabolismo aeróbico 
· Oxidação de Combustíveis à CO2 e H20 
· Necessita de O2 molecular para ocorrer 
· Porta de entrada do Piruvato >> Acetil-CoA
· O piruvato é oxidado a CO2, transferindo os elétrons para o NADH e FADH2 (posteriormente regenerados na cadeia respiratória formando H20 e ATP)
Acetil-CoA
Entrada da maioria dos combustíveis do ciclo
Esqueletos de C dos açúcares e ácidos graxos >>convertidos>> ao grupo acetil da acetil-CoA
1. Síntese de Acetil-CoA (pré-ciclo)
Complexo enzimático da Piruvato Desidrogenase
Complexo multienzimático:
· Piruvato desidrogenase (E1) 24 cópias 
· Diidrolipoil-transacetilase (E2) 24-60 cópias 
· Dihidrolipoil-desidrogenase (E3) 12-cópias
· aumenta a velocidade de reações 
· evita a difusão do substrato
· minimiza reações secundárias 
· permite controle coordenado
Complexo enzimático da Piruvato Desidrogenase
· Necessita de 5 coenzimas: Pirofosfato de tiamina, CoA, Lipoamida, FAD, NAD+
· Forma Acetil-CoA pela descarboxilação oxidativa do Piruvato >>> reação irreversível 
· Braço da lipoamida canaliza a reação entre os sítios catalíticos do complexo catalítico
5 reações:
1º REAÇÃO: descarboxilação do Piruvato >> dependente de TPP
2º REAÇÃO: grupo hidroxietil transferido do TPP para Lipoamida >> Transacetilase - envolve a oxidação da carboxila e redução da lipoamida S–S > H–S + S–Acetil
3º REAÇÃO: transesterificação dependente de CoA - liberação de Acetil-C
4º REAÇÃO: regeneração da Lipoamida oxidada >> troca dissulfídica > duas Cys - envolve FAD fortemente ligado a E3
5º REAÇÃO: oxidação do dissulfeto da E3 - envolve FADH como intermediário e NADH como aceptor final da reação
· Reação não usual devido ao potencial Redox menor do NADH em relação ao FADH2
Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Tricarboxílico
· principal sítio de óxido-redução de moléculas
· sítio de oxidação final de carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos 
· Local: mitocôndria 
· o equivalente a 1 grupo Acetil é completamente oxidado a 2 CO2 
· entra Acetil CoA (e outros metabólitos) e sai 1 GTP e 8 e’ (3 NADH e 1 FADH2) 
1º NADH >> isocitrato desidrogenase >> sítio de evolução de CO2 
2º NADH >> α-cetoglutarato desidrogenase >> sítio de evolução de CO2 
3º NADH >> Malato desidrogenase 
1º FADH2 >> succinato desidrogenase 
· o oxaloacetato é regenerado no final do ciclo >> sistema oxidante de grupos acetil 
· 4 pares de elétrons são transportados pela cadeia de transporte de elétrons para a oxidação de O2
· 8 reações enzimáticas
1. Citrato Sintase 
2. Aconitase 
3. Isocitrato desidrogenase 
4. α -cetoglutarato desidrogenase 
5. Succinil -CoA Sintetase 
6. Succinato desidrogenase 
7. Fumarase 
8. Malato desidrogenase
1) CITRATO SINTASE
· Alimenta a fornalha 
· Catalisa a condensação de oxaloacetato com Acetil-CoA
· Citrato sintase >> Homodímero 
• 1 º substrato: Oxaloacetato >> induz mudanças conformacionais no domínio flexível criando um sítio de ligação para o 2 º substrato >> acetil-CoA 
• Ocorre formação do intermediário: citroil-CoA >> alteração conformacional >> Leva a hidrólise do tioéster, liberando CoA
· Mecanismo de deslocamento sequencial ordenado - Mecanismo ácido-base forma um intermediário enol
· Enol ataca por SN2 o oxaloacetato >> forma o citroil-CoA 
· Hidrólise libera a CoA mais Citrato >> exergônica
2) ACONITASE 
· Forma isocitrato via cis-aconitato
· Envolve desidratação e hidratação facilitado por um complexo Fe-4S
3) ISOCITRATO-DESIDROGENASE 
· descarboxilação oxidativa produz NADH e CO2
· necessita de Mn2+ ou Mg2+ como cofator
Reação em 3 etapas:
1º : Redução de NAD+ 
2º : Descarboxilação Intermediário enol 
3o : Rearranjo em ceto-enol
 4) ALFA-CETOGLUTARATO-DESIDROGENASE
· Forma um complexo multi-enzimático
· Descarboxilação oxidativa >> produz NADH e CO
· Acopla um CoA ao αcetoglutarato 
· NAD+ é o aceptor de elétrons 
· CoA é o transportador do grupo succinil
· Funciona como a PDH sobre o α-cetoglutarato
· Possui 3 enzimas similares a E1, E2 e E3 (idêntica) e os cofatores descritos para a PDH
· Evolução divergente
5) SUCCINIL-COA-SINTETASE 
· Acopla a síntese de GTP (ou ATP) com a quebra da ligação de CoA do Succinil-CoA 
· Envolve a enzima fosforilada para o estado intermediário 
1º: formação do Succinil-Pi 
2º: enzima fosforilada e liberação do Succinato 
3º: Atividade quinase >> fosforilação ao nível do substrato
Nucleosídeo-difosfato-quinase GTP + ADP → GDP + ATP
6) SUCCINATO-DESIDROGENASE 
Conta com um FAD covalentemente ligado à enzima Faz parte do complexo II da cadeia transportadora de elétrons >> sítio de oxidação do próprio FADH2 formado
Forma fumarato >> alcano a alceno
Em eucariotos: ligada a MMI da mitocôndria Bactérias: ligada a membrana plasmática
Contém grupos Fe-S e conta com um FAD covalentemente ligado à enzima
7) FUMARASE
· hidratação da ligação dupla do fumarato >> forma malato
· envolve um íon OH >> para atacar a ligação dupla do fumarato
8) MALATO-DESIDROGENASE
· Oxidação da OH do Malato >> regenera oxaloacetato 
· Dependente de NAD+ >> similar à lactato desidrogenase 
· Reação endergônica >> reação dirigida pela retirado do produto 
· [oxaloacetato] é mínima >> retirado pela citrato sintase e outros - ΔG < 0 - exergônica
PRODUÇÃO DE ENERGIA DO CICLO
CONTROLE DO CICLO DO ÁCIDO CITRICO 
1. A entrada é regulada: 
· Piruvato desidrogenase 
· Citrato sintase 
2. O Ciclo de Krebs também é regulado: 
· Reação da isocitrato-desidrogenase 
· Reação da α-cetoglutarato-desidrogenase 
3. Pontos de controle são relacionados aos principais metabólitos:
· Vários pontos de controle (principais metabólitos): Acetil-CoA, oxaloacetato e NADH 
· Acetil-CoA e oxaloacetato não saturam a Citrato sintase 
· Falta de NADH aumenta a formação de oxaloacetato e Acetil-CoA 
· NADH e FADH2 são oxidados somente se ADP é simultaneamente fosforilado a ATP 
· ATP >> inibe a Citrato sintase, isocitrato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase 
Resulta em acúmulo de Citrato 
Logo, a necessidade/disponibilidade de ATP garantem o funcionamento do ciclo de Krebs 
· NADH >> inibe a Piruvato-desidrogenase, citrato sintase, isocitrato desidrogenase e αcetoglutarato desidrogenase
· Succinil CoA >> inibe a citrato sintase > ocupa sítio da Acetil-CoA
· ADP e Ca2+ ativam a isocitrato desidrogenase 
· Ca2+ ativa a fosfatase da Piruvato-desidrogenase ativando-a
4. Fatores que controlam a velocidade do ciclo:
· Disponibilidade de substrato· Inibição pelos produtos acumulados 
· Inibição alostérica por retroalimentação das enzimas de catalisam as etapas iniciais do ciclo
PAPEL EM OUTRAS VIAS:
· É uma via anabólica ou anfibólica >> oxaloacetato para a gliconeogênese e esqueletos de carbono para aminoácido
· Fornece blocos de construção para outras vias >> bactérias anaeróbicas
REAÇÕES ANAPLERÓTICAS
· Produção de intermediários do ciclo de Krebs por outras vias com compostos comuns
· Contribuem para manter a concentração dos intermediários em níveis adequados
REAÇÃO ANAPLERÓTICA MAIS IMPORTANTE:
· Fígado e rins de mamíferos: carboxilação reversível do piruvato pelo CO2 para a formação de oxaloacetato Piruvato-carboxilase 
· Acetil-CoA >> modulador alostérico positivo
	Ana Paula Tuma Hilgemberg
	2