CONTEÚDO 4 - METABOLISMO DE CARBOIDRATOS CICLO DE KREBS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA ACOPLADA À CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS

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CICLO DE KREBS
 
O ciclo de Krebs, tricarboxílico ou do ácido cítrico, corresponde a uma série de reações químicas que ocorrem na vida da célula e
seu metabolismo. Descoberto por Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981). O ciclo é executado na matriz da mitocôndria dos eucariotes e
no citoplasma dos procariotes. Trata-se de uma parte do metabolismo dos organismos aeróbicos (utilizando oxigênio da respiração
celular). O ciclo de Krebs é uma rota anfibólica, ou seja, possui reações catabólicas e anabólicas, com a finalidade de oxidar a acetil-
CoA (acetil coenzima A), que se obtém da degradação de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos a duas moléculas de CO2.
Este ciclo inicia-se quando o piruvato que é sintetizado durante a glicólise é transformado em acetil CoA (coenzima A) por ação da
enzima piruvato desidrogenase. Este composto vai reagir com o oxaloacetato que é um produto do ciclo anterior formando-se citrato.
O citrato vai dar origem a um composto de cinco carbonos, o alfa-cetoglutarato com libertação de NADH, e de CO2. O alfa-
cetoglutarato vai dar origem a outros compostos de quatro carbonos com formação de GTP, FADH2 e NADH e oxaloacetato. Após o
ciclo de krebs ocorre outro processo denominado fosforilação oxidativa.
O ciclo do ácido cítrico começa com o Acetil-CoA, transferindo seu grupo acetila de dois carbonos ao composto receptor
oxaloacetato, de quatro carbonos, formando um composto de seis carbonos, o citrato.
O citrato então passa por uma série de transformações químicas, perdendo dois grupos carboxila na forma de CO2. Os carbonos
liberados na forma de CO2 são oriundos do oxaloacetato, e não diretamente do Acetil-CoA. Os carbonos doados pelo Acetil-CoA se
tornam parte do oxaloacetato após o primeiro passo do ciclo do ácido cítrico. A transformação dos carbonos doados pelo Acetil-CoA
em CO2 requer vários passos no ciclo de Krebs. No entanto, por causa do papel do ácido cítrico no anabolismo (síntese de
substâncias orgânicas), ele pode não ser perdido já que muitas substâncias intermediárias do ciclo também são usadas como
precursoras para a biosíntese em outras moléculas. A maior parte da energia disponível graças ao processo oxidativo do ciclo é
transferida por elétrons altamente energéticos que reduzem o NAD+, tranformando-o em NADH. Para cada grupo acetila que entra
no cliclo de Krebs, três moléculas de NADH são produzidas (o equivalente a 2,5 ATPs). Elétrons também são transferidos ao
receptor Q, formando QH2. No final de cada ciclo, o Oxoalocetato de quatro carbonos é regenerado, e o processo continua.
 
As principais etapas do ciclo de Krebs:
 
1°: Oxalacetato(4 carbonos) Citrato(6 carbonos)
O ácido acético proveniente das vias de oxidaçao de glicídios, lipídios e proteínas, combinam-se com a coenzima a formando o Acetil
- CoA. A entrada deste composto no ciclo de Krebs ocorre pela combinação do ácido acético com o oxalacetato presente na matriz
mitocondrial. Esta etapa resulta na formação do primeiro produto do ciclo de Krebs, o citrato. O coenzima A, sai da reação como
CoASH.
 
2°: Citrato (6 carbonos) Isocitrato(6 carbonos)
O citrato sofre uma desidratação originando o isocitrato. Esta etapa acontece para que a molécula de citrato seja preparada para as
reações de oxidação seguintes
 
3°: Isocitrato αcetoglutarato (5 carbonos)
Nesta reação há participaçao de NAD, onde o isocitrato sofre uma descaborxilação e uma desidrogenação transformando o NAD em
NADH, liberando um CO2 e originando como produto o alfa-cetoglutarato
 
4°: αcetoglutarato Succinato (4 carbonos)
O α-cetoglutarato sofre uma descarboxilação, liberando um CO2. Também ocorre uma desidrogenação com um NAD originando um
NADH, e o produto da reação acaba sendo o Succinato
 
5°: Succinato Succinil - CoA
O succinato combina-se imediatamente com a coenzima A, originando um composto de potencial energético mais alto, o succionil-
Coa.
 
6°: Succinil-Coa Succinato
Nesta reação houve entrada de GDP+Pi, e liberação de CoA-SH. O succinil-CoA libera grande quantidade de energia quando perde
a CoA, originando succinato. A energia liberada é aproveitada para fazer a ligação do GDP com o Pi(fosfato inorgânico), formando o
GTP, como o GTP não é utilizado para realizar trabalho deve ser convertido em ATP, assim esta é a única etapa do Ck que forma
ATP.
 
7°: Succinato Fumarato
Nesta estapa entra FAD. O succinato sofre oxidaçao através de uma desidrogenação originando fumarato e FADH2. O FADH2 é
formado apartir da redução do FAD.
 
8°: Fumarato Malato
O fumarato é hidratado formando malato.
 
9°: Malato Oxalacetato
Nesta etapa entra NAD. O malato sofre uma desidrogenacão originando NADH, a partir do NAD, e regenerando o oxalacetato.
 
A influência do ciclo de Krebs no processo da respiração celular começa com a glicólise, processo ocorrido no citoplasma de uma
célula, onde a glicose, obtida através dos alimentos ingeridos, passa por uma série de dez reações químicas que culminam na
formação de duas moléculas de ácido pirúvico. É a partir desse ponto que começa a participação do ciclo de Krebs na respiração
propriamente dita.
O ciclo de Krebs ocorre dentro da mitocôndria, logo as moléculas de ácido pirúvico têm que entrar nela. Esse processo só ocorre
quando há moléculas de oxigênio suficientes para cada molécula de glicose; se há, na entrada do ácido pirúvico na mitocôndria faz
com que o oxigênio reaja com o ácido formando gás carbônico e libera os elétrons dos átomos de hidrogênio presentes na fórmula
da glicose. Esses elétrons são transportados pelo NADH e o FADH, duas moléculas transportadoras. Os elétrons então se
responsabilizam pela união de mais um átomo de fósforo, com uma molécula de adenosina difosfato(ADP) formando a adenosina
trifosfato o famoso ATP. Esta molécula de ATP então é que fornecerá a energia para a vida da célula e o transporte ativo de
substâncias pelo corpo.
Os compostos intermediários do ciclo de Krebs podem ser utilizados como precursores em vias biossintéticas: oxaloacetato e a-
cetoglutarato vão formar respectivamente aspartato e glutamato. A eventual retirada desses intermediários pode ser compensada por
reações que permitem restabelecer o seu nível. Entre essas reações, que são chamadas de anapleróticas por serem reações de
preenchimento, a mais importante é a que leva à formação de oxaloacetato a partir do piruvato e que é catalisada pela piruvato
carboxilase. O oxaloacetato além de ser um intermediário do ciclo de Krebs, participa também da gliconeogênese. A degradação de
vários aminoácidos também produz intermediários do ciclo de Krebs, funcionando como reações anapleróticas adicionais.
 
 
 FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA ACOPLADA À CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
A fosforilação oxidativa é uma via metabólica que utiliza energia libertada pela oxidação de nutrientes de forma a produzir trifosfato
de adenosina (ATP). O processo refere-se à fosforilação do ADP em ATP, utilizando para isso a energia libertada nas reações de
oxidação-redução.
Durante a fosforilação oxidativa, existe transferência de elétrons de moléculas doadoras (moléculas redutoras) a moléculas
recebedoras (moléculas oxidantes), numa reação de oxido-redução. As transferências de elétrons constituem estas reações de
oxido-redução, que se processam com libertação de energia, biologicamente aproveitável para a biossíntese de ATP. Em
eucariontes, tais reações redox são feitas por cinco complexos principais de proteínas mitocondriais. Ao conjunto de complexos
protéicos envolvidos nestas reações, dá-se o nome de cadeia transportadora de elétrons.
A energia derivada do transporte de elétrons é convertida numa força motriz proteônica e é principalmente utilizada para bombear
prótons para o exterior da matriz mitocondrial. Este processo é denominado quimiosmose e origina energia potencial sob a forma de
um gradiente de pH (ou seja, uma concentração diferente de prótons dentro e fora da mitocôndria) e de potencial elétrico através da
membrana. A energia é utilizada quando ocorre um fluxo de prótons a favordo gradiente de concentração através da enzima ATP
sintase (ATP sintetase).
Embora a fosforilação oxidativa seja uma parte vital do metabolismo, é um processo que produz espécies reativas de oxigênio tais
como o superóxido e o peróxido de hidrogênio, que induzem a propagação de radicais livres, danificando componentes celulares (por
exemplo, oxidando proteínas e lípidios de membrana) e contribuindo para processos de envelhecimento celular e patologias. Existem
também diversos venenos e medicamentos que têm como alvo as enzimas desta via metabólica, inibindo sua atividade.
 
Diversos processos bioquímicos catabólicos, tais como a glicólise, o ciclo dos ácidos tricarboxílicos e a beta-oxidação, produzem a
coenzima NADH. Esta coenzima contém elétrons que possuem um alto potencial de transferência (correspondente a um potencial de
elétrons muito negativo). Ou seja, ao acontecer a oxidação do NADH, é libertada grande quantidade de energia. No entanto, a célula
não liberta esta energia de uma só vez, pois tal reação poderia ser incontrolável. Os elétrons são então removidos do NADH e
transferidos para o dioxigênio (O2) através de uma série de passos catalisados por diferentes enzimas, em que cada passo liberta
uma pequena quantidade de energia. Este conjunto de enzimas, designados complexos I, II, III e IV, constitui a cadeia transportadora
de elétrons e se encontra na membrana interna da mitocôndria. As enzimas neste sistema de transporte de elétrons utilizam a
energia libertada na oxidação do NADH para bombear prótons através da membrana interna da mitocôndria. Isto gera o acúmulo de
prótons no espaço intermembrana, originando um gradiente eletroquímico através da membrana. A energia armazenada sob este
potencial é então utilizada pela ATP sintase para produzir ATP.
Exercício 1:
As células musculares esqueléticas caracterizam-se por serem capazes de alterar seu metabolismo conforme a disponibilidade de
oxigênio. Quando existe um suprimento adequando de oxigênio, estas células são capazes de realizar glicólise aeróbica, utilizando a
fosforilação oxidativa como principal via produtora de ATP. Na ausência de oxigênio, o piruvato é convertido a lactato,
caracterizando um processo anaeróbico de oxidação de glicose; neste caso dizemos que a fosforilação ao nível de substrato é a
principal via produtora de ATP. A esse respeito e de acordo com seus conhecimentos, analise as afirmações a seguir e assinale a
alternativa errada:
A)
A fosforilação oxidativa é um processo altamente dependente da cadeia de transporte de elétrons
B)
A fosforilação ao nível do substrato ocorre na ausência da cadeia de transporte de elétrons, mas também requer a formação de um
gradiente de prótons
C)
Os desacopladores impedem que os prótons retornem para a matriz mitocondrial através da bomba ATP–sintase e
consequentemente não há a síntese de ATP 
D)
Uma das funções atribuídas a cadeia de transporte de elétrons é o bombeamento de prótons para o espaço intermembranas para
que estes sejam utilizados para a síntese de ATP ao retornarem à matriz mitocondrial 
E)
Além da criação do gradiente de prótons, a cadeia de transporte de elétrons também é responsável pela redução das coenzimas
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(E)
Comentários:
E) 
Exercício 2:
A antimicina é um antibiótico que age especificamente no complexo III da cadeia de transporte de elétrons, bloqueando os processos
de óxido redução dos complexos e a síntese de ATP”. Assinale a alternativa que responda corretamente as perguntas abaixo: 
(I) A afirmação acima é correta?
(II) Por que?
A)
(I) Não, (II) porque não há bombeamento de prótons pelo complexo III
B)
(I) Sim, (II) porque no complexo III encontramos a bomba ATP-sintase, responsável pela síntese de ATP
C)
(I) Não, (II) porque a oxidação das coenzimas ocorre apenas no complexo I
D)
(I) Sim, (II) porque ao bloquear o complexo III impede-se a formação do gradiente de prótons, bloqueando a reoxidação das
coenzimas e, consequentemente, a síntese de ATP
E)
(I) Sim, (II) porque todas as coenzimas são reoxidadas no complexo III
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(D)
Comentários:
D) 
Exercício 3:
Em condições aeróbicas, o piruvato (substância produzida durante a quebra da molécula da glicose) é convertido
através de uma enzima específica chamada complexo piruvato desidrogenase em acetil –CoA. Analise as afirmativas
a seguir: 
I- O piruvato obtido durante a glicólise, na mitocôndria, será transportado para o citosol (citoplasma) da célula
sendo transformado em acetil-CoA.
II-O piruvato que está no citossol entra na mitocôndria, através de uma translocase específica, para ser
transformado em acetil-CoA
III-O priruvato que é transformado em acetil-CoA, conecta, portanto, a via glicolítica (ou glicólise) ao ciclo de Krebs.
Podemos afirmar que:
 
A)
 Somente a alternativa I está correta
 
B)
 Somente a alternativa II está correta
 
C)
 As alternativas I e II estão corretas
 
D)
 As alternativas II e III estão corretas
 
E)
 A alternativa I e III estão corretas
 
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(D)
Comentários:
D) 
Exercício 4:
O ciclo de Krebs desempenha diversos papeis no metabolismo. É a via final que converge o metabolismo oxidativo
de carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos em CO2 e água. A respeito do ciclo de Krebs podemos afirmar que:
 I - Não há relação com a formação direta de energia
 II - Que trata-se de uma seqüência cíclica de reações, por meio das quais a molécula de acetil-CoA são
completamente oxidadas a CO2, com liberação de hidrogênio (NADH e FADH2) para a produção de ATP na cadeia
respiratória.
 III - Ocorre na mitocôndria da célula
 
A)
 I e II estão corretas
 
B)
 I e III estão corretas
 
C)
 II e III estão corretas 
 
D)
 Somente a II está correta
 
E)
 I, II e III estão corretas
 
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(C)
Comentários:
C) 
Exercício 5:
Moléculas ricas em energia, como a glicose, são metabolizadas por uma série de reações de oxidação, levando por
fim, à produção de CO2 e água. A cadeia de respiratória é dividido em cadeia de transporte de elétrons e fosforilação
oxidativa. A respeito da cadeia de transporte de elétrons pode-se afirmar que ela é responsável por:
I-Transportar os elétrons pela ATP sintase até a matriz mitocondrial para a produção de água
II-Transportar os elétrons pelos complexos até a matriz mitocondrial para a produção de água
III-Transportar os elétrons pela ATP sintase até a matriz mitocondrial para a produção de energia (ATP).
Podemos afirmar que:
 
A)
 Somente a alternativa I está correta
 
B)
 Somente a alternativa II está correta
 
C)
 As alternativas I e II estão corretas
 
D)
 As alternativas II e III estão corretas
 
E)
 A alternativa I e III estão corretas
 
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
B) 
Exercício 6:
Na alimentação diária é necessária a ingestão dos denominados macronutrientes, em maior quantidade (carboidratos, lipídeos e proteínas) do que a
quantidade necessária dos micronutrientes (vitaminas e sais minerais). Em relação à utilização destes macronutrientes, analise as afirmativas abaixo e
escolha uma alternativa que esteja mais adequada a esta análise
I. Dentre os macronutrientes, proteínas são uma importante fonte de aminoácidos e, portanto, de nitrogênio, para a formação dos chamados
compostos nitrogenados.
II. Intermediários do Ciclo de Krebs são utilizados para compor o esqueleto carbônico de alguns aminoácidos, durante os processos de síntese de
aminoácidos.
III. Em períodos de jejum prolongado o metabolismo degradativo de aminoácidos está ativado, pois o esqueleto carbônico da maioria dos
aminoácidos pode ser usado para a produção de glicose.
A)
 Apenas as alternativas I e II estão corretas
B)
Se a afirmativa I está CORRETA, a afirmativa II a contradiz, pois não existem compostos nitrogenados no Ciclo de Krebs
C)
As afirmativas I, II e III estão CORRETASe ocorrem ao mesmo tempo, ou seja, em momentos de jejum prolongado
D)
A afirmativa III está CORRETA e esta degradação de aminoácidos tem por objetivo principal a produção de energia via Acetil-CoA e,
consequentemente, via Ciclo de Krebs
E)
As três alternativas estão CORRETAS, se complementam, mas ocorrem em diferentes situações metabólicas, ou seja, em momentos pós-refeição e
momentos de jejum 
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(E)
Comentários:
E) 
Exercício 7:
O ciclo de Krebs, tricarboxílico ou do ácido cítrico, corresponde a uma série de reações químicas que ocorrem na vida da célula e seu
metabolismo. Descoberto por Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981), o ciclo é executado na matriz da mitocôndria dos eucariontes e no citoplasma
dos procariontes. Trata-se de uma parte do metabolismo dos organismos aeróbicos (utilizando oxigênio da respiração celular); organismos
anaeróbicos utilizam outro mecanismo, como a fermentação lática, onde o piruvato é o receptor final de elétrons na via glicolítica, gerando
lactato. A figura abaixo descreve esquematicamente o Ciclo de Krebs respeitando todos os eventos bioquímicos existentes. Portanto, com base
neste texto e analisando a imagem abaixo, julgue as informações que se seguem:
Esquema que demonstra a via metabólica do ciclo de Krebs (LEHNINGER et al. 2002).
 I. O ciclo de Krebs é uma rota anfibólica, ou seja, possui reações catabólicas e anabólicas, com a finalidade de oxidar a acetil-
CoA (acetil coenzima A), que se obtém da degradação de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos a duas moléculas de CO2.
II. Este ciclo inicia-se quando o piruvato que é sintetizado durante a glicólise é transformado em acetil CoA (coenzima A) por ação
da enzima piruvato desidrogenase.
III. Este composto vai reagir com o acetato que é um produto do ciclo anterior formando-se oxalacitrato. O oxalacitrato vai dar
origem a um composto de seis carbonos, o alfa-cetoglutarato com libertação de NADH2 e de CO2.
IV. Por fim, após o ciclo de Krebs, ocorre outro processo denominado fosforilação oxidativa.
Estão corretas, apenas, as afirmações:
A)
Apenas as afirmações II e III 
B)
Apenas as afirmações II e IV
C)
Apenas as afirmações I,II e IV
D)
Apenas as afirmações II, III e IV 
E)
Apenas as afirmações III e IV 
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(C)
Comentários:
C)