COMPLEXO DA PIRUVATO-DESIDROGENASE E CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO

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COMPLEXO DA PIRUVATO-DESIDROGENASE e
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO[footnoteRef:1] [1: Nota: o texto exposto busca facilitar o acompanhamento, a discussão e a compreensão dos assuntos estudados em sala de aula evitando, dessa forma, demoradas anotações em cadernos. Em momento algum dispensa a leitura das bibliografias sugeridas e consultadas.] 
O CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO ou Ciclo de Krebs ou ciclo dos Ácidos tricarboxílicos é o estágio final da oxidação dos combustíveis metabólicos. Os átomos de carbono entram no ciclo na forma de grupos acetila derivados dos carbo-hidratos, ácidos graxos e aminoácidos. Também, o ciclo desempenha função primordial na gliconeogênese, na lipogênese e na interconversão de aminoácidos. O grupo acetila ligado a CoA-SH, acetil-CoA é oxidado em oito reações mitocondriais para formar duas moléculas de CO2 com a conservação da energia livre liberada em três moléculas de NADH, uma de FADH2 e um composto de “alta energia” (GTP ou ATP). O NADH e o FADH2 são oxidados e os elétrons são conduzidos pela CADEIA MITOCONDRIAL TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS (CMTE) com a liberação de energia conservada na forma de ATP sintetizado a partir de ADP e Pi por meio de processo denominado fosforilação oxidativa.
DESTINOS DO ACETIL-CoA
ÁCIDOS GRAXOS
AMINOÁCIDOS
PIRUVATO
ESTERÓIDES-
ÁCIDOS GRAXOS
CORPOS CETÔNICOS
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
ACETIL-CoA
OXIDAÇÃO DO PIRUVATO A ACETIL-CoA
 MATRIZ MITOCONDRIAL
		 HS-CoA CO2
PIRUVATO ACETIL-CoA
 
 H+ NAD+ NADH,H+
* piruvato translocase
CITOSOL
PIRUVATO
*
As operações do complexo da piruvato desidrogenase estão, resumidamente, descritas a seguir:
OPERAÇÃO DO COMPLEXO DA PIRUVATO-DESIDROGENASE
TPP = PIROFOSFATO DE TIAMINA[footnoteRef:2] [2: Vitaminas presentes em coenzimas do complexo da piruvato-desidrogenase: TPP: tiamina; CoA: ácido pantotênico; (NADH/NAD+): nicotinamida; (FADH2/FAD): riboflavina; Lipoamida: ácido lipoico.] 
1. O piruvato perde CO2 (descarboxilação) pela piruvato-desidrogenase que requer o co-fator TPP. O Hidroxietil TPP (HETPP) é formado.
2. O grupo hidroxietil é transferido para a lipoamida e oxidado para formar acetil diidrolipoamida.	Comment by Ney Aroldo Auller Fachinello: Os íons arsenito e mercúrico (Hg2+) reagem com os grupos –SH do ácido lipóico, precursor da lipoamida, e assim inibem a piruvato-desidrogenase.Deficiência da vitamina tiamina também inibe a piruvato-desidrogenase.
3. O grupo acetil é transferido para a CoA.
4. A diidrolipoamida é reoxidada.
O lipoato tem dois grupos tióis (-SH) que formam uma ligação dissulfeto (- S – S -) por oxidação.
 
 diidrolipoil-desidrogenase
 Ac. LIPOICO Ac. LIPOICO
(forma reduzida) (forma oxidada)
 FAD FADH2
 NAD+ NADH + H+
 FADH2 FAD
O grupo diidrolipoato é reduzido pela FAD em presença de diidrolipoil-desidrogenase com a regeneração do lipoato. A FADH2 é reoxidada pela transferência dos elétrons para o NAD+ para formar NADH. O NADH transfere os elétrons para a CADEIA MITOCONDRIAL TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS que está acoplada a síntese de 2,5 ATP por meio da FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA. A reação de conversão de piruvato a acetil-CoA é exergônica GO’ = - 33,5 Kj. mol-1. Para cada molécula de glicose, na glicólise, forma duas moléculas de piruvato que, ao serem descarboxiladas no complexo da piruvato desidrogenase, sintetizam 5 moléculas de ATP.
O CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
CAMPBELL, Mary. Bioquímica, p. 508
ETAPAS:
1. Condensação da acetil-CoA com o oxaloacetato;
2. Isomerização do citrato em isocitrato via cis-aconitato;
3. Descarboxilação oxidativa do isocitrato para formar -cetoglutarato, o primeiro NADH e CO2. O complexo enzimático (CE) da –cetoglutarato-desidrogenase[footnoteRef:3]. Participam do CE os co-fatores TPP, lipoato, CoA-SH, FAD e NAD+. [3: Composto pelas três unidades catalíticas –cetoglutarato-desidrogenase e diidrolipoil-transuccinilase e diidrolipoil-desidrogenase.] 
4. Oxidação e descarboxilação do -cetoglutarato para formar succinil-CoA, o segundo NADH e CO2;
5. Clivagem da succinil-CoA com formação de GTP;
6. Oxidação do succinato para formar fumarato e FADH2;
7. Hidratação da liga dupla do fumarato para formar malato e o terceiro NADH;
8. Oxidação do malato a oxaloacetato.
4
Vitaminas do complexo B essenciais ao ciclo do ácido cítrico
Riboflavina: sob a forma de FAD, um cofator do complexo –cetoglutarato-desidrogenase e da succinato-desidrogenase.
Niacina: sob a forma de NAD, a coenzima de três desidrogenases, a isocitrato-desidrogenase, a –cetoglutarato-desidrogenase e a malato-desidrogenase.
Tiamina: sob a forma de difosfato de tiamina, a coenzima da descarboxilação da reação da –cetoglutarato-desidrogenase.
Ácido pantotênico: como parte da coenzima-A.
As desidrogenases são ativadas pelo Ca2+, que aumenta de concentração durante a contração muscular, quando há aumento da demanda de energia. 
Todos os intermediários do ciclo do ácido cítrico são potencialmente glicogênicos, pois podem originar oxaloacetato e daí produzir glicose.
 
REAÇÃO DO COMPLEXO PIRUVATO-DESIDROGENASE
PIRUVATO + CoA-SH + NAD+ Acetil-CoA + NADH + CO2 + H+
REAÇÃO LÍQUIDA PARA O CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
O CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO é a via oxidativa terminal para a maioria dos combustíveis metabólicos (piruvato, aminoácidos e ácidos graxos). 
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O 
2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + CoASH + GTP + 3 H+
Os dois carbonos do grupo acetila que participam do ciclo são oxidados completamente a CO2 e H2O.
A energia liberada por essas oxidações é conservada na forma de:
· 3 NADH 
· 1 FADH2
· Uma molécula de GTP (ou ATP).
Na cadeia mitocondrial transportadora de elétrons, para cada NADH produzido no Ciclo do Ácido Cítrico, são produzidos aproximadamente 2,5 ATP a partir de ADP + Pi . Para cada FADH2 são produzidos, aproximadamente, 1,5 ATP. Para cada 1 GTP são produzidos aproximadamente 1ATP. 
A completa oxidação do grupo acetila da acetil-CoA no ciclo do ácido cítrico produz 10 ATP.
Reação geral: 
PIRUVATO + 4 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O 
 3 CO2 + 4 NADH + FADH2 + GTP + 4 H+
EVENTUAIS PRODUÇÕES DE ATP POR PIRUVATO
4 NADH 10 ATP
1 FADH2 1,5 ATP
1 GTP 1 ATP
TOTAL: 12,5 ATPs/piruvato
 25 ATPs/glicose
Então: 
1 mol de glicose produz 2 mol de piruvato
 1 mol de glicose . 25 ATPs = 2 mol de piruvato (12,5 ATPs)
 
ENTRADA E SAÍDA DE INTERMEDIÁRIOS DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
(Regulação do fluxo metabólico)
O CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO, de caráter anfibólico (anabólico e catabólico), tem papel fundamental:
· no catabolismo de CARBO-HIDRATOS, ÁCIDOS GRAXOS e AMINOÁCIDOS com liberação de energia;
· no fornecimento de precursores para muitas vias biossintéticas (anabolismo).
SUCCINIL-CoA é precursora da maioria dos átomos de carbono das PORFIRINAS;
OXALOACETATO e -CETOGLUTARATO podem ser precursores dos aminoácidos ASPARTATO e GLUTAMATO;
ACETIL-CoA, no citosol, participa da síntese de ÁCIDOS GRAXOS e COLESTEROL;
As flutuações das condições celulares regulam a atividade do ciclo do ácido cítrico. A anaplerose (preencher completamente) é a reposição de intermediários do ciclo, sendo que, a produção de oxaloacetato (oxaloacetato + acetil-CoA + citrato) permite a entrada do grupo acetila no ciclo do ácido cítrico.
Em deficiência de qualquer dos intermediáriosdo ciclo, o piruvato é carboxilado reversivelmente por CO2, em reação catalisada pela piruvato-carboxilase que contém biotina como coenzima. O excesso de acetil-CoA ativa alostericamente a enzima.
PIRUVATO + CO2 + ATP + H2O OXALOACETATO + ADP + Pi 
As reações do ciclo convertem o OXALOACETATO nos intermediários deficientes no ciclo. 
A síntese do oxaloacetato ocorre também a partir do fosfoenolpiruvato, pela ação da enzima fosfoenolpiruvato-carboxilase presente tanto no citosol como na matriz mitocondrial.
A enzima é ativada pela FRUTOSE-1,6-BIFOSFATO, cuja concentração aumenta quando o ciclo do ácido cítrico atua lentamente.
FOSFOENOLPIRUVATO + CO2 + GDP OXALOACETATO + GTP 
 
O MALATO pode ser produzido, ainda, a partir do PIRUVATO, pela ação da enzima malato-desidrogenase. 
PIRUVATO + CO2 + NAD(P)H MALATO + NAD(P)+ 
ENTRADA E SAÍDA DE INTERMEDIÁRIOS DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
(Regulação do fluxo metabólico)
Aspartato
 MOTTA, Valter T. Bioquímica básica. p. 207
Rendimento da oxidação completa da glicose
Cada molécula de glicose completamente oxidada a CO2 e H2O pelas vias da glicólise, ciclo do ácido cítrico e cadeia mitocondrial transportadora de elétrons, utilizando o circuito malato/aspartato gera o equivalente energético a 32 moléculas de ATP. (MOTTA, Valter T, p. 230-1)
Balanço de ATP formados pela completa oxidação da glicose a CO2 na glicólise e no ciclo do ácido cítrico
	Reações
	ATP/molécula
	Fosforilação da glicose
Fosforilação de glicose-6-fosfato
2 (desfosforilação do 1,3-bifosfoglicerato)
2 (desfosforilação do fosfoenolpiruvato)
2 x 1 NADH (oxidação do gliceraldeído-3-fosfato)
2 x 1 NADH (descarboxilação oxidativa do piruvato)
2 x 3 NADH (ciclo do ácido cítrico)
2 x 1 FADH2 (ciclo do ácido cítrico)
2 x 1 GTP (ciclo do ácido cítrico)
	- 1
- 1
+ 2
+ 2
+ 5
+ 5
+ 15
+ 3
+ 2
	Total
	+ 32
Na tabela considera-se 1 NADH 2,5 ATPs; 1 FADH2 1,5 ATPs
MOTTA, Valter T. Bioquímica básica, p. 231, 2005
A utilização do circuito glicerol-fosfato encontrado no músculo esquelético e no cérebro, apenas 30 ATP são formados.
A oxidação da glicose a CO2 e H2O libera – 2870 kJ.mol-1
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O H = – 2870 kJ.mol-1
A energia livre padrão necessária para sintetizar 1 mol de ATP a partir de ADP e Pi é 30,5 kJ.mol-1
ADP + Pi ATP Go’ = + 30,5 kJ.mol-1
A energia livre para a síntese de 32 ATP corresponde a 32 x 30,5 = - 976 kJ.mol-1. 
A eficiência termodinâmica de formação de ATP a partir da glicose é 976 x 100/2870 = 34%.
Assim, aproximadamente 34% da energia liberada na completa oxidação da glicose é conservada como ATP.
EXERCÍCIOS
1. Desenhe a mitocôndria e identifique as regiões da organela.
2. Comente as operações do complexo piruvato-desidrogenase.
3. Quais os principais precursores e os destinos da acetil-CoA?
4. Comente, brevemente, os principais intermediários do ciclo do ácido cítrico. Qual a importância da acetil-CoA e do oxaloacetato para o ciclo?
5. Quais os pontos de controle da conversão de piruvato a acetil-CoA no ciclo do ácido cítrico?
6. Qual o saldo da via oxidativa aeróbia do ciclo? 
Referência Bibliográfica
CAMPBELL, Mary K. Bioquímica. 3.ed. Porto Alegre: Artmed Editora, 2000. 752 p.
MOTTA, Valter. Bioquímica. Caxias do Sul: EDUCS, 2005. 334 p.