Ciclo de Krebs

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Ciclo de Krebs 
Maria Eduarda Ferrari- 008 
 
Ciclo de Krebs/ciclo dos ácidos         
tricarboxílicos/ciclo oxidativo geral/     
ciclo do ácido cítrico 
 
→ Na mitocôndria, cada ácido pirúvico é             
oxidado completamente até a formação dos           
produtos final CO​2 e H​2​O, de modo a               
completar a degradação da molécula de           
glicose. 
 
→ O dióxido de carbono é produzido no               
ciclo de Krebs e a água na cadeia               
respiratória. Antes de entrar no ciclo de             
Krebs, mas já dentro da mitocôndria, cada             
molécula de ácido pirúvico sofre         
descarboxilação e libera uma molécula de           
CO2, resultando num composto denominado         
de acetil ou aldeído acético (H3C–CO).           
Esse grupo acetil reage com a coenzima A               
(CoA) formando acetilconenzima A       
(acetil-CoA), que é reativo e constitui a             
substância “alimentadora” do ciclo de         
Krebs, sendo a principal substância do           
ciclo de Krebs. A coenzima A é derivada               
do ácido pantotênico (uma das vitaminas           
do complexo B). 
 
→ Esta etapa é conhecida como           
descarboxilação do ácido pirúvico. Nessa         
fase ocorre, ainda, uma desidrogenação,         
levando à formação de um NADH. 
 
Complexo Enzimático Piruvato 
Desidrogenase 
O piruvato é formado através das reações             
de quebra da glicose no citossol: 
GLICOSE (6C) --> 2 PIRUVATO (3C) 
 
→ O piruvato pode ser transformado em             
acetil-CoA. Essa transformação é mediada         
por um complexo enzimático chamado de           
piruvato-desidrogenase, presente na     
mitocôndria. 
 
→ Como a glicólise, que formará piruvato,             
acontece no citossol, o piruvato deverá           
ser transportado para dentro da         
mitocôndria para a formação de         
acetil-CoA. Esse transporte é feito  
 
 
através do transportador     
piruvato-transportase. 
 
→ A piruvato-transportase faz um         
co-transporte de piruvato e de prótons           
H+. Assim, o piruvato só entra na             
mitocôndria se houver prótons H+. 
 
→ Dentro da mitocôndria, o piruvato pode             
enfim ser transformado em acetil-CoA.         
Essa conversão acontece através de uma           
descarboxilação (saída de CO2) e a           
formação de uma coenzima reduzida NADH +             
H+: ​PIRUVATO (3C) + CoA --> ACETIL-CoA             
(2C) + CO2 
 
→ A saída de CO2 acontece porque o               
piruvato possui três carbonos e o           
acetil-CoA só possui dois carbonos. 
 
→O complexo enzimático piruvato-       
desidrogenase é composto por três enzimas           
que são responsáveis pela conversão do           
piruvato em acetil-CoA, sendo elas E1, E2             
e E3. 
-E1​: piruvato-desidrogenase propriamente     
dita, que dá nome ao complexo. 
-E2​: diidro-lipoamida-acetiltransferase.   
-E3​: diidro-lipoamida-desidrogenase. 
 
A reação catalisada pelo complexo         
enzimático piruvato-desidrogenase   
necessita, também, de cinco coenzimas:         
tiamina-pirofosfato, ácido lipóico,     
coenzima A, FAD e NAD+. 
 
A reação acontece em cinco etapas: 
1- A primeira etapa da reação é             
catalisada pela E1 (piruvato       
desidrogenase), que utiliza o piruvato         
como substrato e a tiamina-pirofosfato         
(TPP) como coenzima. A E1 descarboxila o             
piruvato, gerando o intermediário       
hidroxi-etil-tiamida-pirofosfato (HETPP),   
baseado na interação da       
tiamina-pirofosfato e o piruvato       
descarboxilado. 
 
2- A segunda etapa da reação é catalisada               
pela E2 (diidro- lipoamida       
-acetiltransferase), que vai retirar o         
grupo acetil que se ligou ao TPP e               
transferi-lo. A E2 possui ligada         
covalentemente à sua estrutura uma         
lipoamida. Quando a enzima percebe a           
presença do intermediário da primeira         
etapa da reação (HETPP), ocorre uma           
redução na lipoamida, gerando uma         
diidro-lipoamida, agora capaz de receber         
o acetil ligado ao TPP, formando um             
intermediário acetil-diidro-lipoamida. 
 
3- ​Ligada, ao grupo acetil, a E2 pode               
transferi-lo para a coenzima A e gerar o               
produto da terceira etapa da reação:           
acetil-CoA. O subproduto da reação é a             
diidro-lipoamida ligada à E2. 
 
4- A quarta etapa é catalisada pela E3               
(diidro-lipoamida-desidrogenase). A E3 é       
uma flavoproteína, ou seja, está ligada à             
coenzima FAD. O FAD está envolvido em             
reações de oxirredução e está ligado           
covalentemente à E3. A E3 reduz o FAD               
ligado a ela, oxidando a         
diidro-lipoamida, formando novamente a E2         
original, com seu complexo lipoamida com           
capacidade oxidativa. 
 
5- Os elétrons recebidos pelo FAD são             
transferidos para o NAD+, gerando         
novamente a E3 original, com seu FAD             
capaz de oxidar a E2. 
 
→ Primeiramente, vale ressaltar a         
diferença entre o FAD e o NAD: ambos são                 
coenzimas capazes de receber e transferir           
elétrons, porém o FAD liga-se         
covalentemente à enzima (formando       
flavoproteínas) e o NAD não se liga às               
enzimas. Dessa forma, o NADH + H+ (estado               
reduzido do NAD) pode ser descrito como             
subproduto da reação, enquanto o FADH2           
(estado reduzido do FAD) não o é, pois               
este faz parte da enzima. 
 
→ Percebe-se que a E1 e a E2 foram as                   
responsáveis pela formação do acetil-CoA         
e a E3 foi a responsável pela recuperação               
do estado natural da lipoamida da E2,             
para que a E2 seja capaz de realizar               
novamente sua função. 
 
 
 
 
 
 
 
O Ciclo  
→ O ciclo de Krebs é composto por oito                 
reações enzimáticas, que vão oxidar o           
acetil-CoA. Essas reações são catalisadas         
por oito enzimas. 
 
→ O produto da última reação enzimática é               
utilizado, novamente, na primeira reação,         
formando um ciclo. 
 
→ Durante cada volta do Ciclo de Krebs               
(entrada de um novo acetil-CoA) são           
produzidas 3 coenzimas reduzidas (NADH +           
H+), 1 FADH2 e 1 molécula de GTP, que                 
pode ser convertida em ATP.  
 
As reações são as seguintes: 
1- ​Condensação do oxalacetato (4C) com o             
acetil-CoA (2C). Essa reação é catalisada           
pela citrato-sintase, formando o citrato         
(6C). Durante a reação, dois aminoácidos           
do sítio ativo da citrato-sintase se           
destacam: o aspartato e a histidina. Eles             
interagem com os substratos,       
primeiramente com o acetil-CoA e, depois,           
com o oxalacetato, catalisando a formação           
do citrato. Durante a reação é formado um               
intermediário, o citril-CoA, que perde         
sua coenzima A e é liberado como citrato. 
 
2- Catalisada por uma enzima que liga             
Fe2+, a aconitase. A aconitase vai           
converter o citrato em isocitrato,         
primeiramente eliminando uma molécula de         
H2O e formando o intermediário         
cis-aconitato e, posteriormente,     
incorporando uma molécula de H2O,         
formando finalmente o isocitrato. A         
diferença do citrato e do isocitrato é a               
posição do grupamento hidroxila (-OH):         
essa hidroxila é ligada, no citrato, no             
carbono 3 e, no isocitrato, no carbono 2.               
A conversão do citrato a isocitrato é             
feita porque a enzima que vai catalisar a               
próxima etapa do ciclo       
(isocitrato-desidrogenase) não é capaz de         
reconhecer o citrato, somente o         
isocitrato. 
 
3- Catalisada pela isocitrato-       
desidrogenase. Essa enzima vai oxidar oisocitrato, formando um intermediário       
oxalosuccinato e, após descarboxilação       
(saída de CO2) desse intermediário, o           
produto final alfa-ceto-glutarato. Para       
oxidar o isocitrato, a       
isocitratodesidrogenase vai reduzir um       
NAD+ a NADH + H+. 
 
4- Catalisada por um complexo enzimático           
chamado de alfa- ceto- glutarato-         
desidrogenase. Esse complexo enzimático       
também possui três enzimas: 
a)E1–alfa-ceto- glutarato- desidrogenase. 
b)E2 – succinil-transferase. 
c)E3 – diidro-lipoamida-desidrogenase. 
Durante essa reação, forma-se outra         
molécula de NADH + H+ e é liberada uma                 
molécula de CO2. O produto formado é o               
succinil-CoA. 
 
5- Catalisada pela succinil- CoA-         
sintetase. Essa enzima vai utilizar o           
succinil-CoA para formação do succinato.         
Durante a reação, a       
succinil-CoA-sintetase vai formar uma       
molécula de GTP. A enzima age através da               
oxidação temporária de uma histidina do           
seu sítio ativo. A fosforilação acontece           
porque, para que a coenzima A saia do               
succinato, este precisará ganhar um         
fosfato, formando um intermediário       
chamado succinil-fosfato. O     
succinil-fosfato será, então, atacado       
pela histidina da succinil-CoA-sintetase       
que vai se fosforilar, formando enfim o             
succinato. O fosfato ganho pela histidina           
da succinil-CoA-sintetase será passado       
para um GDP, formando assim um GTP, que               
pode ser facilmente transformado em ATP.           
Essa reação é chamada de fosforilação em             
nível de substrato. 
 
6- Catalisada pela succinato-       
desidrogenase. Essa enzima fica na         
membrana interna da mitocôndria, enquanto         
todas as demais enzimas do Ciclo de Krebs               
encontram-se na matriz mitocondrial. A         
succinato-desidrogenase é uma     
flavoproteína, ou seja, quando ela for           
oxidar alguém, o FAD ligado a ela será               
reduzido a FADH2. A reação catalisada           
pela succinato-desidrogenase é a oxidação         
do succinato a fumarato. Através de seu             
FADH2 reduzido, a succinato-desidrogenase       
é uma enzima que doa elétrons para a               
cadeia respiratória (fosforilação     
oxidativa). Essa doação de elétrons é           
mediada por um transportador de elétrons           
de natureza lipídica, a ubiquinona. O           
malonato, por ser muito parecido com o             
succinato (análogo estrutural), atua como         
inibidor competitivo da     
succinato-desidrogenase. 
7- A sétima enzima é a fumarase. Ela vai                 
converter o fumarato em malato. Essa           
reação acontece quando a fumarase         
adiciona uma molécula de H2O ao fumarato,             
rompendo uma dupla ligação C=C deste           
fumarato, formando o malato. 
 
8- A última reação é a oxidação do malato                 
a oxalacetato. Durante a oxidação será           
gerada a terceira molécula de NADH +             
H+.Esse oxalacetato gerado será utilizado         
pela primeira reação, em que ele será             
condensado pela citrato-sintase ao       
acetil-CoA, para formar o citrato,         
gerando todo o ciclo novamente. 
 
→ O Ciclo de Krebs é uma via anfibólica                 
porque seus intermediários podem servir         
tanto ao catabolismo quanto ao         
anabolismo. Dessa forma, a degradação de           
glicose, ácidos graxos e alguns         
aminoácidos podem gerar acetil-CoA, que         
será usado no Ciclo de Krebs. Porém, os               
intermediários desse ciclo podem, também,         
formar as moléculas precursoras do         
acetil-CoA. 
 
→ Por exemplo: o oxalacetato pode entrar             
na síntese de glicose, o citrato pode             
ajudar na síntese de ácidos graxos e o               
alfa-ceto-glutarato pode ser convertido       
em glutamato, servindo de precursor para           
outros aminoácidos. 
 
→ A velocidade do Ciclo de Krebs pode ser                 
regulada através da concentração de         
intermediários. Como o Ciclo de Krebs é             
produtor de NADH + H+ e FADH2, existem               
reações chamadas de “reações       
anapleróticas” que acontecem para que o           
Ciclo de Krebs não pare completamente. 
 
→ Por exemplo: em certas condições,           
pode-se desviar muito oxalacetato do         
Ciclo de Krebs para a gliconeogênese           
através de uma outra enzima, a           
piruvato-carboxilase, que vai carboxilar       
o piruvato gerando oxalacetato. Assim,         
vai ter mais oxalacetato que poderá ser             
usado tanto no Ciclo de Krebs quanto na               
gliconeogênese. Em algumas bactérias e         
plantas esse oxalacetato é gerado pela           
enzima fosfoenol-piruvato-carboxilase,   
que vai converter o fosfoenol-piruvato em           
oxalacetato. As reações de geração de           
oxalacetato têm como objetivo impedir que           
os níveis de oxalacetato, substrato da           
primeira reação do ciclo, caiam muito e o               
Ciclo de Krebs pare. 
 
→ Apesar de o oxalacetato ser um             
precursor da síntese da glicose, o           
acetil-CoA não o é, mesmo eles           
participando da mesma reação de formação           
de citrato. Isso pode ser percebido pela             
degradação de ácidos graxos: caso o           
acetil-CoA fosse um possível precursor da           
síntese de glicose, a degradação de           
ácidos graxos formaria glicose, mas         
experimentalmente sabe-se que isso não         
acontece. 
 
→ A degradação dos ácidos graxos forma             
apenas o acetil-CoA, incapaz de se           
transformar em glicose. 
 
Regulação do Complexo Enzimático 
Piruvato-Desidrogenase 
→ O complexo da piruvato desidrogenase é             
fortemente inibido por ATP, acetil-CoA e           
NADH, os produtos das reações catalisadas           
por esse complexo. Tanto a E2 quanto a E3                 
são reguladas alostericamente. A E2 tem           
como modulador alostérico positivo a         
coenzima A e a E3 tem como modulador               
alostérico positivo o NAD+. 
 
→ Isso acontece porque a E2 transfere o               
acetil para a coenzima A. Assim, conforme             
a concentração de coenzima A aumenta, a             
velocidade da reação é aumentada. A E3             
transfere seus elétrons ganhos através da           
oxidação da diidro-lipoamida e redução do           
seu FAD a FADH2 para o complexo NAD+.               
Dessa forma, quanto maior a concentração           
de NAD+, mais rápida será a reação. 
 
→Analogamente, os moduladores alostéricos       
negativos da E2 e da E3 são,             
respectivamente, o acetil-CoA e o NADH +             
H+. Ambos os moduladores negativos são           
produtos das reações catalisadas pelas         
enzimas. Dessa forma, os produtos, quando           
em grande quantidade, sinalizam que a           
conversão de substrato em mais produto é             
desnecessária. 
 
→ A E1 (piruvato-desidrogenase) é         
modulada por uma modificação covalente em           
sua estrutura: a fosforilação. Quando a           
E1 está desfosforilada, ela encontra-se         
ativa.Quando ela está fosforilada,       
encontra-se inativa. A piruvato-       
desidrogenase-quinase vai fosforilar a       
E1. A piruvato-desidrogenase-fosfatase     
vai desfosforilar a E1. A quinase e a               
fosfatase fosforilam e desfosforilam a E1           
respondendo a certas modificações       
alostéricas: 
 
QUINASE – a quinase vai fosforilar E1             
quando houver NADH + H+ e acetil-CoA no               
meio, ou seja, quando o produto HETPP for               
desnecessário, tornando a E1 inativa. O           
ADP e o piruvato vão atuar negativamente             
na quinase, tornando-a inativa e fazendocom que não haja fosforilação da E1,             
tornando-a ativa. O piruvato vai modular           
positivamente a E1 porque indica alta           
taxa de glicólise e conseqüente         
necessidade de acetil-CoA. O ADP modula           
positivamente E1 porque há escassez de           
ATP e E1 fará com que haja acetil-CoA               
suficiente para formação de mais ATP. 
 
FOSFATASE – a fosfatase vai desfosforilar           
E1-Pi (inativa) quando a atividade dessa           
enzima for novamente necessária. A         
fosfatase é geralmente ativa na presença           
de Ca2+. O Ca2+ modula positivamente a             
fosfatase e, conseqüentemente, a E1, pois           
a alta concentração de Ca2+ indica alta             
taxa de contração muscular. Para essa           
contração muscular acontecer é       
necessário, além do Ca2+, ATP. Dessa           
forma, a E1 será modulada positivamente           
para que produza o ATP necessário. 
 
→ A regulação do complexo piruvato           
desidrogenase afeta o Ciclo de Krebs           
porque altera as taxas de formação de             
acetil-CoA, produto essencial para o         
ciclo. 
 
 
Regulação das Enzimas do Ciclo de Krebs 
 
São três as enzimas reguladas no Ciclo de               
Krebs: a isocitrato-desidrogenase, a       
citrato-sintase e a alfa- ceto-         
glutarato-desidrogenase. 
 
→ A isocitrato-desidrogenase sofre apenas         
regulação alostérica. Os moduladores       
alostéricos positivos dessa enzima são o           
FAD+ e o ADP. O modulador alostérico             
negativo é o NADH + H+. Em bactérias, a                 
isocitrato-desidrogenase é, também,     
regulada por modificações covalentes,       
sendo inativada por fosforilação. 
 
→ A citrato-sintase e a alfa- ceto-             
glutarato-desidrogenase sofrem regulação     
alostérica. O modulador alostérico       
positivo da citrato-sintase é o ADP e             
seus moduladores negativos são o NADH +             
H+, o succinil-CoA, o citrato (produto da             
enzima) e o ATP. A alfa- ceto-             
glutarato-desidrogenase tem como     
modulador alostérico positivo o Ca2+ e           
como modulador alostérico negativo o         
succinil-CoA e o NADH + H+. O             
succinil-CoA é modulador alostérico       
negativo da citrato-sintase mesmo sem         
jamais ser utilizado pela       
citrato-sintase. Ele inibe a       
citrato-sintase através de meios de         
feedback negativo para que a velocidade           
do Ciclo de Krebs diminua. 
 
→ Em algumas plantas, pode acontecer o             
ciclo do bioxalato. Este ciclo também           
acontece a partir do acetil-CoA e possui             
algumas enzimas em comum com o Ciclo de               
Krebs, produzindo, no final do ciclo, o             
oxalacetato. No ciclo do bioxalato, há           
duas enzimas que não existem no Ciclo de               
Krebs: a isocitrato-liase e a         
malato-sintase. A isocitrato-liase     
degrada o isocitrato em succinato e           
bioxalato. O bioxalato gera o malato           
através da malato-sintase. O acetil-CoA         
dessas plantas, ao contrário do         
acetil-CoA humano, é gliconeogênico.