ESTUDO DIRIGIDO - FORMAÇÃO DO ACETIL-COA, CICLO DE KREBS E GLIOXALATO

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ESTUDO DIRIGIDO FORMAÇÃO DO Acetil-CoA, CICLO DE KREBS E GLIOXALATO
1. Qual o destino do piruvato em aerobiose?
R: Em aerobiose, o piruvato vai para a mitocôndria para ser oxidado à acetil-CoA e CO2.
2. Descreva o complexo piruvato desidrogenase.
R: O completo piruvato desidrogenase é formado por três enzimas: 
piruvato desidrogenase que utiliza tiamina pirofosfato (TPP) como cofator; 
diidrolipoil transacetilase que utiliza ácido lipóico como cofator e 
diidrolipoil desidrogenase que utiliza flavina adenina dinucleotídeo (FAD) como cofator. 
3. Esquematize a reação de conversão de piruvato à acetil-CoA catalisada pelo complexo enzimático e os seus respectivos co-fatores. 
4. Como o complexo da piruvato desidrogenase é regulado?
R: O completo piruvato desidrogenase é regulado alostericamente e covalentemente. Na regulação alostérica, o completo é inibido por ATP, acetil-CoA, NADH e ácidos graxos de cadeia longa. Já na regulação covalente, quando há pouco ATP, acetil-CoA e intermediários do ciclo de Krebs, há um sinal para formação de acetil-CoA, com uma piruvato desidrogenase fosfatase retirando um fosfato da enzima piruvato desidrogenase fosfato transformando-a em piruvato desidrogenase; já quando há muito ATP, acetil-CoA e intermediários do ciclo de Krebs, não há a necessidade de produzir acetil-CoA a partir de piruvato, então a enzima piruvato desidrogenase quinase adiciona um fosfato na enzima piruvato desidrogenase transformando-a em piruvato desidrogenase fosfato. 
5. Sobre o ciclo de Krebs responda:
a. Esquematize o ciclo
A cada rodada do ciclo do ácido cítrico, três moléculas de NADH, uma de FADH2, uma de GTP (ATP) e duas de CO2 são liberadas em reações de descarboxilação oxidativa.
b. Indique em que ponto do ciclo ocorre síntese de ATP em nível de substrato.
R: A síntese de ATP em nível de substrato ocorre na conversão de succinil-CoA em succinato, com a energia colocada no GTP pela succinil-CoA sintetase. Após isso, a enzima nucleotídeo difosfoquinase passa a energia do GTP para o ATP.
Succinil-CoA + Pi + GDP => Succinato + GTP + CoA-SH
GTP + ADP => GDP + ATP
c. Quantos NADH e FADH2 são produzidos com a entrada de 6 acetil-CoA neste ciclo?
R: Com a entrada de 2 acetil-CoA, é formado 6NADH e 2FADH2. Então, com a entrada de 6 acetil-CoA, é produzido 18NADH e 6FADH2.
d. Considerando os equivalentes redutores produzidos durante a glicólise, na oxidação do piruvato a acetil-CoA e no ciclo de Krebs, calcule quantos ATPs são produzidos com a chegada destes na CTE.
R:
Glicólise: 2NADH, 2x2,5 = 5ATPs + 2ATPs a nível de substrato = 7 ATPs
Oxidação do piruvato: 2NADH, 2x2,5 = 5 ATPs
Ciclo de Krebs: 6NADH, 6x2,5 = 15 ATPs + 2FADH2, 2x1,5 = 3 ATPs + 2 ATPs a nível de substrato = 20 ATPs
Total: 7 + 5 + 20 = 32 ATPs
e. Cite as enzimas do CK que são reguladas. E explique como cada uma é regulada.
R: As enzimas que são reguladas no ciclo de Krebs são: citrato sintetase, isocitrato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase. 
A citrato sintetase é regulada pela entrada de acetil-CoA pelo completo piruvato desidrogenase e de oxaloacetato, sendo que o succinil-CoA e precursores de acetil-CoA a inibem; citrato e NADH inibe apenas em algumas células. 
A isocitrato desidrogenase possui duas formas: a que usa NAD como aceptora de elétrons e a que usa NADP como aceptora de elétrons, sendo as duas moduladas positivamente por ADP. 
A α-cetoglutarato desidrogenase é modulada negativamente por NADH e succinil-CoA.
f. O que são reações anapleróticas? Exemplifique.
R: Reações anapleróticas são reações de reposição, que servem para “produzir” intermediários de um ciclo que estão sendo usados em outras reações. Um exemplo pode ser o ciclo do glioxalato em plantas, fungos e bactérias, que utiliza ácidos graxos para liberar acetil-CoA, transformando em malato e consequentemente em oxaloacetato que será utilizado como intermediário na gliconeogênese. 
g. Por que este ciclo é considerado uma via anfibólica? Exemplifique
R: O ciclo é considerado uma via anfibólica pois serve para processos catabólicos e anabólicos. Além do catabolismo oxidativo de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos, o ciclo fornece precursores para muitas vias anabólicas. a-cetoglutarato e oxaloacetato podem, por exemplo, ser os precursores dos aminoácidos aspartato e glutamato por simples transaminação, sendo usados então para a síntese de outros aminoácidos e nucleotídeos; oxaloacetato é convertido em glicose na gliconeogênese.
6. Esquematize o ciclo do glioxalato, indicando em que momento a oxidação de ácidos graxos participa deste ciclo, o ciclo de Krebs, a gliconeogênese e o próprio ciclo. 
R:
A oxidação dos ácidos graxos participa do ciclo ao liberar acetil-CoA. 
O ciclo de Krebs participa ao receber o succinato liberado pela enzima isocitrato liase ao quebrar o isocitrato. 
A gliconeogênese participa do ciclo ao receber o oxaloacetato, que serve de intermediário para a síntese de glicose. 
7. Como ciclo do glioxalato é regulado?
R: Metabólitos do ciclo de Krebs e glicólise, AMP e ADP modulam a isocitrato liase negativamente.
ESTUDO DIRIGIDO CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
8. Esquematize os complexos transportadores de elétrons na CTE.
9. Quais são os tipos de reações enzimáticas que acontecem durante a transferência de elétrons?
R: Reações de oxirredução. 
10. Quem será o aceptor final destes elétrons?
R: O O2.
11. Qual o papel da ubiquinona e do citocromo C na CTE?
R: Ambas são moléculas transportadoras de elétrons, sendo que a ubiquinona transporta do complexo I e II para o complexo III e o citocromo C transporta do complexo III para o complexo IV.
12. Os elétrons doados por NADH geram mais ATP (2,5) do que os doados pelo FADH2 (1,5). Explique qual o motivo que leva a esta diferença.
R: Quando o que é utilizado como aceptor de elétrons é o NADH, é utilizado o complexo I, III e IV, passando 10 prótons da matriz para o espaço intramembrana e consequentemente gerando 2,5ATPs (precisa de 4 prótons para 1ATP). Quando o aceptor de elétrons é o FADH2, se pula o complexo I utilizando apenas o complexo III e IV, gerando uma energia próton-motora menor com apenas 6 prótons sendo jogados no espaço intramembrana, consequentemente produzindo menos ATPs = 6 ATPs.
SISTEMAS DE LANÇADEIRAS
Malato aspartato - NADH
Glicerol-3-fosfato - FADH2
13. Qual enzima é responsável pela síntese de ATP por fosforilação oxidativa? Descreva esta enzima funcionalmente.
R: A enzima responsável pela síntese de ATP por fosforilação oxidativa é a ATP sintase. Essa enzima possui duas grandes subunidades: F1 (subunidade catalítica) com 7 subnidades e FO (canal de prótons) com 5 subunidades, sendo que a FO é a região por onde os prótons retornam para a matriz. 
14. Explique como o transporte de elétrons está acoplado à síntese por fosforilação oxidativa.
R: O transporte de elétrons promove a criação de um gradiente eletroquímico através do bombeamento de prótons para o espaço intramembrana. A força próton-motora, gerada pela diferença de concentração de prótons e separação de cargas através da membrana mitocondrial interna, impulsiona a catálise na subunidade F1, promovendo a síntese de ATP. 
15. O que é a teoria quimiosmótica?
R: A teoria quimiosmótica diz que a energia eletroquímica é inerente à diferença de concentração de prótons e à separação de cargas através da membrana mitocondrial interna – a força próton-motriz – impulsiona a síntese de ATP, à medida que os prótons fluem passivamente de volta à matriz, por meio de um poro para prótons na ATP-sintase.
16. Por que a alteração na membrana mitocondrial interna pode levar a queda na síntese de ATP?
R: Quebra do gradiente eletroquímico promovido pelos complexos I, II, III e IV -> menos força protomotora para a ATP Sintase.
17. Cite os inibidores da CTE e onde atuam.
R: 
A rotenona inibe a transferência de elétrons do complexo I (NADH) para a ubiquinona, mantendo o NADH reduzido que inibirá o ciclo de Krebs. 
O mixotiazol inibe a transferência de elétrons do complexo II para a ubiquinona. 
A antimicinaA bloqueia a transferência de elétrons do citocromo b ao citocromo c. 
O cianeto e monóxido de carbono inibem a citocromo-oxidase (complexo IV), impedindo a transferência de elétrons para o O2. 
O atractilosídeo inibe a enzima adenina nucleotídeo translocase que troca de ATP por ADP, diminuindo a quantidade do substrato e a síntese de ATP. 
18. O que é um desacoplador? Exemplifique.
R: São substâncias que desacoplam a oxidação por fosforilação, ocorrendo a transferência de elétrons para o O2 mas sem haver síntese de ATP acoplada. Um exemplo é o 2,4-dinitrofenol (DNP), ácidos fracos com propriedades hidrofóbicas que difundem pela membrana mitocondrial na forma protonada, liberando um próton no interior e dissipando o gradiente de prótons. 
19. A via glicolítica gera 30 a 32 ATPs, qual o motivo desta diferença? (ver sistemas de lançadeiras).
R: Quando o que chega na mitocôndria é NADH, o sistema de lançadeira utilizado é o malato aspartato. Nesse caso, o NADH por força vetorial passa 10 prótons da matriz para o espaço intramembrana, sendo 4 pelo complexo I, 4 pelo complexo III e 2 pelo complexo IV. Como chega 2NADH da via glicolítica na cadeia transportadora de elétrons, serão passados 8 prótons pelo complexo I, gerando então 2ATPs e totalizando 32ATPs produzidos. 
Quando o que chega na mitocôndria é FADH2, o sistema de lançadeira utilizado é o glicerol-3-fosfato, pulando o complexo I e passando apenas 6 prótons da matriz para o espaço intramembrana. Sem os 8 prótons que gerariam 2ATPs, o total de ATPs produzidos será 30.
20. 4 Acetil-CoA ao entrarem no ciclo de Krebs irão gerar 12 NADH e 4 FADH2, além dos 4 ATPS gerados por síntese em nível de substrato. Então estes NADH e FADH2 por fosforilação oxidativa irão gerar quantos ATPs? 
R: 12NADH x 2,5ATPs = 30ATPs; 4FADH2 x 1,5ATPs = 6 ATPs => TOTAL: 36 ATPs
ESTUDO DIRIGIDO OXIDAÇÃO DE AMINOÁCIDOS
21. Os aminoácidos catabolizados podem ser provenientes de três fontes, quais são elaαs?
R: De proteínas da dieta, de proteínas de reserva (na germinação de sementes) e no turnover endógeno (degradação de proteínas em aminoácidos que podem ser oxidados para produção de energia ou reciclados).
22. Exemplifique por meio de reação enzimática quando um aminoácido é descrito como sendo glicogênico e cetogênico?
R: 
Um aminoácido é descrito como glicogênico quando pode ser convertido em glicose.
Seu esqueleto carbônico pode ser usado para síntese de glicogênio.
Produtos: Piruvato, oxoloacetato, fumarato, alfa-cetoglutarato e succinil-CoA.
EX: Alanina => (transaminases ou aminotransferases) => piruvato + NH2 => vai pra gliconeogênese 
Um aminoácido é descrito como cetogênico quando pode ser convertido em corpos cetônicos.
Produtos: Acetil CoA, acetiloacetado e acetoacetil CoA. 
Leucina + α-cetoglutarato => TPLP amino + acetil-CoA 
23. A glutamato desidrogenase catalisa a desaminação oxidativa do glutamato. Descreva a reação catalisada por esta enzima.
R: A reação catalisada pela enzima é reversível, sendo que a enzima desamina oxidativamente o glutamato em α-cetoglutarato e amônia ou vice-versa. Para isso, a enzima transforma glutamato, utilizando NAD+ ou NADP+ e água, em α-cetoglutarato, liberando NADH ou NADPH, H+ e amônia. 
24. As transaminases necessitam da coenzima piridoxal fosfato (PLP). Esquematize a transaminação da alanina, indicando os produtos, substratos e os dois momentos da PLP.
Todas as aminotransferases apresentam o mesmo grupo prostético e o mesmo mecanismo de reação. O grupo prostético é o piridoxal-fosfato (PLP), a forma de coenzima da piridoxina ou vitamina B6.
25. Descreva como o excesso de amônia no músculo vai ser transportado até o fígado.
R: O excesso de amônia no músculo é transaminado formando glutamato. O grupo amino é transferido para o piruvato por transaminação formando alanina. A alanina vai para o sangue e consequentemente para os hepatócitos no fígado, onde uma transaminase remove o grupo amino da alanina passando para o α-cetoglutarato, gerando piruvato e glutamato. O glutamato vai para a mitocôndria dos hepatócitos e sofre ação da glutamato desidrogenase, liberando amônia e esqueletos carbônicos.
26. Descreva como o excesso de amônia no cérebro vai ser transportado até o fígado.
R: O excesso de amônia no cérebro é combinada com glutamato através da glutamina sintetase gerando glutamina. A glutamina vai para o sangue podendo ir para órgãos onde é processada (fígado, rins, intestino). A glutaminase converte a glutamina em amônia e glutamato. O glutamato pode gerar mais amônia se sofrer ação da glutamato desidrogenase ou pode ser transaminado para biossíntese de outros aminoácidos.
27. Quais aminoácidos no ciclo da ureia são elos com o ciclo do ácido tricarboxílico (CK)?
ESTUDO DIRIGIDO CICLO DA UREIA
28. Esquematize o ciclo da ureia, com todas as enzimas, localização das reações, substratos e produtos.
29. Como o ciclo da ureia é regulado?
Em uma escala de tempo mais curta, a regulação alostérica de pelo menos uma enzima-chave ajusta o fluxo pelo ciclo da ureia. A primeira enzima da via, a carbamoil-fosfato-sintetase I, é ativada alostericamente por N-acetil-glutamato, sintetizado a partir de acetil-CoA e glutamato pela N-acetil-glutamato-sintase.
30. Quantos ATPs são necessários para um turno do ciclo da ureia? Indique em que reações os mesmos são empregados.
A síntese de uma molécula de ureia requer a hidrólise de quatro ligações fosfato ricas em energia. Duas moléculas de ATP são necessárias na formação do carbamoil-fosfato e um ATP para produzir arginino-succinato este último ATP sendo clivado em AMP e PPi, que é hidrolisado em 2 Pi.
31. Você espera que uma ave excrete amônia como ácido úrico, ureia ou amônia. Justifique sua resposta.
As aves são animais que têm como seu principal excreta o ácido úrico. As aves não possuem as enzimas necessárias para conversão do ácido úrico em uréia para excretá-lo. Esse excreta é retirado do sangue por meio dos rins e de lá é conduzido diretamente à uretra, onde é eliminado pela cloaca. Esses animais não apresentam bexiga urinária e a ausência desse órgão é uma das suas adaptações para o voo. 
32. Por que um indivíduo que faz uma dieta a base de proteínas deve ingerir grande volume de água?
33. Esquematize a reação catalisada pela glutamina sintetase e pela glutaminase, associe a reação catalisada por cada uma destas enzimas ao seu principal objetivo no catabolismo de aminoácidos.
R: Glutamato + amônia => glutamina pela glutamina sintetase utilizando ATP, serve para transportar amônia dos tecidos extra-hepáticos para hepatócito. Glutamina => glutamato + amônia pela glutaminase, serve para liberar a amônia nos hepatócitos.
34. Quais são os sete produtos oriundos do catabolismo dos aminoácidos?
R: Os sete produtos são: acetoacetato, acetil-CoA, piruvato, alfa-cetoglutarato, oxaloacetato, succinil-CoA, fumarato.
35. Considerando que o aminoácido a ser catabolizado seja a alanina, o alfa-cetoácido produzido por transaminase seja o piruvato, contabilize o ganho em ATP dentro do ciclo de Krebs e por fosforilação oxidativa (CTE).
R: 
1 Piruvato => acetil-CoA gera 1NADH
CK gera 3NADH, 1FADH2, 1ATP 
4 x 2,5 = 10ATP
1,5 x 1 = 1,5ATP
+1ATP
= 12,5ATP