Ciclo de Krebs

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Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre 
Disciplina de Bioquímica 
Aluno: Cauê dos Santos de Oliveira Curso: Medicina Turma: A 
 
Ciclo de Krebs 
 
1. Onde ocorre o ciclo de Krebs? 
O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial. 
 
2. A acetil-CoA é o substrato inicial do ciclo de Krebs. Ela tem uma estrutura complexa formada por um grupo 
acetil unido à coenzima A. 
a) Qual a origem do grupo acetil? 
Ele se origina a partir da degradação de nutrientes (glicogenólise, lipólise e proteólise). 
 
b) Qual vitamina é importante na formação da coenzima A? 
Ácido Pantotênico ou Vitamina B5. 
c) O grupo acetil será incorporado ao ciclo de Krebs. Ele irá doar 4 pares de elétrons e dois carbonos. Qual o 
destino desses carbonos no ciclo? Quem serão os aceptores (transportadores) desses elétrons? 
O grupo acetil é a fonte de carbono para a formação de duas moléculas de CO2 e é, também, a fonte de 
elétrons para a formação de uma molécula de FAD(2H) e três moléculas de NADH, em que cada uma foi 
aceptora de um par de elétrons. 
d) Qual a reação de incorporação do acetil ao ciclo de Krebs? 
Para iniciar uma rodada do ciclo, a acetil-CoA doa seu grupo acetil ao composto de quatro carbonos 
oxaloacetato, formando o composto de seis carbonos citrato. A primeira reação do ciclo é chamada de 
Condensação de Claisen, em que o grupo metil da acetil-CoA é convertido em metileno no citrato. 
e) Qual a importância ligação tioéster da acetil-CoA na incorporação do grupo acetil ao ciclo de Krebs? 
A hidrólise da ligação tioéster (S-C=O) do acetil-CoA libera um valor de energia grande e negativo. Essa 
energia provém da descarboxilação do piruvato. Na primeira reação do ciclo de Krebs, o acetil-CoA é 
adicionado a oxaloacetato, dando origem a citrato, a hidrólise do tioéster ajuda a deslocar o equilíbrio no 
sentido da formação de produtos. 
 
3. Além do oxaloacetato e do citrato, quais são os demais intermediários metabólicos do ciclo de Krebs? 
Os intermediários metabólicos que participam do ciclo de Krebs são: citrato, isocitrato, α-cetoglutarato, succinil-
CoA, succinato, fumarato, malato e oxaloacetato. 
 
4. Identifique as enzimas que participam do ciclo. 
As enzimas que participam do ciclo são: citrato-sintase, aconitase, isocitrato desidrogenase, complexo α-
cetoglutarato dessidrogenase, succinato-CoA sintetase, succionato desidrogenase, fumarase e malato desidrogenase. 
 
5. Qual o intermediário metabólico que se regenera ao final do ciclo? 
O oxaloacetato é o intermediário metabólico que se regenera ao final do ciclo. 
 
6. Quais são as reações de oxi‐redução e as reações onde ocorre descarboxilação oxidativa? Indique os 
nucleotídeos transportadores de energia (coenzimas) que participam dessas reações. 
As reações de oxi-redução são: 
• Oxidação do succinato: formação do fumarato; coenzima FAP; succinato-desidrogenase como enzima. 
• Oxidação do malato: formação do oxaloacetato; coenzima NAD+; malato-desidrogenase como enzima. 
As reações de descarboxilação oxidativa são: 
• Descarboxilação oxidativa do isocitrato: formação do α-cetoglutarato; coenzima NAD+; isocitrato 
desidrogenase como enzima 
• Descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato: formação do succinil-CoA; coenzima NAD+; α-
cetoglutarato-desidrogenase como enzima. 
 
7. O complexo α-cetoglutarato desidrogenase catalisa a descarboxilação oxitativa da α-cetoglutarato em succinil-
CoA. Seu funcionamento é semelhante ao do complexo piruvato-desidrogenase que transforma o piruvato 
em acetil-CoA, na via glicolítica (glicólise aeróbica). Explique o funcionamento destas enzimas, identificando as 
vitaminas importantes para cada etapa da reação. 
A reação geral catalisada pelo complexo da piruvato-desidrogenase é uma descarboxilação oxidativa, um 
processo de oxidação irreversível no qual o grupo carboxil é removido do piruvato na forma de uma molécula de CO2, 
e os dois carbonos remanescentes são convertidos ao grupo acetil da acetil-CoA. A combinação de desidrogenação e 
descarboxilação do piruvato ao grupo acetil da acetil-CoA requer a ação sequencial de três enzimas diferentes, a piruvato-
desidrogenase (E1), que catalisa a primeira descarboxilação do piruvato, produzindo hidroxietil-TPP, e então a oxidação do 
grupo hidroxietil a um grupo acetil; di-hidrolipoil-transacetilase (E2); e di-hidrolipoil-desidrogenase (E3), além de cinco 
coenzimas diferentes ou grupos prostéticos – pirofosfato de tiamina (TPP), dinucleotídeo de flavina-adenina (FAD), 
coenzima A (CoA), dinucleotídeo de nicotinamida-adenina (NAD) e lipoato. O complexo alfa-cetoglutarato-desidrogenase 
catalisa a descarboxilação oxidativa na qual o alfa-cetoglutarato é convertido a succinil-CoA e CO2. O complexo alfa-
cetoglutarato-desidrogenase incorpora três enzimas E1, E2 e E3 e também contém TPP e lipoato ligado à enzima, FAD, 
NAD e coenzima A. Quatro vitaminas diferentes essenciais à nutrição humana são componentes vitais desses sistemas: 
tiamina (no TPP), riboflavina (no FAD), niacina (no NAD) e pantotenato (na CoA). 
 
8. Identifique a reação onde há formação de ATP em nível de substrato. 
A reação de transformação do Succinil CoA em succinato é aonde ocorre formação de ATP em nível de 
substrato. 
 
9. Qual a importância da ligação tioéster do succinl-CoA na formção do ATP em nível de subtrato? 
A ligação tioéster do succinil-CoA é, como todas as ligações tioéster, bastante energética. A sua hidrólise ajuda 
a deslocar o equilíbrio no sentido da formação de produtos, constituindo o único ponto do ciclo de Krebs onde ocorre 
produção direta de ATP (em nível de substrato). 
 
10. Quais são os produtos finais a cada volta do ciclo? 
Os produtos finais são: 3 NADH, 1 GTP (ATP em nível de substrato), 1 FADH2 e 2 CO2 
 
11. Quais os destinos desses produtos? 
Os 3 NADH são oxidados no CTE, produzindo 2,5 ATP; o GTP é consumido por processos celulares; o FADH2 é 
oxidado no CTE, produzindo 1,5 ATP; e as duas moléculas de CO2 são eliminadas no ambiente. 
 
 
12. As reações de formação de isocitrato e de regeneração do oxaloacetato possuem um ΔG positivo. O que 
garante a formação destes compostos? 
De acordo com o princípio de Le Chatelier, a reação a reação tende a ir para o lado que está diminuindo em 
quantidade. Na célula, a reação é puxada para a direita porque o isocitrato é raídamente consumido na etapa subsequente 
do ciclo (ação da desidrogenase), diminuindo sua concentração no estado estacionário. Portanto, tem um valor ΔG positivo, 
mas é puxado para frente por causa do ciclo. 
 
13. Qual o ΔG total do ciclo de Krebs? Ele é uma rota metabólica espontânea no sentido de formação de seus 
produtos finais? 
Como todas as rotas metabólicas, o ciclo do TCA funciona com um ΔG0’ líquido negativo. A conversão de 
substratos a produtos é, portanto, energeticamente favorável. A variação de energia livre-padrão total para o ciclo do 
TCA, ΔG0’, pode ser calculada a partir da soma dos valores de ΔG0’ para as reações individuais. O ΔG0’, -13 kcal, é a 
quantidade de energia perdida como calor. Ela pode ser considerada a quantidade de energia gasta para garantir que a 
oxidação do grupo acetila a CO2 seja completada. Esse valor é muito pequeno. Contudo, a oxidação de NADH e FAD(2H) 
na cadeia de transporte de elétrons auxilia a tornar a oxidação de acetila energeticamente mais favorável para impulsionar 
as reações do ciclo do TCA. 
 
14. Intermediários do ciclo podem ser utilizados para a formação de diversos compostos celulares. 
a) Identifique os compostos que podem ser produzidos e seus precursores. 
Além do papel no catabolismo oxidativo de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos, o ciclo fornece 
precursores para muitas vias de biossíntese. O α-Cetoglutarato e oxaloacetato podem, por exemplo, ser os 
precursores dos aminoácidos aspartato e glutamato por simples transaminação. Por meio do aspartato e do 
glutamato, os carbonos do oxaloacetato e α-cetoglutaratosão, então, utilizados para a síntese de outros 
aminoácidos, assim como para a síntese de nucleotídeos de purinas e pirimidinas. O oxaloacetato é convertido 
em glicose na gliconeogênese. A succinil-CoA é um intermediário central para a síntese do anel porfirínico 
dos grupos heme, que agem como transportadores de oxigênio (na hemoglobina e na mioglobina) e 
transportadores de elétrons (nos citocromos). E o citrato produzido por alguns organismos é utilizado 
comercialmente para uma grande variedade de propósitos. 
b) Como se denomina o conjunto de reações de reposição de intermediários do ciclo de Krebs? Qual é a 
principal reação de reposição e a vitamina necessária para que esta reação ocorra? 
Os intermediários do Ciclo de Krebs são repostos constantemente por reações anapleróticas. Uma delas é 
a reação do Piruvato Carboxilase que origina oxalacetato a partir do piruvato. Essa reação acontece no 
fígado, nos rins e no cérebro. Ela é dependente da Biotina que é produzida pela flora intestinal, sua deficiência 
causa: dermatite, glossite, náuseas e perda de apetite. 
 
15. Explique como o a relação NADH/NAD e ADP/ATP regulam o funcionamento do ciclo de Krebs. 
O complexo da PDH é alostericamente inibido quando as razões [ATP]/[ADP], [NADH]/[NAD1] e [acetil-CoA]/[CoA] 
estão elevadas, indicando um estado metabólico com energia suficiente. Quando estas razões decrescem, o resultado é a 
ativação alostérica da oxidação do piruvato. A velocidade do fluxo pelo ciclo do ácido cítrico pode ser limitada pela 
disponibilidade dos substratos da citrato-sintase, oxaloacetato e acetil-CoA, ou de NAD1, o qual é exaurido pela conversão 
a NADH, retardando as três etapas de oxidação dependentes de NAD. A inibição por retroalimentação por succinil-CoA, 
citrato e ATP também diminui a velocidade do ciclo pela inibição de etapas iniciais. No tecido muscular, o Ca21 estimula a 
contração e, como mostrado aqui, estimula o metabolismo gerador de energia para repor o ATP consumido durante a 
contração. 
 
16. Há uma máxima da biologia que diz “um gene-uma proteína-uma função”. A aconitase é um exemplo de 
exceção. Explique a função da aconitase na regulação do metabolismo do ferro. 
A aconitase possui centro Fe-S no sítio ativo e existe em duas isoformas: mitocondrial e citosólica. A forma 
mitocondrial participa do ciclo de Krebs. A isoforma citosólica tem duas funções: (1) conversão de citrato em isocitrato 
(isocitrato vai fornecer NADPH para biossíntese de ácidos graxos); e (2) regulação do metabolismo do ferro. Na falta de 
ferro, o centro Fe-S da aconitase citosólica se desmantela e a apoenzima (apoaconitase) forma a IRP1 (proteína reguladora 
de ferro). A IRP1 liga-se ao mRNA da transferrina, estabilizando-o, e liga-se ao mRNA da ferritina, inibindo a sua tradução. 
 
17. Qual a função do ciclo de Krebs e a sua importância no metabolismo celular? 
O ciclo de Krebs é a via final para qual converge o metabolismo de carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos. 
Essa oxidação fornece energia para a produção da maior parte do ATP dos seres humanos. Além disso, gera precursores 
importantes para o organismo, como o citrato e outros.