Bioquímica Metabólica - Resumo Ciclo de Krebs

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CICLO DE KREBS 
O que é o Ciclo de Krebs? 
É a via de convergência para o metabolismo das macromoléculas, como os 
carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos. É uma via também chamada de anfibólica, 
ou seja, é uma via que ocorre tanto em anabolismo quanto em catabolismo. Por 
exemplo, quando ocorre em anabolismo, é basicamente a quebra e oxidação da 
glicose, em que ela vai oxidar e fazer parte da segunda fase da respiração celular 
aeróbica. A primeira fase da respiração é a via glicolítica, enquanto a segunda fase é o 
ciclo de Krebs e a terceira fase a fosforilação oxidativa. No caso do catabolismo, essa 
via acontece principalmente para oxidar esqueletos carbonados provenientes do 
catabolismo de aminoácidos e ácidos graxos, por exemplo. Os aminoácidos são 
utilizados durante o período de jejum prolongado para a produção endógena de 
glicose, chamada de gliconeogênese lá no fígado. Os ácidos graxos em período de 
jejum prolongado são mobilizados no fígado e oxidados a partir do ciclo de Krebs para 
gerar energia. É por isso que recebe o nome de uma via anfibólica, pois ocorre tanto 
em anabolismo quanto catabolismo. 
Então, esses esqueletos carbonados são oxidados até CO2 e H2O, e durante este ciclo 
produz-se muitos NADHs e FADH2s, que são estruturas e produtos importantes que 
serão posteriormente reoxidados na cadeia transportadora de elétrons, gerando muito 
ATP. 
Antes de iniciar o Ciclo de Krebs, há uma conexão da via glicolítica com o Ciclo de 
Krebs: aquele Piruvato, que é o produto final precisa ser transportado para a 
mitocôndria, onde ele é previamente convertido a Acetil-CoA, por um complexo 
chamado de Complexo Piruvato Desidrogenase (Complexo PDH). Essa conversão de 
piruvato em Acetil-CoA é uma reação de óxido-redução, onde ocorre uma 
descarboxilização oxidativa (perda de carbonos), obtendo uma equação geral. 
 
Essa etapa preliminar, de transformação do Piruvato em Acetil-CoA (Complexo PDH) 
ocorre graças a um agregado multimolecular, que apresenta três enzimas e cinco 
coenzimas. As três enzimas são: piruvato desidrogenase, que é a principal enzima que 
catalisa a reação irreversível da via, a enzima diidrolipoil-transacetilase e a diidrolipoil-
desidrogenase. As cinco coenzimas responsáveis por auxiliar as enzimas citadas acima 
são: a Tiamina-pirofosfato (TPP), que vai auxiliar a Piruvato desidrogenase; o Ácido 
Lipóico e Coenzima A, que vai auxiliar a Diidrolipoil-transacetilase; o FAD+ e o NAD+, 
que vão auxiliar a enzima Diidrolipoil-desidrogenase. 
COMPLEXO PDH 
 
Inicialmente, o Piruvato será descarboxilado, ele perde o grupamento do CO2, tal 
reação é catabolizada pela piruvato descarboxilase, que é a mesma coisa da piruvato 
desidrogenase, e o grupamento do acetil será doado à primeira coenzima, que é o TPP 
(tudo isso catalisado pelo piruvato desidrogenase). Essa é a primeira reação da via, a 
qual é a primeira reação irreversível. O que acontece depois? Pela ação da Diidrolipoil-
transacetilase, essa enzima vai catalisar a reação, a transferência do grupamento acetil 
pro ácido lipóico, que é uma coenzima que está oxidada. O grupamento vai se ligar ao 
ácido lipóico, liberando então o TPP. 
Uma vez ligado ao ácido lipóico, vai entrar em ação uma outra coenzima, que auxilia a 
diidrolipoil-transacetilase, que é a coenzima A (CoA). Então, essa CoA vai se ligar ao 
grupamento acetil do piruvato e vai liberar o ácido lipóico reduzido, formando o Acetil-
CoA (grupamento acetil do piruvato ligado à coenzima A). 
Como o ácido lipóico está reduzido, ele precisa voltar a sua forma oxidada para 
continuar auxiliando no completo do piruvato desidrogenase, auxiliando nas reações. 
Então quem vai oxidar o ácido lipóico? Vai entrar em ação a coenzima FAD oxidado, 
que vai auxiliar a enzima Diidrolipoil-desidrogenase a oxidar o ácido lipóico. Oxidando 
o ácido lipóico, quem vai receber os elétrons dessa oxidação? O FADH2 (FAD reduzido), 
o qual precisa retornar a sua forma oxidada para continuar auxiliando nos processos, 
que por ação da enzima de Diidrolipoil-desidrogenase vai entrar em jogo um segundo 
agente oxidante, que é o NAD+. 
Então, o FAD vai oxidar e perder seus elétrons, dessa forma o NAD passa a receber 
seus elétrons, se tornando NADH (NAD reduzido) e o FAD+ (FAD oxidado). No final de 
todas essas reações, temos o Acetil-CoA formado e NADH. Esse NADH não precisa 
voltar a sua forma oxidada? Precisa, mas ele será oxidado apenas na cadeia 
transportadora de elétrons. 
Portanto, o saldo para esse complexo, da etapa preliminar a esse ciclo de Krebs, 
podemos considerar que a cada 1 mol de Glicose, ou seja, a cada uma molécula de 
glicose, são formados dois piruvatos na via glicolítica. Esses dois piruvatos são 
transportados para dentro da mitocôndria, na matriz mitocondrial, onde ocorre uma 
etapa preliminar chamada de Complexo Piruvato Desidrogenase, que converte os 2 
Piruvatos em 2 Acetil-CoA. Se essa etapa aconteceu duas vezes, terá como produto 
final 2 NADHs (NAD reduzidos). 
 
COMO OCORRE A REGULAÇÃO DA PDH? 
 
Tem a conversão de Piruvato em Acetil-CoA, catalisada pela enzima principal da via, a 
piruvato desidrogenase, que catalisa a reação irreversível da via. Para a enzima 
funcionar, ela precisa estar ativa, mas isso só é possível se ela estiver sem o 
grupamento fosfato ligado, ou seja, ela está ativa quando está desfosforilada. 
O hormônio insulina, quando está em níveis elevados no nosso organismo, ou seja, 
principalmente no período absortivo, a insulina vai ativar uma enzima chamada de 
piruvato desidrogenase fosfatase (PD-fosfatase), que é a responsável por clivar o 
grupamento fosfato da piruvato desidrogenase a tornando ativa. Ao contrário, quando 
estamos em jejum e o nível de glucagon estão elevados, ele ativa a enzima piruvato 
desidrogenase quinase que irá fosforilar a piruvato desidrogenase, tornando-a inativa. 
Além disso, tem uma regulação em que a alta quantidade de piruvato ativa a fosfatase 
e inibe a quinase, ou seja, torna a piruvato desidrogenase ativa. Além disso, tem uma 
outra regulação em que a alta quantidade de Acetil-CoA ativa a quinase, ou seja, 
inibe/inativa a piruvato desidrogenase. A alta quantidade de NADH (NAD reduzido) e 
ATP, também ativam a piruvato desidrogenase quinase, inibindo e atividando portanto 
a piruvato desidrogenase. 
No músculo, o cálcio que também é liberado pelo sarcoplasma durante a contração 
muscular, estimula a PDP (piruvato desidrogenase fosfatase), que cliva o grupamento 
fosfato, ativando a PDH (piruvato desidrogenase ativa) durante a contração muscular. 
Existem algumas substancias que inibem o complexo piruvato desidrogenase, vamos 
ver o quanto isso é prejudicial pro nosso organismo. Por exemplo, existe uma 
substância, o arsênico, que prejudica esse complexo, através do seguinte mecanismo: 
O envenenamento por esse sal, pelo Arsênico, ocorre principalmente pela inibição de 
enzimas que utilizam o Ácido lipóicoo como coenzima, que no caso é a piruvato-
desidrogenase, ou seja, a principal enzima da via que catalisa a reação irreversível. 
Então o Arsenito se liga ao ácido lipóico, pois sem o ácido lipóico não ocorre a 
transferência do grupo acetila (consequentemente o complexo não irá acontecer). 
Portanto, essa ligação irá impedir a ação da enzima, impedindo assim a conversão de 
piruvato em Acetil-CoA, levando ao acúmulo de Piruvato dentro da célula, 
consequentemente a célula vai converter em lactato, pois precisa de gerar energia 
para dentro da célula. Então, como não tem jeito de gerar energia via respiração 
aeróbica, irá gerar via fermentação láctica. Uma alta concentração de piruvato irá levar 
a uma alta concentração de lactato, o lactato é uma substância ácida que quando cai 
na corrente sanguínea, pode causar uma acidose. Esse lactato acumulado no 
organismo é uma condição que afeta principalmente o encéfalo, levando o indivíduo a 
coma e a morte. 
 
 
Esse éo Ciclo de Krebs, ele é formado por 9 reações no geral. Por que a gente fala que 
o Acetil-CoA é oxidado a CO2? O Acetil-CoA é formado por 2 carbonos, que são 
eliminados em forma de CO2. 
 
A primeira reação é chamada de reação de condensação, pois ocorre uma 
condensação de Acetil-CoA (2C) e de uma molécula chamada de Oxaloacetato (4C), 
liberando a coenzima A e formando o Citrato, um composto de 6 carbonos. Essa 
reação é catalisada pela Citrato-sintase, uma enzima que catalisa uma reação 
irreversível. Uma vez o Acetil-CoA condensado, o Oxaloacetato retornar a essa reação. 
 
A segunda reação é uma reação de desidratação, pois terá uma perda de água. O 
Citrato vai ser isomerizado através de uma desidratação, catalisada pela Aconitase, 
transformando-se então em seu isômero Cis-aconitato. Essa segunda reação, 
juntamente com a terceira reação que será apresentada a seguir, o Lehningner 
considera como uma única reação. 
 
Então, essa terceira reação, é uma reação de hidratação, em que por ação da 
Aconitase, o Cis-aconitato vai ser transformado em Isocitrato. 
 
A quarta reação é a primeira reação de descarboxilação oxidativa, que tem ação da 
enzima Isocitrato-desidrogenase, que vai catalisar a oxidação do Isocitrato em Alfa-
cetoglutarato, onde terá a participação do primeiro agente oxidante, que é o NAD, 
responsável por captar os elétrons dessa reação, liberando NADH e CO2 (primeiro 
carbono perdido do Acetil-CoA), é uma reação irreversível. 
 
A quinta reação, é quando ocorre a segunda descarboxilação oxidativa, reação 
catalisada pela enzima Alfa-cetoglutarato desidrogenase, que será convertido em 
Succinil-CoA, onde será perdido o segundo CO2 do Acetil-CoA, incorporando a 
coenzima A ao Alfa-cetoglutarato e utilizando o NAD como agente oxidante, ou seja, 
terá a formação de mais um NADH (NAD reduzido). Também é uma ação irreversível. 
 
A sexta reação é chamada de reação de fosforilação a nível do substrato, o que é isso? 
Formação de ATP, na transformação de um substrato no outro. Então, a enzima 
Succinil-CoA sintetase vai clivar a ligação tio éster que é rica em energia do Succinil-
CoA, formando então o GTP e liberando a coenzima A, formando assim o Succinato. 
Então é formado o GTP, que é a mesma coisa que ATP em relação à questão de 
energia, o que muda é a base nitrogenada, que no GTP é uma guanina e no ATP é uma 
adenina, essa interconversão entre os nucleotídeos de base nitrogenada é muito 
comum, pois são reações reversíveis. Então, em relação à questão de energia, 
podemos considerar que nessa reação ocorre a formação de um ATP. 
 
Na sétima reação ocorre a primeira reação de desidrogenação, onde o Succinato será 
oxidado a Fumarato pela enzima Succinato desidrogenase, produzindo a coenzima 
reduzida FADH2. A Succinato desidrogenase, é a única enzima do ciclo de Krebs que é 
parte integrante da membrana interna da mitocôndria, pois as demais estão solúveis 
na matriz mitocondrial. Então, o Succinato, quando é convertido em Fumarato, ele 
perde hidrogênios e elétrons. Portanto, quem vai ser o agente oxidante nessa reação? 
O FADH2, onde ocorre a formação de um NAD. 
 
Na oitava reação, o Fumarato sofre uma hidratação, fazendo com que ocorra a 
segunda hidratação do ciclo de Krebs, reação catalisada pela enzima Fumarase, se 
transformando em Malato. 
 
A nona e última reação, que é a segunda reação de desidrogenação da via, o Malato é 
oxidado pela ação da Malato-desidrogenase, que terá como agente oxidante o NAD, 
formando então o NADH (NAD reduzido). O produto final dessa reação é o 
Oxaloacetato, é o mesmo responsável por iniciar o ciclo de Krebs. Então, para o 
Oxaloacetato iniciar o ciclo de Krebs, ele precisa estar disponível ao final de cada via, 
para que ele se ligue ao Acetil-CoA. 
 
A segunda pergunta contêm uma pegadinha, pois é preciso considerar que na via 
glicolítica tem como produto final dois piruvatos, que vão dar origem a dois Acetil-CoA. 
Então, a partir de um mol de glicose, vai haver dois ciclos de Krebs, ou seja, dois giros 
no ciclo de Krebs. Tudo o que foi produzido em um giro, tem que ser dobrado. 
Portanto, em apenas um giro teve a formação de um único giro, mas como estamos 
considerando em um mol de glicose, ocorrerão dois giros e levará a formação de dois 
ATPs. 
Na terceira pergunta, não pode ser considerado somente os NADHs que são formados 
no ciclo de Krebs, tem que ser considerado desde a via glicolítica. Na via glicolítica são 
formados dois NADHs, no complexo PDH são formados dois NADHs e a cada giro no 
ciclo de Krebs, forma-se três NADHs, mas como temos dois Acetil-CoA proveniente de 
um mol de glicose, são dois giros, formando dessa forma 6 NADHs. Ao realizar a 
somatória, podemos observar que teremos no final 10 NADHs (NADs reduzidos). Em 
relação ao FADH2s, ele é formado somente no ciclo de Krebs, ou seja, não é produzido 
durante a via glicolítica e nem durante o completo PDH. Então, a partir de um mol de 
glicose, serão produzidos dois giros, consequentemente teremos 2 FADH2s. 
A quarta pergunta se encontra na sétima reação. 
Na quinta pergunta contêm outra pegadinha, pois está perguntando quantos NADH 
desde o complexo PDH, não é necessário citar os presentes na via glicolítica, ou seja, 
teremos 8 NADH. 
 
Ao final de cada giro do ciclo de Krebs é formado o Oxaloacetato, o qual também é 
necessário para iniciar o ciclo, ou seja, o Acetil-CoA precisa condensar o Oxaloacetato. 
Portanto, uma molécula de Oxaloacetato é suficiente para oxidar qualquer quantidade 
de Acetil-CoA, vocês concordam com essa afirmação? Não. De onde que surge mais 
Oxaloacetatos para condensar-se com os Acetil-CoAs? A partir das Reações 
Anapleróticas. 
 
A definição da reação se encontra na imagem, mas o que seria essa reação? 
 
Existem muitos piruvatos sendo produzidos a partir da via glicolítica, se forem 
produzidas 500 moléculas de piruvato, todas elas serão convertidas em Acetil-CoA, 
através do complexo PDH, mas para esse Acetil-CoA seguir para o ciclo de Krebs, é 
necessária as 500 moléculas de Oxaloacetato para conseguir condensar as 500 
moléculas de Acetil-CoA. Mas e se não tiver os 500 Oxaloacetato e na verdade possuir 
400 moléculas, acontecerá alguma diminuição na redução na velocidade da via, 
ocorrerá algum problema. Com isso, vai entrar em ação uma regulação, o acúmulo de 
Acetil-CoA vai inibir o complexo PDH, inibindo a enzima piruvato desidrogenase, 
estimulando a proteína quinase e enzima quinase à fosforilar a piruvato 
desidrogenase, inibindo portanto a conversão de piruvato em Acetil-CoA. 
Uma vez o Piruvato disponível, por não conseguir converter em Acetil-CoA, ele será 
disponibilizado para ser convertido em Oxaloacetato, através de uma enzima chamada 
de piruvato-carboxilase. Essa é a reação anaplerótica. Então o piruvato irá repor os 
estoques dos níveis do Oxaloacetato, para que eles fiquem balanceados com os níveis 
de Acetil-CoA, fazendo com que a velocidade do ciclo de Krebs volte a funcionar 
adequadamente. 
COMO SE DÁ A REGULAÇÃO DO CICLO DE KREBS? 
 
A primeira regulação ocorre na primeira reação, que é catalisada pela citrato-sintase, 
que é a condensação de Acetil-CoA em Oxaloacetato, formando Citrato. Essa enzima é 
ativada quando tem uma alta concentração do Oxaloacetato, quando tem baixos níveis 
de ADP (sinal de que tem pouco ATP), e o cálcio no músculo (contração muscular) 
também ativa a enzima. Essa enzima também pode ser inibida por altas concentrações 
de ATP, NADH e Succinil-CoA, que se encontra no meio do ciclo. Então, se houver um 
acúmulo, ele manda um sinal para a enzima Citrato-sintase, que será responsável por 
regular a reação. As outras enzimas são basicamente a mesma coisa.