METABOLISMO AERÓBIO - PARTE 1

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METABOLISMO AERÓBIO 
*DESTINO CATABÓLICO DO PIRUVATO 
Ocorrendo em todos os meios celulares (conjunto de reações universais), a via da 
glicólise, com suas reações enzimáticas, fornece duas moléculas de piruvato (contendo, cada 
uma, três carbonos). Como já visto, considerando o metabolismo anaeróbio, pode ocorrer 
fermentação alcoólica, com geração de duas moléculas de etanol e duas moléculas de 
dióxido de carbono (CO2). Outrossim, é possível acontecer a fermentação láctica, com 
formação de duas moléculas de lactato (ácido láctico). A primeira ocorre em leveduras, por 
exemplo; já a segunda pode acontecer em músculos na situação de contração vigorosa, 
eritrócitos, outras células e micro-organismos. 
Por outro lado, agora considerando a condição aeróbica (saindo do citosol, em direção às 
mitocôndrias), através de descarboxilação (saída de duas moléculas de dióxido de carbono), 
geram-se duas moléculas de Acetil-CoA. Essas moléculas são fundamentais para 
alimentarem o Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs ou ainda, Ciclo dos Ácidos 
Tricarboxílicos, TCA). Compostas por várias reações que geram elétrons e prótons H+, 
essenciais para a fosforilação oxidativa da cadeia respiratória, o Ciclo de Krebs gera, 
também, quatro moléculas de CO2 e quatro moléculas de H2O. 
Dentro da matriz mitocondrial, o complexo Piruvato Desidrogenase (PDH) catalisa 
uma série de reações sucessivas que convertem o piruvato em Acetil-CoA através de uma 
descarboxilação (saída de CO2). Este Acetil-CoA irá impulsionar o TCA que, por sua vez, 
forma os compostos intermediários e as coenzimas NADH e FADH2, as quais fornecerão 
elétrons para a Cadeia Respiratória (Cadeia Transportadora de Elétrons), que consome 
oxigênio molecular e forma ATP. 
 
*ESTÁGIO 1: PRODUÇÃO DE ACETIL-COA 
Ocorre por meio de catálise enzimática, com participação de um complexo enzimático 
(PDH), que é formado por três enzimas (E1, E2 e E3), sendo que cada uma dessas enzimas 
apresenta sítios catalíticos específicos e demandas próprias por cofatores (íon metálico ou 
coenzima). 
Como visto, o complexo PDH catalisa a reação de descarboxilação oxidativa, formando 
acetil-CoA através de piruvato. Para isso, o complexo enzimático necessita de cinco 
coenzimas para a conversão: coenzima A, NAD+, TPP (tiamina pirofosfato), Lipoato e 
coenzima FAD. Destas, apenas o NAD+ atua na reação participando como cofator 
transitório. As outras coenzimas são grupos prostéticos do complexo PDH. 
É importante lembrar que, nesta reação, que antecede ao Ciclo de Krebs, é gerado 
NADH, coenzima que permite a continuidade da Cadeia Respiratória ou Transportadora de 
Elétrons. Como para cada mol de glicose há formação de dois mol de piruvato, também 
serão formados dois mol de CO2 e dois mols de acetil-CoA, além de duas moléculas de 
coenzima NADH. Trata-se de uma reação irreversível, mesmo que tenha muito acetil-CoA 
(este não atua como substrato de uma reação reversível, mas sim, como substrato de reações 
do TCA, por exemplo, e como modulador). 
Através da ação catalítica do complexo PDH, há um controle preciso do fluxo de 
carbono, garantindo a continuidade das reações do TCA ou do Ciclo de Krebs. 
Por fim, outro ponto a ser destacado é a deficiência de vitamina E1 (tiamina), a qual 
prejudica a atuação do complexo PDH, resultando em não oxidação e não descarboxilação 
do piruvato. Com isso, são comprometidos o TCA e a Cadeia Transportadora de Elétrons, 
levando a perdas de funções neurais, características do beribéri. 
 
*ESTÁGIO 2: OXIDAÇÃO DO ACETIL-COA. 
O acetil-CoA, formado por dois carbonos, será associado com oxaloacetato (com quatro 
carbonos), formando, em seguida, o citrato. Nesta reação, é possível observar a formação 
de duas moléculas de dióxido de carbono, além de gerar coenzimas transportadoras de 
elétrons reduzidas (NADH e FADH2), importantes para a Cadeia Transportadora de 
Elétrons. 
Com relação à velocidade destas reações, podem-se destacar três fatores: 
disponibilidade dos substratos (principalmente, oxaloacetato e acetil-CoA); necessidade 
de intermediários do ciclo TCA como precursores biossintéticos (são formados e 
utilizados em outras rotas metabólicas, como reações anapleróticas e anfibólicas), ou seja, 
é necessário disponibilidade; demanda por ATP, deslocando a reação conforme a 
necessidade. 
CICLO DE KREBS 
CICLO DOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS 
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO 
O Ciclo de Krebs ocorre em oito etapas, caracterizando um evento que não termina e é 
modulado e estimulado constantemente. São reações numeradas, conforme a figura abaixo, 
interdependentes, e organizadas em sentido horário. Nela, é possível observar que o 
oxaloacetato, gerado ao final do ciclo, é o próprio substrato que forma, com o Acetil-CoA, 
a molécula de citrato. 
 
O Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos é via anfibólicas, o que significa ser uma rota de 
reações, em sentido horário, que estimula tanto as vias anabólicas do metabolismo, quanto 
as vias catabólicas. Ou seja, ocorrem desvios estratégicos dessas substâncias para outras 
reações. 
Vale lembrar, também, que a conservação de energia ocorre por meio das coenzimas 
reduzidas (NADH e FADH2), essenciais para estimular a cadeia transportadora de elétrons, 
assim como por meio da fosforilação a nível de substrato (formando GTP a partir da 
fosforilação de GDP, que, no saldo energético, é considerada uma molécula de ATP). 
*ESTÁGIO 3: TRANSFERÊNCIA DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA. 
Inicia com as coenzimas NADH e FADH2, transportadoras reduzidas de elétrons à cadeia 
respiratória (transportadora de elétrons), sendo geradas pelas reações de óxido-redução do 
TCA, com participação de enzimas desidrogenases. Além disso, ocorre fosforilação a nível 
de substrato (formação de ATP através da fosforilação de ADP, ganhando Pi). A enzima ou 
complexo enzimático que catalisa a execução desta cadeia transportadora de elétrons é a 
ATPase ou ATPsintase. Também ocorre a redução de oxigênio, formando a água 
metabólica. 
Por fim, é importante ressaltar que as coenzimas NADH e FADH2, ao estimularem a 
cadeia transportadora de elétrons, auxiliam no balanço energético. Para cada molécula de 
NADH, é convertido 2,5 ATP; enquanto isso, para cada molécula de FADH2, é gerado 1,5 
ATP. Essa é a relação ADP:O, ou seja, de fosforilação de ADP mediante ao consumo 
(redução) de oxigênio, com consequente formação de água. 
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS 
Consistem em complexos enzimáticos presentes e dispostos ao longo de toda a 
membrana mitocondrial interna. Estão localizadas em sentido do complexo de maior 
potencial Redox ao complexo mais eletronegativo, mais capaz de sofrer redução e 
recebimento de elétrons, sendo este o oxigênio. 
 
O primeiro complexo recebe o nome de NADH desidrogenase, formando NAD+ através 
de um fluxo de elétrons, carreados por NADH, coenzimas advindas do Ciclo de Krebs na 
matriz mitocondrial. Esses equivalentes redutores serão fornecidos à coenzima Q, 
transportador de elétrons em meio lipofílico da bicamada lipídica mitocondrial. Também, o 
complexo II, a succinato desidrogenase, é o único complexo versátil, presente tanto no Ciclo 
de Krebs, quanto na Cadeia Transportadora de Elétrons; além disso, transfere os 
equivalentes redutores do complexo II à coenzima Q; por fim, vale ressaltar que está 
presente na face interna da membrana mitocondrial, voltada para a matriz. 
O complexo III, por sua vez, recebe os equivalentes redutores da coenzima Q. Em 
seguida, o citocromo C é uma hemoproteína que fornecerá os elétrons transferidos para o 
complexo IV, este que os transfere para o oxigênio, reduzindo-o e formando água 
metabólica. 
Simultaneamente, ocorre um bombardeamento de prótons e extravasamento destes para 
a o espaço intermembranas (isso é essencial para a formação de ATP). O bombardeamento 
de prótons (vindos dos carreadores coenzimáticos) da matriz para oespaço ocorre por meio 
dos complexos I, III e IV. Com isso, forma-se um gradiente eletroquímico de prótons, 
essencial para síntese de ATP, e redução de oxigênio para formar água metabólica. 
 
Vale realçar que o fluxo de elétrons é permitido somente na ocasião em que complexos 
apresentam centros de ferro-enxofre, além de grupos Heme, coenzimas FAD e FMN, além 
de centros de cobre. 
Através de um potencial químico (ΔpH), que caracteriza o meio interno (matriz 
mitocondrial) como mais alcalino, bem como por meio de um potencial elétrico (Δψ) que 
deixa a matriz mitocondrial mais negativa, gera-se uma síntese de ATP impulsionada pela 
força próton-motriz. Esse evento denomina-se fosforilação oxidativa, através do complexo 
V: a ATPsintase (formada por duas subunidades catalíticas, F1 e FO). Nele, há fosforilação 
de ADP em ATP pela passagem de próton H+ à matriz mitocondrial. 
 
Qual a participação da coenzima NADH citossólica para o saldo energético? 
A partir de lançadeiras, ou de um sistema de lançadeiras, é possível estabelecer uma 
comunicação entre o meio citossólico e a matriz mitocondrial interna. São proteínas 
acopladas à membrana mitocondrial interna. São exemplos: a lançadeira glicerol-3-fosfato 
(esta movimenta uma etapa subsequente da cadeia, <ATP) e a lançadeira malato-aspartato. 
A lançadeira gliceral-3-fosfato (30 ATPs) é mais presente no encéfalo e no músculo 
esquelético. De início, a di-hidroxiacetona-fosfato recebe dois equivalentes redutores do 
NADH citossólico (por intermédio da enzima glicerol-3-fosfato-desidrogenase citosólica), 
que os repassa ao glicerol-3-fosfato. Através da isoenzima glicerol-3-fosfato-desidrogenase 
mitocondrial, ligada à face externa da membrana interna mitocondrial, são transferidos dois 
equivalentes redutores do glicerol-3-fosfato no espaço intermembranas para a ubiquinona 
(QH2), coenzima Q presente na bicamada lipídica. Dessa forma, a ubiquinona apresenta os 
equivalentes redutores necessários para darem continuidade ao fluxo de elétrons na cadeia 
transportadora de elétrons, enviando-os ao complexo III. Saldo energético: 1,5 ATP. 
 
Já a lançadeira malato-aspartato, 32 ATPs, por sua vez, é formada por associações de 
intermediários gerados ao longo do TCA, de maneira que suas concentrações sejam 
contínuas, tanto na matriz mitocondrial, quanto no espaço intermembranas. A princípio, o 
malato é um intermediário gerado no próprio Ciclo do Ácido Cítrico, enquanto o aspartato 
é aminoácido gerado a partir de um também intermediário do Ciclo de Krebs, que é o 
oxaloacetato (seu precursor), na matriz mitocondrial. Já no espaço intermembrana, o 
aspartato mantém o pool de oxaloacetato. Movimenta o complexo 1, >ATP. 
Ambos os ácidos orgânicos possuem transportadores específicos que permitem a livre 
passagem pela membrana mitocondrial interna (o malato ao adentrar à mitocôndria e o 
aspartato ao sair da mitocôndria). São importantes as enzimas malato-desidrogenases e suas 
isoenzimas. Na matriz mitocondrial, essa enzima permite produzir aspartato, que irá sair da 
mitocôndria. Já no citosol ou espaço intermembranas (mesma constituição química), essa 
isoenzima citossólica é necessária para produzir malato a fim de que entre na matriz 
(mitocôndria). Saldo energético: 2,5 ATP. Esta lançadeira é mais presente em rins, fígado 
e coração. 
Aspartato mantém o pool de oxaloacetato no citosol (lembrando, o aspartato possui a 
tendência de sair da mitocôndria); OAA é reduzido a malato (lembrando, o malato possui a 
tendência de entrar na mitocôndria); malato regenera o pool de OAA mitocondrial. 
Continuidade do ciclo de Krebs. 
É importante observar que os equivalentes redutores do NADH são transferidos ao 
oxaloacetato (liberando e renovando NAD+ para as reações de glicólise), formando malato 
(participação da enzima malato-desidrogenase citossólica). O malato possui trânsito livre 
(adentrando à matriz). Em seguida, transfere seus equivalentes redutores ao NAD+, 
formando, novamente, oxaloacetato (por intermédio da enzima malato-desidrogenase 
mitocondrial). Com isso, obtém-se NADH, coenzima reduzida. Essa obtenção é necessária 
para continuar estimulando a cadeia transportadora de elétrons (da matriz para a membrana 
mitocondrial interna). 
 
Lembrando, a conversão de malato em oxaloacetato corresponde à oitava e última reação, 
em sentido horário, do Ciclo de Krebs. 
Eficiência da produção de energia nos sistemas vivos. 
OXIDAÇÃO DE 1 MOL DE GLICOSE = 2849 KJ/Mol energia. 
Metabolismo aeróbio: 
32 ATP x 30,5 KJ/Mol (hidrólise de ATP) = 976 KJ/Mol. 
Eficácia de 34% na geração de energia pelas células em condição padrão.