METABOLISMO AERÓBIO PARTE II

Prévia do material em texto

METABOLISMO AERÓBIO PARTE II 
REGULAÇÃO DO CICLO DE KREBS 
O fluxo de átomos de carbono do piruvato através do ciclo é estreitamente regulado 
em dois níveis: na conversão de piruvato em Acetil-CoA por meio da enzima complexo 
piruvato desidrogenase (PDH), bem como a entrada de Acetil-CoA no ciclo. Ou seja, 
conclui-se que a Acetil-CoA é importante substrato para o Ciclo, atuando como um fator 
limitante. Lembrando que há várias reações que convergem, culminam e resultam na 
formação de acetil-CoA na mitocôndria, seja por meio de glicose, ácidos graxos ou 
proteínas. 
Com relação à velocidade, três fatores se destacam: disponibilidade de substrato; 
necessidade de intermediários do TCA (Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos) como 
precursores biossintéticos; por fim, a demanda por ATP. 
É importante ressaltar o Balanço Redox (redução e oxidação de enzimas) como efetor 
alostérico e regulador destas reações. Por exemplo, o pool de NADH (nicotinamida 
adenina Dinucleotídeo reduzida) é gerado tanto no citosol (reações da glicólise), quanto 
na matriz mitocondrial. Respectivamente, essas coenzimas carreadoras de equivalentes 
redutores são essenciais para a continuidade de reações da glicólise, bem como para 
fornecer equivalentes redutores à cadeia respiratória, para transporte de elétrons e 
bombeamento de prótons. Por fim, vale ressaltar que essas coenzimas são necessárias 
para os sistemas de lançadeiras (glicerol-3-fosfato e malato-aspartato), fornecedoras de 
ATP (respectivamente, 1,5 ATP e 2,5 ATP). 
*ESTÁGIO I: PRODUÇÃO DE ACETIL-COA. 
Como visto, na reação de descarboxilação oxidativa, o piruvato é convertido em acetil-
CoA (liberando dióxido de carbono), sendo a forma de obtenção deste substrato do TCA 
através de glicose. É uma reação catalisada pelo complexo enzimático PDH (piruvato 
desidrogenase), sendo ele formado por três enzimas associadas (E1, E2 e E3): piruvato 
desidrogenase, diidrolipoil transacetilase e diidrolipoil desidrogenase. Vale destacar que 
este complexo apresenta cinco coenzimas: Lipoato (ácido lipóico), TPP (tiamina 
pirofosfato), FAD, CoA e NAD+ (única coenzima transitória, ou seja, as outras quatro são 
grupos prostéticos). Reforça-se a suplementação vitamínica para adquirir estas 
coenzimas, permitindo a continuidade de reações do metabolismo energético. 
Além disso, para este complexo enzimático, há efetores ou moduladores alostéricos 
(negativos ou positivos). Dentre os negativos, podem ser citados o ATP (se a demanda 
energética está favorável, o próprio ATP reduz a velocidade de formação de ATP), 
NADH (gerado ao final da reação, tem o mesmo mecanismo do ATP, reduzindo a 
velocidade da reação de sua própria formação, quando em altas concentrações) e Acetil-
CoA (o próprio produto, em altas concentrações, reduz a velocidade de sua formação). 
Por outro lado, entre os alostéricos positivos, estão o cAMP (monofosfato cíclico de 
adenosina) e o NAD+. 
No fígado, o complexo PDH também pode ser regulado pela modificação covalente 
reversível, através da presença da circulação do hormônio insulina. Esta irá estimular (em 
estado alimentado) a enzima piruvato desidrogenase fosfatase (PDP) a remover o grupo 
fosfato, ativando a PDH (sinalizando necessidade de aporte energético). Porém, em 
estado não alimentado, a baixa presença de insulina conduz à fosforilação da PDH (pela 
enzima piruvato desidrogenase cinase, PDK), inativando-a. Vale lembrar que, no 
músculo esquelético (fibras musculares esqueléticas), quem regula essa modificação 
covalente reversível é íon cálcio (Ca2+), modulador das fibras. 
Como é conhecido na reação, o oxaloacetato e a acetil-CoA são substratos do ciclo 
para gerar citrato. Há mecanismos de regulação e moduladores alostéricos ao longo das 
reações que compreendem o ciclo, catalisadas por determinadas enzimas. Por exemplo, a 
citrato sintase é regulada positivamente pelo efetor alostérico ADP (modulador positivo 
universal, sempre indicando baixo aporte energético, necessitando deslocar a reação para 
formar ATP) e negativamente por NADH (se há muito, desacelera a velocidade de 
reação), citrato e ATP. 
Em ocasiões de jejum e atividade física, a piruvato desidrogenase é inibida, pois, no 
organismo, há um contexto de depressão de nutrientes e consequente seleção adequada 
daqueles que serão utilizados para conversão de energia na forma de ATP. Seleciona-se, 
então, o substrato a ser preferencialmente consumido (glicose ou ácidos graxos). Com a 
beta-oxidação de ácidos graxos, não se forma piruvato, mas sim, acetil-CoA (diferente da 
metabolização de aminoácidos e carboidratos). Dessa maneira, há economia crucial de 
glicose para o cérebro e as hemácias. 
É importante lembrar que o Ciclo de Krebs (Ciclo do Ácido Cítrico ou Ciclo dos 
Ácidos Tricarboxílicos) atua em conjunto com reações anapleróticas. A importância do 
TCA vai além do estabelecimento de equilíbrio do Balanço Redox ou Energético, tendo 
seus ácidos orgânicos intermediários desviados para formarem nucleotídeos, 
aminoácidos, ácidos graxos, pigmentos e glicose. As reações anapleróticas 
(caracterizando o caráter anfibólico, de anabolismo e catabolismo, do ciclo) significam 
reações de preenchimento. Por exemplo, em situações de depressão de oxaloacetato, a 
enzima PEP carboxilase transforma o PEP em oxaloacetato. Também, com o intuito de 
restabelecer os níveis glicêmicos, o oxaloacetato pode ser convertido em glicose (síntese 
endógena). A enzima PEP descarboxilase é ativada na presença do hormônio glucagon 
(indicador de jejum, que visa elevar a glicemia), permitindo a conversão de oxaloacetato 
em glicose (essa via, portanto, é ativada em situações de baixa glicemia). 
Também, sobre esse ciclo, vale lembrar que a acetil-CoA é própria inibidora quando 
em altas concentrações. Porém, quando atua como modulador negativo, estimula a PEP 
descarboxilase, formando glicose por via endógena, condizente em situações de ausência 
deste nutriente, visando elevar a glicemia (falta glicose, não metaboliza, mas produz por 
via endógena). 
REGULAÇÃO DA CADEIA RESPIRATÓRIA 
A regulação da cadeia transportadora de elétrons ocorre pela ação de inibidores e 
desacopladores, que contribuem para formar o gradiente de prótons para síntese de ATP 
e a posterior redução de oxigênio para formar água (devido ao transporte de elétrons). 
Como visto, há algumas substâncias que inibem a ocorrência de algumas fases da 
cadeia respiratória. Por exemplo, o cianeto e o monóxido de carbono inibem a 
transferência de elétrons por meio da inibição da citocromo C oxidase. Já a oligomicina, 
por sua vez, inibe a ATPsintase, impedindo a produção de ATP. Por fim, a termogenina 
atuará como desacoplador da fosforilação da transferência de elétrons. 
Além disso, inibidores como rotenona, antimicina A e cianeto ou monóxido de 
carbono atuam como inibidores da cadeia, impedindo a redução de oxigênio para formar 
água metabólica, criando espécies reativas de oxigênio, prejudiciais ao organismo. 
A inibição de citocromo C oxidase, o denominado complexo IV, impede a 
transferência de elétrons do complexo IV ao último elemento eletronegativo, o oxigênio, 
não ocorrendo a produção de água metabólica. Ocorre porque o cianeto tem afinidade 
pelo íon férrico da enzima. 
Cianeto e monóxido de carbono são os inibidores da passagem de elétrons para o gás 
oxigênio. O cianeto liga-se avidamente ao íon férrico (Fe3+) da citocromo C oxidase a3, 
bloqueando a fosforilação oxidativa. A célula deve, então, mudar para o metabolismo 
anaeróbico da glicose para gerar ATP. Vale destacar que o monóxido de carbono 
apresenta competitividade para se ligar ao grupo Heme das hemoglobinas, prejudicando 
a ligação de oxigênio e resultando em baixo transporte deste para os sistemas do 
organismo. Além disso, o monóxido de carbono altera a estrutura conformacional da 
proteína hemoglobina, mudando sua curva de saturação e prejudicando o transportede 
oxigênio. 
Sobre a ação da metformina como inibidor da cadeia transportadora de elétrons, vale 
lembrar que esta inibe o complexo I (NADH desidrogenase), reduzindo o nível de 
formação de ATP. Porém, há altos níveis de cAMP (monofosfato cíclico de adenosina), 
que desencadeia reações enzimáticas, culminando na maior sensibilização da célula com 
relação à insulina, aumentando a externalização de transportadores de glicose, 
internalizando essa. Ou seja, o fármaco metformina é importante para melhorar a ação da 
insulina e a internalização da glicose. 
O balanço redox e o energético são essenciais no controle do complexo IV (citocromo 
C oxidase), pois, quanto mais coenzimas reduzidas, maior será a ativação deste complexo. 
Também, em situações de depleção ou baixo aporte energético, com maior concentração 
de ADP e Pi, o complexo também é mais ativado, a fim de que receba, do citocromo C, 
o fluxo de elétrons que será disponibilizado ao oxigênio para ser reduzido e formar água 
metabólica. 
Quando uma célula está em hipóxia (desprovida de oxigênio), como em um ataque 
cardíaco ou acidente vascular, a transferência de elétrons para o oxigênio fica mais lenta, 
da mesma forma que o bombardeamento de prótons. Com isso, a célula passa a fabricar 
ATP pela via anaeróbica, realizando fermentação láctica, o que diminui o pH do 
organismo, tornando-o mais ácido. Dessa forma, cria-se um meio que ativa a proteína 
IF1, que irá inibir a ATPsintase de hidrolisar o ATP em ADP e Pi (sinalizando um 
momento de necessidade da economia de energia). 
ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIO SÃO GERADAS DURANTE A 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA. 
Essa situação decorre de um descontrole entre a taxa de entrada de elétrons na cadeia 
respiratória e a taxa de transferência de elétrons ao longo da cadeia. Em mitocôndrias que 
respiram ativamente, de 0,1 até 4% do oxigênio utilizado na respiração formam ânion 
superóxido (•O2-) – mais do que suficiente para ter efeitos letais. 
A formação de EROs é favorecida quando: 
(a) as mitocôndrias não estão produzindo ATP (por falta de ADP ou de O2) e portanto, 
têm grande força próton-motriz e elevada razão QH2/Q. 
(b) há uma alta razão NADH/NAD+ na matriz. Nessas situações, a mitocôndria está 
sob estresse oxidativo. 
Para a produção de EROs (Espécies Reativas de Oxigênio), há mecanismos de defesa: 
como a Superóxido Dismutase (SOD1) e o Ciclo da Glutationa Redutase/Peroxidase. 
Tanto a Glutationa Redutase, quanto a Glutationa Redutase são tripeptídeos, sendo 
denominados γ-L-glutamil-L-cisteinil-glicina ou a Glutationa (GSH). 
Durante o transporte de elétrons, alguns destes podem escapar, formando espécies 
reativas de oxigênio parcialmente reduzidas. Através de uma reação de Fenton (com 
participação de íon ferroso), esse ERO pode ser convertido em hidroxila, além de ser 
convertido em H2O2 por meio da enzima superóxido dismutase (SOD1). Em seguida, este 
peróxido de hidrogênio, que pode formar espécies reativas, é convertido em H2O, por 
meio da enzima Glutationa peroxidase, eliminando a possibilidade de morte celular por 
ação catalítica de EROS. Vale destacar que a enzima Glutationa Redutase reduz a enzima 
Glutationa peroxidase (GSSG em GSH), renovando o estoque. 
Por fim, é importante ressaltar que esta enzima glutationa peroxidase atua na redução 
de tiol proteico (em resíduos de cisteína), ativando enzimas antes inativadas pelo estresse 
oxidativo. 
EFEITOS DE DESACOPLADORES NA CADEIA TRANSPORTADORA DE 
ELÉTRONS. 
A UCP, ou termogenina, é uma proteína desacopladora, próxima ao complexo V 
(ATPsintase). A UCP forma um canal na membrana mitocondrial interna, que permite a 
reentrada de prótons para a matriz mitocondrial sem passar pelo complexo da ATPsintase. 
Isso permite a oxidação contínua de combustível (ácidos graxos nos adipócitos marrons) 
sem síntese de ATP, dissipando a energia na forma de calor (aquecendo os recém-
nascidos) e consumindo as calorias da dieta ou as gorduras armazenadas em grandes 
quantidades. Prótons passam sem formação de ATP. Ou seja, a UCP bloqueia o gradiente 
de prótons. 
Das UCPs mitocondriais, a UCP1 atua na termogênese adaptativa ao frio (liberação da 
energia na forma de calor). Já a UCP5, além de alto consumo e queima de nutrientes, 
também protege a célula do estresse oxidativo (reduzindo ou minimizando a liberação de 
EROS). 
TECIDO ADIPOSO BRANCO X TECIDO ADIPOSO MARROM 
Perfil metabólico de ambas: 
- Metabolismo glicolítico ativo; oxidam piruvato e ácidos graxos pelo ciclo do ácido 
cítrico; fosforilação oxidativa. 
 
Os adipócitos brancos apresentam alta concentração de lipídeos em seu citoplasma, 
sob a forma de gotículas. Já as células dos adipócitos marrons são ricas em mitocôndrias, 
com algumas gotículas lipídicas. Mas, essas mitocôndrias não formam ATP, mas sim, 
liberam energia na forma de calor, devido à alta presença da proteína termogenina ou 
desacopladoras do acoplamento quimiosmótico do gradiente de prótons com síntese de 
ATP. 
Após o nascimento, o TAB começa a se desenvolver e o TAM começa a desaparecer. 
Os humanos adultos jovens têm depósitos muito diminuídos de TAM, de 3% de todo o 
tecido adiposo nos machos a 7% nas fêmeas, perfazendo menos de 0,1% da massa 
corporal. No entanto, os adultos aparentemente têm TAM que pode ser ativada por 
exposição ao frio e inibida pelo aumento da temperatura corporal.