Bioquímica - CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO

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Respiração Celular 
Etapas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*No sentido microscópico, esse é um processo pelo qual 
as células obtêm energia utilizando o oxigênio e 
substratos que fornecem elétrons para a redução desse 
oxigênio, produzindo ATP 
→ de forma geral, envolve o consumo (entrada) de 
O2 pelas células e a eliminação de CO2 como 
resposta aos processos de obtenção de energia 
*Três grandes processos compõem a respiração celular: 
→ VIA GLICOLÍTICA: ocorre no citoplasma; 
anaeróbica 
processo em que a glicose de seis átomos de 
carbono é convertida em duas moléculas de 
piruvato, que é transportado para a mitocôndria 
nela, essas moléculas participam de reações que 
estarão envolvidas no Ciclo de Krebs, gerando 
moléculas de alta energia responsáveis por 
carrear elétrons desse Ciclo para a cadeia 
transportadora de elétrons 
→ CICLO DE KREBS / DO ÁCIDO CÍTRICO 
→ CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS E 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
*O Ciclo de Krebs está no centro dos processos da 
respiração celular 
→ recebe o piruvato proveniente da via glicolítica, 
transforma-o numa molécula que é aceita por 
suas enzimas e a oxida 
→ transfere os elétrons provenientes do piruvato 
que foi transformado na molécula de Acetil-CoA 
para a cadeia transportadora de elétrons 
 
*A via glicolítica também contribui com elétrons para a 
cadeia transportadora 
→ como ganho líquido, há a formação de 2NADH, 
que doam elétrons na cadeia transportadora, 
contribuindo para uma maior quantidade de 
ATP 
*O destino final dos elétrons que são retirados das 
moléculas que permitem a obtenção de energia 
(substratos) é a cadeia transportadora de elétrons 
*O Ciclo de Krebs e a cadeia transportadora constituem 
a parte oxidativa da respiração celular, assim, ocorrem na 
mitocôndria, local onde há maior concentração de 
oxigênio nas células 
Características gerais do ciclo do ácido 
cítrico 
Fase preparatória do ciclo do ácido cítrico 
*Para que a primeira reação ocorra, é necessária a 
presença da molécula Acetil-CoA 
→ assim, o piruvato proveniente da via glicolítica é 
transformado em Acetil-CoA, que possui dois 
átomos de carbono, a fim de atuar como 
substrato no Ciclo de Krebs 
*A fase preparatória é um pré-requisito para o Ciclo, mas 
está fora dele 
→ ocorre sempre quando a glicose é o substrato a 
fornecer energia 
*A fase preparatória envolve um complexo 
multienzimático (atuação de várias enzimas de forma 
simultânea para transformar um substrato em produto) 
→ uma reação depende da outra para acontecer, de 
modo que é necessária a atuação conjunta de 
todas as enzimas 
*O complexo da piruvato desidrogenase é formado por 
três enzimas: PIRUVATO DESIDROGENASE, 
DIIDROLIPOIL-DESIDROGENASE e DIIDROLIPOIL 
TRANSACETYLASE 
→ esse complexo catalisa um tipo de reação 
denominada DESCARBOXILAÇÃO 
OXIDATIVA (retirada de CO2 e oxidação da 
molécula) 
Ciclo do Ácido Cítrico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DESCRIÇÃO DA REAÇÃO 
 
o a molécula de piruvato, que tem 3 átomos 
de carbono, recebe uma coenzima A 
(molécula de alta energia), que é inserida 
na molécula com a finalidade de fornecer 
energia (a partir da sua hidrólise) para que 
outras reações possam acontecer 
o além disso, para que essa reação ocorra, é 
necessária uma molécula de NAD+ - pois, 
após a oxidação do piruvato, os elétrons 
precisam ser transferidos para uma 
molécula que tenha capacidade de aceitá-
los (uma molécula oxidada, que, ao recebê-
los, torne-se reduzida)-, formando o 
primeiro NADH do Ciclo de Krebs 
o quando acontece, após a inserção da 
coenzima A, a descarboxilação e a redução 
do NAD+, o resultado é uma molécula de 
Acetil-CoA 
o essa reação é altamente EXERGÔNICA 
(libera energia) 
Deficiência de Niacina: Pelagra 
*A piruvato desidrogenase precisa, além das três enzimas 
que compõem o complexo, de coenzimas para exercer a 
sua atividade 
*Na ausência de NAD+, um derivado da nicotinamida 
que, por sua vez, deriva da niacina (vitamina), a piruvato 
desidrogenase não consegue efetuar a reação, pois não 
haverá moléculas aceptoras de elétrons 
*A deficiência de niacina pode afetar as desidrogenases 
dependentes de NAD+ e NADP, provocando a PELAGRA 
(Doença dos 3 “D” – diarreia, dermatite e demência) 
→ essa deficiência pode estar associada a uma dieta 
pobre em triptofano (é possível produzir certa 
quantidade de nicotinamida a partir do 
triptofano, embora essa quantidade não seja 
suficiente para a demanda do organismo) 
→ etilistas, cuja dieta não costuma ser balanceada, 
são mais susceptíveis a essa deficiência 
 
 
 
 
 
 
Coenzimas da piruvato desidrogenase 
LIPOATO 
 
 
 
 
 
 
 
*Encontrado tanto na forma oxidada, conhecida como 
ácido lipoico, no qual há uma ponte dissulfeto, como na 
forma reduzida, na qual há grupos sulfidrila 
→ em algum dos grupos sulfidrila, o lipoato pode 
receber grupos acila, de forma que também é 
possível encontrá-lo na forma acetilada 
*Devido à sua capacidade de sofrer reações de oxidação-
redução o lipoato pode servir tanto como transportador 
de elétrons como de grupos acila 
→ lipoato é uma excelente coenzima, pois pode 
participar de diferentes tipos de reações 
*Embora possa ser produzido a partir do ácido octanoico, 
é encontrado em alguns alimentos 
 
 
 
 
 
 
 
*Fundamental para o Ciclo de Krebs: complexo da 
piruvato desidrogenase e complexo da alfa cetoglutarato 
desidrogenase 
TIAMINA / VITAMINA B1 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Para participar do processo da piruvato desidrogenase, 
precisa passar por um processo de fosforilação (formar o 
composto tiamina pirofosfato) 
→ isso ocorre a partir da enzima tiamina 
pirofosfatase 
→ a tiamina pirofosfato se liga à primeira enzima 
do complexo da piruvato desidrogenase e é 
fundamental para que o piruvato possa se ligar 
na molécula e sofrer o processo de 
descarboxilação, sendo convertido em Acetil-
CoA 
*Uma deficiência de tiamina pode afetar a produção de 
energia do metabolismo oxidativo, ou seja, interferir no 
funcionamento de algumas enzimas do Ciclo de Krebs 
(principalmente de complexos multienzimáticos, como o 
da piruvato desidrogenase e o da alfa cetoglutarato 
desidrogenase) 
Complexo da piruvato desidrogenase 
 
 
 
 
 
 
*Enzimas reguladoras como proteína quinase e proteína 
fosfatase também fazem parte do complexo 
→ o Ciclo de Krebs pode ser regulado tanto de 
forma alostérica como de forma covalente 
→ a piruvato desidrogenase pode ser regulada de 
forma covalente, demandando a presença de 
enzimas que proporcionem essas modificações 
Mecanismo da piruvato desidrogenase 
 
 
 
 
 
 
 
*Para uma enzima e seu complexo enzimático 
funcionarem, é necessário que todos os componentes das 
reações estejam presentes 
→ muitas vezes, as pessoas podem ter deficiência 
de compostos que atuam como coenzimas, o que 
afeta o metabolismo 
*PIRUVATO DESIDROGENASE: recebe o piruvato 
→ coenzima: tiamina dipirofosfato 
→ piruvato se liga à enzima e ocorre o processo de 
descarboxilação (remoção de um carbono sob a 
forma de CO2) 
→ piruvato permanece ligado à tiamina 
dipirofosfato, formando o composto 
HIDROXIETIL TPP 
→ essa molécula sofre ação da segunda enzima 
*DIIDROLIPOIL TRANSACETILASE: apresenta resíduos 
de lisina 
→ ácido lipoico está ligado a esses resíduos 
→ a enzima apresenta a forma oxidada (com a 
ponte dissulfeto) 
→ quando o composto hidroxietil tpp chega a esse 
segundo complexo, transfere elétrons ao ácido 
lipoico, promovendo o rompimento da ponte 
dissulfeto 
→ o composto resultante do piruvato, que estava 
ligado à tiamina dipirofosfato, passa a se ligar a 
um dos grupos sulfidrilas do ácido lipoico 
→ a coenzima A se liga a esse complexo e forma a 
Acetil-CoA 
 
 
 
 
→ contudo, o ácido lipoico não se encontra mais na 
forma oxidada, mas na reduzida, o que impede 
que uma próximareação aconteça – necessidade 
de regenerar o lipoato (promover a formação da 
ponte dissulfeto) 
*DIIDROLIPOIL-DESIDROGENASE: coenzima FAD 
→ oxidação do lipoato do complexo 2 para que as 
reações possam continuar a ocorrer 
→ FAD recebe os elétrons, formando o FADH2 
→ lipoato forma novamente as pontes dissulfeto e 
pode atuar em novas reações 
→ FADH2 passa os elétrons para uma molécula 
móvel, o NAD+, que forma o NADH 
→ o NADH2 é conduzido até a cadeia 
transportadora de elétrons para ser novamente 
oxidado 
*As enzimas e coenzimas estão juntas em um único 
agregado, permitindo que os intermediários reajam 
rapidamente SEM abandonarem a superfície do 
complexo enzimático 
Alterações na piruvato desidrogenase ou deficiência 
de tiamina 
*As alterações podem ser tanto genéticas (na composição 
das subunidades da piruvato desidrogenase) ou oriundas 
de deficiência de tiamina na alimentação 
→ em ambos os casos há comprometimento da 
oxidação do piruvato 
→ os tecidos que dependem de açúcar para obter 
energia terão alterações (cérebro) – sistema 
nervoso é afetado 
*Exemplo: BERIBÉRI 
→ deficiência de vitamina B1 (tiamina) 
→ perda de função neural, fraqueza muscular e 
respiratória 
→ piruvato desidrogenase não consegue converter 
o piruvato em Acetil-CoA 
 
 
 
 
Reações do ciclo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*O Ciclo de Krebs é composto por 8 enzimas diferentes 
de forma cíclica (uma mesma molécula inicia e termina 
o ciclo) 
*Parte das reações ocorre para formar o produto e parte 
ocorre para regenerar a molécula, permitindo a 
continuidade do Ciclo 
*O início do Ciclo acontece por uma reação de 
condensação entre a Acetil-CoA e o OXALACETATO 
(4C), o primeiro intermediário do Ciclo de Krebs 
→ essa reação é catalisada pela enzima 
CITRATO SINTASE e forma o CITRATO (6C) 
*O citrato é processado pela enzima ACONITASE, que 
modifica a estrutura do citrato para convertê-lo em 
ISOCITRATO (6C) 
→ essa modificação envolve mudanças de grupos 
dentro da molécula, além de reações de 
hidratação e desidratação 
→ essa transformação é necessária para o 
reconhecimento do isocitrato pela próxima 
enzima 
*Com a atuação da enzima ISOCITRATO 
DESIDROGENASE, ocorre a primeira reação de oxidação 
→ o isocitrato é oxidado a -CETOGLUTARATO 
(5C) e, simultaneamente, descarboxilado 
→ os elétrons do isocitrato passam para o NAD+, 
formando o NADH 
*O -cetoglutarato sofre uma nova descarboxilação 
oxidativa 
 
 
 
→ essa reação é catalisada por um complexo 
multienzimático chamado -
CETOGLUTARATO DESIDROGENASE 
(semelhante à piruvato desidrogenase – 
compostas pelas mesmas enzimas e coenzimas) 
→ elétrons passam para outra molécula de NAD+, 
formando a segunda molécula de NADH 
→ como ocorreu descarboxilação, o composto 
resultante é o SUCCINIL-CoA (4C) 
*O succinil-CoA é reconhecido pela enzima 
SUCCINIL-CoA SINTETASE 
→ essa enzima cliva a coenzima A do succinil-CoA, 
liberando energia que permite a fosforilação do 
GDP 
→ forma-se a molécula de energia GDP (análoga do 
ATP) 
→ o composto resultante desse processo é o 
SUCCINATO (4C) 
*O succinato é processado pela enzima SUCCINATO 
DESIDROGENASE, que catalisa a sua oxidação 
→ o resultado dessa reação é o FUMARATO (4C) 
→ os elétrons passam para o FAD, que forma o 
FADH2 (o FAD é a única coenzima do Ciclo de 
Krebs que está ligada diretamente à cadeia 
transportadora de elétrons – coenzima com 
pouca mobilidade, funciona o tempo inteiro 
ligado à sua enzima), que os transfere 
diretamente para a cadeia transportadora 
*O fumarato sofre um processo de hidratação pela 
enzima FUMARASE, formando o MALATO (4C) 
*Ocorre uma nova reação de desidrogenação catalisada 
pela enzima MALATO DESIDROGENASE, de modo 
que o malato é oxidado a oxalacetato 
→ os elétrons passam para o NAD+, formando 
NADH 
*Assim, há a regeneração do Ciclo de Krebs, permitindo 
a sua continuidade 
*O Ciclo de Krebs tem a função primordial de oxidar 
moléculas (retirar o máximo de elétrons de 
intermediários) para produzir coenzimas reduzidas que 
participarão da cadeia transportadora de elétrons 
Energética do ciclo do ácido cítrico 
*Somente uma reação forma diretamente uma molécula 
energética 
→ as demais reações produzem coenzimas 
reduzidas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*O Ciclo de Krebs é muito vantajoso no metabolismo 
aeróbico 
O Ciclo de Krebs no catabolismo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Em outros tecidos, o Ciclo de Krebs pode participar de 
processos tanto anabólicos quanto catabólicos (é 
ANFIBÓLICO) 
*No catabolismo, pode atuar no processamento de 
moléculas, como o Acetil-CoA (originada do piruvato ou 
da degradação de ácidos graxos) 
*Produtos do catabolismo de lipídeos, proteínas e 
açúcares são convertidos em intermediários que entram 
no Ciclo de Krebs, sendo completamente oxidados e 
formando CO2 
 
 
 
 
 
O Ciclo de Krebs no anabolismo 
*O ciclo de Krebs é fonte de matéria prima para a 
biossíntese de muitas biomoléculas 
→ isso ocorre principalmente em tecidos não 
musculares 
→ no músculo, o Ciclo de Krebs tem a função 
principal de oxidação de Acetil-CoA, mas, em 
outros tecidos, além de ter essa função, pode 
desviar os seus intermediários para produção de 
outras moléculas (ex: aminoácidos, porfirinas) 
→ intermediários são desviados de acordo com a 
necessidade do organismo 
ex: oxalacetato é desviado com frequência 
porque a partir dele pode ser formado o fosfenol 
piruvato (enzima: fosfenol piruvato carboxilase), 
a ser convertido em piruvato e em glicose pela 
via da gliconeogênese 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Numa situação de jejum na qual a gliconeogênese seja 
ativada, pode haver situações em que intermediários do 
Ciclo de Krebs sejam desviados para permitir que o 
organismo tenha matéria prima 
→ isso vai resultar em menor eficiência do Ciclo, 
uma vez que não está com todos os seus 
componentes – redução do ganho energético 
→ é importante que esses desvios não sejam 
prolongados 
→ REAÇÕES ANAPLERÓTICAS: retorno dos 
intermediários – Ciclo é reabastecido, voltando 
à sua capacidade de funcionamento 
Regulação do Ciclo do ácido cítrico 
*Como todo processo bioquímico, o Ciclo deve ser 
regulado 
→ regulação assegura que uma determinada via 
seja mais ativa de acordo com a necessidade do 
organismo e que, quando essa necessidade 
diminua, a intensidade dessa via metabólica 
também reduza – evitar gastos desnecessários de 
intermediários e formação de produtos não 
demandados pela célula 
*O Ciclo de Krebs pode ser regulado de duas formas: pelo 
complexo da piruvato desidrogenase e dentro do próprio 
Ciclo 
Regulação do ciclo através do complexo da piruvato 
desidrogenase 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Assim como todas as enzimas, a piruvato desidrogenase 
pode ser encontrada na célula de duas formas: ativa ou 
inativa 
→ ativa: piruvato está sendo convertido em Acetil-
CoA – via glicolítica está acelerada em 
decorrência da demanda energética 
(produzindo mais piruvato) 
a primeira forma de regular a piruvato 
desidrogenase é pelo aumento dos níveis de 
Acetil-CoA (grande quantidade de Acetil-CoA 
inibe alostericamente a piruvato desidrogenase; 
altos níveis de NADH também proporcionam a 
inibição – sinal de que a célula vai obter energia) 
→ inativa: fosforilada 
quando existem sinais estimuladores de 
quinases para as células, essa enzima é 
fosforilada e se torna inativa 
piruvato desidrogenase quinase é estimulada 
pelos níveis de NADH, de Acetil-CoA e de ATP 
*A piruvato desidrogenase fosfatase remove o grupo 
fosfato, tornando a piruvato desidrogenase inativa em 
ativa, capaz de converter piruvato em Acetil-CoA 
 
 
 
 
 
→ o nível de cálcio e a insulina (indica que tem 
açúcar disponível) regulam a piruvato 
desidrogenase fosfatase 
Outros pontos de regulação do Ciclo de Krebs*Pontos de regulação (em ordem): acetato sintase, 
isocitrato desidrogenase, complexo da -cetoglutarato 
desidrogenase 
*Essas regulações refletem o modo pelo qual uma célula 
pode ajustar-se a um estado de atividade ou de repouso 
 
 
 
 
 
 
 
 
diferenças nas concentrações de NADH/NAD+ e 
ATP/ADP atuam como um sinal para “ligar” ou 
“desligar” as enzimas responsáveis pelas reações 
oxidativas 
Síndrome de Leigh: um estudo de caso de doenças 
associadas a distúrbios em enzimas do Ciclo de 
Krebs 
*Associada a alterações de enzimas do Ciclo de Krebs 
→ comumente associadas a mutações do DNA 
mitocondrial - fazem com que as enzimas sejam 
produzidas de forma errônea 
*Desordem hereditária que afeta principalmente 
crianças e alguns casos raros adolescentes e adultos 
*Caracterizada por mutações no DNA das mitocôndrias 
ou DNA nuclear e causam a degradação das habilidades 
motoras e eventualmente a morte 
CASO CLÍNICO 
Uma criança de 7 meses de idade mostrou deterioração 
neurológica progressiva caracterizada pela perda da 
coordenação e do tônus muscular. Ela era incapaz de 
manter seu pescoço ereto e tinha grande dificuldade de 
movimentar seus membros, que eram moles. Também 
sofria de acidose contínua. A administração de tiamina 
não fazia efeito. O fígado, o cérebro, os rins, os músculos 
esqueléticos e o coração foram examinados após o óbito 
e todas as enzimas gliconeogênicas mostravam 
atividades normais, mas tanto a PIRUVATO 
DESIDROGENASE como a -CETOGLUTARATO 
DESIDROGENASE eram deficientes 
Deficiências no metabolismo do piruvato no ciclo de 
Krebs 
*A ocorrência de mutação simultânea na piruvato 
desidrogenase e na -cetoglutarato desidrogenase, os 
respectivos substratos se acumulam (piruvato e -
cetoglutarato) 
*O excesso de piruvato é convertido em lactato pela 
lactato desidrogenase (caráter ácido), o que diminui o 
pH 
*O aumento dos níveis de -cetoglutarato faz com que 
as reações subsequentes não aconteçam 
→ prejuízos evidentes nos tecidos com maior 
necessidade energética, como o músculo e o 
tecido nervoso 
→ funções motoras se mostram debilitadas, 
apresentação de distúrbios neurológicos e de 
retardo mental