CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO I - BIOQUÍMICA - BQI 103

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Ciclo do Ácido Cítrico I 
-Em condições aeróbias, a glicose passa 
pela via glicolítica, resultando em 2 
moléculas de piruvato e, no caso de 
presença de oxigênio, essas moléculas de 
piruvato são descarboxiladas, resultando 
em duas moléculas de acetil-CoA. 
-O acetil-CoA é o primeiro material de 
entrada para o ciclo do ácido cítrico que, 
ao final do processo, dá origem a CO2 e H20 
-> isso é a RESPIRAÇÃO CELULAR. 
-Quando se fala em respiração, o que vem 
na mente é a entrada de oxigênio e saída 
de CO2, mas uma análise bioquímica 
refere-se a um termo mais restrito e 
aponta um processo molecular por meio 
dos quais as células consomem o oxigênio 
e produzem o CO2 e é definido, de forma 
mais precisa, como respiração celular. 
-Esse processo é mais complexo que a 
glicólise, porque, ao longo da evolução, 
organismos que praticamente só 
utilizavam fermentação e glicólise como 
fonte de energia foram capazes de se 
tornarem organismos autotróficos- ou 
seja, aqueles que são capazes de utilizar 
CO2 e liberar para a atmosfera o O2- e isso 
permitiu que as células fossem capazes de 
desenvolver sistemas mais complexos de 
obtenção de energia. 
-Dessa forma, a respiração celular é 
dividida em 3 ESTÁGIOS 
1) Combustíveis orgânicos são convertidos 
em acetil-CoA (produto comum). 
2) Entrada do acetil-CoA no ciclo do ácido 
cítrico, com consequente produção de 
coenzimas reduzidas NADH e FADH2. 
3) Coenzimas reduzidas são direcionadas 
para a C.T.E. (cadeia transportadora de 
elétrons) onde, ao final, haverá uma 
síntese maior de ATP. 
– “Formação” de acetil-CoA.
-Tanto os aminoácidos quanto os ácidos 
graxos (que pertencem aos triacilgliceróis) 
e a glicose passam por procedimentos 
oxidativos diferentes que resultam em um 
produto comum, a acetil-CoA. 
-Consequentemente (observando as setas 
cor de rosa), são liberados elétrons nos 
processos oxidativos, que são captados 
pelas coenzimas, as quais se tornam 
reduzidas e vão levar esses elétrons (ou 
equivalentes redutores) para a C.T.E. 
 – Oxidação da acetil-CoA. 
-O primeiro passo para essa oxidação é 
uma reação de condensação entre o 
acetil-CoA e o OXALOACETATO dando 
origem ao CITRATO. 
 
-Depois, ocorre uma série de reações 
oxidativas, liberando equivalentes 
redutores- que são captados pelas 
coenzimas oxidadas (que se tornam 
reduzidas) - e reações de descarboxilação, 
promovendo então a liberação de CO2. 
-Pode ser caracterizado como uma via 
universal, ou seja, apenas algumas 
bactérias anaeróbias não possuem 
algumas das enzimas do ciclo e, portanto, 
não conseguem obter energia por meio 
do ciclo do ácido cítrico- essas bactérias 
“focam” a utilização desses intermediários 
para vias biossintéticas. 
-Esse ciclo apresenta um ancestral 
comum, porque ele está presente em 
quase todos os organismos com elevado 
grau de conservação. 
-Além disso, o ciclo apresenta um papel 
central em todo o metabolismo, porque 
ele se comunica com várias outras vias 
metabólicas. 
-O piruvato produzido por meio da via 
glicolítica é liberado no citosol, onde a 
glicólise acontece. 
-Para que ele possa seguir para o ciclo do 
ácido cítrico, é necessário que ele seja 
transportado por uma molécula 
transportadora específica para que ele 
tenha acesso à matriz mitocondrial (onde 
o ciclo acontece). 
-Na mitocôndria, alguns processos 
oxidativos (fora a via glicolítica) ocorrem 
no próprio citosol e, portanto, não há 
necessidade desse transporte de 
moléculas geradas para o interior da 
matriz mitocondrial. 
-A 1ª reação que acontece (conversão do 
piruvato em Acetil-Coa) é por uma 
catálise: 
 
-Antes de apresentar a sequência de 
reações, apresenta-se do que esse 
complexo é composto: 
 E1: PIRUVATO DESIDROGENASE, que 
apresenta como cofator o TPP (tiamina 
pirofosfato) -> amarelo. 
 E2: DIIDROLIPOIL TRANSACETILASE, 
apresenta como cofator a lipoil-lisina 
oxidada -> verde. 
 E3: DIIDROLIPOIL DESIDROGENASE, que 
tem o FAD como grupo prostético e o NAD 
(coenzima móvel não ligada ao complexo) 
-> rosa. 
Obs.: O destino do carbono do piruvato 
está marcado em vermelho. 
-O piruvato entra em contato com E1 e é 
descarboxilado, permitindo que o produto 
dessa descarboxilação (HIDROXIETIL) se 
ligue ao fator TPP da enzima 1 -> essa 
mesma enzima é capaz de transferir esse 
hidroxietil para um braço da lipoil-lisina, a 
qual se torna, que se torna reduzida em 
um braço e o outro ligado ao hidroxietil. 
-Esse lipoil-lisina 
tem uma certa 
mobilidade no sítio 
ativo da enzima E2 
e, com isso, é capaz 
de movimentar 
esse hidroxietil até 
o momento em 
que a coenzima A 
(reduzida) troca de 
lugar com esse 
cofator, tendo a LIBERAÇÃO DO ACETIL-
CoA e a coenzima A reduzida é capaz de 
reduzir outro braço 
da lipoil-lisina que, 
agora, se encontra 
completamente 
reduzido. 
-Ainda não é o fim 
da reação, uma vez que enzima precisa, 
para atuar nessa série de reações, estar 
oxidada. 
-Então o segundo passo seria a oxidação 
dessa lipoil-lisina reduzida -> o FAD atua 
oxidando essa molécula e entregando 
seus hidrogênios ao NAD+, como visto na 
imagem. 
-Uma vez que a molécula de acetil-CoA foi 
produzida na matriz mitocondrial, o início 
do ciclo se dá pela condensação dessa 
molécula com o OXALOACETATO 
(presente na mitocôndria), dando origem, 
então, ao CITRATO e à liberação de 
coenzima A reduzida. 
-Depois ocorrem uma série de reações: de 
condensação, desidratação, hidratação, 
descarboxilação oxidativa e 
desidrogenações. 
-É importante ressaltar que essas 
moléculas de CO2 que são liberadas 
durante o ciclo do ácido cítrico (1ª volta) 
não são as mesmas do grupo acetil ligado 
à acetil-CoA -> só depois de várias voltas 
ao longo do ciclo (já que tem a 
regeneração do oxaloacetato) é que o 
CO2 vai ser originário daquela molécula de 
acetil-CoA que entrou há vários ciclos. 
 
-Essa reação ocorre com o acetil-CoA 
reagindo com o oxaloacetato, liberando 
CITRATO. 
-Para que essa reação ocorra, a CITRATO 
SINTASE precisa de uma molécula de 
água para produzir o citrato e a coenzima 
A é liberada na sua forma reduzida, a qual 
é capaz de produzir mais acetil-CoA para 
que o ciclo não pare. 
-A coenzima A, além de tudo, é 
extremamente útil para a ativação do 
acetato (da mesma forma que o grupo 
fosfato ativa a glicose para as próximas 
reações). 
-Por meio da ligação ao acetil-CoA, ocorre 
um favorecimento da condensação e 
torna o início desse ciclo irreversível em 
condições celulares -> uma vez que o 
citrato é formado, a citrato sintase não faz 
a reação inversa. 
-O grande ΔG padrão bioquímico negativo 
indica que a reação indica que, 
obviamente, a reação ocorre da esquerda 
para a direita. 
-Isso pode ser explicado também pela 
baixa concentração de oxaloacetato no 
interior da célula -> a partir do momento 
em que o acetil-CoA é produzido, 
imediatamente a citrato sintase utiliza o 
pouco oxaloacetato que tem para a 
produção do citrato. 
-Além disso, ocorre a reciclagem da 
coenzima A reduzida para novos rounds, 
por exemplo, de produção de acetil-CoA. 
 
-A formação do isocitrato envolve uma 
molécula intermediária chamada cis-
aconitato (instável). 
-A enzima ACONITASE promove tanto 
uma reação de desidratação do citrato e 
hidratação do intermediário cis-aconitato, 
dando origem ao isocitrato. 
-A isomerização tem o objetivo de facilitar 
a próxima reação, a qual vai utilizar o 
isocitrato como substrato. 
-Apesar do ΔG padrão bioquímico ser 13,3, 
essa reação é perfeitamente reversível, 
mas em condições celulares ela segue da 
esquerda para a direita, uma vez que a 
concentração do isocitrato é 
extremamente baixa na mitocôndria 
(menos de 10%) -> por isso, a reação é 
favorável no sentido do citrato para o 
isocitrato. 
α
-Reação se dá pela ISOCITRATO 
DESIDROGENASE. 
-O substrato isocitrato é descarboxilado,formando α-cetoglutarato e liberando a 
primeira molécula de CO2. 
-É uma reação onde ocorre a redução de 
uma coenzima, o NAD(P)+ (a isocitrato 
desidrogenase é uma das poucas enzimas 
que pode utilizar como coenzima o NAD ou 
o NADP), resultando em NAD(P)H+H+. 
-É uma reação, portanto, de 
DESCARBOXILAÇÃO OXIDATIVA e, pelo valor 
de ΔG, podemos observar que em 
condições celulares é uma reação 
extremamente irreversível. 
α
 
-Quem faz essa conversão é o COMPLEXO 
DA α-CETOGLUTARADO DESIDROGENASE. É 
um complexo muito parecido com o da 
piruvato desidrogenase -> envolve 3 
enzimas, 5 cofatores/coenzimas, a 
liberação de uma coenzima reduzida e 
uma descarboxilação. 
-Então temos α-cetoglutarato 
convertendo em succinil-CoA e o 
complexo enzimático fazendo com que 
ocorra inserção de uma coenzima A no 
succinil. 
-Mais uma vez, se nos basearmos no ΔG, é 
uma reação irreversível em condições 
celulares. 
 
-A enzima SUCCINIL-CoA SINTETASE forma 
GTP (conteúdo energético idêntico ao do 
ATP) a partir do GDP (menos energético). 
-A reação tem como produto GTP, 
coenzima A reduzida e succinato. 
Obs.: quem está doando o grupo fosforil é 
um fosfato inorgânico e não uma 
molécula de ATP -> por isso essa reação é 
reversível em condições celulares. 
-Fosforilação ao nível de substrato: envolve 
moléculas e enzimas solúveis. 
-Além disso, o GTP basicamente tem a 
mesma capacidade de doação de grupo 
fosforil que o ATP -> a sua hidrólise 
também resulta em -30,5 KJ/mol, mas a 
maioria das enzimas já tem no seu sítio 
ativo a capacidade de se ligar ao ATP e, 
por esse motivo, existe uma enzima (na 
mitocôndria) que é denominada 
NUCLEOSÍDEO DIFOSFATO QUINASE que 
transfere o grupo fosfato terminal do GTP 
para o ADP, liberando GDP e ATP. 
 
- ΔG dessa reação mostra que é 
completamente reversível. 
 
-Essa reação resulta em mais uma 
coenzima reduzida, o FADH2. 
-Em condições celulares, é perfeitamente 
reversível. 
-A SUCCINATO DESIDROGENASE é uma 
enzima do ciclo de Krebs que se encontra 
na membrana e é a única que não é 
solúvel, isso porque ela faz parte do 
complexo 2 da C.T.E. (visto no próximo 
módulo). 
 
-A FUMARASE é responsável por essa 
reação de hidratação. 
- ΔG pequeno e negativo -> portanto, em 
condições celulares, essa reação também 
é completamente reversível. 
 
-A MALATO DESIDROGENASE promove a 
oxidação do malato a oxaloacetato e, 
consequentemente, a redução de mais 
uma coenzima: NAD+ a NADH -> essa 
coenzima reduzida já está pronta para 
entregar os seus equivalentes redutores 
ao complexo 1 da C.T.E. 
-Apesar da variação de energia livre 
padrão bioquímica ter um valor grande e 
positivo, a reação é fortemente deslocada 
da esquerda para a direita, uma vez que a 
concentração de oxaloacetato na 
mitocôndria é extremamente baixa -> ou 
seja, o oxaloacetato é continuamente 
removido para dar início a um novo round 
do ciclo de Krebs e a reação é 
continuamente deslocada para a 
formação de mais moléculas de 
oxaloacetato.