Ciclo de Krebs (Metabolismo Aeróbico - Ciclo do Ácido Cítrico)

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Milena Barbosa – Medicina IX Julho (Turma VI - SBC) 
 
Bases Celulares e Moleculares II 
 
07/10/2021 
Metabolismo Aeróbico – Ciclo do 
Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs) 
 
Qual o propósito do Ciclo de Krebs? 
• Reduzir coenzimas, que tem grande energia 
armazenada nessas reações e produzir energia; 
• O ciclo de Krebs ocorre na Matriz mitocondrial; 
• É uma via anfibólica, pois tem seu papel tanto no 
catabolismo quanto no anabolismo. 
 
Primeiro estágio da respiração celular 
 
 
Em cada volta do Ciclo de Krebs são produzidas: 
Duas moléculas de CO2, três moléculas de NADH, 
uma molécula de GTP e uma molécula de FADH2.; 
 
• O ciclo de Krebs reduz coenzimas que guardam 
uma grande energia para uma grande produção 
de ATP. Quando as enzimas NADH e FADH são 
reoxidadas ---> gradientes de prótons ---> 
Produção de ATP 
• As enzimas FAD e NAD+ atuam como doadoras 
de elétrons e se reduzem a NADH e FADH2. 
 
Quem é Acetil-CoA? Quem a produz? Qual o seu 
destino? 
O Acetil-CoA é sintetizado no citosol e pode ser 
sintetizado a partir de piruvato, aminoácidos e ácidos 
graxos. Porém seu destino vai depender da situação 
(exemplo: período pós-prandial); 
(obs: o piruvato só forma o acetil que é carregado pela 
Coenzima A). 
 
 
 
 
Transporte do Piruvato 
• O piruvato atravessa a membrana mitocondrial 
externa por meio de porinas, situando-se no espaço 
intermembranas. Porém para chegar até a matriz 
mitocondrial, ele precisará da enzima piruvato 
translocase que transporta o piruvato do espaço 
intermembranas para a matriz mitocondrial onde 
será descarboxilado. 
 
 
Complexo Piruvato Desidrogenase 
Quais são as Enzimas e Coenzimas? 
• 3 enzimas: piruvato desidrogenase (a mais 
importante, que tem como grupo prostético o TPP), 
di-hidrolipoil transacetilase (que tem como grupo 
prostético o ácido lipóico que está oxidado), di-
hidrolipoil deseidrogenase (que tem como grupo 
prostético o FAD que também está oxidado). Essas 
enzimas são chamadas respectivamente de E1, E2, 
E3; 
 
• 5 coenzimas: TPP (tiamina pirofosfato), ácido 
lipóico, CoA, FAD e NAD+. 
 
• A primeira enzima que entra em contato com o 
piruvato é a piruvato desidrogenase (E1) , ela 
descarboxila o piruvato, quando ele é descarboxilado 
(remove carboxila do piruvato) o que resta do 
piruvato (hidroxietil) vai se ligar ao TPP, o TPP não 
fica para sempre com ele, então na sequência a 
enzima E1 transfere esse hidroxietil, para o grupo 
prostético da di-hidrolipoil transacetilase (E2) que é o 
Ácido Lipóico. Com isso perde a hidroxila e origina o 
Acetil, quando ele recebe esse acetil ele reduz. 
O acetil quando se liga ao ácido lipóico o carbono se 
liga ao enxofre, esse acetil quer continuar ligado no 
enxofre só que o ácido lipóico não quer continuar 
com ele. Então a HS-Coa que possui um enxofre, vai 
se conectar com o acetil, formando a Acetil-CoA. 
A HS-Coa possui um enxofre, então ela vai se 
conectar com o acetil, formando a Acetil-CoA, e 
esse Acetil-Coa entra na reação do CICLO DE 
KREBS; 
 
A glicose forma 2 piruvatos, por isso ele tem que 
rodar duas vezes no ciclo. 
 
 
Controle Alostérico da Piruvato Desidrogenase 
 
 
• A regulação do complexo PDH é alostérica (a 
partir da ligação de efetores que aumentam ou 
diminuem a atividade enzimática), tendo uma 
modificação covalente (fosforilação); 
 
 
 
 
Piruvato desidrogenase: 
 
• Maior quantidade de acetil-CoA, ATP, NADH ---> 
efetores alostéricos negativos do complexo ---> 
não precisamos de mais acetil-CoA ---> complexo 
será inibido ---> não ocorre formação de acetil-CoA 
a partir de piruvato; 
 
Efetor alostérico negativo: liga-se no sítio alostérico 
mudando a conformação da enzima de forma que o 
acesso do sítio ativo ao substrato se torna difícil. Não 
ocorre a catalise; 
 
• Menor quantidade de acetil-CoA ---> pouco ATP -
--> inibição cessa ---> o complexo será ativado; 
 
• Complexo PDH quando fosforilado torna-se inativo 
---> PDH quinase que o fosforila; 
 
• Acetil-CoA, ATP, NADH ---> são efetores 
alostéricos positivos da PDH quinase ---> ativam a 
proteína que inibe o complexo ativação do inibidor; 
 
Efetor alostérico positivo: liga-se no sítio alostérico 
mudando a conformação da enzima de forma que o 
acesso do sítio ativo ao substrato se torna facilitado, 
ocorrendo a catálise; 
 
• A insulina desencadeia uma sinalização levando a 
uma ativação do controle alostérico positivo; 
 
Condições clínicas 
 
Deficiência de fosfatase 
 
• Em pessoas com deficiência de fosfatase, a 
enzima piruvato desidrogenase sempre está 
fosforilada e, portanto, inativa. Por conseguinte, a 
glicose é processada a lactato e não a acetil-CoA; 
 
• Essa condição resulta em acidose láctica 
persistente, ou seja, níveis sanguíneos elevados de 
ácido láctico. Neste ambiente ácido, muitos tecidos 
não funcionam bem, sobretudo o sistema nervoso 
central. 
 
 
 
 
Deficiência de Piruvato Desidrogenase 
 
• Uma variedade de transtornos do metabolismo do 
piruvato tem sido detectada em 
crianças. Algumas envolvem deficiência das 
subunidades catalíticas ou regulatórias do 
complexo piruvato desidrogenase; 
 
• Crianças com deficiência na piruvato desidrogenase 
geralmente exibem altos níveis 
séricos de lactato, piruvato e alanina, que geram uma 
acidose lática crônica. Elas 
frequentemente exibem problemas neurológicos 
graves, que resultam geralmente em 
morte; 
 
• O diagnóstico é comumente feito pela detecção 
do complexo enzimático e/ou suas 
subunidades em cultura de fibroblastos da pele; 
 
• Alguns pacientes respondem a uma dieta com 
baixa quantidade de carboidratos. Pacientes podem 
ficam em choque pela acidose lática já que a 
diminuição da entrega de O2 inibe a piruvato 
desidrogenase e aumenta o metabolismo anaeróbio. 
Alguns pacientes 
têm sido tratados com dicloroacetato, um inibidor da 
subunidade proteína quinase do complexo piruvato 
desidrogenase. Inibição completa da quinase, a qual 
inibe a enzima, irá então ativar o complexo 
enzimático. 
 
Síndrome de Wernicke-Korsakoff 
 
• A deficiência de tiamina está associada ao etilismo, 
sendo que a depleção de tiamina pode ocorrer 
rapidamente (14 dias); 
 
• Os sintomas iniciais da deficiência de tiamina são 
perda de apetite, obstipação e náuseas. Eles podem 
progredir para depressão, neuropatia periférica e 
tremores; 
 
• A deterioração adicional resulta em confusão 
mental (perda de memória recente), ataxia e perda 
da coordenação ocular; 
 
• Esta combinação, frequentemente observada em 
pacientes etilistas, é a psicose de Wernicke-
Korsakoff. 
 
• O beribéri úmido é particularmente associado ao 
etilismo; 
 
• Tiamina é essencial para reações de carboxilação; 
 
• A tiamina é importante para o metabolismo de 
carboidratos; 
 
• Em sua forma nativa, tiamina-pirofosfato (TPP), é 
uma coenzima da piruvato desidrogenase (enzima E1 
do complexo CPD) que participa em uma reação 
similar de descarboxilação do α-cetoglutarato, assim 
como no metabolismo de aminoácidos de cadeia 
ramificada. É também uma coenzima para a reação 
da transcetolase na via das pentoses fosfato e é 
importante na produção de ácido clorídrico no 
estômago. 
 
Beribéri 
 
• Beribéri é um distúrbio cardiovascular e 
neurológico causado pela deficiência dietética de 
tiamina (também denominada vitamina B1); 
 
• O beribéri também ocorre em pessoas etilistas 
com desnutrição grave e, portanto, com deficiência 
de tiamina; 
 
• A lesão do sistema nervoso periférico manifesta-se 
como dor nos membros, fraqueza muscular e 
distorção da sensibilidade cutânea. 
 
Quais processos bioquímicos podem ser afetados 
pela deficiência de tiamina? 
 
• A tiamina é a vitamina precursora da coenzima 
tiamina pirofosfato (TPP). Essa coenzima é o grupo 
prostético de três enzimas importantes: piruvato 
desidrogenase, α-cetoglutarato desidrogenase e 
transcetolase; 
 
• Sendo assim a deficiência de tiamina pode afetar: o 
complexo desidrogenase, ciclo de Krebs, Via daspentoses. 
 
Por que a deficiência de TPP resulta basicamente 
em transtornos neurológicos? 
 
• Pois os neurônios têm como fonte de energia a 
glicose. Em aerobiose, o piruvato - produto final da 
via glicolítica - é convertido ao grupo acetil da 
coenzima A, pelo complexo piruvato desidrogenase; 
 
• Na ausência de tiamina, não há síntese de TPP, 
portanto não há atividade do complexo piruvato 
desidrogenase... ou seja, sem acetil-CoA para iniciar o 
ciclo Krebs e gerar ATP para o neurônio. 
 
Ciclo do ácido Cítrico (Ciclo de Krebs) 
 
 
 
• Ocorre na Matriz Mitocondrial; 
 
• A principal função do Ciclo de Krebs é reduzir 
coenzimas; 
 
• Enzimas que catalisam reações irreversíveis 
(pontos de controle): Citrato sintase, Isocitrato 
desidrogenase, Alfa cetoglutarato desidrogenas; 
 
• Em cada volta do Ciclo de Krebs são produzidas: 
duas moléculas de CO2, três moléculas de NADH, 
uma molécula de GTP e uma molécula de FADH2; 
1° reação: chegando no ciclo temos o Acetil-CoA 
(que é formado por 2 carbonos) ---> a enzima 
citrato – sintase condensa o acetil com o 
Oxalacetato (4 carbonos) ---> forma então o 
Citrato (6 carbonos); 
 
2° reação: O Citrato (ácido cítrico, que tem 3 
carboxilas) será isomerizado, sofrerá um rearranjo 
dos átomos de carbono (pois a uma enzima na 
terceira reação só consegue agir em Isocitrato) 
então a enzima Aconitase transforma-o em 
Isocitrato; 
 
3° reação: A Isocitrato perde uma carboxila em 
forma de C02, perde hidrogênios (reduzindo 
NAD+, formando NADH) Isocitrato desidrogenase é 
a enzima responsável por isso, formando alfa-
Cetoglutarato; 
 
4° reação: o alfa-Cetoglutarato é mais uma vez 
descarboxilado, tendo mais prótons perdidos e 
mais uma NAD+ reduzida formando NADH. Entra 
uma CoA, formando Succinil CoA (que é 
considerada uma molécula de alta energia, pois 
quando ele é processado ele gera energia 
suficiente para fosforilar um GDP em GTP), toda 
essa reação é regida pela enzima alfa-
Cetoglutarato-desidrogenase; 
 
5° reação: o Succinil CoA é tem sua ligação 
carbono enxofre quebrada pela enzima Succinil 
CoA sintase, o CoA é liberado formado Succinato; 
 
6° reação: o Succinato é desidrogenado pela 
enzima Succinato desidrogenase (quem recebe 
esse hidrogênio é o FAD formando FADH2) é 
formado então o Fumarato; 
 
7° reação: o Fumarato é hidratado, tendo agora 
uma molécula de água que terá seus átomos de 
oxigênio e hidrogênio reorganizados, sendo 
formado o Malato tendo como enzima a 
Fumarase; 
 
8° reação: o Malato (tem 4 carbonos) sofre 
desidrogenação pela enzima Malato desidrogenase, 
que remove hidrogênio do substrato, sendo 
formado Oxaloacetato. 
 
 
 
 
 
Muito ATP --> Pouco ADP; 
Muito ADP --> Pouco ATP; 
 
Quanto mais ATP menor será a velocidade do 
Ciclo e quanto menos ATP eu tiver maior será a 
velocidade do Ciclo. 
 
 
Questões 
 
 
 
 
 
 
 
Os processos bioquímicos que podem ser 
comprometidos pela deficiência de tiamina são: o 
Complexo Piruvato Desidrogenase, Ciclo de Krebs e 
Via das pentoses.