Como funciona o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória ?

A respiração celular compreende o metabolismo da célula, e é dividida em 3 etapas: Glicólise, Ciclo de Krebs, Cadeia Respiratória.

- Glicólise: é a degradação da molécula da Glicose(6C), produzindo assim 2 Piruvato(3C), o Piruvato perderá um Carbono e formará a Acetil-CoA, produzindo assim um NADH para dar início a segunda etapa da respiração celular.

- Ciclo de Krebs: a Acetil-CoA é que começa o ciclo, como ela possui apenas 2 carbonos ela irá se unir com o Oxaloacetato(4C), formando assim o Ácido Cítrico ou Citrato(6C), depois disso é perdido um carbono e é formado o Glutarato(5C), liberando um NADH. Posteriormente é perdido um carbono, nessa quebra da cadeia é produzido um ATP e liberará outro NADH, formando o Succinato(4C), que produzirá um FADH2, formando posteriormente o Malato(4C), nessa etapa será liberado outro NADH para a formação do Oxaloacetato, reiniciando assim o Ciclo de Krebs.

Obs: Para cada Acetil – CoA liberado no Ciclo de Krebs terá como saldo final: 3NADH, 1ATP, 1FADH2, desse modo como são dois Acetil – CoA liberados por cada molécula de glicose: 6NADH, 2 ATP, 2 FADH2.

Com o Ciclo de Krebs, a união do Oxaloacetato com o Acetil – CoA forma um composto de 6 carbonos, aumentando assim a sobrevida da molécula de glicose e permitindo uma maior extração de energia desse processo. A liberação de CO2 que sai da Glicose é expelido pelos pulmões.

- Cadeia Respiratória: é dividida em 2 etapas, a Cadeia de Transporte de Eletrons(CTE), e a Fosforilação Oxidativa.

A CTE tem por função a oxidação de coenzimas. E a Fosforilação Oxidativa tem por função a síntese de ATP.

Os elétrons do NADH e FADH2 ficam passando pelas proteínas que estão inseridas na membrana da crista mitocondrial, com isso é liberada energia e com essa energia os prótons de hidrogênio são transportados para fora da crista mitocondrial. Desse modo os prótons ficarão tentando entrar novamente para se unirem ao oxigênio, porem para que eles voltem só terá um caminho que é pela proteína ATP sintase, desse modo quando eles passam por ela, ela girará, gerando assim energia para a produção de ATP.

Os elétrons só serão transportados para fora da crista para que haja todo o processo acima, caso haja OXIGENIO, onde o hidrogênio será atraído por ele. Sem o oxigênio não tem cadeia respiratória, logo não terá produção de ATP. 

No ciclo de Krebs, o ácido pirúvico (C₃H₄O₃) proveniente da glicólise sofre uma descarboxilação oxidativa pela ação da enzima piruvato desidrogenase, existente no interior das mitocôndrias dos seres eucariontes, e reage com a coenzima A (CoA). O resultado dessa reação é a produção deacetilcoenzima A (acetilCoA) e de uma molécula de gás carbônico (CO₂). Em seguida, o acetilCoA reage com o oxaloacetato, ou ácido oxalacético, liberando a molécula de coenzima A, que não permanece no ciclo, formando ácido cítrico.

Depois de formar o ácido cítrico, haverá uma sequência de oito reações onde ocorrerá a liberação de duas moléculas de gás carbônico, elétrons e íons H⁺. Ao final das reações, o ácido oxalacético é restaurado e devolvido à matriz mitocondrial, onde estará pronto para se unir a outra molécula de acetilCoA e recomeçar o ciclo.

Os elétrons e íons H⁺ que foram liberados nas reações são apreendidos por moléculas de NAD, que se convertem em moléculas de NADH, e também peloFAD (dinucleotídeo de flavina-adenina), outro aceptor de elétrons.

No ciclo de Krebs, a energia liberada em uma das etapas forma, a partir do GDP(difosfato de guanosina) e de um grupo fosfato inorgânico (Pi), uma molécula deGTP (trifosfato de guanosina) que difere do ATP apenas por conter a guanina como base nitrogenada ao invés da adenina. O GTP é o responsável por fornecer a energia necessária a alguns processos celulares, como a síntese de proteínas.

Podemos concluir que o ciclo de Krebs é uma reação catabólica porque promove a oxidação do acetilCoA, a duas moléculas de CO₂, e conserva parte da energia livre dessa reação na forma de coenzimas reduzidas, que serão utilizadas na produção de ATP na fosforilação oxidativa, a última etapa da respiração celular.

O ciclo de Krebs também tem função anabólica, sendo por isso classificado como um ciclo anfibólico. Para que esse ciclo tenha, ao mesmo tempo, a função anabólica e catabólica, as concentrações dos compostos intermediários formados são mantidas e controladas através de um complexo sistema de reações auxiliares que chamamos de reações anapleróticas. Um exemplo de reação anaplerótica é a carboxilação de piruvato para se obter oxalacetato, catalisado pela enzima piruvato carboxilase.

A cadeia respiratória ocorre nas cristas mitocondriais. Ela é uma sequência de compostos enzimáticos e não enzimáticos capazes de “extrair” gradualmente a energia dos elétrons liberados durante o ciclo de Krebs. Além disso, nesse processo ocorre a produção de água a partir da combinação entre os prótons liberados pelo ciclo anteriormente citado e o oxigênio. Essa cadeia de eventos é um processo altamente eficiente no que se refere à produção de energia, produzindo a grande maior parte dos 36 ATPs da fosforilação oxidativa. Assim, sua função principal é a produção de energia.

Enfim, a fosforilação oxidativa é um processo que ocorre nas mitocôndrias e apenas em condições de aerobiose. É responsável pela esmagadora maior parte da energia nos seres que a realizam e seu surgimento foi um grande passo na história evolutiva, possibilitando, talvez, o desenvolvimento de formas de vida mais complexas.