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Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico

REUNI: Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico

Universidade Federal de Santa CatarinaPrograma de Pós-graduação em Bioquímica

Tira-dúvidas com alunos da graduação

•Mais abundante biomolécula da Terra: •Fotossíntese converte + 100 bilhões toneladas de CO2 e H2O em carboidratos (celulose e outros açúcares).

CarboidratosAula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico

• Rica em energia potencial.

• Oxidação completa gera energia livre padrão -2.840 KJ/mol.

• Seu armazenamento como polímero, a célula mantém uma osmolaridade citosólica relativamente baixa.

• A glicose armazenada pode ser empregada para produzir ATP de maneira aeróbica e anaeróbica.

• Glicose também pode ser utilizada como precursor biossintético de aminoácidos, nucleotídeos, coenzimas, ácidos graxos e outros.

Glicose como combustívelAula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico

Em plantas vasculares e animais, a glicose possui três destinos:

• Armazenamento (polissacarídeo e sacarose).

• Oxidação até piruvato para fornecer ATP e intermediários metabólicos.

• Oxidação das pentoses pela via as pentoses fosfato produzindo ribose 5-fosfato para a síntese de ácidos nucléicos e NADPH que participará na redução química biossintética.

Glicose como combustível


• Organismos fotossintéticos: fazem a síntese de glicose reduzindo o CO2 atmosférico em triose e depois em glicose.

• Organismos não fotossintéticos; obtém a glicose a partir da alimentação ou gliconeogênese.

Origem da glicose

produto

energia

reagentest

EN

ER

GIA

ENDOTÉRMICA

Ex.: Fotossíntese

6CO2 + 12H2O + LUZ C6H12O6 +6O2 + H2O

produtosenergia

reagente

EN

ER

GIA

EXOTÉRMICAt

Ex.: Respiração celular

C6H12O6 + CO2 +6CO2 + 6H2O + Energia


• Estágio 1 – Produção de Acetil-CoA: as moléculas de glicose, aminoácidos e ácidos graxos são oxidados para liberar fragmentos com 2 átomos de carbonos, acetil (Acetil-CoA).

• Estágio 2 – Oxidação de Acetil- CoA: esses grupos acetil são introduzidos no ciclo e oxidados até CO2. A energia é conservada nos transportadores NADH e FADH2.

• Estágio 3 – Transferência de elétrons e fosforização oxidativa: os elétrons são conduzidos na cadeia transportadora de elétrons ate O2. Durante este processo uma grande quantidade de energia é liberada na forma de ATP.

Respiração


Estágio 1: Produção de Acetil- CoA

1. A produção de acetil –CoA é catalisada pela piruvato desidrogenase, onde o grupo carboxila é removido do piruvato na forma de CO2 e os 2 carbonos remanescentes formam o acetil.

2. A reação completa é chamada de descarboxilação oxidativa.


Os três componentes do complexo da piruvato desidrogenase:

E1- Piruvato desidrogenase

E2- Dihidrolipoil transacetilase

E3- Dihidrolipoil desidrogenase



As reações seqüenciais de desidrogenação e descarboxilação ocorrem com 3 enzimas e 5 coenzimas ou grupos prostéticos:

A deficiência da tiamina (Vitamina B1) causa a doença de Beriberi caracterizada por distúrbios neurológicos, paralisia atrofia cardíaca e morte.



Estágio 2: Oxidação do Acetil-CoA


1. Formação de citrato pela citrato sitetase.2. O grupo acetil é transferido para o oxalacetato para formar o citrato, um

composto com 4C.

Reações do Ciclo de Krebs


2. Aconitase: Esta enzima catalisa a isomerização da reação removendo e adicionando água ao cis-aconitate em diferentes posições. O isocitrato é consumido rapidamente no próximo passo.



3. Isocitrate desidrogenase: Oxidação do isocitrato em α-cetoglutarato e CO2. É uma carboxilação oxidativa liberando o NAD ou NADPH.



4. a-cetoglutarato desidrogenase: Oxidação do α -cetoglutarato em Succinil Co-A e CO2. Descarboxilação oxidativa pela α-cetoglutarato desidrogenase liberando NADH. Esta enzima forma um complexo, onde o aceptor de elétrons é o NADH.



5. Succinil-CoA sintetase: o succinil-CoA tem uma energia livre padrão na ligação tioéster. O rompimento desta ligação libera energia suficiente para a formação de ATP ou GTP.



6. Succinato desidrogenase: faz a oxidação do succinato em fumarato, liberando FADH2. Esta enzima é crítica no ciclo.

O malonato é um análogo do succinato, sendo um potente inibidor competitivo da succinato desidrogenase, bloqueando o ciclo do ácido cítrico.



7. Fumarase: faz a hidratação do fumarato em malato.



8. L-Malato desidrogenase: faz oxidação do malato em oxalacetato. É uma enzima NAD-dependente. Esta reação é rapidamente consumida para o próximo passo na formação do citrato. Assim, as concentrações de oxalacetato é reduzido no ciclo.



A conservação de energia da oxidação


Efficiency of Biochemical engine in Living Systems: Oxidation of one glucose yields 2840 kJ/mole energyEnergy obtained by biological engine: 32ATP X 30.5 kJ/Mol = 976 kJ/mol Thus 34% efficiency is obtained if calculations are done using standard conditions.

O papel do ciclo do ácido cítrico no anabolismo


Reações anapleróticas

À medida que os intermediários do CAC são removidos para servirem de precursores biossintéticos, estes são repostos por reações anapleróticas.


Regulação do ciclo

O fluxo de átomos de C do piruvato através do ciclo é estreitamente regulado em 2 níveis:

•Conversão de piruvato em acetil-coA•Entrada de Acetil-CoA no ciclo

Com relação a velocidade, 3 fatores governam:

•Disponibilidade de substrato•Inibição por acúmulo de produtos•Inibição alostérica retroativa pelas enzimas


Uma variação do ciclo de Krebs encontrado em plantas e bactérias

• Ciclo do glioxalato oferece um meio para plantas e bactérias crescerem em meios contendo unicamente acetato como fonte de carbonos.

• Os passos de descarboxilação são evitados e um equivalente acetato extra é utilizado

• Isocitrato liase e malato sintase são as enzimas chaves do ciclo.

• O ciclo do glioxalato ajuda as plantas a crescerem no escuro. • Glioxissomos se valem de três reações que ocorrem na mitocôndria: de

succinato a oxaloacetato.

Ciclo do glioxalato


Ciclo do Glioxalato


NADH NAD

Complexo Enzimático I

Q

Cit c

Complexo Enzimático II

Complexo Enzimático IIIH+

½ O2 H2O

H+

Cadeia respiratória

Elétrons altamenteenergéticos

Cadeia transportadoraDe elétrons

O2 + 4H+ + 4e- 2H2O


H+

Elétrons altamenteenergéticos

Cadeia transportadoraDe elétrons

O2 + 4H+ + 4e- 2H2O

Estágio 3 - Transferência de elétrons


+


GLICÓLISE Ác. pirúvico

Acetil-CoA

CADEIA RESPIRATÓRIA

2 ATP 6 ATP 6 ATP 18 ATP 4 ATP 2 ATP

2 ATP2 ATP

2 NADH

2 NADH

6 NADH 2 FADH

CICLO DE KREBS

MITOCÔNDRIA

CITOPLASMA

38 ATP

BALANÇO ENERGÉTICOAula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico

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