ciclo de krebs

06/02/2013

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PollyannaPollyanna Amaral VianaAmaral Viana

Ciclo do Ácido Cítrico

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

Campus Florestal

Introdução

� O piruvato formado na glicólise é oxidado a CO2 eH2O - fase aeróbia do catabolismo – respiração.

� A respiração celular ocorre em 3 estágios:

1. Produção do acetil-CoA;

2. Oxidação do acetil-CoA;

3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa.

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� No século XIX, os biólogos descobriram que naausência de ar, as células produzem etanol ou ácidoláctico; enquanto na presença de ar, as célulasconsomem O2 e produzem CO2 e H2O.

Introdução

1. Produção do acetil-CoA: moléculas decombustíveis orgânicos (aminoácidos, ácidos graxos,glicose) são oxidadas para formar acetil-CoA;

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Introdução

2. Oxidação do acetil-CoA: ciclo do ácido cítricoproduzindo CO2; a energia liberada nas reações deoxidação é conservada nas coenzimas reduzidas(NADH e FADH2);

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Introdução

3. Transferência de elétrons e fosforilaçãooxidativa: as coenzimas reduzidas são oxidadas e oselétrons são conduzidos ao longo da cadeia detransporte de elétrons até o O2, o qual é reduzido paraformar H2O.

Durante este processo de transferência de elétrons,uma grande quantidade de energia é liberada econservada na forma de ATP (fosforilaçãooxidativa).

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Introdução

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Introdução

� Os 3 estágios darespiração celular:


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� Ciclo do Ácido Cítrico, ou Ciclo de Krebs, ou Ciclodos Ácidos Tricarboxílicos.

� Proposto pelo pesquisador Hans Adolf Krebs em1937.

� É uma região central do metabolismo com viasdegradativas chegando até ele e com viasanabólicas principiando dele.

Via anfibólica8

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� Principais funções do Ciclo do Ácido Cítrico, ouCiclo de Krebs ou Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos:

1. Manter a célula em atividade constante;

2. Produzir CO2 e energia;

3. Produzir compostos importantes para a síntese deoutros compostos.

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� Todas as enzimasassociadas ao Ciclo deKrebs são encontradasna matriz mitocondrial.

� As mitocôndrias são semi-autônomas: possuemribossomos, RNA, DNA e codificam proteínasmitocondriais.


� O Ciclo do Ácido Cítrico (CAC) é uma série de 8reações que resulta na oxidação de um grupo acetildo acetil-CoA formando duas moléculas de CO2.

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� Primeiro estágio: Produção do acetil-CoA


� Reação de descarboxilação oxidativa catalisada por 3enzimas distintas organizadas em um complexo de alta massamolecular. Envolve 5 coenzimas.

Irreversível

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Produção do acetil-CoA

� Complexo da piruvato desidrogenase (PDH): localizado na mitocôndria (eucariotos) e citosol (procariotos).

• Constituído de 5 coenzimas- 4 derivadas de vitaminas:

- TPP (tiamina pirofosfato) – derivada da tiamina;

- FAD (flavina adenina dinucleotídeo) – riboflavina;

- NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) – niacina;

- CoA (coenzima A) – pantotenato;

- Lipoato – tem 2 grupos tióis (-SH).

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• Coenzima A (CoA):

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• Lipoato:

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• Constituído de 3 enzimas:


- Piruvato desidrogenase (E1) – se liga o TPP;

- Diidrolipoil transacetilase (E2) – se ligam o lipoato e a CoA;

- Diidrolipoil desidrogenase (E3) – se ligam o FAD e o NAD.

E1 E2 E3

TPP

Lipoato CoA

FAD

NAD

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• Complexo da piruvato desidrogenase (E.coli):

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Deficiência da piruvato desidrogenase: acúmulo de lactato – acidose lática congênita.

Deficiência de tiamina (arroz): causa o beribéri – perda parcial das funções neurais – acúmulo de piruvato no sangue.


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� Segundo estágio: Oxidação do acetil-CoA – Ciclo do Ácido Cítrico.

• Via cíclica (8 passos):

• Ocorre nas mitocôndriasde eucariotos não fotossintéticos e citosol de procariotos.

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1. Formação do citrato: condensação do acetil-CoAcom o oxaloacetato.

• Enzima: citrato sintase

Irreversível

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2. Formação do isocitrato via cis-aconitato:

• Enzima: aconitase (aconitato hidratase)21


• Enzima: aconitase (aconitato hidratase)

Contém um centro ferro-enxofre, que atua naligação do substrato no sítio ativo quanto na catáliseda adição ou remoção da água.

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3. Oxidação do isocitrato a α-cetoglutarato:

• Enzima: isocitrato desidrogenase

- Enzima dependente de NAD+ – encontrada na matrizmitocondrial e atua no Ciclo do ácido cítrico.- Isoenzima: dependente de NADP+ – matriz e citosol – atuana geração de NADPH (reações anabólicas).

Irreversível

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4. Oxidação do α-cetoglutarato a succinil-CoA:


• Enzima: Complexo da α-cetoglutarato desidrogenase

- Formado por 3 enzimas:. E1 – liga o TPP; E2 - liga o lipoato e E3 – liga o FAD.

• Reação de descarboxilação oxidativa (libera CO2).

Irreversível

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5. Conversão do succinil-CoA em succinato:

• Enzima: Succinil-CoA sintetase: requer GTP.

- Fosforilação a nível de substrato.

Nucleotídeo difosfato quinase25


6. Oxidação do succinato a fumarato:

• Enzima: Succinato desidrogenase- Enzima dependente de FAD – única enzima do CK ligada àmembrana mitocondrial interna (eucariotos).

- Inibidor competitivo: malonato (semelhante ao succinato).26


7. Hidratação do fumarato a malato:

• Enzima: Fumarase (fumarato hidratase): adiciona água.

- O fumarato é produzido no ciclo da uréia, síntese de purinase catabolismo de aminoácidos (Phe e Tyr).

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8. Oxidação do malato a oxaloacetato:

• Enzima: Malato desidrogenase – requer NAD+

- O oxaloacetato é produzido pela transaminação a partir doaspartato.

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Resumo: Enzimas

• Sintases: catalisam reações de condensação enão requerem ATP/GTP como fonte de energia;

• Sintetases: catalisam reações de condensação erequerem ATP/GTP como fonte de energia;

Citrato sintase x Succinil-CoA sintetase

• Ligases: catalisam reações de condensação napresença de ATP – as sintetases são ligases.

• Liases: catalisam reações de clivagem.

DNA ligase x Piruvato desidrogenase

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• Quinases: transferem grupo P do ATP para outrasmoléculas receptoras – reação de fosforilação.

Piruvato quinase

Resumo: Enzimas

• Fosforilases: catalisam reações de fosforólise.

• Fosfatases: catalisam reações de defosforilação.

Fosforilase do glicogênio x Fosforilase a fosfatase

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• A energia de oxidação é eficientemente conservadano ciclo na forma de NADH, FADH2 e GTP (ATP).

Ciclo do ácido cítrico

Cada volta no ciclo:

- 3 NADH- 1 FADH2

- 1 GTP (ATP)- 2 CO2

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Rendimento da oxidação completa da glicose

NADH: 2,5 ATP

FADH2: 1,5 ATP

32 x 30,5 KJ/mol = 976 KJ/mol

Eficiência real do processo: 65 %33


• Nos organismos aeróbios este ciclo é uma viaanfibólica – funciona no catabolismo e anabolismo.

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• Reações anapleróticas: reações que repõem osintermediários do ciclo do ácido cítrico quando embaixa concentração. 4 reações:

• As reações anapleróticas são também reguladas paramanter o nível de intermediários alto o suficiente parasuportar a atividade do ciclo do ácido cítrico.

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Regulação do Ciclo do Ácido Cítrico

• As enzimas-chaves das vias metabólicas sãoreguladas para assegurar a produção deintermediários e de produtos nas velocidadesnecessárias para manter a célula em um estadoestacionário estável e evitar a superprodução(desperdício de intermediários).

Complexo da piruvato desidrogenase; Citratosintase; Isocitrato desidrogenase eα-Cetoglutarato desidrogenase.

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1. Complexo da piruvato desidrogenase:

Regulada por mecanismosalostéricos e covalentes.

- Inibidores alostéricos: ATP, acetil-CoA, NADH e ácidosgraxos (de cadeia longa).

- Ativadores alostéricos: AMP, CoA, NAD+ e Ca+2.

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1. Complexo da piruvato desidrogenase

Regulada por mecanismos alostéricos e covalentes.

- Inibido pela fosforilação reversível de um resíduo deserina em uma das subunidades de E1 – proteína quinase.

E1 E2 E3

P

Ser- Ativado pela fosfoproteína fosfatase

E1 E2 E3

Ser

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2. Citrato sintase

Reações exergônicas: liberam energia.

Inibição por acúmulo de produtos.

- Inibidores: ATP, succinil-CoA, NADH e citrato.

- Ativador alostérico: ADP.

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3. Isocitrato desidrogenase


- Inibidor: ATP.

- Ativadores: ADP e Ca+2.

Inibição por acúmulo de produtos.

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4. α-Cetoglutarato desidrogenase


Inibição por acúmulo deprodutos.

- Inibidores: Succinil-CoA eNADH.

- Ativador: Ca+2.

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• Três fatores governam a velocidade do fluxo atravésdo ciclo do ácido cítrico:

1 - Disponibilidade de substratos;

2 - Inibição por acúmulo de produtos;

3 - Inibição alostérica retroativa das primeiras enzimasdo ciclo.


• As concentrações de substratos e intermediários doCK regula o fluxo através desta via em umavelocidade que fornece concentrações ótimas de ATPe NADH.

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• Piruvato, lactato e acetil-CoA são normalmentemantidos nas concentrações do estado estacionário.

• Controle respiratório da produção de energia:

[ADP].[P][ATP]

ATP ADP + P

Depleção das formas oxidadas

[NADH] e [FADH2]

Inibição da oxidação do acetil-CoA pelo CK.44

Ciclo do Glioxalato

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Ciclo do Glioxalato

• Porque os vertebrados não conseguem?

Pois as reações de conversão do PEP em Piruvatoe a do Piruvato em Acetil-CoA são tão exergônicas,que são essencialmente irreversíveis.

• Organismos não vertebrados são capazes deconverter ácidos graxos ou o acetato delesderivado em carboidratos pelo Ciclo do Glioxalato.

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Ciclo do Glioxalato

Oxaloacetato - CK

PEP

Glicose (gliconeogênese)

PEP carboxiquinase

GTP

GDP

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• Os vertebrados não possuem as enzimasespecíficas do ciclo do glioxalato (isocitrato liase emalato sintase).

Ciclo do Glioxalato

Não podem realizar a síntese líquida da glicose apartir de lipídeos.

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• Nos vegetais as enzimas do Ciclo do Glioxalatoestão em organelas chamadas glioxissomos(peroxissomos especializados).

Ciclo do Glioxalato

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Ciclo do Glioxalato• As enzimas comuns aos ciclos do ácido cítrico e doglioxalato existem como isozimas, uma específica damitocôndria e a outra específica do glioxissomo.

• Os glioxissomos não estão presentes em todos ostecidos da planta e em todos os momentos.

• Os glioxissomos se desenvolvem em sementes ricasem lipídeos durante a germinação, antes que ovegetal em desenvolvimento adquira a capacidade desintetizar glicose por fotossíntese.

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Ciclo do Glioxalato• Os glioxissomos também contêm todas as enzimasnecessárias para a degradação dos ácidos graxosarmazenados nos óleos das sementes oleaginosas.

Convertem lipídeo em carboidrato

• As plantas em germinação são, portanto, capazes desintetizar moléculas de glicose com os carbonospresentes nos lipídeos das sementes.

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Ciclo do Glioxalato

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Ciclo do Glioxalato• Quatro vias distintas participam da conversão delipídeos em carboidratos:

1. Quebra de ácidos graxos em acetil-CoA – nosglioxissomos;

2. Ciclo do glioxalato para formar succinato – nosglioxissomos;

3. Ciclo do ácido cítrico para formar malato – namitocôndria;

4. Gliconeogênese para formar carboidrato – citosol.

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Ciclo do Glioxalato• O ciclo do glioxalato e o ciclo doácido cítrico são regulados deforma coordenada.

• Intermediário crucial: isocitrato

Isocitrato liase

Isocitrato desidrogenase

Ciclo do glioxalato


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Ciclo do Glioxalato• Isocitrato desidrogenase: regulada por modificaçãocovalente (fosforilação / desfosforilação).


Ativa

Fosfoproteína Fosfatase Proteína quinase

Ciclo do glioxalato

Isocitrato vai para


Inativa P

ATP Glicose55

Ciclo do GlioxalatoIntermediários do ciclo do ácidocítrico e da glicólise, AMP, ADP.

Níveis reduzidos dos indicadoresde energia celular.

Fosfoproteína

Fosfatase

Proteína

quinase


P


CK CG56

ciclo de krebs

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