REUNI: Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico

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Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico
Universidade Federal de Santa Catarina
Programa de Pós-graduação em Bioquímica
REUNI:
Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico
Tira-dúvidas com alunos da graduação
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Carboidratos
•Mais abundante biomolécula da Terra:
•Fotossíntese converte + 100 bilhões toneladas de CO2 e H2O em
carboidratos (celulose e outros açúcares).
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Glicose como combustível
• Rica em energia potencial.
• Oxidação completa gera energia livre padrão -2.840 KJ/mol.
• Seu armazenamento como polímero, a
osmolaridade citosólica relativamente baixa.
célula
mantém
uma
• 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.
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Glicose como combustível
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 5fosfato para a síntese de ácidos nucléicos e NADPH que participará na
redução química biossintética.
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Origem da glicose
• Organismos fotossintéticos: fazem a síntese de glicose reduzindo o CO2
atmosférico em triose e depois em glicose.
ENERGIA
energia
Ex.: Fotossíntese
produto
6CO2 + 12H2O + LUZ  C6H12O6 +6O2 + H2O
reagentes
t
ENDOTÉRMICA
ENERGIA
• Organismos não fotossintéticos; obtém a glicose a partir da alimentação
ou gliconeogênese.
Ex.: Respiração celular
reagente
C6H12O6 + CO2  +6CO2 + 6H2O + Energia
energia
produtos
t
EXOTÉRMICA
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Respiração
• 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.
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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.
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Estágio 1: Produção de Acetil- CoA
Os três componentes do complexo da
piruvato desidrogenase:
E1- Piruvato desidrogenase
E2- Dihidrolipoil transacetilase
E3- Dihidrolipoil desidrogenase
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Estágio 1: Produção de Acetil- CoA
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.
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Estágio 2:
Oxidação do Acetil-CoA
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Reações do Ciclo de Krebs
1. Formação de citrato pela citrato sitetase.
2. O grupo acetil é transferido para o oxalacetato para formar o citrato, um
composto com 4C.
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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.
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Reações do Ciclo de Krebs
3. Isocitrate desidrogenase: Oxidação do isocitrato em α-cetoglutarato e CO2.
É uma carboxilação oxidativa liberando o NAD ou NADPH.
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Reações do Ciclo de Krebs
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.
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Reações do Ciclo de Krebs
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.
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Reações do Ciclo de Krebs
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.
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Reações do Ciclo de Krebs
7. Fumarase: faz a hidratação do fumarato em malato.
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Reações do Ciclo de Krebs
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.
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A conservação de energia da oxidação
Efficiency
of
Biochemical engine
in Living Systems:
Oxidation of one
glucose yields 2840
kJ/mole energy
Energy 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.
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O papel do ciclo do ácido cítrico no anabolismo
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Reações anapleróticas
À medida que os intermediários do CAC são removidos para servirem de precursores
biossintéticos, estes são repostos por reações anapleróticas.
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Regulação do ciclo
O fluxo de átomos de C do piruvato
através do ciclo é estreitamente
regulado em 2 níveis:
•Conversão de piruvato em acetilcoA
•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
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Ciclo do glioxalato
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.
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Ciclo do Glioxalato
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Cadeia respiratória
Complexo
Enzimático
I
Elétrons altamente
energéticos
H+
NADH
Cit c
Q
NAD
H+
Cadeia
transportadora
De elétrons
Complexo
Enzimático
II
Complexo
Enzimático
III
½ O2
O2 + 4H+ + 4e- 
2H2O
H2O
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Estágio 3 - Transferência de elétrons
Elétrons altamente
energéticos
H+
O2 + 4H+ + 4e-  2H2O
Cadeia
transportadora
De elétrons
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+
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BALANÇO ENERGÉTICO
CITOPLASMA
GLICÓLISE
Ác. pirúvico
Acetil-CoA
2 NADH
2 NADH
2 ATP
MITOCÔNDRIA
CICLO DE
KREBS
2 ATP
6 NADH
2 FADH
CADEIA RESPIRATÓRIA
2 ATP
2 ATP
6 ATP
6 ATP
18 ATP
4 ATP

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