Etapas de Oxidação da Glicose
• Glicólise
• Ciclo de Krebs
• Fosforilação Oxidativa
Mitocôndria
Citoplasma
Dependente de
O
2Independente de
O
2GLICÓLISE
Piruvato
Acetil-CoA
CADEIA RESPIRATÓRIA
CICLO DE
KREBS
Acetaldeído
Etanol
C
2
H
5
OH
Ácido acético
CH
3
COOH
Ácido lático
C
2
H
4
OHCOOH
Sem O
2Com O
2Sem O
2CO
22NADH
2NAD+
NAD+
NADH
NADH
NAD+
Acetobactérias
leveduras
Lactobacilos
músculos
Catabolismo da Glicose
Tem funções tanto catabólicas como anabólicas, ou seja, é
anfibólico
Vias catabólicas convergem no ciclo do ácido cítrico (Krebs)
Ponto de
convergência
Navegando pelo
Metabolismo
É a via para a qual converge o metabolismo oxidativo
dos carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos.
Nesta sequência de reações o acetil-CoA (2C) é
oxidado a CO
2, sendo considerada a via metabólica
central para a liberação de energia a partir de
Acetil-CoA, o qual é produzido a partir do metabolismo de
carbohidratos.
O ciclo de Krebs também participa em diversas reações
de degradação e síntese de blocos constituintes de
açúcares, proteínas e lipídios.
Este ciclo não deve ser visto como um ciclo
fechado, mas sim como um ciclo de tráfego
, com
compostos intermediários que saem do ciclo para
serem usados (precursores) na síntese de outras
biomoléculas, assim como recebe biomoléculas que
irão
“alimentar” esta via metabólica de acordo com as
necessidades do organismo.
Ciclo do Ácido Cítrico ou Ciclo de Krebs
ou ainda
German-born British biochemist who received
(with Fritz Lipmann) the
1953 Nobel Prize for
Physiology or Medicine
(dividido com Dr.
Lipmann) for the discovery in living organisms
of the series of chemical reactions known as
the tricarboxylic acid cycle (also called the
citric acid cycle, or Krebs cycle). These
reactions involve the conversion—in the
presence of oxygen—of substances that are
formed by the breakdown of sugars, fats, and
protein components to carbon dioxide, water,
and energy-rich compounds.
A síntese e degradação de várias substâncias
biológicas dependem do fluxo de moléculas
e de energia através do
Ciclo do Ácido Cítrico
.
O
Ciclo de Krebs
pode ser comparado a uma
roda d
água
.
Os produtos intermediários do ciclo do citrato
estão disponíveis em pequenas quantidades
nas mitocôndrias. Pela oxidação de acetil-CoA
a CO
2, eles são regenerados com as concen-
tração dos intermediários metabólicos perma-
necendo temporariamente constantes.
A
célula
contém
várias
organelas que atuam em
conjunto para a homeostasia
celular.
O
ciclo de Krebs
ocorre na
Mitocôndria
É uma organela revestida por duas membranas, presente em
todas as células eucarióticas.
Membrana interna formam as cristas mitocondriais
As cristas mitocôndriais delimitam o espaço interno da
mitocôndria denominado Matriz mitocondrial
Membrana interna Membrana externa Cristas Matriz Membrana interna Membrana externa
A matriz mitocondrial acumula enzimas do ciclo de krebs (etapa da
respiração aeróbia), as do metabolismo de aminoácidos e das
reações de -oxidação (metabolismo de lipídios).
As mitocôndrias apresentam seus próprios ribossomos, denominados de mitorribossomos, e ainda possuem
seu próprio DNA.
Mitocôndria
Tem como função principal a respiração
celular aeróbia
• Dentro das
MITOCÔNDRIAS
é realizado o processo de extração de energia dos
alimentos (respiração celular) que será armazenada em moléculas de ATP
(adenosina trifosfato). É o ATP que fornece energia necessária para as reações
químicas celulares.
• As mitocôndrias concentram-se nas regiões da célula com maior necessidade
energética.
• Quanto maior atividade metabólica da célula, maior será quantidade de
mitocôndrias em seu interior
. Uma célula hepática normal pode conter de 1.000 a
Compartimentalização da mitocôndria
Matriz:
Contêm uma
mistura altamente
concentrada de centenas de enzimas
,
incluindo aquelas necessárias à
ao
ciclo de Krebs e oxidação dos ácidos
graxos (beta-oxidação).
A matriz contêm também várias cópias
do DNA mitocondrial, ribossomos
mitocondriais essenciais, tRNA, e
várias enzimas requeridas para
expressão dos genes mitocondriais e
capacidade de auto-duplicação.
Membrana Externa:
devido ao fato de conter uma grande proteína formadora de canais
(chamada de porina), a membrana externa é permeável a moléculas de
5.000 daltons (5 kDa) ou menos.
Membrana Interna:
É dobrada em numerosas
cristas
que
aumentam grandemente a sua área
superficial total. Ela contêm
proteínas com três tipos de funções:
1.aquelas que conduzem as
reações
de oxidação da cadeia respiratória
2. um complexo enzimático chamado
ATPsintetase
, que produz ATP na
matriz
3. proteínas transportadoras
específicas, que regulam a
passagem para dentro e fora da
matriz.
Uma vez que
um gradiente
eletroquímico é estabelecido, através
dessa membrana pela cadeia
respiratória, para direcionar a
ATPsintetase
, é importante que a
membrana seja impermeável a
maioria dos pequenos íons.
Fase inicial do catabolismo de
Carboidratos: Glicólise
Metabolismo oxidativo
Componentes:
- Ciclo de Krebs ou do ácido cítrico ou dos
ácidos tricarboxílicos
- transporte de elétrons e fosforilação
oxidativo
Acetil-CoA
Piruvato + CoA
piruvato desidrogenase
acetil-CoA +CO
2
NAD+ NADH
CH3
C=O
O
-C=O
CoA, carreador
de grupos Acil.
complexo da
Ciclo de Krebs
Ao penetrar na matriz mitocondrial, o piruvato (3C) é
trans-formado em Acetil (2C), com liberação de CO
2. O Acetil
com-bina-se com a Coenzima A, formando Acetil CoA.
A oxidação de cada molécula de Glicose necessita 2 voltas
pelo ciclo de krebs.
Nessa etapa os aceptores de H
+\ e
-são o FAD (Flavina
Adenina dinucleotídeo) e o NAD,coenzimas oxidadas.
O CO
2liberado da respiração provém então da formação do
acetil e do ciclo de krebs.
São produzidas inúmeras moléculas intermediárias durante
o ciclo de Krebs
CICLO DE
KREBS
CICLO DE KREBS
A cada volta no ciclo de Krebs são produzidos 3 NADH, 1 GTP e 1 FADH2,
e são liberadas duas moléculas de CO
2. Lembrando que cada glicose precisa
de 2 voltas do ciclo pra ser oxidada.
2C 4C 4C 6C 6C 5C
Entrada no Ciclo de Krebs
O
Piruvato
, produto final da glicólise aeróbica, deve ser transportado para dentro da
mitocôndria antes que possa entrar no ciclo do ácido cítrico, via um transportador
específico que o ajuda a cruzar a membrana mitocondrial interna, onde é convertido em
Acetil-Coa
pelo complexo da
Piruvato Desidrogenase
. O Acetil-CoA é o substrato de 2
carbonos que alimenta o ciclo. Há também a participação de NAD que se transforma
em NADH ao capturar elétron (energia), bem como liberação de CO
2.citrato sintase
Catalisa a condensação do acetil CoA com o oxaloacetato, formando citrato. É o ponto no qual os átomos de carbono (a partir de carbohidratos, ác. graxos e lipídios) “alimentam a fornalha” com acetil CoA.
GDP GTP
citrato sintase
Catalisa a conversão reversível de citrato em isocitrato.
GDP GTP
citrato sintase
Promove a descarboxilação oxidativa do citrato em isocitrato. Neste processo NAD+ é reduzido a NADH e CO2 é
liberado.
GDP GTP
citrato sintase
Produz succinil CoA a partir de alfa-cetoglutarato e coenzima A. Outro NAD+ é reduzido a NADH e outro CO2 é liberado.
GDP GTP
citrato sintase
Converte succinil CoA em succinato. Um GDP é fosforilado em GTP nesta etapa, constituindo-se na única etapa do ciclo de Krebs onde se dá uma fosforilação ao nível de substrato (produção direta de ligação fosfato de alta energia).
GDP GTP
fosforilação ao nível de substrato: produção de fosfato de alta energia diretamente
acoplada à oxidação de um substrato.
citrato sintase
Oxida succinato em fumarato,
transferindo dois hidrogênios (H) para o FAD gerando FADH2.
Esta é a única enzima do ciclo de Krebs que se encontra ancorada na membrana Interna da mitocôndria.
GDP GTP
citrato sintase
Catalisa a hidratação reversíveldo fumarato em malato
GDP GTP
citrato sintase
Forma oxaloacetato e mais um NADH a partir de malato, sendo a última etapa do ciclo.
GDP GTP
Como o oxaloacetato é sempre regenerado ao final de cada volta o ciclo de Krebs,
pode oxidar acetil CoA continuamente, sem gasto efetivo de oxaloacetado
RESUMO: Estágios do Ciclo de Krebs
Tipo de reação
Enzima
Estágio I
1. Condensação: 2C + 4C = 6C citrato sintase
Estágio II
2. Isomerização aconitase
3. Descarb. Oxidativa: 6C 5C
isocitrato descarboxilase
4. Descarb. Oxidativa: 5C 4C
-cetoglutarato desidrogenase
5. Fosforilação a nível de substrato
succinil CoA sintetase
Estágio III
6. Oxidação
succinato desidrogenase
7. Hidratação fumarase
8. Oxidação
malato desidrogenase
Produção por molécula de piruvato descarboxilada
3 NADH
1 FADH
2Produção de energia pelo Ciclo de Krebs
2 átomos de Carbono entram no ciclo (Acetil-CoA) e
o deixam na forma de CO2. O ciclo não envolve
consumo ou produção de oxalacetato ou de
qualquer outro intermediário.
4 pares de elétrons são transferidos durante uma
volta do ciclo: três pares de elétrons reduzem NAD
+
a NADH e um par reduz FAD a FADH2 (pois o poder
redutor do succinato não é suficiente para reduzir
O NAD+), enquanto a oxidação do FADH2 gera
2 ATPs.
O complexo da multienzimático da piruvato desidrogenase é constituido de 60
subunidades protéicas e catalisa 5 reações sequenciais e conecta a glicólise ao ciclo de
Krebs e à síntese de lipídios, desempenhando um papel estratégico no controle da
utilização de glicose como fonte de energia ou como substrato precursor na biossíntese
de ácidos graxos e colesterol.
Sinais “pobres” em energia estimulam a piruv. desidrog.
Sinais “ricos” em energia inibem a piruv. desidrog.
As mais importantes enzimas regulatórias são:
citrato-sintase
,
isocitrato desidrogenase
e o
complexo da
alfa-cetoglutarato-desidrogenase
.
Importante:
Um alto valor da relação [ATP]/ [ADP] ou da relação
[NADH]/ [NAD
+]
INIBE
o ciclo de Krebs
Questões
1) Qual das seguintes condições diminui a oxidação de acetil-CoA pelo ciclo do ácido cítrico ?
A) Uma razão ATP/ADP baixa.
B) Baixas concentrações de NADH, devido à rápida oxidação a NAD+ pela cadeia respiratória. C) Uma baixa razão NAD+/NADH.
D) Alta concentração de AMP. E) Uma baixa razão GTP/GDP.
2) A reação a seguir é a soma de três passos do ciclo do ácido cítrico:
A + B + FAD + H2O C + FADH2 + NADH
Reagente A ReagenteB Reagente C
A) Succinil-CoA GDP Succinato B) Succinato NAD+ Oxalacetato C) Fumarato NAD+ Oxalacetato D) Succinato NAD+ Malato E) Fumarato GTP Malato
3) Na oxidação de acetil-CoA no ciclo de Krebs, indicar as enzimas que catalisam reações onde há produção ou consumo de: CO2, GTP ou ATP, NADH, FADH2, H2O.
4) Descrever a regulação da citrato sintase, da isocitrato desidrogenase e do complexo alfa-cetoglutarato desidrogenase.
5) Listar as funções do ciclo de Krebs.
6) Os seguintes compostos foram adicionados, separadamente, a um sistema in vitro que contém mitocôndrias: acetil-CoA, piruvato, glutamato, citrato ou ácidos graxos. Supondo que as enzimas necessárias estejam presentes no sistema, a adição de que compostos fará aumentar a concentração de oxaloacetato?
7) Explicar porque uma dieta rica em carbohidrato leva a um acúmulo de citrato. Qual o efeito deste aumento na glicólise?
