Bioquímica – Módulo II
CICLO DE KREBS
ENFERMAGEM 2012/1 – PROFª AMANDA VICENTINO
CARBOIDRATOS, PROTEÍNAS E LIPÍDEOS NOS
TRÊS ESTÁGIOS DA RESPIRAÇÃO CELULAR
1° estágio: oxidação dos lipídeos, proteínas e carboidratos à
ACETIL-COA
2° estágio: oxidação do grupamento ACETIL no ciclo de
Krebs – Formação de NADH e FADH2
3° estágio: fosforilação oxidativa
DESTINO DO PIRUVATO
Condições Anaeróbicas
Condições Anaeróbicas
Condições Aeróbicas
O manômetro de Otto Warburg - 1920
- Era usado para medir a produção de CO2.
- Permitia determinar a estequiometria das reações.
Coloca o
substrato
Tecido
Meio de cultura
Fluido
com cor
Papel de filtro
com KOH
KOH + CO2
KHCO3
CO2 KHCO3
Pressão no frasco
Leitura do líquido
Glicose + 6O2
6CO2 + 6H2O
Os experimentos de Hans Krebs
- Observando os dados disponíveis na época Krebs destaca os trabalhos de Thumberg entre 1906 e 1920
usando tecidos musculares. Ele testou a oxidação de cerca de 60 substâncias orgânicas e descobriu que a
forma ionizada de vários ácidos como o lactato (1 carboxila), succinato, fumarato, malato (2 carboxilas), eram
rapidamente oxidadas.
- Krebs então testa outros ácidos dicarboxílicos. Em 1935 descobre que um deles, o α-cetoglutarato, com 5
carbonos, assim como nos experimentos de Szent-Györgyi, aceleravam a produção de CO2 e não eram
consumidos na reação.
50
piruvato +
CO2
40
30
piruvato
20
10
0
0
5
10
tempo
15
20
lactato
succinato
malato
fumarato
- Em 1937 Krebs testa ácidos tricarboxílicos como citrato, isocitrato e aconitato, agora com 6 carbonos,
e observa que a produção de CO2 também era estimulada e esses intermediários não eram consumidos.
50
piruvato
CO2
40
30
piruvato
20
10
0
0
5
10
tempo
15
20
+
citrato
isocitrato
aconitato
- Segundo Krebs, outra contribuição significativa para suas descobertas veio dos estudos de Martius e
Knoop, em 1937, que elucidaram a transformação oxidativa de citrato até α-cetoglutarato.
- Krebs observou nos trabalhos de Shiffield em 1937 que a formação de citrato (C6) ocorria rapidamente
após a adição de oxaloacetato (C4) em diversos tecidos. Concluiu então que a formação desse composto de
6 carbonos poderia se originar da ligação de um produto de 4 carbonos (oxaloacetato) mais dois carbonos
vindos provavelmente da degradação da glicose.
- Juntando as seguintes informações:
1- ácidos di e tri carboxílicos aceleravam a formação de CO2 em diversos tecidos mas não eram consumidos
na reação.
2- algum composto de 2 carbonos vindo provavelmente da glicólise se combinava com oxaloacetato e
formava um composto de 6 carbonos (citrato) que iniciava uma via de interconversão, Krebs conclui e
postula um modelo que ele chamou de “Ciclo do Ácido Cítrico” ou dos “Ácidos Tricarboxílicos”.
Os experimentos de Fritz Lipmann
- Naquela época já se sabia que a Coenzima A estava envolvida em reações de
transferência de carbono e que ela era derivado do ácido pantotênico, uma vitamina
pertencente ao complexo B (vit. B5).
A síntese de citrato aumenta na presença de CoA
Lipmann demonstra que o consumo de O2 é aumentado na presença de CoA quando se fornece
glicose-fosfato para leveduras
FORMAÇÃO DO ACETIL-CoA
A reação de transformação do piruvato em acetil-CoA é catalizada pelo complexo piruvato
desidrogenase numa reação de descarboxilação oxidativa.
Atua como
nucleófilo da reação
O complexo Piruvato Desidrogenase necessita de 5 coenzimas
- Tiamina pirofosfato (TPP) → Tiamina
Riboflavina = Vitamina B1
- Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) → Riboflavina
- Coenzima A (CoA) → Pantotenato
- Nicotinamina adenina dinucleotídeo (NAD) → Niacina
- Lipoato
As vitaminas são componentes necessários à nutrição humana pois são vitais a esse sistema.
Riboflavina = Vitamina B2
Ácido nicotínico = Vitamina B3
Lipoamida
Falta de vitamina B1 (tiamina) – causa uma doença conhecia por beriberi o que provoca fraqueza
muscular e dificuldades respiratórias.
O complexo Piruvato Desidrogenase Contém 3 enzimas diferentes
- Piruvato desidrogenase (E1)
- Diidrolipoil transacetilase (E2)
- Diidrolipoil desidrogenase (E3)
E2 ponto de ligação ao grupo prostético lipoato
Descarboxilação oxidativa do piruvato à acetil-CoA pela piruvato desidrogenase
1. C1 do piruvato é liberado na forma de CO2. C2 (carbonila aldeídica) é atacado pela TPP
formando um grupo hidroxietil. Etapa lenta!
2. O grupo hidroetil é oxidado à acetato. Os dois eletrons liberados reduzem a ligação S-S do
lipoil e o acetil formado é esterificado à uma molecula de lipoil.
3. Ocorre a transesterificação à coenzima A formando o Acetil-CoA.
4 e 5. Transferência de eletrons para regenerar a forma oxidada do grupo lipoil (E2) para
prepará-lo novamente para outra reação.
Descarboxilação oxidativa do piruvato à acetil-CoA pela piruvato desidrogenase
REGULAÇÃO DO COMPLEXO PDC
• Inibida quando [ATP/ADP], [NADH/NAD+] e [acetilCoA/CoA]
• Inibida por ácido graxos de cadeia longa (mod. alostérica)
• Por modificação covalente (mamíferos):
- piruvato desidrogenase cinase fosforila E1 inativa o PDC
(ATP é um ativador alost. desta cinase)
- piruvato desidrogenase fosfatase : reativa o PDC
Complexo multienzimático: grupo de enzimas associadas de modo não-covalente que catalisam
duas ou mais reações sequenciais em uma rota metabólica.
Vantagens:
-velocidade das reções limitada pela difusão do substrato entre os sítios ativos
-canalização dos intermediários metabólicos evitando reações secundárias
-controle coordenado das reações no complexo mutienzimático
Agora estamos preparados para
entendermos o processo de oxidação do
Acetil-CoA ...!!!
REAÇÕES DO CICLO DE KREBS
- Ciclo de Krebs (ou ciclo do ácido cítrico ou ciclo do ácido tricarboxílico) descoberto por
Hans Krebs. Prêmio Nobel 1953.
“O piruvato, ou um derivado vindo da glicólise (acetato), se condensa
com o oxaloacetato e forma citrato. Por uma sequência de reações que
envolvem cis-aconitato, isocitrato, α-cetoglutarato, succinato, fumarato,
malato e oxaloacetato como intermediários, um ácido acético é oxidado e
o oxaloacetato necessário para a reação inicial de condensação é
regenerado. Isso explica a ação catalítica dos ácidos di e tricarboxílicos
(de 4,5 e6 carbonos), bem como a capacidade que esses ácidos possuem
de se oxidar nos tecidos que oxidam carboidratos.”
REAÇÕES DO CICLO DE KREBS
- As transformações químicas que ocorrem no ciclo de Krebs obedecem uma via circular.
- O ciclo de Krebs não só tem seu papel fundamental na obtenção de energia como também é
de grande importância para a formação de precursores para uma larga variedade de reações
(como os intermediários de 4 e 5 carbonos).
- O ciclo de Krebs acontece na matriz mitocondrial (glicolise e conversão do piruvato à
acetil-CoA ocorrem no citoplasma).
1° Reação →
2° Reação →
3° Reação →
4° Reação →
A hidrólise da ligação altamente energia
(tioester) torna a reação altamente
exergônica. O G altamente negativo da
reação é essencial para direcionar o ciclo da
reação devido as baixas concentrações de
oxaloacetato.
A reação é deslocado para direita porque o
isocitrato é rapidamente consumido na
próxima etapa do ciclo de Krebs..
Ocorre a primeira descarboxilação
oxidativa com liberação com conservação
de energia na forma de NADH
Ocorre
outra
descarboxilação
oxidativa com conservação de energia.
A catálise do complexo αcetoglutarato desidrogenase é similar
ao da piruvato desidrogenase
Importância da ligação tioester
5° Reação →
6° Reação →
7° Reação →
Succinil-CoA possui uma ligação tioester. A
energia liberada direciona a reação para a
sintese de GTP ou ATP.
Ocorre conservação de energia na forma de
FAD reduzido. A succinato desidrogenase é a
única enzima do TCA que está ligada à
matriz mitocondrial
Fumarase estereoespecífica. Especificidade
Fumarase
Especificidade
pela dupla estereoespecífica.
ligação trans do fumarato
e não
pela
dupla
ligação
trans
do
fumarato
e
não
pela cis. Formação de um carbânion
pela
cis. Formação de um carbânion
inicialmente.
inicialmente.
8° Reação →
RECUPERAÇÃO DO OXALOACETATO!
SALDO FINAL DO CICLO DE KREBS
Cada molécula de Acetil-CoA que entra no ciclo produz:
3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP(ou ATP) e 2 CO2
Algumas reações do ciclo de Krebs produzem importantes intermediários anabólicos
O catabolismo de proteínas gera diversos intermediários do TCA
Reações anapleróticas repõem intermediários metabólicos importantes para o TCA
Regulação do Ciclo de Krebs
3 níveis de regulação:
Velocidades da glicólise e do
CK são reguladas de maneira
integrada
(NADH,
ATP,
Citrato)
- Disponibilidade de Substrato
- Inibição por acumulo de P
- Inibição alostérica retroativa
Diabetes e formação dos corpos cetónicos...