Ciclo do Ácido Cítrico
ou
Ciclo de Krebs
ou
Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos
Vias da Respiração Celular
Cadeia
NADH
NADH2
transp.
elétrons
Ciclo de
Glicólise
Glicose
Krebs
Mitocôndria
Piruvato
Citosol
ATP
GTP
ATP
Nos animais e vegetais superiores a glicose pode ter 3 destinos principais
1 Glicose
glicólise (10 reações sucessivas)
2 Piruvato
O2
2 Etanol + 2 CO2
fermentação alcoólica em
leveduras (condições
anaeróbicas)
CO2
2 Acetil CoA
O2
Ciclo do Ácido
Cítrico
4 CO2 + 4 H2O
animal, plantas e muitas células
microbianas (condições aeróbicas)
2 Lactato
fermentação lática no músculo,
eritrócitos, microrganismos, etc
(condições anaeróbicas)
Espaço intermembrana
Membrana externa
Membrana interna
Matriz
Cristas
A maioria das células eucarióticas e muitas bactérias
são
aeróbicas
oxidam
os
compostos
orgânicos
completamente até CO2 e H2O. Nestas condições, o
piruvato formado na glicólise é totalmente oxidado a CO2
e H2O na fase aeróbica do catabolismo chamada
respiração.
Respiração: 3 fases
Produção de acetil-CoA
Glicose
Glicólise
Complexo piruvato desidrogenase
Cofatores e coenzimas
E1 = Piruvato desidrogenase
Tiamina Pirofosfato (TPP) - vitamina B1
E2 = Desidrolipoil transacetilase
Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD) - vitamina B2
E3 = Desidrolipoil desidrogenase
Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (NAD) - niacina
Coenzima A (CoA) - pantotenato
*Mitocôndria de eucariotos e citosol de
procariotos
Lipoato (ácido lipoil)
NADH + H+
Reações do ciclo
do ácido cítrico
FADH2
NADH + H+
NADH + H+
Oxidação acetil-CoA (reações do ciclo do ácido cítrico)
1. Formação do citrato
2. Formação do isocitrato via cis-aconitase
3. Oxidação do isocitrato a -cetoglutarato e formação de CO2
4. Oxidação do -cetoglutarato a succinil-CoA e formação de CO2
5. Conversão da succinil-CoA para succinato
*fosforilação ao
nível de substrato
6. Oxidação do succinato a fumarato
≈
Inibidor competitivo
7. Hidratação do fumarato a malato
8. Oxidação do malato a oxaloacetato
A energia de oxidação no ciclo
é eficientemente conservada
Os componentes do ciclo do ácido cítrico são
importantes intermediários biossintéticos
Reações anapleoróticas:
Repõem intermediários do ciclo do ácido cítrico que servem como
precursores biossintéticos
piruvato carboxilase
Piruvato + HCO3- + ATP
oxaloacetato + ADP + Pi
(Fígado, rim)
PEP carboxiquinase
Fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP
oxaloacetato + GTP
(Coração, músculo esquelético)
PEP carboxilase
Fosfoenolpiruvato + HCO3-
oxaloacetato + Pi
(Vegetais superiores, levedura, bactérias)
enzima málica
Piruvato + HCO3- + NAD(P)H
(Largamente distribuída nos eucariotos e procariotos)
malato + NAD(P)+
Regulação do ciclo do ácido cítrico
Pontos de regulação no ciclo do ácido cítrico:
- Conversão do piruvato em acetil-CoA
- Entrada do acetil-CoA no ciclo
- Reações da isocitrato e -cetoglutarato
desidrogenase no ciclo
Cadeia respiratória
Cadeia respiratória
É o processo responsável pela maior parte
da síntese de ATP pelos organismos
aeróbicos,
e
é
direcionada
pela
transferência de elétrons ao O2 .
Em
células
procarióticas
ocorre
na
membrana plasmática, e em eucariotos, na
membrana interna das mitocôndrias.
Sequência dos transportadores de elétrons
Complexo I: NADH para Ubiquinona
(complexo da NADH desidrogenase)
NADH + H+ + UQ
NAD + UQH2
Complexo II: Succcinato para Ubiquinona
(Succcinato desidrogenase)
Succcinato desidrogenase é única enzima ligada a membrana no ciclo do ácido
cítrico. Possui FAD ligado covalentemente. Os eletrons passam do succcinato
para FAD e depois para proteínas Fe-S e seguem para a Ubiquinona
Complexo III: Ubiquinona para citocromo c
Complexo IV: redução do O2
Resumo do fluxo de elétrons e prótons pelos quatro
complexos da cadeia respiratória
Gradiente de prótons fornece a energia para síntese de ATP
através da ATP sintetase
Rendimento Energético em Aerobiose:
Considerando a oxidação total do acetil-CoA pelo Ciclo do ácido cítrico e cadeia
respiratória:
2CO2
3 NADH + H+ ------------------ 3 x 3 = 9 ATP
1 acetil-CoA
1 FADH2 ------------------------- 1 x 2 = 2 ATP
1 GTP -------------------------------------- 1 ATP
Total: 12 ATP
Resumindo:
1 acetil-CoA
2 CO2 + 4 H2O + 12 ATP
Cada moI de acetil-CoA oxidado completamente (até CO2 e H2O) pelo ciclo do
ácido cítrico e cadeia respiratória propicia a formação de 12 moles de ATP.
Cálculo do rendimento energético da combustão completa da glicose até CO2 e
H2O:
C6H12O6 + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O
ATP
ADP + Pi
G = -686.000 cal/moI
G = -8.000 cal/moI
C6H12O6 (glicose)
2 ATP ----------------------------- 2 ATP
2 NADH + H+ ---------- 2 x 3 = 6 ATP
2 Piruvato
2 CO2
2 NADH + 2 H+ -------- 2 x 3 = 6 ATP
2 Acetil-CoA ------------------------------ 2 x 12 = 24 ATP
ciclo de Krebs e cadeia respiratória
Total =
38 ATP
São produzidos, 38 moles de ATP por mol de glicose oxidada. O rendimento será:
686.000 cal ------------------- 100%
38 x 8.000 cal ----------------- R
R = 38 x 8.000 x 100 = 44,3%
686.000
44,3% da energia posta em disponibilidade é utilizada para a síntese de ATP. O
restante (100 - 44,3 = 55,7%) é dissipada na forma de calor, servindo apenas
para aquecer o meio onde a reação se processa.