Cadeia Respiratória
CICLO DE KREBS
DESTINOS DO PIRUVATO
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO

Sinônimos



Ciclo de Krebs
Ciclo dos ácidos tricarboxílicos
Visão geral do ciclo

É uma rota central para a recuperação de energia a
partir de vários combustíveis metabólicos,
incluindo carboidratos, ácidos graxos e
aminóácidos, que são convertidos a acetil-CoA
para a oxidação
Além do papel na geração de energia, o ciclo do ácido cítrico também é fonte
de unidades monoméricas para a biossíntese de carboidratos, lipídeos e
aminoácidos não essenciais

O ciclo é uma série de 8 reações que
oxidam os grupos acetil do Acetil-CoA,
formando duas moléculas de CO2, de
maneira que a energia livre liberada é
conservada nos compostos reduzidos
NADH e FADH2.

Uma volta completa reduz três moléculas
de NADH, uma de FADH2, um composto
de alta energia (GTP ou ATP) e 2 CO2.
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H20
2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + CoASH + GTP + 3H+
Descarboxilação oxidativa do piruvato
•
•
•
•
•
•
Ocorre na matriz mitocondrial
Realizado pelo complexo enzimático piruvato-desidrogenase
Redução de uma NAD+ a NADH
Liberação de uma molécula de CO2
Incorporação de uma molécula de CoA livre
Reação irreversível
Complexo Piruvato desidrogenase


Três enzimas:

Piruvato desidrogenase (E1)

Diidrolipoil-transacetilase (E2)

Diidrolipoil-desidrogenase (E3)
Cinco coenzimas:

TPP – Tiamina pirofosfato (Tiamina)

NAD – Nicotinamida adenina dinucleotídeo (Niacina)

Lipoamida

FAD – flavina adenina dinucleotídeo (Riboflavina)

Coenzima A (ácido pantotênico)
1. Descarboxilação oxidativa do piruvato


A reação requer o co-fator pirofosfato de tiamina (TPP) ligado à enzima
piruvato-desidrogenase (E1).
O TPP ataca o carbono da carbonila do piruvato e libera o CO2 deixando o
grupo hidroxietil ligado ao TPP para formar o hidroxietil-TPP (HETTP)
2. Transferência do grupo hidroxietil do HETPP para a
diidrolipoil-transacetilase (E2)

O aceptor do hidroxietil é o grupo prostético lipoamida. A reação de transferência
regenera o TPP da E1 e oxida o grupo hidroxietil a um grupo acetila
3. Transferência do grupo acetila para a coenzima A, em
reação catalisada pela diidrolipoil-desidrogenase
4. Regeneração do complexo da piruvato-desidrogenase
original.

O grupo diidrolipoato da E2 é reduzido pela flavina adenina dinucleotídeo (FAD)
em presença de diidrolipoil-desidrogenase com a regeneração do lipoato
5. A FADH2 é reoxidada pela transferência dos elétrons
para o NAD+ para formar o NADH

O NADH transfere os elétrons para a cadeia mitocondrial transportadora de
elétrons que está acoplada à síntese de 2,5 moléculas de ATP por meio da
fosforilação oxidativa.
CICLO DE KREBS
•
•
•
•
•
É o estágio final da oxidação dos combustíveis metabólicos
Os carbonos entram no ciclo na forma de grupos acetila derivados dos
carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos – Acetil-Coa
A Acetil-Coa é oxidada em oito reações para formar duas moléculas de CO2 com a
conservação de energia livre liberada em 3 NADH, 1 FADH2, GTP ou ATP
Além do papel na geração de energia, o ciclo do ácido cítrico também é fonte de
unidades monoméricas para a biossíntese de carboidratos, lipídeos e aminoácidos
não essenciais – CICLO ANFIBÓLICO
A reação líquida para o ciclo do ácido cítrico é:
A oxidação de acetil−CoA é realizada pelo ciclo do ácido cítrico em oito reações
sucessivas onde entra o grupo acetila (dois carbonos) e saem duas moléculas de
CO2.
ACETIL-COA
2 CO2 ,
1 GTP (ATP),
3 NADH ,
1 FADH2
1ª reação: formação de citrato
• É a condensação do acetil−CoA com o oxalacetato para formar citrato e CoA livre, em reação
irreversível catalisada pela citrato−sintase.
3ª reação: formação de α-cetoglutarato
• Nesta etapa o isocitrato é oxidado a α−cetoglutarato pela enzima isocitrato-desidrogenase.
• Junto à oxidação ocorre a perda simultânea de CO2 (remoção do grupo β-carboxílico).
• A enzima necessita Mg2+ ou Mn2+ e é ativada pelo ADP e inibida pelo ATP e NADH.
• A reação produz o primeiro CO2 e NADH do ciclo
• O primeiro CO2 é componente do oxaloacetato e não da acetil-CoA
4ª reação: oxidação e descarboxilação do α-cetoglutarato
para formação de succinil-CoA, o segundo NADH e CO2
• A conversão do α-cetoglutarato em succinil-CoA, é catalisada pelo complexo
enzimático α-cetoglutarato-desidrogenase.
5ª reação: formação de succinato
• A succinil-CoA-sintetase acopla a clivagem da succinil-CoA de alta energia à síntese de
um nucleosídeo trifosfato de alta energia: o GTP.
A reação ocorre em três etapas:
1. Formação do succinil-fosfato, um anidrido de alta energia
GTP e ATP são interconvertidos por meio da ação da nucleosídeo difosfatoquinase
GTP + ADP
GDP + ATP
O Ciclo do Ácido Cítrico



Até a quinta reação, o
acetil foi completamente
oxidado em duas
moléculas de CO2
Dois NADH e um GTP
foram gerados
Para completar o ciclo, o
succinato deverá ser
reconvertido a
oxaloacetato
6ª reação: Oxidação do succinato para formar fumarato e FADH2
• O succinato é oxidado a fumarato pela succinato-desidrogenase.
• Essa enzima necessita de flavina adenina dinucleotídio (FAD) ligada covalentemente
A succinato-desidrogenase é fortemente inibida competitivamente pelo
malonato e ativada pelo ATP, fósforo inorgânico e succinato. O malonato é um
inibidor desta reação podendo se ligar à succinato desidrogenase
Bloqueio do Ciclo de Krebs
8ª reação: formação de oxaloacetato
Reação catalisada pela enzima malato desidrogenase na presença de NAD+,
havendo formação de NADH.
Anabolismo - Vários intermediários do ciclo servem como precursores
em reações de biossíntese.


Anabolismo
As concentrações dos intermediários têm de se manter constantes,
caso contrário o ciclo não decorre normalmente. Como tal, os
intermediários têm de ser repostos por outros compostos, através de
reações anapleróticas.
REGULAÇÃO DO CICLO DE KREBS
Regulação
A regulação faz-se a dois níveis:
antes do início do ciclo, na conversão do
piruvato em Acetil-CoA;
durante o ciclo, nas 3 etapas exergônicas.

Regulação da conversão de piruvato em Acetil-CoA
Pode ser:
Alostérica
Positiva - presença de AMP, CoA, Ca2+,
NAD+
Negativa – presença de ATP, ácidos graxos,
NADH e Acetil-CoA
Covalente
Ação na presença de ATP sobre uma
das subunidades da enzima E1 do
complexo PDH
Ocorre principalmente em 3 etapas
consideradas limitantes:




Síntese do citrato;
Conversão do isocitrato em αcetoglutarato;
Conversão do α-cetoglutarato em
succinil-CoA.
Também ocorre nas outras etapas,
dependendo da concentração de
substratos e de produtos finais
Anabolismo - Vários intermediários do ciclo servem como precursores
em reações de biossíntese.

Cadeia Transportadora de Elétrons
•
Sinônimo - Fosforilação Oxidativa
•
Nesta via acontece a transferência
dos elétrons do NADH e do FADH2
para o oxigênio e acoplado a esta
transferência, ocorre a síntese do
ATP.
•
Todo o processo depende de dois
fatores, a energia livre obtida do
transporte de elétrons e armazenada
na forma de gradiente de íons
hidrogênio e uma enzima
transportadora denominada
ATPsintase.
• A transferência é realizada por quatro complexos protéicos, dos
quais três são capazes de bombear os prótons da matriz
mitocondrial para o espaço intermembranar.
1. O NADH se liga ao complexo
I e transfere seus elétrons
para este complexo,
iniciando a cadeia de
transporte de elétrons.
• Este complexo é um canal de
prótons e bombeia 4 prótons
para o espaço
intermembranar e transfere
elétrons para a ubiquinona
(uma proteína inserida na
membrana).
2. A ubiniquona transfere os
elétrons para o complexo III
(bomba de prótons), que
bombeia mais 2 prótons para o
espaço intermembranar.
3. Os elétrons são transportados
pelo complexo III até o
citocromo C (que só transfere
elétrons) e deste para o
complexo IV que além de ser
uma bomba de prótons
(bombeia 4 prótons) transfere
elétrons para o oxigênio
reduzindo-o até H2O.
Desta maneira, a cada um NADH que inicia
esta via, 10 prótons são bombeados para o
espaço intermembranar.
O FADH2 possui afinidade
ao complexo II, que não é
uma bomba de prótons,
transfere seus elétrons
para a ubiquinona e daí
em diante tudo se repete.
O FADH2 é responsável pelo
bombeamento de 6 prótons para o
espaço intermembranar.
Estes prótons retornam através da
ATP sintase e são responsáveis pela
maior síntese de ATP que acontece na
mitocôndria. Contando com os dois
ATPs produzidos na via glicolítica têmse um total de 38 moléculas de ATP
por molécula de glicose consumida.