União de Ensino Superior de Campina Grande
Faculdade de Campina Grande – FAC-CG
Curso de Fisioterapia
Profª. Drª Narlize Silva Lira Cavalcante
Respiração Celular
♦ É um processo de conversão das ligações químicas de moléculas ricas em
energia que poderão ser usada nos processos vitais;
♦ Na respiração celular as células consomem O2 e produzem CO2;
(LEHNINGER, 2011)
Respiração Celular
Principais Estágios da Respiração Celular:
1º. Estágio:
♦ Moléculas
combustíveis
orgânicas
–
glicose, ácidos graxos e alguns aminoácidos
– são oxidadas para produzirem fragmentos
de dois carbonos, na forma do grupo acetil
da acetil-coenzima A (Acetil-CoA).
(LEHNINGER, 2011)
Respiração Celular
Principais Estágios da Respiração Celular:
2º. Estágio:
♦ Os grupos acetil entram no ciclo do ácido cítrico,
que os oxida enzimaticamente a CO2, a energia
liberada é conservada nos transportadores de
elétrons reduzidos NADH e FADH2;
(LEHNINGER, 2011)
Respiração Celular
Principais Estágios da Respiração Celular:
3º. Estágio:
♦ As coenzimas reduzidas são oxidadas, doando
prótons (H+) e elétrons. Os elétrons são transferidos
ao O2 – aceptor final de elétrons – por meio de uma
cadeia de moléculas transportadoras de elétrons,
conhecida com cadeia respiratória;
(LEHNINGER, 2011)
Produção de Acetil-CoA
(Acetato Ativado)
♦ Em organismos aeróbicos, glicose e outros
açúcares, ácidos graxos e a maioria dos
aminoácidos são no final oxidados a CO2 e O2
pelo ciclo do ácido cítrico e pela cadeia
respiratória;
♦ Antes de entrarem no ciclo do ácido cítrico,
os esqueletos de carbono dos açúcares e
ácidos graxos são convertidos ao grupo acetil
da acetil-CoA, a forma na qual a maioria dos
combustíveis entra no ciclo;
(LEHNINGER, 2011)
Produção de Acetil-CoA
(Acetato Ativado)
♦ Os carbonos de muitos aminoácidos também entram no ciclo desta maneira,
embora alguns aminoácidos sejam convertidos a outros intermediários do ciclo.
(LEHNINGER, 2011)
Produção de Acetil-CoA
(Acetato Ativado)
Piruvato é Oxidado a Acetil-CoA e CO2:
♦ A reação geral catalisada pelo complexo da piruvato-desidrogenase é uma
descarboxilação oxidativa, um processo de oxidação irreversível no qual o grupo
carboxil é removido do piruvato na forma de uma molécula de CO2, e os dois
carbonos remanescentes são convertidos ao grupo acetil da acetil-CoA;’
TPP,
Lipoato, FAD
Complexo da Piruvato-desidrogenase
(E1 + E2 + E3)
Piruvato
Acetil-CoA
(LEHNINGER, 2011)
Produção de Acetil-CoA
(Acetato Ativado)
Coenzimas Presentes no Complexo da Piruvato-Desidrogenase:
♦ A combinação de desidrogenação e descarboxilação do piruvato ao grupo acetil
da acetil-CoA requer a ação sequencial de três diferentes enzimas e cinco
diferentes coenzimas ou grupos prostéticos;
TPP: Pirofosfato de tiamina (thiamine pyrophasphate)
FAD: Dinucleotídeo de flavina-adenina (falvin adenine dinucleotide)
Coenzima A: CoA, algumas vezes denominda Co-A-SH para enfatizar a função do grupo – SH
NAD: Dinucleotídeo de nicotinamida-adenina (nicotinamide adenine dinucleotide)
Lipoato
(LEHNINGER, 2011)
Produção de Acetil-CoA
(Acetato Ativado)
O Complexo da Piruvato-Desidrogenase (PDH) Consiste em Três Enzimas Distintas:
♦ O complexo da PDH contém três enzimas:
(E1): Piruvato-desidrosenase
(E2): Diidrolipoil-transacetilase
(E3): Diidrolipoil-desidrogenase
♦ Cada uma presente em múltiplas cópias. O número de cópias de cada enzima e,
portanto, o tamanho do complexo variam entre as espécies;
♦ O sítio ativo de E1, está ligado ao TPP, e o E3 está ligado ao FAD.
(LEHNINGER, 2011)
Produção de Acetil-CoA
(Acetato Ativado)
O Complexo da Piruvato-Desidrogenase (PDH) Consiste em Três Enzimas Distintas:
♦ O complexo da PDH contém três enzimas:
(E1): Piruvato-desidrosenase
(E2): Diidrolipoil-transacetilase
(E3): Diidrolipoil-desidrogenase
♦ Cada uma presente em múltiplas cópias. O número de cópias de cada enzima e,
portanto, o tamanho do complexo variam entre as espécies;
♦ O sítio ativo de E1, está ligado ao TPP, e o E3 está ligado ao FAD.
(LEHNINGER, 2011)
Produção de Acetil-CoA
(Acetato Ativado)
O Complexo da Piruvato-Desidrogenase (PDH) Consiste em Três Enzimas
Distintas:
♦ Duas proteínas de regulação também fazem parte do complexo, uma proteínacinase e uma fosfoproteína-fosfatase;
♦ Esta estrutura E1-E2-E3 básica tem sido conservada durante a evolução e é
utilizada em diversas reações metabólicas similares, incluindo a oxidação do αcetoglutarato no ciclo do ácido cítrico e a oxidação dos α-cetoácidos derivados
da degradação dos aminoácidos de cadeia ramificada valina, isoleucina e
leucina.
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
♦ Via catabólica central e praticamente
universal por meio da qual os compostos
derivados da degradação de carboidratos,
gorduras e proteínas são oxidados a CO2,
com a maior parte da energia da oxidação
temporariamente
armazenada
nos
transportadores de elétrons FADH2 e NADH;
♦ Durante o metabolismo aeróbico, estes elétrons são transferidos ao O2, e a
energia do fluxo de elétrons é capturada na forma de ATP;
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
♦ O ciclo do ácido cítrico ocorre em oito
reações consecutivas. A acetil-CoA entra no
clico quando a citrato-sintase catalisa sua
condensação com o oxaloacetato para a
formação de critato.
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
1. Formação do Citrato:
♦ A primeira reação do ciclo é a condensação de acetil-CoA e oxaloacetato para
formação do citrato, catalisada pela citrato-sintase;
Citrato-sintase
Acetil-CoA
Oxaloacetato
Citrato
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
2. Formação do Isocitrato vis cis-aconitato:
♦ A enzima aconitase (mais, formalmente, aconitato-hidratase) catalisa a
transformação reversível do citrato a isocitrato, pela formação intermediária do
ácido tricarboxílico cis-aconitato, o qual normalmente não de dissocia do sítio
ativo;
Aconitase
Citrato
Aconitase
Cis-Aconitato
Isocitrato
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
3. Oxidação do isocitrato a α-cetoglutarato e CO2:
♦ Nesta etapa, a isocitrato-desidrogenase catalisa a descarboxilação oxidativa do
citrato para formar o α-cetoglutarato;
♦ Em todas as células, existem duas formas diferentes de isocitratodesidrogenase, uma que requer NAD+ como aceptor de elétrons e outra que
requer NADP+.
Isocitrato-desidrogenase
Isocitrato
α-cetoglutarato
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
4. Oxidação do α-cetoglutarato a Succinil-CoA e CO2:
♦ Essa etapa é outra descarboxilação oxidativa, na qual o α-cetoglutarato é
convertido a succinil-CoA e CO2 pela ação do complexo da α-cetoglutaratodesidrogenase;
♦ NAD+ é o aceptor de elétrons e CoA é o transportador do grupo succinil. A
energia da oxidação do α-cetoglutarato é conservada pela formação da ligação
tioéster da succinil-CoA.
Complexo da α-cetoglutaratodesidrogenase
α-cetoglutarato
Succinil-CoA
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
5. Conversão Succinil-CoA a Succinato:
♦ A succinil-CoA, como a acetil-CoA, possui uma ligação tioéster. Nesta etapa do
ciclo do ácido cítrico, a energia liberada pelo rompimento desta ligação é
utilizada para impelir a síntese de uma ligação fosfoanidrido no GTP ou ATP;
♦ A formação de ATP (ou GTP) à custa da energia liberada pela descarboxilação
oxidativa do α-cetoglutarato é uma fosforilação ao nível do substrato.
Succinil-CoA-sintetase
Succinil-CoA
Succinato
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
6. Oxidação do Succinato a Fumarato:
♦ O succinato formado a partir da succinil-CoA é oxidado a fumarato pela
flavoproteína succinato-desidrogenase.
Succinato-desidrogenase
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
7. Hidratação do Fumarato a Malato:
♦ A hidratação reversível do fumarato a L-malato é catalisada pela fumarase
(formalmente, fumarato-hidratase);
♦ O estado de transição desta reação é um carbânion.
Fumarase
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
8. Oxidação do Malato a Oxaloacetato:
♦ Na última reação do ciclo do ácido cítrico, a L-malato-desidrogenase ligada ao
NAD catalisa a oxidação de L-malato a oxaloacetato.
L-malato-desidrogenase
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
A Energia das Oxidações do Ciclo é Eficientemente Conservado:
♦ Um grupo com dois carbonos entra no ciclo combinando-se com o
oxaloacetato. Dois átomos de carbono saem do ciclo na forma de CO2 pela
oxidação isocitrato e do α-cetoglutarato;
♦ A energia liberada por estas oxidações é conservada pela redução de três
NAD+ e um FAD e pela produção de um ATP ou GTP. No final do ciclo, uma
molécula de oxaloacetato é regenerada;
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
A Energia das Oxidações do Ciclo é Eficientemente Conservado:
Acetil-CoA
♦ A cada rodada do ciclo do
ácido cítrico três moléculas
de NADH, uma de FADH2,
Citrato
Oxaloacetato
Isocitrato
uma de GTP (ATP) e duas de
CO2,
são
liberadas
em
reações de descarboxilação
oxidativa.
Ciclo do
Ácido Cítrico
Malato
α-cetoglutarato
Fumarato
Succinil-CoA
Succinato
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
Reações Anapleróticas Repõem os Intermediários do Ciclo do Ácido Cítrico:
♦ Conforme os intermediários do ciclo do ácido cítrico são removidos para
servirem como precursores na biossíntese, eles são repostos através de uma
reação catalisada por enzima;
♦ Sob circunstâncias normais, as reações pelas quais os intermediários são
desviados para outras vias e aquelas pelas quais eles são repostos estão em um
equilíbrio dinâmico, de maneira que as concentrações dos intermediários do ciclo
do ácido cítrico permanecem quase constantes.
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
Reações Anapleróticas Repõem os Intermediários do Ciclo do Ácido Cítrico:
♦A
reação
anaplerótica
mais
importante no fígado e nos rins de
mamíferos
é
a
carboxilação
reversível do piruvato pelo CO2
para a formação de oxaloacetato,
catalisada
pela
piruvato-
carboxilase.
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
Regulação do Ciclo do Ácido Cítrico:
♦ A velocidade global do ciclo do ácido cítrico é controlada pela taxa de conversão
do piruvato a acetil-CoA e pelo fluxo pelas enzimas citrato-sintase, isocitratodesidrogenase e α-cetoglutarato-desidrogenase;
♦ Estes fluxos são determinados pelas concentrações dos substratos e dos
produtos: os produtos finais ATP e NADH são inibidores, e os substratos NAD+ e
ADP são estimulantes.
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
Produção de Acetil-CoA pelo complexo Piruvato-Desidrogenase:
♦ A produção de acetil-CoA para o ciclo do ácido cítrico pelo complexo de PDH é
inibida alostericamente pelos metabólitos que sinalizam a suficiência de energia
metabólica (ATP, acetil-CoA, NADH e ácidos graxos), sendo estimulada pelos
metabólitos que indicam um suprimento de energia reduzido (AMP, NAD+, CoA);
♦ Os complexos formados por enzimas em sequência em uma via possibilitam a
canalização do substrato entre estas enzimas.
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
Regulação do Fluxo dos Metabólitos a partir
do Complexo da PDH Durante o Ciclo do
Ácido Cítrico em Mamíferos:
(LEHNINGER, 2011)
Ciclo do Ácido Cítrico ou
Ciclo de Krebs
Regulação do Ciclo do Ácido Cítrico:
♦ O fluxo de metabólitos durante o curso do ciclo do ácido cítrico é mantido sob
regulação rigorosa;
♦ Três fatores controlam a velocidade do fluxo no ciclo: disponibilidade de
substrato, inibição pelos produtos acumulados e inibição alostérica por
retroalimentação das enzimas que catalisam as etapas inicias do ciclo;
♦ Sob condições normais, as velocidades da glicólise e do ciclo do ácido cítrico
estão integradas de modo que a quantidade de glicose metabolizada a piruvato
seja exatamente a quantidade suficiente para suprir o ciclo do ácido cítrico com o
seu combustível, os grupos acetil da acetil-CoA.
(LEHNINGER, 2011)