Ciclo de Krebs

Metabolismo de Carboidratos.
Profa.Dra. Leticia Labriola
Abril 2012

Oxidação Completa da Glicose
C 6H 12O 6 + 6O 2 + 6CO 2 + 6H 2O
36-38ADP + 36-38 P i
Via glicolítica gastou: 1 glicose, 2 ADP, 2 P i, 2 NAD +
gerou: 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr
Falta: “Usar” Pyr → Formação de AcCoA e Krebs
“Reciclar” NADH → Transporte de elétrons
Gerar CO 2 → Formação de AcCoA e Krebs
Formar ATPs → Fosforilação oxidativa
+ 36-38ATP

NAD – Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (coenzima)
NADH

FAD – Flavo Adenina Dinucleotídeo (grupo prostético)
(Vit B2)

aa
AGL Glicose
oxaloacetato
piruvato
Acetil-CoA
ciclo
de Krebs
transportadores de e -
cadeia
respiratória
glicólise
citrato
estágio 1
produção de
Acetil-CoA
estágio 2
oxidação de
Acetil-CoA
estágio 3
transferência de e -
e fosf. oxidativa
A Respiração Celular ocorre em 3 estágios
1 – nutrientes são oxidados e geram Acetil-CoA
(Glicólise, β-oxidação e oxidação de aminoácidos)
coenzimas são reduzidas
2 – Acetil-CoA é oxidado a CO 2 no Ciclo de Krebs
coenzimas são reduzidas
3 – Coenzimas são oxidadas, transferindo os e - para O 2,
formando água e armazenando a energia envolvida na
forma de ATP, na Cadeia Respiratória (Cadeia de
Transporte de e - + Fosforilação Oxidativa

Coenzima A (CoA)
grupo reativo
tiol
β-mercaptoetilamina
Acetil-CoA
ácido pantonênico
3´-fosfoadenosina difosfato
adenina
ribose 3´- fosfato
o grupo acetil proveniente da descarboxilação do piruvato se une à CoA através do grupo
tiol desta

O piruvato proveniente da glicólise é uma das principais fontes de Acetil-CoA
Descarboxilação oxidativa
Remoção irreversível de um CO 2 do piruvato, gerando o grupo acetil que se liga à
coenzima A (CoA), formando Acetil-CoA
piruvato desidrogenase
Piruvato
Complexo Multienzimático
Acetil-CoA
3 enzimas (PDH) 5 coenzimas
piruvato desidrogenase
diidrolipoil transacetilase
diidrolipoil desidrogenase

Formação de Acetil-CoA

Formação de Acetil-CoA
- 5 coenzimas / grupos prostéticos: tiamina pirofosfato (TPP)
FAD
Coenzima A
NAD
ácido lipóico
- 5 vitaminas: tiamina (B1)
riboflavina (B2)
ácido pantotênico (CoA) (B5)
niacina (nicotinamida) (B3)
ácido lipóico

Cofatores do Complexo da Piruvato Desidrogenase
Piruvato desidrogenase (E1)
vitamina precurssora
• tiamina pirofosfato (TPP) tiamina (B1)
Diidrolipoil transacetilase (E2)
• coenzima A (CoA) ácido pantotênico (B5)
Diidrolipoil desidrogenase (E3)
• flavina adenina dinucleotídeo (FAD) riboflavina (B2)
• nicotinamida adenina dinucleotídeo niacina (B3)/nicotinamida
(NAD + )
Diidrolipoil transacetilase (E2)
• ácido lipóico
não deriva de vitaminas

Formação de Acetil-CoA

Regulação da Piruvato Desidrogenase
-ATP, NADH, Acetil-CoA
+AMP, NAD +

Regulação do Complexo Piruvato Desidrogenase
(regulação alostérica e por modificação covalente)
O complexo é formado por 3 enzimas e 5 coenzimas
Os produtos da via, NADH e acetil-CoA, bem como ATP são efetores alostéricos
negativos das enzimas do complexo
As enzimas do complexo têm resíduos de serina, modificáveis por fosforilação
As enzimas do complexo quando fosforiladas (por quinases) são inativas
As enzimas do complexo quando desfosforiladas (por fosfatases) são ativas
Além das 3 enzimas, o complexo tem uma quinase e uma fosfatase associadas
NADH, Acetil-CoA e ATP ativam a quinase (e inibem o complexo)
A diminuição de NADH, Acetil-CoA e ATP ativam a fosfatase (e ativam o complexo)
A insulina ativa fosfatases no geral, tendo o mesmo efeito, bem como o Ca 2+ e Mg 2+
O excesso de acetil-CoA e NADH provenientes da β-oxidação durante o jejum inibem a
síntese de acetil-CoA a partir de piruvato, favorecendo a gliconeogênese

Oxidação Completa da Glicose
C 6H 12O 6 + 6O 2 + 6CO 2 + 6H 2O
36-38ADP + 36-38 P i
Via glicolítica gastou: 1 glicose, 2 ADP, 2 P i, 2 NAD +
gerou: 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr
Form. de Acetil-CoA gastou: 2 NAD + , 2 Pyr
gerou: 2 CO 2, 2 NADH, 2 AcCoA
+ 36-38ATP

Reação Global - Ciclo de Krebs
Acetil-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + P i
2CO 2 + 3NADH + FADH 2 + GTP + CoA
nucleosídeo difosfato quinase
GTP + ADP GDP + ATP

Regulação do Ciclo de Krebs
- NADH, ATP +ADP
citrato sintase
Acetil-CoA + OxAc Citrato
- NADH, ATP +ADP
isocitrato desidrogenase
Isocitrato α cetoglutarato
NAD + NADH
- NADH, ATP
α cetoglutarato desidrogenase
α cetoglutarato Succinil-CoA
CoASH
CoASH
NAD + NADH CO 2

*
+ Ca 2+, Mg 2+
malato
fumarato
succinato
Etapas que requerem coenzima
oxidada (NAD+ ou FAD)
Regulação do Ciclo de Krebs
*
*
oxaloacetato
piruvato
*
Acetil-CoA
Succinil
CoA
-
(piruvato desidrogenase)
ATP, Acetil-CoA, NADH
- ATP
citrato
(citrato sintase)
cis-aconitato
ATP aumenta o K M da
citrato sintase para acetil-
CoA
isocitrato
- ATP
+
α-cetoglutarato
ADP, Ca2+ (isocitrato
desidrogenase)
(α-cetoglutarato
-
+ Ca
Succinil-CoA
NADH, GTP, ATP
desidrogenase)
2+
*
*

Regulação do Ciclo de Krebs
NADH, ATP
NADH, ATP
+ADP
+ADP
NADH, ATP
↓ ATP

Frutose 6P
Regulação Integrada
+ AMP - citrato (+ insulina no fígado)
Fosfofrutoquinase 2
ATP ADP
Frutose 2,6 P Frutose 2,6 bisfosfatase
Pi
+ PEP
(+ glucagon no fígado)
Frutose 2,6 P
Frutose 6P

Substrato do Ciclo de Krebs regulando Glicólise
GLICOSE
PIRUVATO
frutose 6-fosfato
ATP
ADP
frutose
1,6-difosfato
(fosfofrutoquinase)
- Citrato
O excesso de citrato indica
abundância de precursores
biossintéticos, e portanto a não
necessidade de degradação de
glicose

Fonte de NADPH no
citossol, para
biossíntese redutora
(enzima málica)
Destinos Metabólicos do Citrato
citrato
Ciclo de Krebs
Geração de Energia
Fonte de carbono para
processos citossólicos
biossintéticos, como ácidos
graxos e esteróides
(fonte de acetil-CoA)
Regulador de outras etapas
metabólicas
(-) fosfofrutoquinase
(+) Acetil-CoA carboxilase *
*Acetil-CoA carboxilase é a enzima que catalisa a formação de malonil-CoA a partir de acetil-CoA, o
primeiro passo da síntese de ácidos graxos

Piruvato
NAD +
CoA
Oxaloacetato
-ATP, NADH, Acetil-CoA
+AMP, NAD +
Piruvato desidrogenase
CO 2
NADH
Acetil-CoA
Citrato sintase
- NADH, ATP
+ADP
Citrato
↓ ATP

Regulação do Ciclo de Krebs
NADH, ATP
NADH, ATP
+ADP
+ADP
NADH, ATP
↑ ATP

Piruvato
Piruvato
carboxilase
(biotina)
+Acetil-CoA
NAD +
CoA
CO 2
ATP
ADP + P i
Oxaloacetato
-ATP, NADH, Acetil-CoA
+AMP, NAD +
Piruvato desidrogenase
CO 2
NADH
Acetil-CoA
Citrato sintase
- NADH, ATP
+ADP
Citrato
↑ ATP

Piruvato
Piruvato
carboxilase
(biotina)
+Acetil-CoA
NAD +
CoA
CO 2
ATP
ADP + P i
Oxaloacetato
-ATP, NADH, Acetil-CoA
+AMP, NAD +
Piruvato desidrogenase
CO 2
NADH
Acetil-CoA
Citrato sintase
- NADH, ATP
+ADP
lipídeos
glucagon
Citrato

Inibição do Ciclo de Krebs por Falta de Oxaloacetato
(jejum, fígado, gliconeogênese)
FOSFOENOLPIRUVATO
OXALOACETATO
MALATO
(malato
desidrogenase
citoplasmática)
Esta oxidação gera NADH
citossólico que é transferido para
a matriz mitocondrial por
lançadeiras específicas
O excesso de NADH da βoxidação
desloca o
equilíbrio em direção ao
malato
citossol
GLICOSE
AMINOÁCIDOS
mitocôndria
proteólise
NADH
NAD +
OXALOACETATO
MALATO
SUCCINIL CoA
PIRUVATO
ACETIL CoA
glicólise
CITRATO
β-oxidação
intensa
cetogênese
(recicla CoA)
α-CETOGLUTARATO
PORFIRINAS AMINOÁCIDOS
(grupo heme)

Piruvato
Piruvato
carboxilase
(biotina)
+Acetil-CoA
NAD +
CoA
CO 2
ATP
ADP + P i
Oxaloacetato
-ATP, NADH, Acetil-CoA
+AMP, NAD +
Piruvato desidrogenase
CO 2
NADH
Acetil-CoA
Citrato sintase
- NADH, ATP
+ADP
↓ ATP, ↓ Oxaloacetato
Citrato

Regulação do Ciclo de Krebs
NADH, ATP
NADH, ATP
+ADP
+ADP
NADH, ATP
↓ ATP

Inibição do Ciclo de Krebs
Jejum ou Atividade Física Prolongada (fígado)
- Consumo do oxaloacetato para produção de glicose via gliconeogênese
- Acúmulo de Acetil-CoA e NADH proveniente da intensa β-oxidação
Abundância de aporte energético
- Inibição das enzimas por excesso de ATP (e falta de ADP) e excesso de coenzimas reduzidas
– NADH e FADH 2 (falta de coenzimas oxidadas – NAD + , FAD)
Envenenamentos
O Arsênico na forma de sais de arsenito (AsO 3 3-) ou sais orgânicos é tóxico porque se liga
covalentemente a sulfidrilas, especialmente as vicinais, como no caso das lipoamidas,
presentes na piruvato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase.
O fluoracetato (acetato fluorado), presente nas folhas de certas plantas venenosas na África,
Austrália e América do Sul é tóxico porque é convertido a fluoracetil-CoA e então convertido a
fluorcitrato pela citrato sintase. Inibe a aconitase e o transporte de citrato através da membrana
interna da mitocôndria.
Potentíssimo: LD 50 = 0,2mg/Kg de peso corpóreo em ratos (ingerido, inalado ou absorvido pela
pele) – Produção, Comercialização e uso proibidos pela OMS

Regulação do Ciclo de Krebs em outros níveis
(isoformas, nível de expressão, transporte)
Há diferentes isoformas das enzimas do complexo piruvato desidrogenase
A expressão das isoformas parece ser tecido dependente e dieta dependente
Dietas ricas em lipídeos ativa algumas, enquanto outras são favorecidas por dietas
ricas em carboidratos – processo pouco compreendido!
Estas enzimas mitocondriais são produzidas no citossol. Não só o nível de
expressão influencia o ciclo, como também a velocidade de transporte destas para
a mitocôndria

Deficiência de Piruvato Desidrogenase
- Crianças com acidose lática, acúmulo de piruvato e alanina
- Geralmente em casamentos cossangüíneos
- Acometimento cerebral
- Dieta hipocalórica (predomínio de gorduras sobre carboidratos)

1. Indicar as vitaminas necessárias para a produção de acetil-CoA a partir de piruvato, e a localização intracelular
desta reação.
2. Indicar a localização celular das enzimas do ciclo de Krebs e descrever os passos irreversíveis do ciclo. Indicar as
vitaminas necessárias.
3. Escrever a reação global da metabolização da acetil-CoA pelo ciclo de Krebs.
4. Descrever a regulação do ciclo de Krebs em função das relações de ATP/ADP e NADH/NAD+. (Recorde também
quais os efeitos de mudanças nos níveis de ATP/ADP e NADH/NAD+ na glicólise e neoglicogênese.)
5. Quais dos compostos a seguir aumentam a concentração de oxaloacetato em uma suspensão de mitocôndrias:
acetil-CoA, piruvato, glutamato, citrato, ácidos graxos? Justifique, e explique porque estes compostos são
gliconeogênicos.
6. Descrever os mecanismos de regulação da piruvato desidrogenase e piruvato carboxilase. Como essa regulação
afeta a velocidade das reações do ciclo de Krebs? Como afeta a gliconeogênese?
7. Indicar a direção preferencial da reação catalisada pela aconitase se reagentes e produtos estiverem em
concentrações equivalentes. Qual o composto que se acumula quando o ciclo de Krebs é inibido por altas
relações ATP/ADP e NADH/NAD+? Relacionar a atividade da via glicolítica com a atividade da isocitrato
desidrogenase.
8. O beriberi, uma doença causada pela deficiência de tiamina (vitamina B1), é caracterizado pelo acúmulo de
piruvato, especialmente após refeições ricas em carboidratos. Explique porque ocorre este acúmulo.
9. A síndrome de Wernicke-Korsakoff é caracterizada por confusão mental, ataxia, oftalmoplegia e letargia,
observada normalmente em alcoólatras crônicos. Esta síndrome pode ser revertida completamente através
da administração de tiamina. Baseado nesses dados, explique a causa da doença e porque compromete
principalmente as funções cerebrais.
10. A deficiência de biotina, uma doença rara, causa intolerância a exercício e hipoglicemia de jejum. Explique esse
quadro clínico.