Ciclo de Krebs (ou do citrato)

Ciclo de Krebs (ou do citrato)
No ciclo de Krebs (ou do
ácido cítrico) o grupo
acetilo da acetil-CoA é
oxidado a CO 2
pelo NAD +
e pelo FAD.
Tal como
a desidrogénase do piruvato
também todas as enzimas do
ciclo de Krebs estão dentro da
mitocôndria.
Ao contrário do que acontece
no citoplasma, não há dentro
da mitocôndria uma
desidrogénase láctica:
a re-oxidação do NADH e
FADH 2
formados depende da
actividade da cadeia
respiratória e do O 2
.
Rui Fontes
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Não existe ciclo de Krebs anaeróbio...
1- O NADH e o FADH 2
são o combustível dos
complexos enzímicos da cadeia respiratória que usam
a energia libertada no processo oxidativo para bombear
protões (contra gradiente) para fora da mitocôndria.
Síntase do citrato: acetil-CoA (2C) + oxalacetato (4C) + H 2
O → citrato (6C) + CoA
A fase preparatória
da oxidação do
grupo acetilo do
acetil-CoA a CO 2
começa com a sua
ligação ao
oxalacetato por
acção catalítica da
síntase do citrato.
fumárase
Desidrogénase
do malato
aconitase
desidrogénase
do isocitrato
2- O gradiente criado é
a fonte de energia para
a síntese de ATP.
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desidrogénase
do succinato
sintétase de
succinil-CoA
desidrogénase
do 4
α-cetoglutarato

Os passos oxidativos em
que ocorre a redução do
NAD + e do FAD são os
catalisados por 3
desidrogénases
dependentes do NAD +
No passo catalisado pela sintétase de succinil-CoA
(succinil-CoA + GDP + Pi → succinato + GTP)
forma-se GTP (“fosforilação ao nível do substrato”)
... que por acção catalítica da cínase de nucleosídeos difosfatos (GTP + ADP → ATP
+ GDP) permite a formação de ATP.
(1) desidrogénase do
isocitrato,
(2) desidrogénase do
α-cetoglutarato,
(3) desidrogénase do
malato
e uma outra que tem
como grupo prostético o
FAD
(4) desidrogénase do
succinato
Oxidações descarboxílativas:
as descarboxilações (e consequente libertação de CO 2
) ocorrem durante as acções 5
catalíticas da desidrogénase do isocitrato e da desidrogénase do α-cetoglutarato.
No “último” passo do ciclo de
Krebs ocorre a regeneração do
oxalacetato (acção catalítica da
desidrogénase do malato).
ADP
ATP
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Uma visão global do processo permite compreender que se diga que o oxalacetato
tem, no ciclo de Krebs, um papel catalítico: tal como as enzimas (que em cada ciclo
catalítico se ligam ao substrato e se regeneram como enzima livre após a formação do
produto)
o oxalacetato reage com o acetil-CoA na “primeira” reacção do ciclo
mas é regenerado na “última” quando o malato é oxidado.
Será mesmo mais correcto
dizer que todos os
intermediários do ciclo têm
um papel catalítico:
quando um molécula de
acetil-CoA é oxidada a CO 2
os intermediários não se
formam nem se consomem.
O ciclo de Krebs é um “moinho” em
que
o “grão” (o substrato) é o grupo acetilo
do acetil-CoA,
a “farinha” (o produto) é o CO 2
e
a “mó do moinho” são as enzimas e os
compostos intermediários.
A análise do somatório das reacções que
constituem o ciclo de Krebs
CH 3
CO-CoA + 2 H 2
O + 3 NAD + + FAD
+ ADP + Pi
→
2 CO 2
+ CoA + 3 NADH + FADH 2
+ ATP
mostra que, conceptualmente, este pode ser entendido como um somatório de três
processos:
(1) a hidrólise do acetil-CoA (exergónico)
CH 3
CO-CoA + H 2
O → CoA + CH 3
COOH
(2) a oxidação do resíduo de acetato a CO 2
pelo NAD + e pelo FAD (exergónico)
CH 3
COOH + 2 H 2
O + 3 NAD + + FAD → 2CO 2
+ 3 NADH + FADH 2
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(3) e a síntese de ATP a partir de ADP + Pi (endergónico).
ADP + Pi → ATP + H2O
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O ciclo de Krebs tem um papel central no metabolismo oxidativo (catabolismo)
porque
(1) todos os nutrientes que podem ter um papel “energético” geram no seu
catabolismo acetil-CoA e
(2) a acetil-
CoA é um
intermediário
obrigatório na
oxidação
desses
nutrientes.
A velocidade com que o resíduo acetilo da acetil-CoA é oxidada a CO 2 no ciclo
de Krebs depende em última análise da velocidade de consumo de ATP.
acetil-CoA
NADH
NAD +
NADH
NAD +
Desidrogénase
do isocitrato
Desidrogénase do
α-cetoglutarato
ADP e NAD +
ATP e NADH
ADP e NAD +
ATP e NADH
e Ca 2+
e Ca 2+
... a oxidação completa
dos aminoácidos que
geram intermediários do
ciclo de Krebs só pode
ocorrer nos tecidos que
tenham carboxicínase do
fosfoenolpiruvato
(fígado, rim, tec.
adiposo, mama e
intestino).
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In vitro, o ADP e o NAD + activam as desidrogénases do isocitrato e do α-cetoglutarato
enquanto o ATP e o NADH são inibidores...
no entanto, é (pelo menos) duvidoso que estes compostos tenham um papel relevante
na regulação da actividade destas enzimas, in vivo.
Actualmente, admite-se que um factores importantes na regulação da actividade
destas enzimas, in vivo, seja o ião Ca 2+ . Ao contrário das concentrações de ATP,
NADH e NAD + (cujas concentrações não variam) e do ADP (cuja concentração sofre
variações ligeiras) o ião Ca 2+ aumenta de concentração (100 xs) quando uma fibra 10
muscular é excitada e se contrai.
Diz-se que o ciclo de Krebs tem caracter anfibólico: as enzimas do ciclo de
Krebs para além de participarem na oxidação da acetil-CoA (catabolismo)
também participam em processos anabólicos:
1- síntese de glicose a partir
de aminoácidos
2- síntese de ácidos
gordos a partir de
acetil-CoA
A utilização de intermediários do ciclo de Krebs em processos de anabólicos
tende a “esvaziar” o ciclo de Krebs mas...
a concentração dos intermediários do ciclo de Krebs varia muito
pouco porque por cada molécula que sai há uma que entra.
piruvato
CO 2
+
ATP
Carboxílase do
piruvato ADP + Pi
fosfoenolpiruvato
A reacção catalisada pela síntase do citrato
não é anaplerótica nem cataplerótica
Além disto porque a
reacção catalisada pela
desidrogénase do
piruvato é irreversível
a acetil-CoA não pode
gerar oxalacetato.
3- síntese de
aminoácidos
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Reacção
cataplerótica
intermediário do ciclo →
não intermediário do ciclo
(tendem a diminuir as
“mós do moinho”)
α-cetoglutarato
glutamato
Reacção anaplerótica
não intermediário do ciclo →
intermediário do ciclo
(tendem a aumentar as “mós
do moinho”)
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Os ácidos gordos de cadeia par (a maioria)
não são glicogénicos porque só geram acetil-
CoA no seu processo catabólico.
Para engordar não é necessário comer
gorduras...
também serve comer glicídeos.
Alguns aminoácidos podem originar
intermediários do ciclo de Krebs;
porque os intermediários do ciclo de
Krebs podem gerar glicose, esses
aminoácidos são glicogénicos.
O glutamato é,
por exemplo, um
aminoácido
As enzimas da glicólise, a desidrogénase do
piruvato, a síntase do citrato e a líase do ATPcitrato
participam na formação de ácidos gordos
a partir de glicose
glicogénico. 13
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O acetil-CoA é precursor na formação dos
ácidos gordos mas...
(1) a sua síntese ocorre dentro da mitocôndria e
(2) a formação dos ácidos gordos ocorre no
citoplasma.
Na membrana da mitocôndria
não existe nenhum
transportador para o acetil-CoA
mas existe para o citrato.
Via citrato o acetil-CoA pode
ser “transportado” para o
citosol.
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