O Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo dos ácidos tricarboxílicos ou Ciclo de Krebs) Para a maioria das células eucarióticas e muitas bactérias, vivendo em condições aeróbicas, a glicólise não é mais que o 1o estágio da oxidação completa da glicose. O piruvato formado na glicólise não é reduzido nem a lactato nem a etanol, em vez disso ele é oxidado a CO2 e H2O. Essa fase aeróbica do catabolismo é chamada de respiração, que em um sentido microscópico se refere aos processos moleculares que envolvem o consumo de O2 e a formação de CO2 pelas células.

A respiração celular ocorre em três estágios: 1. Oxidação dos compostos orgânicos 2. Oxidação do acetil-CoA 3. Fosforilação oxidativa

Nos organismos aeróbicos, a glicose e outros açúcares, ácidos graxos e a maioria dos aminoácidos são oxidados a CO2 e H2O. Entretanto, para entrar no ciclo do ácido cítrico, seus esqueletos carbônicos precisam ser degradados até o grupo acetil do acetil-CoA, a forma na qual o ciclo recebe a maior parte de seu combustível. O piruvato é oxidado para liberar acetil-CoA e CO2 por um complexo de 3 enzimas: o complexo da piruvato desidrogenase, localizado na mitocôndria das células eucarióticas e no citosol das procarióticas. A produção de acetato O piruvato é transportado do citosol para o interior da mitocôndria através de uma proteína transportadora (simporte de piruvato-H+)

Cede um íon hidreto com seus 2 elétrons para a cadeia respiratória Descarboxilação oxidativa: um processo irreversível de oxidação no qual o grupo carboxila é removido do piruvato na forma de uma molécula de CO2 e os 2 carbonos remanescentes tornam-se o grupo acetil do acetil-CoA. Cede um íon hidreto com seus 2 elétrons para a cadeia respiratória A reação global catalisada pelo complexo da piruvato desidrogenase.

Descarboxilação do piruvato até acetaldeído O complexo da piruvato desidrogenase requer 5 coenzimas ou cofatores: Descarboxilação do piruvato até acetaldeído Tiamina pirofosfato (TPP) FAD NAD Coenzima A Lipoato Transportadores de elétrons O grupo reativo tiol é crítico para o seu papel como transportadora de grupos acila (tioésteres)

O complexo da piruvato desidrogenase possui 3 enzimas distintas: Piruvato desidrogenase (E1) Diidrolipoil transacetilase (E2) Diidrolipoil desidrogenase (E3) E2 E3 E1 S TPP FAD

A tiamina (vitamina B1) não é sintetizada nem armazenada em quantidades significativas pelos tecidos da maioria dos vertebrados. Deve estar na dieta BERIBÉRI BERIBÉRI Doença que resulta da deficiência dietética de tiamina caracterizada pela perda parcial de funções neurais. Dor, paralisia e atrofia dos membros inferiores, falência cardíaca e edema fazem parte do quadro. Deficiência de tiamina Incapacidade de oxidar o piruvato Cérebro: obtém toda a sua energia pela oxidação aeróbica da glicose Populações que se alimentam de arroz branco (polido) ou indivíduos que ingerem grandes quantidades de bebidas alcoólicas.

Reações do Ciclo do Ácido Cítrico Em cada volta entra um grupo acetil (acetil-CoA) e saem duas moléculas de CO2. Uma molécula de oxalacetato é empregada para formar citrato, mas após uma série de reações esta molécula é regenerada. Quatro dos oito passos são oxidações e a energia liberada é conservada na forma de NADH e FADH2.

 Formação do citrato O Ciclo do Ácido Cítrico possui oito passos É reciclada para formar outra molécula de acetil-CoA na descarboxilação de outra molécula de piruvato  Formação do citrato

É um ácido tricarboxílico que não se dissocia do sítio ativo  Formação do isocitrato via cis-aconitato É um ácido tricarboxílico que não se dissocia do sítio ativo desidratação hidratação

Descarboxilação oxidativa  Oxidação do isocitrato à -cetoglutarato e CO2 Descarboxilação oxidativa

Descarboxilação oxidativa Carreador do grupo succinil  Oxidação do -cetoglutarato a succinil-CoA e CO2 Descarboxilação oxidativa Carreador do grupo succinil A energia de oxidação do -cetoglutarato é conservada pela formação de uma ligação tioéster do succinil-CoA. O complexo da -cetoglutarato desidrogenase é muito semelhante ao complexo da piruvato desidrogenase.

 Conversão do succinil-CoA em succinato Tem uma energia livre de hidrólise de sua ligação tioéster forte e negativa. A energia liberada no rompimento desta ligação é empregada para dirigir a síntese de ATP ou GTP.

Nucleosídeo difosfato quinase GDP + ATP GTP + ADP Nucleosídeo difosfato quinase O resultado final da atividade de qualquer isoenzima da succinil-CoA sintetase é a conservação de energia na forma de ATP.

 Oxidação do succinato a fumarato Nos eucariotos, a succinato desidrogenase está firmemente ligada à membrana mitocondrial interna; nos procariotos ela é ligada a membrana plasmática. É a única enzima do ciclo do ácido cítrico ligada à membrana. O malonato, um análogo do succinato, é um potente inibidor competitivo da succinato desidrogenase, logo é um bloqueador do ciclo do ácido cítrico.

 Hidratação do fumarato para produzir malato Esta enzima é altamente estereoespecífica; ela catalisa a hidratação da dupla ligação trans do fumarato, porém não é capaz de agir no maleato (isômero cis do fumarato) Na direção inversa, a fumarase é igualmente estereoespecífica: o D-malato não é um substrato.

 A oxidação do malato a oxaloacetato O equilíbrio desta reação está muito deslocado para a esquerda sob as condições termodinâmicas padrão. Entretanto, nas células intactas, o oxaloacetato é continuamente removido pela reação da citrato sintase que é altamente exergônica. Isso conserva a concentração de oxaloacetato na célula em valores extremamente pequenos (10-6M), deslocando a reação na direção de formação de oxaloacetato.

Produtos de uma volta do ciclo do ácido cítrico Os 2 átomos de C que aparecem com CO2 não são os mesmos 2C que entraram no ciclo na forma de grupo acetil; são necessárias várias voltas no ciclo para que isso aconteça. Cada volta do ciclo do ácido cítrico produz três NADH e um FADH2, bem como um GTP (ou um ATP). Dois CO2 são produzidos nas reações de descarboxilação oxidativa.

A estequiometria da redução das coenzimas e da formação de ATP na oxidação aeróbica de uma molécula de glicose por meio da via glicolítica seguida da reação da piruvato desidrogenase, do ciclo do ácido cítrico e da fosforilaçao oxidativa. Cada NADH = 2,5 ATP Cada FADH2 = 1,5 ATP