Enfermagem 2012/1 – Profª Amanda Vicentino Bioquímica – Módulo II CICLO DE KREBS Enfermagem 2012/1 – Profª Amanda Vicentino

CARBOIDRATOS, PROTEÍNAS E LIPÍDEOS NOS TRÊS ESTÁGIOS DA RESPIRAÇÃO CELULAR 1° estágio: oxidação dos lipídeos, proteínas e carboidratos à ACETIL-COA 2° estágio: oxidação do grupamento ACETIL no ciclo de Krebs – Formação de NADH e FADH2 3° estágio: fosforilação oxidativa

Condições Anaeróbicas Condições Anaeróbicas DESTINO DO PIRUVATO Condições Anaeróbicas Condições Anaeróbicas Condições Aeróbicas

O manômetro de Otto Warburg - 1920 Era usado para medir a produção de CO2. Permitia determinar a estequiometria das reações. Coloca o substrato Papel de filtro com KOH Tecido Meio de cultura Fluido com cor KOH + CO2 KHCO3 CO2 KHCO3 Pressão no frasco Leitura do líquido

Glicose + 6O2 6CO2 + 6H2O

Os experimentos de Hans Krebs Observando os dados disponíveis na época Krebs destaca os trabalhos de Thumberg entre 1906 e 1920 usando tecidos musculares. Ele testou a oxidação de cerca de 60 substâncias orgânicas e descobriu que a forma ionizada de vários ácidos como o lactato (1 carboxila), succinato, fumarato, malato (2 carboxilas), eram rapidamente oxidadas. Krebs então testa outros ácidos dicarboxílicos. Em 1935 descobre que um deles, o α-cetoglutarato, com 5 carbonos, assim como nos experimentos de Szent-Györgyi, aceleravam a produção de CO2 e não eram consumidos na reação. 5 10 15 20 30 40 50 lactato succinato malato fumarato piruvato + tempo CO 2

- Em 1937 Krebs testa ácidos tricarboxílicos como citrato, isocitrato e aconitato, agora com 6 carbonos, e observa que a produção de CO2 também era estimulada e esses intermediários não eram consumidos.

- Segundo Krebs, outra contribuição significativa para suas descobertas veio dos estudos de Martius e Knoop, em 1937, que elucidaram a transformação oxidativa de citrato até α-cetoglutarato.

Krebs observou nos trabalhos de Shiffield em 1937 que a formação de citrato (C6) ocorria rapidamente após a adição de oxaloacetato (C4) em diversos tecidos. Concluiu então que a formação desse composto de 6 carbonos poderia se originar da ligação de um produto de 4 carbonos (oxaloacetato) mais dois carbonos vindos provavelmente da degradação da glicose. Juntando as seguintes informações: 1- ácidos di e tri carboxílicos aceleravam a formação de CO2 em diversos tecidos mas não eram consumidos na reação. 2- algum composto de 2 carbonos vindo provavelmente da glicólise se combinava com oxaloacetato e formava um composto de 6 carbonos (citrato) que iniciava uma via de interconversão, Krebs conclui e postula um modelo que ele chamou de “Ciclo do Ácido Cítrico” ou dos “Ácidos Tricarboxílicos”.

Os experimentos de Fritz Lipmann Naquela época já se sabia que a Coenzima A estava envolvida em reações de transferência de carbono e que ela era derivado do ácido pantotênico, uma vitamina pertencente ao complexo B (vit. B5).

A síntese de citrato aumenta na presença de CoA

Lipmann demonstra que o consumo de O2 é aumentado na presença de CoA quando se fornece glicose-fosfato para leveduras

FORMAÇÃO DO ACETIL-CoA A reação de transformação do piruvato em acetil-CoA é catalizada pelo complexo piruvato desidrogenase numa reação de descarboxilação oxidativa. Atua como nucleófilo da reação

Ácido nicotínico = Vitamina B3 O complexo Piruvato Desidrogenase necessita de 5 coenzimas Tiamina pirofosfato (TPP) → Tiamina Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) → Riboflavina Coenzima A (CoA) → Pantotenato Nicotinamina adenina dinucleotídeo (NAD) → Niacina Lipoato Riboflavina = Vitamina B1 As vitaminas são componentes necessários à nutrição humana pois são vitais a esse sistema. Riboflavina = Vitamina B2 Ácido nicotínico = Vitamina B3 Lipoamida

Falta de vitamina B1 (tiamina) – causa uma doença conhecia por beriberi o que provoca fraqueza muscular e dificuldades respiratórias.

E2 ponto de ligação ao grupo prostético lipoato O complexo Piruvato Desidrogenase Contém 3 enzimas diferentes Piruvato desidrogenase (E1) Diidrolipoil transacetilase (E2) Diidrolipoil desidrogenase (E3) E2 ponto de ligação ao grupo prostético lipoato

Descarboxilação oxidativa do piruvato à acetil-CoA pela piruvato desidrogenase C1 do piruvato é liberado na forma de CO2. C2 (carbonila aldeídica) é atacado pela TPP formando um grupo hidroxietil. Etapa lenta! O grupo hidroetil é oxidado à acetato. Os dois eletrons liberados reduzem a ligação S-S do lipoil e o acetil formado é esterificado à uma molecula de lipoil. Ocorre a transesterificação à coenzima A formando o Acetil-CoA. 4 e 5. Transferência de eletrons para regenerar a forma oxidada do grupo lipoil (E2) para prepará-lo novamente para outra reação.

Descarboxilação oxidativa do piruvato à acetil-CoA pela piruvato desidrogenase

Regulação do complexo PDC Inibida quando [ATP/ADP], [NADH/NAD+] e [acetilCoA/CoA] Inibida por ácido graxos de cadeia longa (mod. alostérica) Por modificação covalente (mamíferos): - piruvato desidrogenase cinase fosforila E1 inativa o PDC (ATP é um ativador alost. desta cinase) - piruvato desidrogenase fosfatase : reativa o PDC Complexo multienzimático: grupo de enzimas associadas de modo não-covalente que catalisam duas ou mais reações sequenciais em uma rota metabólica. Vantagens: -velocidade das reções limitada pela difusão do substrato entre os sítios ativos -canalização dos intermediários metabólicos evitando reações secundárias -controle coordenado das reações no complexo mutienzimático

Agora estamos preparados para entendermos o processo de oxidação do Acetil-CoA ...!!!

REAÇÕES DO CICLO DE KREBS Ciclo de Krebs (ou ciclo do ácido cítrico ou ciclo do ácido tricarboxílico) descoberto por Hans Krebs. Prêmio Nobel 1953. “O piruvato, ou um derivado vindo da glicólise (acetato), se condensa com o oxaloacetato e forma citrato. Por uma sequência de reações que envolvem cis-aconitato, isocitrato, α-cetoglutarato, succinato, fumarato, malato e oxaloacetato como intermediários, um ácido acético é oxidado e o oxaloacetato necessário para a reação inicial de condensação é regenerado. Isso explica a ação catalítica dos ácidos di e tricarboxílicos (de 4,5 e6 carbonos), bem como a capacidade que esses ácidos possuem de se oxidar nos tecidos que oxidam carboidratos.”

REAÇÕES DO CICLO DE KREBS As transformações químicas que ocorrem no ciclo de Krebs obedecem uma via circular. O ciclo de Krebs não só tem seu papel fundamental na obtenção de energia como também é de grande importância para a formação de precursores para uma larga variedade de reações (como os intermediários de 4 e 5 carbonos). O ciclo de Krebs acontece na matriz mitocondrial (glicolise e conversão do piruvato à acetil-CoA ocorrem no citoplasma).

1° Reação → 2° Reação → 3° Reação → 4° Reação → A hidrólise da ligação altamente energia (tioester) torna a reação altamente exergônica. O G altamente negativo da reação é essencial para direcionar o ciclo da reação devido as baixas concentrações de oxaloacetato. 1° Reação → A reação é deslocado para direita porque o isocitrato é rapidamente consumido na próxima etapa do ciclo de Krebs.. 2° Reação → Ocorre a primeira descarboxilação oxidativa com liberação com conservação de energia na forma de NADH 3° Reação → Ocorre outra descarboxilação oxidativa com conservação de energia. A catálise do complexo α-cetoglutarato desidrogenase é similar ao da piruvato desidrogenase 4° Reação →

Importância da ligação tioester

5° Reação → 6° Reação → 7° Reação → 8° Reação → Succinil-CoA possui uma ligação tioester. A energia liberada direciona a reação para a sintese de GTP ou ATP. 5° Reação → Ocorre conservação de energia na forma de FAD reduzido. A succinato desidrogenase é a única enzima do TCA que está ligada à matriz mitocondrial 6° Reação → Fumarase estereoespecífica. Especificidade pela dupla ligação trans do fumarato e não pela cis. Formação de um carbânion inicialmente. Fumarase estereoespecífica. Especificidade pela dupla ligação trans do fumarato e não pela cis. Formação de um carbânion inicialmente. 7° Reação → 8° Reação → RECUPERAÇÃO DO OXALOACETATO!

Saldo final do Ciclo de Krebs Cada molécula de Acetil-CoA que entra no ciclo produz: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP(ou ATP) e 2 CO2

Algumas reações do ciclo de Krebs produzem importantes intermediários anabólicos

O catabolismo de proteínas gera diversos intermediários do TCA Reações anapleróticas repõem intermediários metabólicos importantes para o TCA

Regulação do Ciclo de Krebs 3 níveis de regulação: Disponibilidade de Substrato Inibição por acumulo de P - Inibição alostérica retroativa Velocidades da glicólise e do CK são reguladas de maneira integrada (NADH, ATP, Citrato) Diabetes e formação dos corpos cetónicos...