Ciclo do Ácido Cítrico Profa. Alana Cecília

Glicólise: Produtos

Reações citossólicas: diferentes produtos para o ciclo do ácido cítrico

Ciclo do Ácido Cítrico Uma diferença importante entre a glicólise e o ciclo do ácido cítrico é o local da célula onde a via ocorre. Nos eucariotos, a glicólise ocorre no citosol, enquanto que o ciclo do ácido cítrico ocorre na mitocôndria. A mitocôndria possui uma membrana interna e uma externa. A região delimitada pela membrana interna é chamada matriz mitocondrial, e há um espaço intermembranas entre as membranas interna e externa. As reações do ciclo do ácido cítrico ocorrem na matriz, exceto por uma na qual o aceptor intermediário de elétrons é o FAD. A enzima ligada ao FAD que catalisa a reação é parte integrante da membrana mitocondrial interna e está ligada diretamente à cadeia transportadora de elétrons.

A mitocôndria é formada por um conjunto de duas membranas que divide a organela em 4 compartimentos: M. externa, espaço intermembranar, m. interna e matriz mitocondrial MEMBRANA EXTERNA TEM PORINAS (PROTEÍNAS) QUE PERMITEM A PASSAGEM DE MOLÉCULAS MENORES QUE 10 KdA

A marcada presença de carreadores facilita o movimento de metabólitos entre o citossol e a matriz mitocondrial

Ciclo do ácido cítrico (CAC) - Move elétrons de ácidos orgânicos para cofatores redox oxidados NAD+ e FAD, formando NADH + H+, FADH2, CO2 e ATP

Como o piruvato é convertido em Acetil-CoA? O piruvato pode ser derivado de várias fontes, incluindo a glicólise. Ele se desloca do citosol para a mitocôndria por meio de um transportador específico. Ali um sistema chamado complexo da piruvato desidrogenase é responsável pela conversão do piruvato a dióxido de carbono e à porção acetil da acetil-CoA. Há um grupo –SH em uma extremidade da molécula da CoA, que é o ponto no qual o grupo acetila é fixado. Como resultado, a CoA é frequentemente mostrada em equações como CoA-SH. Uma reação de oxidação precede a transferência do grupo acetila para a CoA. O processo todo envolve várias enzimas, que fazem parte do complexo piruvato desidrogenase.

Piruvato + CoA-SH + NAD+  Acetil-CoA + CO2 + H+ + NADH Cinco enzimas compõem o complexo piruvato desidrogenase em mamíferos: Piruvato Desidrogenase (PDH), a diidrolipoil transacetilase, a diidrolipoil desidrogenase, a piruvato desidrogenase quinase e a piruvato desidrogenase fosfatase. As três primeiras estão envolvidas na conversão de piruvato a acetil-CoA. A quinase e a fosfatase são enzimas usadas na controle de PDH e estão presentes em um único polipeptídeo.

Reação preparatória do Ciclo de Krebs: formação de AcetilCoa Piruvato Piruvato desidrogenase (PDH) (um complexo multienzimático de três enzimas) Coenzima A (CoA-SH) NAD+ Cofactores: - TPP (tiamina pirofosfato, derivado da vit. B1) -FAD - Lipoato NADH Reação de descarboxilação oxidativa AcetilCoa + CO2

Entrada do Piruvato no CAC  Complexo da piruvato desidrogenase: E1 – piruvato desidrogenase E2 – Diidrolipoil transacetilase E3 – Diidrolipoil desidrogensase  Cofatores: TPP, ácido lipóico, coenzima A, NAD+ e FAD Também é inibida por Acetil-coA e NADH feedback negativo Sofisticado mecanismo de regulação Fosforilação/desfosforilação .: REGULAÇÃO

Reações do Ciclo do Ácido Cítrico 1. Acetil-CoA + Oxalacetato + H2O  Citrato + CoA-SH (Citrato Sintase) 2. Citrato  Isocitrato (Aconitase) 3. Isocitrato + NDA+  -Cetoglutarato + NADH + CO2 + H+ (Isocitrato Desidrogenase) 4. -Cetoglutarato + NDA+ + CoA-SH  Succinil-CoA + NADH + CO2 + H+ (-Cetoglutarato desidrogenase)

5. Succinil-CoA + GDP + Pi  Succinato + GTP + CoA-SH (Succinil-CoA sintetase) 6. Succinato + FAD  Fumarato + FADH2 (Succinato desidrogenase) 7. Fumarato + H2O  Malato (Fumarase) 8. Malato + NAD+  Oxalacetato + NADH +H+ (Malato Desidrogenase

Acido tricarboxilico (C6) 1º Passo –Condensação Condensação do Oxaloacetato com Acetil CoA e formação do citrato pela acção da enzima SINTASE DO CITRATO Condensação do Oxaloacetato com Acetil CoA e formação do citrato pela acção da enzima SINTASE DO CITRATO Acido tricarboxilico (C6)

2º Passo - Isomerização do citrato Isomerizaçao do citrato a Isocitrato pela acção da enzima ACONITASE (isomerase) Acido tricarboxilico (C6) Citrato Isocitrato(C6)

3º passo – Descarboxilação oxidativa do isocitrato O isocitrato é desidrogenado e descarboxilado na presença da isocitrato desidrogénase formando o α-cetoglutarato;

4º passo – Descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato + NAD+ CoA Succinil-CoA + NADH CO2

5º passo – Fosforilação ao nível do substrato Formação de uma ligação fosfato de elevada energia a partir de Succinil CoA

O GTP é utilizado na formação de um ATP pela nucleosídio difosfocínase ( permite a transferencia do fosfato terminal do GTP) Assim, esta reacção é o único exemplo no ciclo do ácido cítrico em que há formação de um fosfato de alta energia ao “nível do substrato”

6º passo – Oxidação do succinato A desidrogenase do succinato (complexo II) esta na membrana interna da mitocondria Succinato (C4) Fumarato (C4)

7º passo – Hidratação do Fumarato Fumarato (C4) Malato(C4)

8º passo – Oxidação do L-Malato Oxaloacetato (C4) Malato(C4)

P. Desidrogenase + 8 ENZIMAS 1 volta: 3C do Pir são liberados como CO2, 1 ATP, 4 NADH e 1 FADH2 são formados. Descarboxilações em: Piruvato DH, Isocitrato DH, Cetoglutarato DH Fosforilação ao nível do substrato ATP Succinil CoA.... Em animais é formado GTP C. Alfa cetoglutarato desidrogenase é muito semelhante ao C. da P. desidrogenase, mas não é regulada por fosforilação. Succinato desidrogenase é a única enzima do ciclo ligada a membrana (C. II)... Junto com a fumarase são encontradas apenas em mitocôndrias (enzimas marcadoras). Malato desidrogenase é inibida pelo produto NADH e Acetil coA

Glicólise e CAC: vias biossintéticas

Balanço do Ciclo de Krebs Complexo piruvato-desidrogenase: Piruvato + CoA-SH + NAD+ Acetil-CoA + NADH + CO2 Ciclo do ácido cítrico: Acetil-CoA+3 NAD++FAD+GDP+Pi+2 H2O 2 CO2+CoA-SH+3 NADH+FADH2 Eventual produção de ATP a partir de piruvato (via fosforilação oxidativa): 4 NADH 10 ATP (2,5 ATP por cada NADH) 1 FADH2 1,5 ATP (1,5 ATP por FADH2) 1 GTP 1 ATP TOTAL: 12,5 ATPs por piruvato ou 25 ATPs por molécula de glicose E tem mais!!!: - 2 ATP produzidos na glicólise - 2 NADH produzidos na glicólise (= 5 ATPs) Somando a glicólise: 32 ATPs por molécula de glicose oxidada!!!

RESUMO: Estágios do Ciclo de Krebs Tipo de reação Enzima Estágio I 1. Condensação: 2C + 4C = 6C citrato sintase Estágio II 2. Isomerização aconitase 3. Descarb. Oxidativa: 6C5C isocitrato descarboxilase 4. Descarb. Oxidativa: 5C4C -cetoglutarato desidrogenase 5. Fosforilação a nível de substrato succinil CoA sintetase Estágio III 6. Oxidação succinato desidrogenase 7. Hidratação fumarase 8. Oxidação malato desidrogenase Produção(por molécula de piruvato descarboxilada 3 NADH 1 FADH2 1 GTP

O ciclo do ácido cítrico é considerado parte no metabolismo aeróbio, porém não encontramos nenhuma reação neste capítulo na qual o oxigênio participe. As reações do ciclo do ácido cítrico estão intimamente relacionadas à cadeia transportadora de elétrons e a fosforilação oxidativa, que eventualmente levam ao oxigênio. O ciclo do ácido cítrico fornece um elo vital entre a energia química dos nutientes e a energia química do ATP.

Ciclo do Glioxilato Em plantas e bactérias, mas não em animais, a acetil-CoA pode atuar como matéria prima para a biossíntese de carboidratos. Os animais podem converter carboidratos em gorduras, mas não gordura em carboidratos. Duas enzimas são responsáveis pela capacidade de plantas e bactérias produzirem glicose a partir de ácidos graxos. A isocitrato liase cliva o isocitrato, produzindo glioxilato e succinato. A malato sintase catalisa a reação do glioxilato com a acetil-CoA para produzir malato.

Essas duas reações sucessivas evitam as duas etapas de descarboxilação oxidativa do ciclo do ácido cítrico. O resultado líquido é uma via alternativa, o ciclo do glioxilato. Duas moléculas de acetil-CoA entram no ciclo do glioxilato; elas originam uma molécula de malato e, eventualmente, uma molécula de oxalacetato. A glicose pode ser produzida a partir de oxalacetato pela gliconeogênese. Essa é uma diferença sutil, porém muito importante, entre o ciclo do glioxilato e o ciclo do ácido cítrico.

Nas plantas, as organelas especializadas, chamadas glioxissomos, são os sítios onde ocorre o ciclo do glioxilato. Essa via é particularmente importante na germinação de sementes. Os ácidos graxos armazenados nas sementes são decompostos para produzir energia durante a germinação. O ciclo do glioxilato também ocorre em bactérias. Elas possuem vias metabólicas capazes de produzir todas as biomoléculas de que necessitam a partir de moléculas bastantes simples. O ciclo do glioxilato é um exemplo de como as bactérias conseguem esse feito.

Ciclo do Glioxilato