REUNI: Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico

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1 REUNI: Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Universidade Federal de Santa Catarina Programa de Pós-graduação em Bioquímica REUNI: Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico Tira-dúvidas com alunos da graduação

2 Carboidratos Mais abundante biomolécula da Terra:
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Carboidratos Mais abundante biomolécula da Terra: Fotossíntese converte bilhões toneladas de CO2 e H2O em carboidratos (celulose e outros açúcares).

3 Glicose como combustível
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Glicose como combustível Rica em energia potencial. Oxidação completa gera energia livre padrão KJ/mol. Seu armazenamento como polímero, a célula mantém uma osmolaridade citosólica relativamente baixa. A glicose armazenada pode ser empregada para produzir ATP de maneira aeróbica e anaeróbica. Glicose também pode ser utilizada como precursor biossintético de aminoácidos, nucleotídeos, coenzimas, ácidos graxos e outros.

4 Glicose como combustível
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Glicose como combustível Em plantas vasculares e animais, a glicose possui três destinos: Armazenamento (polissacarídeo e sacarose). Oxidação até piruvato para fornecer ATP e intermediários metabólicos. Oxidação das pentoses pela via as pentoses fosfato produzindo ribose 5-fosfato para a síntese de ácidos nucléicos e NADPH que participará na redução química biossintética.

5 Ex.: Respiração celular
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Origem da glicose Organismos fotossintéticos: fazem a síntese de glicose reduzindo o CO2 atmosférico em triose e depois em glicose. Organismos não fotossintéticos; obtém a glicose a partir da alimentação ou gliconeogênese. energia produto Ex.: Fotossíntese 6CO2 + 12H2O + LUZ  C6H12O6 +6O2 + H2O ENERGIA reagentes t ENDOTÉRMICA reagente Ex.: Respiração celular C6H12O6 + CO2  +6CO2 + 6H2O + Energia energia ENERGIA produtos t EXOTÉRMICA

6 Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico
Respiração Estágio 1 – Produção de Acetil-CoA: as moléculas de glicose, aminoácidos e ácidos graxos são oxidados para liberar fragmentos com 2 átomos de carbonos, acetil (Acetil-CoA). Estágio 2 – Oxidação de Acetil- CoA: esses grupos acetil são introduzidos no ciclo e oxidados até CO2. A energia é conservada nos transportadores NADH e FADH2. Estágio 3 – Transferência de elétrons e fosforização oxidativa: os elétrons são conduzidos na cadeia transportadora de elétrons ate O2. Durante este processo uma grande quantidade de energia é liberada na forma de ATP.

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8 Estágio 1: Produção de Acetil- CoA
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Estágio 1: Produção de Acetil- CoA A produção de acetil –CoA é catalisada pela piruvato desidrogenase, onde o grupo carboxila é removido do piruvato na forma de CO2 e os 2 carbonos remanescentes formam o acetil. A reação completa é chamada de descarboxilação oxidativa.

9 Estágio 1: Produção de Acetil- CoA
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Estágio 1: Produção de Acetil- CoA Os três componentes do complexo da piruvato desidrogenase: E1- Piruvato desidrogenase E2- Dihidrolipoil transacetilase E3- Dihidrolipoil desidrogenase

10 Estágio 1: Produção de Acetil- CoA
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Estágio 1: Produção de Acetil- CoA As reações seqüenciais de desidrogenação e descarboxilação ocorrem com 3 enzimas e 5 coenzimas ou grupos prostéticos: A deficiência da tiamina (Vitamina B1) causa a doença de Beriberi caracterizada por distúrbios neurológicos, paralisia atrofia cardíaca e morte.

11 Estágio 2: Oxidação do Acetil-CoA
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Estágio 2: Oxidação do Acetil-CoA

12 Reações do Ciclo de Krebs
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Reações do Ciclo de Krebs Formação de citrato pela citrato sitetase. O grupo acetil é transferido para o oxalacetato para formar o citrato, um composto com 4C.

13 Reações do Ciclo de Krebs
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Reações do Ciclo de Krebs 2. Aconitase: Esta enzima catalisa a isomerização da reação removendo e adicionando água ao cis-aconitate em diferentes posições. O isocitrato é consumido rapidamente no próximo passo.

14 Reações do Ciclo de Krebs
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Reações do Ciclo de Krebs 3. Isocitrate desidrogenase: Oxidação do isocitrato em α-cetoglutarato e CO2. É uma carboxilação oxidativa liberando o NAD ou NADPH.

15 Reações do Ciclo de Krebs
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Reações do Ciclo de Krebs 4. a-cetoglutarato desidrogenase: Oxidação do α -cetoglutarato em Succinil Co-A e CO2. Descarboxilação oxidativa pela α-cetoglutarato desidrogenase liberando NADH. Esta enzima forma um complexo, onde o aceptor de elétrons é o NADH.

16 Reações do Ciclo de Krebs
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Reações do Ciclo de Krebs 5. Succinil-CoA sintetase: o succinil-CoA tem uma energia livre padrão na ligação tioéster. O rompimento desta ligação libera energia suficiente para a formação de ATP ou GTP.

17 Reações do Ciclo de Krebs
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Reações do Ciclo de Krebs 6. Succinato desidrogenase: faz a oxidação do succinato em fumarato, liberando FADH2. Esta enzima é crítica no ciclo. O malonato é um análogo do succinato, sendo um potente inibidor competitivo da succinato desidrogenase, bloqueando o ciclo do ácido cítrico.

18 Reações do Ciclo de Krebs
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Reações do Ciclo de Krebs 7. Fumarase: faz a hidratação do fumarato em malato.

19 Reações do Ciclo de Krebs
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Reações do Ciclo de Krebs 8. L-Malato desidrogenase: faz oxidação do malato em oxalacetato. É uma enzima NAD-dependente. Esta reação é rapidamente consumida para o próximo passo na formação do citrato. Assim, as concentrações de oxalacetato é reduzido no ciclo.

20 A conservação de energia da oxidação
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico A conservação de energia da oxidação Efficiency of Biochemical engine in Living Systems: Oxidation of one glucose yields 2840 kJ/mole energy Energy obtained by biological engine: 32ATP X 30.5 kJ/Mol = 976 kJ/mol Thus 34% efficiency is obtained if calculations are done using standard conditions.

21 O papel do ciclo do ácido cítrico no anabolismo
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico O papel do ciclo do ácido cítrico no anabolismo

22 Reações anapleróticas
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Reações anapleróticas À medida que os intermediários do CAC são removidos para servirem de precursores biossintéticos, estes são repostos por reações anapleróticas.

23 Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico
Regulação do ciclo O fluxo de átomos de C do piruvato através do ciclo é estreitamente regulado em 2 níveis: Conversão de piruvato em acetil-coA Entrada de Acetil-CoA no ciclo Com relação a velocidade, 3 fatores governam: Disponibilidade de substrato Inibição por acúmulo de produtos Inibição alostérica retroativa pelas enzimas

24 Uma variação do ciclo de Krebs encontrado em plantas e bactérias
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Ciclo do glioxalato Uma variação do ciclo de Krebs encontrado em plantas e bactérias Ciclo do glioxalato oferece um meio para plantas e bactérias crescerem em meios contendo unicamente acetato como fonte de carbonos. Os passos de descarboxilação são evitados e um equivalente acetato extra é utilizado Isocitrato liase e malato sintase são as enzimas chaves do ciclo. O ciclo do glioxalato ajuda as plantas a crescerem no escuro. Glioxissomos se valem de três reações que ocorrem na mitocôndria: de succinato a oxaloacetato.

25 Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico
Ciclo do Glioxalato

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27 O2 + 4H+ + 4e-  2H2O Cadeia respiratória H+ Elétrons altamente
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Cadeia respiratória Complexo Enzimático I Cit c Complexo Enzimático II Complexo Enzimático III Q H+ Elétrons altamente energéticos NADH NAD ½ O2 H2O O2 + 4H+ + 4e-  2H2O H+ Cadeia transportadora De elétrons

28 Estágio 3 - Transferência de elétrons
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico Estágio 3 - Transferência de elétrons Elétrons altamente energéticos H+ O2 + 4H+ + 4e-  2H2O Cadeia transportadora De elétrons

29 Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico
+

30 BALANÇO ENERGÉTICO Acetil-CoA Ác. pirúvico CICLO DE KREBS
Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico BALANÇO ENERGÉTICO CITOPLASMA GLICÓLISE Ác. pirúvico Acetil-CoA MITOCÔNDRIA CICLO DE KREBS 2 NADH 2 NADH 2 ATP 2 ATP 6 NADH 2 FADH CADEIA RESPIRATÓRIA 2 ATP ATP ATP ATP ATP ATP 38 ATP