O Ciclo do Ácido Cítrico

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1 O Ciclo do Ácido Cítrico
Catabolismo da Acetil-CoA Bioquímica - Aulas de trabalhos grupo 30 de Outubro de 2006 Rita Boaventura Ana Sofia Matos Turma 13

2 Introdução O ciclo do ácido cítrico pode também ser denominado ciclo de krebs ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos. É uma etapa do metabolismo da glicose que ocorre no interior das mitocôndrias em aerobiose. Segue-se à oxidação do piruvato e precede a cadeia respiratória. É um processo anfibólico.

3 Por acção das enzimas da glicólise a glicose é, no citoplasma das células, parcialmente oxidada a piruvato. O piruvato entra para a mitocôndria e, através da acção catalítica da desidrogénase do piruvato (piruvato + NAD+ + CoA → acetil-CoA + NADH + CO2) , dá origem a acetil-CoA. No catabolismo dos aminoácidos, dos ácidos gordos e do etanol também se forma acetil-CoA. O ciclo do ácido cítrico é uma via metabólica central no metabolismo dos nutrientes pois permite a oxidação do grupo acetilo da acetil-CoA (a CO2) com a concomitante redução do NAD+ e do FAD a NADH e FADH2 que são intermediários no processo de redução do O2 (a H2O). As desidrogenase do isocitrato e do α-cetoglutarato (do ciclo de krebs), juntamente com a desidrogenase do piruvato são responsáveis pela esmagadora maioria das moléculas de CO2 que um ser vivo produz.

4 Ciclo do Ácido Cítrico

5 Formação do Citrato Citrato síntase + + H2O Acetil CoA Oxaloacetato
Citril CoA Citrato Reacção de condensação catalisada pela citrato síntase Hidrólise da ligação tioéster resultando em citrato e CoA

6 Isomerização do Citrato
Fe2+ Fe2+ aconitase aconitase H2O H2O fluorocetato Isocitrato Citrato Cis-aconitato Reacção de isomerização que ocorre em 2 passos: uma desidratação seguida de uma hidratação. A aconitase reage assimetricamente com o citrato. O fluoroacetato é um veneno, pois sob a forma de fluoroacetil-CoA condensa-se com o oxaloacetato, para formar fluorocitrato, que inibe a enzima aconitase, provocando a acumulação de citrato

7 Oxidação e Descarboxilação do Isocitrato
Isocitrato desidrogenase Isocitrato desidrogenase NAD+ NADH+H+ H+ CO2 Mn2+ / Mg2+ Isocitrato Oxalosuccinato α-cetoglutarato Ocorre uma desidrogenação (oxidação) do isocitrato, catalisada pela isocitrato desidrogenase, que é NAD+-dependente (existem 3 isoenzimas da isocitrato desidrogenase, uma, que usa o NAD é encontrada apenas na mitocôndria, as restantes usam o NADP+ e encontram-se na mitocôndria e citosol), formando-se oxalosuccinato, um intermediário. Ocorre a primeira descarboxilação, catalisada pela enzima na presença de iões (Mn2+ ou Mg2+), formando α-cetoglutarato.

8 Formação do Succinil-CoA
Complexo α-cetoglutarato desidrogenase + NAD+ NADH+H+ CO2 arsenito Succinil-CoA α-cetoglutarato Ocorre uma descarboxilação do α-cetoglutarato, por um processo semelhante ao da descarboxilação oxidativa do piruvato, já que o complexo α-cetoglutarato desidrogenase funciona da mesma forma que o complexo piruvato desidrogenase, necessitando do mesmos co-factores – TDP, lipoato, NAD+, FAD e CoA - , resultando na formação de succinil-CoA. Tal como na oxidação do piruvato, o arsenito inibe a reacção provocando a acumulação do substrato

9 Formação do Succinato Succinato tiocínase + H2O Pi Mg2+ Succinato
GDP GTP Mg2+ Succinato Succinil-CoA O succinil-CoA é convertido a succinato pela acção da enzima succinato cínase. Este é o único exemplo no ciclo de geração de 1 fosfato de alta energia ao nível do substrato (surge a partir da libertação de E livre a partir da descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato). Aqui existem 2 enzimas: uma específica para o GDP (só existe em tecidos em que há gliconeogénese) e outra específica para o ADP (existente em todas as células). Embora a cínase dos nucleosídeos-difosfatos não seja, habitualmente, considerada uma enzima do ciclo de Krebs ela tem um papel importante neste contexto já que permite a transferência do fosfato terminal do GTP (formado pela acção da cínase do succinato) para o ADP e a formação de ATP (GTP + ADP ↔ GDP + ATP).

10 Succinato desidrogenase
Oxidação do Succinato Succinato desidrogenase FAD FADH2 malonato Fumarato Succinato Ocorre uma desidrogenação (ou oxidação) do succinato catalisada pela succinato desidrogenase (a única enzima ligada à membrana interna da mitocôndria no ciclo do ácido cítrico), com formação do fumarato Esta é a única desidrogenação que envolve a transferência de hidrogénio para o FAD A adição de malonato ou oxaloacetato inibem competitivamente a enzima, determinando a acumulação de succinato.

11 Hidratação do Fumarato
fumarase H2O Fumarato L-Malato Ocorre a hidratação do fumarato ao nível da sua ligação dupla, catalisada pela fumarase ou fumarato hidratase.

12 Oxidação do L-Malato Malato desidrogenase L-Malato Oxaloacetato
NAD+ NADH+H+ L-Malato Oxaloacetato Ocorre a desidrogenação (oxidação) do L-Malato catalisada pela malato desidrogenase, com redução de NAD+. A reacção é mais extensa no sentido de formação do malato, no entanto, a constante remoção de oxaloacetato (tanto para a formação de citrato, como substrato da gluconeogénese ou para a sua transaminação em aspartato) e contínua reoxidação do NADH provoca um deslocamento desta no sentido de formação de oxaloacetato.

13 Somatório das reacções
CH3CO-CoA + 2 H2O + 3 NAD+ + FAD + ADP + Pi 2 CO2 + CoA + 3 NADH + FADH2 + ATP

14 Saldo energético do ciclo
Em cada ciclo são formadas 3 moléculas de NADH, 1 de FADH2 e 1 ATP, resultantes de reacções de oxi-redução nas primeiras e uma fosforilação “ao nível do substrato” na última. O NADH e FADH2 são transferidos para a cadeia respiratória, onde cada NADH origina 3 ATP e cada FADH2 origina 2 ATP. Assim, o saldo energético em cada volta do ciclo é 12 moléculas de ATP (por cada glicose este saldo será dobrado).

15 CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO PROCESSO ANFIBÓLICO REACÇÕES CATABÓLICAS
REACÇÕES ANABÓLICAS

16 O ciclo na gluconeogénese, transaminação e desaminação

17 O ciclo no processo de sintese de ácidos gordos

18 Regulação do ciclo - Piruvato desidrogenase Vitaminas:
- riboflavina (FAD) - niacina (NAD) - tiamina (TDP) - ácido pantoténico (parte da CoA) NADH e FADH2 ADP e ATP Ca2+/Mg2+ (o Ca2+ activa as desidrogenases mencionadas abaixo) Controlo enzimático: - Piruvato desidrogenase - Citrato síntase - Complexo α-cetoglutarato desidrogenase - Isocitrato desidrogenase Inibida pelos produtos (acetil-CoA e NADH) Inibição alostérica pelo ATP e “long-chain fatty acyl-CoA” Semelhante ao piruvato (mas é inibida pelo succinato-CoA e NADH) Activação alostérica pelo ADP, antagonizado pelo ATP e NADH

19 Patologias associadas ao ciclo
Lesões no fígado: - cirrose - hepatite - etc. Beribéri

20 Cirrose hepática A cirrose hepática é um caso extremo da esteatose que pode ser provocada pelo consumo de álcool em excesso. O metabolismo do álcool produz acetil CoA em excesso, que é utilizada para síntese  de ácidos gordos pelos hepatócitos e, portanto, de triglicerídeos.  Além disso, o metabolismo de grandes quantidades de etanol consome grande parte do NAD+ que é utilizado como aceitador de electrões no ciclo de krebs. O álcool é metabolizado no fígado pela enzima álcool desidrogenase a acetaldeído. Este sofre a acção da enzima acetaldeído desidrogenase, produzindo acetil CoA. Nas duas reacções, há libertação de electrões e iões H+ que são captados pelo NAD+, formando NADH + H+. Como há muito álcool para ser metabolizado, há produção de NADH em excesso, com consumo de NAD+. Assim, há falta de NAD+ para aceitar electrões no ciclo de Krebs. Com isto, o ciclo de Krebs como um todo é inibido, levando á acumulação de acetil CoA. O excesso de acetil CoA causa esteatose. A esteatose, associada a outras agressões, p. ex. alcoolismo, pode levar a uma destruição progressiva dos hepatócitos, com fibrose difusa do parênquima e perda da arquitectura funcional do fígado, chamada cirrose. Na cirrose o fígado fica com superfície externa nodulosa e consistência mais firme que o normal.

21 Fígado normal Fígado com cirrose Fígado com esteatose

22 Beribéri A beribéri é uma doença cardiovascular e neurológica causada pela deficiência de tiamina (vitamina B1). A incidência da doença é maior no Oriente (já que a base alimentar é o arroz, pouco rico em tiamina) e ocasionalmente em alcoolicos (devido à sua ma nutriçao em geral). A tiamina é o grupo prostético (TPP) de 3 enzima importantes: piruvato desidrogenase, Complexo α-cetoglutarato desidrogenase e transcetolase (esta última pertencente à via das pentoses). Assim, a sua escassez provoca uma diminuição muito acentuada da actividade enzimática verificando-se níveis de piruvato e de α-cetoglutarato muito elevados. Os sintomas neurológicos são: dores nos membros, fraqueza muscular e “distorted skin sensation” (utilizam apenas a glicose como fonte de energia). Os sintomas cardíacos constituem-se num crescimento do músculo cardíaco e batimentos cardíacos irregulares.

23 Bibliografia Murray R.K., Granner D.K., Mayes P.A. and Rodwell V.W.: Harper's Biochemistry. 26th. Ed.. Prentice-Hall International Inc. London Berg J.M., Tymoczko J.L. and Stryer L.: Biochemistry. 5th. Ed.. International Edition. W.H. Freeman and Company. New York