Bioquímica para Enfermagem Prof. Dr. Didier Salmon MSc. Daniel Lima

Apresentação em tema: "Bioquímica para Enfermagem Prof. Dr. Didier Salmon MSc. Daniel Lima"— Transcrição da apresentação:

1 Bioquímica para Enfermagem Prof. Dr. Didier Salmon MSc. Daniel Lima
Ciclo de Krebs Bioquímica para Enfermagem Prof. Dr. Didier Salmon MSc. Daniel Lima

2 Vias Lineares Glicólise e Gliconeogênese GLICOSE PIRUVATO

3 Via Circular Ciclo do Ácido Cítrico ou Ciclo de Krebs
Representa o estágio final da oxidação de fontes de energia metabólica (carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos) Rota central de recuperação de energia a partir de vários combustiveis metabólicos

4 Respirômetro de Warburg
Coloca o substrato Papel de filtro com KOH Tecido Meio de cultura Fluido com cor KOH + CO KHCO3 Era usado para medir a produção de CO2. Permitia determinar a estequiometria das reações. Células Produzem CO2 Formação de Bicarbonato ↓ Pressão no frasco ↑ Líquido na coluna Pressão CO2

5 Destino do Piruvato na Presença de O2
A: Piruvato (C3) + 3O CO2 + 3H2O Szent – Györg (1930) testa ácidos C4 B: Piruvato (C3) + ácidos dicarboxílicos (C4) + nO nCO2 + nH2O 5 10 15 20 30 40 50 oxaloacetato succinato malato fumarato piruvato + tempo CO 2

6 Hans Krebs 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 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.

7 Hans Krebs 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 Em 1936, Carl Martius e Franz Knoop demonstraram que o citrato pode ser formado de modo não-enzimático a partir do oxaloacetato e do piruvato

8 Oxaloacetato (C4) + ???(C2) Citrato(C6)
Hans Krebs Krebs também observou que a formação de citrato (C6) ocorria rapidamente após a adição de oxaloacetato (C4) em diversos tecidos. Oxaloacetato (C4) + ???(C2) Citrato(C6) Composto vindo 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”.

9 Krebs então postula que:
“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 e 6 carbonos), bem como a capacidade que esses ácidos possuem de se oxidar nos tecidos que oxidam carboidratos.”

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11 Ciclo do Ácido Cítrico Mitocôndria Membranas interna e externa
Matriz Mitocondrial Todas as vias vistas anteriormente eram citosólicas, o ciclo de Krebs acontece dentro da mitocôndria, numa região conhecida como matriz mitocondrial.

12 ???(C2) Os experimentos de Fritz Lipmann
Lipmann demonstra que o consumo de O2 é aumentado na presença de ácido pantotênico quando se fornece glicose-fosfato para leveduras Testou outras vitaminas que não surtiram o mesmo efeito.

13 ???(C2) 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).

14 Coenzima A Ubíqua nos tecidos
Síntese de citrato aumenta na presença de CoA Acetil-CoA é o composto de 2 carbonos

15 O Complexo Piruvato Desidrogenase
Como é formada Acetil-CoA a partir do piruvato: complexo da piruvato desidrogenase This complex links the glycolysis metabolic pathway to the citric acid cycle Complexo multienzimático: grupos de enzimas associadas de modo não-covalente que catalisam duas ou mais reações seqüencias em uma rota metabólica Aumento a velocidade das reações, canalização dos intermediários minimizando as reações secundárias, controle coordenado das reações catalisadas

16 O Complexo Piruvato Desidrogenase
Três tipos de enzimas em cópias múltiplas: E1, E2, E3 Ex: piruvato desidrogenase de E. coli contém 60 subunidades proteicas 24 E1, 24 E2, 13 E3 Grande o suficiente para ser visto em microscopia eletrônica

17 O Complexo Piruvato Desidrogenase
Descarboxilação Oxidativa

18 Cinco coenzimas, Quatro vitaminas
Cinco coenzimas (Grupos prostéticos) participam da reação TPP (tiamina) FAD (riboflavina) NAD (niacina) CoA-SH (pantotenato) Lipoato Thiamine pyrophosphate (TPP or ThPP), or thiamine diphosphate (ThDP), is a thiamine (vitamin B1) derivative which is produced by the enzyme thiamine pyrophosphatase. Thiamine pyrophosphate is a cofactor that is present in all living systems, in which it catalyzes several biochemical reactions. It was first discovered as an essential nutrient (vitamin) in humans through its link with the peripheral nervous system disease Beriberi, which results from a deficiency of thiamine in the diet.[1] TPP works as a coenzyme in many enzymatic reactions, such as: Pyruvate dehydrogenase complex[2] Pyruvate decarboxylase in ethanol fermentation Alpha-ketoglutarate dehydrogenase complex Branched-chain amino acid dehydrogenase complex 2-hydroxyphytanoyl-CoA lyase Transketolase Tiamina (Vitamina B1)

19 Cinco coenzimas, Quatro vitaminas
Cinco coenzimas (Grupos prostéticos) participam da reação TPP (tiamina) FAD (riboflavina) NAD (niacina) CoA-SH (pantotenato) Lipoato FAD: mononucleotídeo de flavina (FMN) ligado a um nucleotídeo de adenina. Assim como o NAD, funciona como um aceptor/doador de elétrons importantes, entretanto, podem aceitar um ou dois elétrons. Participam de uma diversidade maior de reações. Riboflavina (Vitamina B2)

20 Cinco coenzimas, Quatro vitaminas
Cinco coenzimas (Grupos prostéticos) participam da reação TPP (tiamina) FAD (riboflavina) NAD (niacina) CoA-SH (pantotenato) Lipoato Estrutura: dois nucleotídeos ligados, um tem adenina como base, o outro tem nicotinamida Os elétrons podem entrar em duas posições na nicotinamida: na frente (A) ou atrás (B). Aceitam dois elétrons NADH detectado em 340nm, NAD não. Detecção de balanço redox celular Niacina (Vitamina B3)

21 Cinco coenzimas, Quatro vitaminas
Cinco coenzimas (Grupos prostéticos) participam da reação TPP (tiamina) FAD (riboflavina) NAD (niacina) CoA-SH (pantotenato) Lipoato Pantotenato, vitamina B5

22 Cinco coenzimas, Quatro vitaminas
Cinco coenzimas (Grupos prostéticos) participam da reação TPP (tiamina) FAD (riboflavina) NAD (niacina) CoA-SH (pantotenato) Lipoato Ácido Lipoico, derivado do ácido octanoico

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24 Beriberi – Deficiência de B1
Doença que estava no ED1 Thiamine has a half-life of 18 days and is quickly exhausted, particularly when metabolic demands exceed intake. Thiamine is involved in a variety of glucose metabolism-related and neurological functions. After modification in the body to a diphosphate form, thiamine is involved in a vast array of functions: Carbohydrate metabolism[2] Production of the neurotransmitters glutamic acid and GABA, through the TCA cycle[2] Lipid metabolism, necessary for myelin production[2] Amino acid metabolism[2] Neuromodulation.[3] Neurons are very sensitive to ionic and metabolic changes produced in their immediate environment, which initially affect metabolism, electrical activity and performance, but then can lead to cell death.[citation needed]

25 Ciclo de Reações da PD Hidroxietil-TPP
Piruvato Desidrogenase (E1) Diidrolipoil Transacetilase (E2) Diidrolipoil Desidrogenase (E3)

26 Lipoamido = ácido lipóico ligado a um resíduo lisina
Piruvato Desidrogenase (E1) Diidrolipoil Transacetilase (E2) Diidrolipoil Desidrogenase (E3)

27 Hidroxietil-TPP Acetil- diidrolipoamido Transesterificação e produção da AcetilCoA Oxidação da hidroxietil a acetila na redução do dissulfeto do lipoamida Piruvato Desidrogenase (E1) Diidrolipoil Transacetilase (E2) Diidrolipoil Desidrogenase (E3)

28 Hidroxietil-TPP diiidrolipoamido Piruvato Desidrogenase (E1) Diidrolipoil Transacetilase (E2) Diidrolipoil Desidrogenase (E3)

29 Hidroxietil-TPP Regeneração do lipoamido Piruvato Desidrogenase (E1) Diidrolipoil Transacetilase (E2) Diidrolipoil Desidrogenase (E3)

30 Arsênico O complexo piruvato desidrogenase pode ser inibido pela reação do grupo lipoamido com compostos que contêm arsênico

31 E1= piruvato desidrogenase Piruvato + TPP Hidroxietil-TPP + CO2
E2= dihidrolipoil transacetilase Hidroxietil-TPP + lipoil-lisina oxidada TPP + Acetil tioester da lipoil-lisina reduzida Acetil tioester da lipoil-lisina reduzida + CoA Acetil-CoA + lipoil lisina reduzida E2= dihidrolipoil transacetilase Resumo das reações catalisadas pelo complexo da Piruvato Desidrogenase E3= dihidrolipoil desidrogenase: restauração do complexo PDH ao seu estado inicial (regeneração da lipoamida oxidada e produção de FADH2 e redução do FADH2 pelo NAD produzindo NADH )

32 Regulação do Complexo Piruvato Desidrogenase
Inibida quando [ATP/ADP], [NADH/NAD+] e [acetilCoA/CoA] Balanço energético positivo Inibida por ácido graxos de cadeia longa (modificação alostérica) Por modificação covalente de E1 (mamíferos): piruvato desidrogenase cinase fosforila E1 inativa o PDC (ATP é um ativador alostérico desta cinase) piruvato desidrogenase fosfatase: reativa o PDC

33 A insulina reverte essa inativação ativando a PD fosfatase promovendo
a síntese de acetil-CoA

34 As Reações do Ciclo de Krebs
Matriz Mitocondrial

35 1) Citrato Sintase Sintase: reação de condensação sem nucleosídeo trifosfato (ATP, GTP...) ou outra origem de energia

36 1) Citrato Sintase Exemplo de reação cinética sequencial ordenada Oxaloacetato (em amarelo) é o primeiro substrato a se ligar, e promove uma mudança conformacional, criando um sítio de ligação para o segundo substrato, o Acetil-CoA (em vermelho um análogo da Acetil-CoA) = reação cinética seqüencial ordenada

37 1) Citrato Sintase Importância da ligação tioéster

38 2) Aconitase Isomerização de citrato a isocitrato via cis-aconitato
Aconitase contêm um grupo ferro-enxofre 4Fe-4S Isomerização estereo-específica

39 3) Isocitrato Desidrogenase
Ocorre a primeira descarboxilação oxidativa com liberação com conservação de energia na forma de NADH O CO2 eliminado vem do OAA não do acetil-CoA

40 4) a-Cetoglutarato Desidrogenase
Perda do grupo carboxila na forma de CO2 e Energia de oxidação conservada na ligação tioéster

41 5) Succinil-CoA Sintetase
Energia livre de hidrólise da ligação tioéster do succinil-CoA forte e negativa (-36 kJ/mol) Sintetase: reação de condensação com uso de nucleosídeos trifosfato

42 5) Succinil-CoA Sintetase
Fosforilação a nível do substrato, como na glicólise.

43 6) Succinato Desidrogenase
Catalisa a desidrogenação estereoespecífica do succinato em fumarato Única enzima do ciclo que não se encontra solúvel na matriz Malonato = inibidor competitivo

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45 7) Fumarase Hidratação do fumarato a malato

46 8) Malato Desidrogenase
Regeneração do Oxaloacetato Regeneração do Oxaloacetato

47 Saldo Final 3 NADH 1 FADH2 1 GTP ou ATP
GTP possui o mesmo nível energético que o ATP

48 Componentes do TCA são importantes intermediários anabólicos
Reações anapleróticas repõem os intermediários

49 O catabolismo de proteínas gera diversos intermediários do TCA

50 Regulação do Ciclo de Krebs
No músculo cardiáco o flúxo de metabólitos no TCA é proporcional a taxa de consumo de oxigênio : 3 níveis de regulação: Disponibilidade de Substrao Inibição por acumulo de Produto -Inibição competitiva retroativa pelos intermediários Piruvato carboxilase Cálcio ativa piruvato desidrogenase fosfatase = ativa a PD; ativa a isocitrato e alfa cetoglutarato desidrogenase Velocidades da glicólise e do CK são reguladas de maneira integrada (NADH, ATP, Citrato) Diabetes e formação dos corpos cetónicos...