Resumo de Ciclo de Krebs
A glicose, outros açúcares e ácidos graxos, precisam ser degradados em Acetil CoA, a entrada deste grupo no ciclo de Krebs é a maior forma de recepção de combustível. O ciclo de Krebs acontece na matriz mitocondrial. O aceptor final dos elétrons liberados nas reações de oxidação do ciclo é o O2, o qual é reduzido à H2O. Esta é um importante produto na oxidação de qualquer combustível, assim como o ATP e o CO2. Metabolismo do piruvato: O piruvato pode ser reduzido à lactato, essa reação é reversível e ocorre com maior intensidade em uma célula muscular em atividade intensa, ou numa hemácia. No entanto, a reação de lactato gerando piruvato só ocorre no fígado (gliconeogênese ). Outro destino do piruvato(3C) é receber um grupamento amino (reação de transaminação), gerando alanina. O piruvato também pode receber mais um carbono na forma de CO2, numa reação de carboxilação (enzima piruvato carboxilase), formando o oxaloacetato(4C), o qual é um intermediário do ciclo de Krebs(esse processo consome ATP). O destino do piruvato em questão é a sua descarboxilação. O piruvato é oxidado em acetil CoA e CO2: essa reação é um processo irreversível e é chamada de descarboxilação oxidativa. Ela é catalisada pelo complexo piruvato desidrogenase, e tem participação de uma coenzima( CoA). Nessa reação uma carboxila é liberada do piruvato em forma de CO2, e resta um grupo acetil do acetil CoA; é formado também um NADH( redução de NAD), o qual, doa um íon hidreto(H-) para o oxigênio na cadeia respiratória, normalmente, gerando energia em forma de ATP. O acetil CoA que entra no ciclo também pode ser originado de aminoácidos e de ácidos graxos, esses aa’s também podem ser convertidos intermediários de ciclo. Esse processo possui uma descarboxilação e uma oxidação; o piruvato perde elétron, e o NAD é o aceptor desse elétron. O complexo piruvato desidrogenase requer cinco coenzimas: FAD, NAD, CoA, lipoato e tiamina pirofosfao(TPP). A enzima 1 (piruvato desidrogenase)tem como coenzima, a TPP, que é derivada da vit B1(tiamina). Esta E1 tem um papel importante na descarboxilação do piruvato. A E2 tem como coenzima, o lipoato (ou ac. Lipóico) e a CoA, as vitaminas que as originam são, respectivamente, o lipoato e o pantotenato. Essa enzima atua como carreador de acil. Já a E3, tem como coenzimas, FAD e NAD, que são derivados, respectivamente, das vitaminas riboflavina e niacina. Sua função é transportar elétrons. Além dessas três enzimas do complexo PDH, existem duas enzimas importantes, a PDH kinase, que fosforila e regula o complexo PDH, e a PDH fosfatase, que defosforila as enzimas do complexo. Todas essas vitaminas são ingeridas através na nutrição.
O complexo piruvato desidrogenase consiste 3 enzimas diferentes: a piruvato desidrogenase(E1), a dihidrolipoil transacetilase (E2) e a dihidrolipoil desidrogenase (E3); cada uma delas possui três moléculas de lipoato ligada covalentemente.
Regulação da piruvato desidrogenase: - regulação alostérica: a enzima pode ser modulada pelo ATP, pelo acetil CoA e pelo NAD reduzido (NADH), ambos inibem sua atividade (somente quando em alta concentração). Esta inibição seria o tipo de inibição pelo acúmulo do produto. Quando se aumenta os níveis de ATP, aumenta-se também os níveis de acetil CoA e de NADH, portanto, os 3 moduladores inibiram a formação de acetil CoA e NADH. O acúmulo de ATP é um sinal de que a célula está num balanço energético positivo, NADH e acetil CoA elevados, também são sinalizadores de um balanço energético positivo, ou seja, a célula está produzindo mais energia do que gastando. OBS: as atividades anaeróbicas consomem menos gordura do que as aeróbicas, porque a atividade anaeróbica só usa como combustível a glicose, a qual pode ser fermentada; já a atividade aeróbica, queima mais ácido graxo e aa’s. Isso acontece porque o acumulo de ác. Graxo é quebrado em moléculas de acetil CoA, esse acetil CoA inibe a PDH, inibindo a conversão de piruvato em acetil CoA, isso vai aumentar a concentração de piruvato na célula. Neste caso, por exemplo, a célula muscular vai preferir usar ác. graxo como combustível, ao invés de glicose. - regulação hormonal: as enzimas PDH fosfatase e PDH kinase, regulam o nível de fosforilação da enzima. Quando ela está defosforilada, está ativa, e quando fosforilada, está inativa. Portanto, qualquer hormônio que aumente a fosforilação da enzima, irá inativá-la, e vice-versa. Moduladores da PDH k: acetil CoA, ATP, NADH e glugacon, ambos estimulam a PDH k, fosforilando e inativando a PDH e, portanto, inibindo a utilização da glicose como combustível (há maior produção de glicose). No caso do glucagon, ele só estimula a PDH k ns células que possuem receptores pra ele. Moduladores da PDH f: insulina e Ca, ambos estimulam a defosforilação da PDH, ativando-a. A insulina ativa, indiretamente, a produção de acetil CoA, a partir de piruvato, para reduzir a glicemia, porque essa reação consome mais glicose. Nessa situação de hiperglicemia, os hepatócitos e os adipócitos transformam glicose em acetil CoA e, posteriormente, em ácidos graxos.
Os intermediários permanecem ligados à superfície das enzimas:
Reações do ciclo de Krebs: a oxidação do acetil CoA ocorre da seguinte forma: primeiro o grupo acetil da coenzima é transferido para um composto com 4 carbonos, chamada de oxaloacetato(4C), formando o citrato (6C), o qual é convertido em isocitrato (6C), este é desidrogenado, liberando CO2 e formando o α-cetoglutarato (ou oxoglutarato). Este último, é convertido, enzimaticamente, em succinato, que sofre uma reação de três etapas seguidas, dando origem ao oxaloacetato, o qual reage com uma molécula de acetil CoA, fechando o ciclo do acido cítrico. A cada volta do ciclo, entra uma molécula de acetil CoA e são liberadas duas moléculas de CO2; e cada molécula de oxaloacetato é regenerada, e nunca é eliminada do ciclo. Quatro dos oito passos desse processo são oxidações, e a energia liberada nelas é conservada na formação das coenzimas reduzidas NADH e FADH2.
Os oito passos do Ciclo de Krebs: 1. Formação do citrato: a 1ª reação do ciclo é a condensação o acetil CoA com o oxaloacetato para formar o citrato, catalisada ela enzima citrato sintase. A hidrolise do tiéster intermediário de alta energia torna a reação altamente exergônica. A CoA liberada é reciclada, podendo participar de outras reações, inclusive na descarboxilação oxidativa de outra molécula de piruvato pelo complexo da PDH, para formar mais acetil CoA. 2. Formação do isocitrato via cis-aconitato: a enzima aconitase catalisa a transformação reversível do citrato em isocitrato, por meio da formação intermediária do cis-aconitato. A aconitase pode promover a adição reversível de água na dupla ligação do cis-aconitato ligado no sitio catalítico da enzima por dois caminhos, um levando a citrato e outro a isocitrato. É uma reação de desidratação seguida de uma hidratação; isso ocorre para mudar a hidroxila de posição. 3. Oxidação do isocitrato à α-cetoglutarato e CO2: a enzima isocitrato desidrogenase catalisa a descarboxilação oxidativa do isocitrato para formar α-cetoglutarato. Essa reação gera NADH. 4. Oxidação do α-cetoglutarato à succinil-CoA e CO2: nesse passo ocorre outra descarboxilação oxidativa, onde o α-cetoglutarato é convertido em succinil-CoA e CO2, pela ação do complexo desidrogenase do αcetoglutarato. O NAD+ serve como receptor de e-( e forma NADH), e o CoA, como carreador do grupo succinil. A energia de oxidação é conservada pela formação de uma ligação tiéster do succinil-CoA. O complexo da αcetoglutarato desidrogenase assemelha-se em estrutura e função com o complexo piruvato desidrogenase. 5. Conversão do succinil-CoA em succinato: nesse passo ocorre a única reação do ciclo que gera energia (ATP/GTP). A enzima que catalisa a reação
reversível de formação do succinato é a succinil-CoA sintetase. Esta reação conservadora de energia envolve um passo intermediário, no qual a molécula da enzima é fosforilada em um resíduo de histidina especifico. Este grupo fosfato é transferido para o ADP (ou GDP) com a formação de ATP (ou GTP). Essa síntese de ATP ou GTP é outro exemplo de fosforilação em nível de substrato, assim como a síntese de ATP acoplada às reações na glicólise catalisadas pelas enzimas gliceraldeído-3-P e piruvato kinase. 6. Oxidação do succinato a fumarato: a flavoproteina succinato desidrogenase oxida o succinato a fumarato. Produto: fumarato e FADH2. Os elétrons retirados do succinato passam por meio do FAD antes de entrar na cadeia transportadora de elétrons na membrana mitocondrial interna. O fluxo de e- do succinato até o O2 (aceptor final de e-) por meio desses transportadores, está acoplado à síntese de 1,5 moléculas de ATP por par de elétrons. O malonato, um análogo do succinato, é um potente inibidor competitivo da succinato desidrogenasee, portanto, um bloqueador do ciclo de Krebs. 7. Hidratação do fumarato para produzir malato: a hidratação reversível do fumarato em L-malato é catalisada pela fumarase (fumarato hidratase). 8. Oxidação do malato a oxaloacetato: nessa última reação do ciclo, a Lmalato desidrogenase, ligada ao NAD, catalisa a oxidação do L-malato em oxaloacetato. Produto: oxaloacetato e NADH. Esse oxaloacetato gerado, entra no ciclo denovo. - Para cada molécula de acetil-CoA são gerados 3NADH, 2CO2, 1FADH2 e 1ATP. E para cada molécula de glicose são geradas 2 de aceil-CoA. Regulação alostérica do ciclo de Krebs: como foi dito anteriormente, o piruvato sofre descarboxilação sob ação do complexo PDH; o ATP, acetil-CoA, NADH e ácidos graxos, inibem a atividade dessa enzima; já o AMP, CoA,NAD+ e Ca+2, são estimuladores da enzima. As enzimas que catalisam as primeiras reações do ciclo são as que sofrem regulação, a citrato sintase, a isocitrato desidrogenase e a α-cetoglutarato desidrogenase. Os inibidores da primeira enzima são, NADH, succinil-CoA (quando acumulado), citrato e ATP. O estimulador da mesma é somente o ADP. Na segunda enzima, o ATP inibe e o ADP e o Ca+2 estimulam; esse Ca pode vir do processo de contração nas céls. musculares. Na terceira enzima, os inibidores são succinil CoA e NADH, e o Ca a estimula. OBS: à medida que o NADH e FADH2 vão sendo reoxidados vai havendo síntese de ATP. E quando o nível de ATP começa a subir, a reoxidação do NADH e FADH2 começa a frear, e eles ficam sobrando. O α-cetoglutarato precisa de NAD+ para gerar succinil-CoA, portanto, se tem muito NADH é pq tem pouco NAD+ e a conversão em succinil CoA não ocorre. Porém, se o succinil-CoA acumular, ele inibe a atividade da α-ctgdh e, da mesma forma, a citrato sintase.
Ou seja, se o ciclo estiver sendo freado, alguns intermediários do ciclo (succinilCoA e citrato) tem capacidade de inibir algumas enzimas. Isso ocorre porque o ATP já está em alta, e ciclo não precisa ocorrer. O ciclo de Krebs pode ser considerado uma VIA ANFIBÓLICA. Isso significa que é uma via metabólica que pode ocorrer tanto síntese quanto degradação. Por exemplo, nele acontece a degradação do acetil-CoA, porém, os intermediários do ciclo podem servir como percursores para a síntese de outras moléculas. Intermediários da glicólise e do ciclo de Krebs como percursores metabólicos: no ciclo de Krebs, o citrato pode servir para a síntese de colesterol e de ác. Graxos; o α-cetoglutarato pode servir para gerar alguns aa’s e nucleotídeos purínicos; succinil-CoA pode gerar o grupamento heme; e o oxaloacetato pde ser precursor de nucleotídeos purínicos, alguns aa’s e, o mais importante, a glicose. Reações anapleróticas: são reações que têm o objetivo de gerar intermediários do ciclo, já que alguns deles podem sair do ciclo. O piruvato pode ser convertido diretamente em acetil-CoA, em malato e em oxaloacetato. Mas existem outras formas de gerar intermediários do ciclo, que não a partir de piruvato, por exemplo: o fosfoenolpiruvato pode ser convertido em oxaloacetato, dependendo do tipo de organismo. Normalmente os intermediários do ciclo entram nele através das reações com o oxaloacetato; também pelo malato, mas principalmente pelo oxaloacetato. OBS: a conversão do fosfoenolpiruvato em oxaloacetato é reversível, isso é de extrema importância para a geração de glicose. Os aa’s e o lactato são importantes precursores de glicose e vice-versa, mas glicose pode se converter a ác. graxo e ác. graxo não pode ser convertido em glicose. Não existe produção de oxaloacetato a partir de acetil-CoA. Síntese de glicose a partir de ácidos graxos: envolvimento dos ciclos de Krebs e do CICLO DO GLIOXILATO: os vertebrados não conseguem converter ácidos graxos em carboidratos. Mas em muitos organismos não vertebrados, o ciclo do glioxilato serve como um mecanismo para converter acetato em carboidrato. Por exemplo, nas sementes de plantas, encontra-se um conteúdo considerável de gordura, na forma de triacilglicerol, que ficam em corpos lipídicos (“gotas” de gordura). O triacilglicerol se quebra em ác. graxo, este entra no glioxisoma e se converte em acetil-CoA, este se condensa com o oxaloacetato e realiza o ciclo do glioxilato. Neste ciclo, o isocitrato formado gera 2 moléculas, o glioxilato e o succinato, através da enzima isocitrato liase; o succinato vai para dentro da mitocôndria e é oxidado no ciclo de Krebs, e o glioxilato se condensa com o acetil-CoA gerando malato, que vai gerar oxaloacetato. Depois de entrar no ciclo na mitocôndria, o succinato vai gerar
malato, esse malato sai para o citosol, vira oxaloacetato, este vai gerar glicose, por gliconeogênese, a qual vai gerar dissacarídeos.