2ª e 3ª etapas da Respiração Celular

CICLO DE KREBS

Continuou os trabalhos Carl y Gerty Cori sobre a hidrólise do glicogênio e a conseqüente geração de ácido láctico. Usando músculo peitoral de pombo, integrou os elementos reconhecidos do processo num único esquema coerente conhecido como ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs. Esta descoberta lhe rendeu o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina em 1953.

1ª parte: CONVERSÃO DO PIRUVATO À ACETIL CoA

(ELO DE LIGAÇÃO DA GLICÓLISE AO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO)

C

C

O-O

CH3

O CSO CoA

CH3+

CO2

CoA-SHNAD+

TPP, lipoato,FAD

NADH

E1 + E2 + E3

PIRUVATO ACETIL CoA

HS CH2 CH2 N

H

C

O

C C N C

H

C

O

C

H

CH2

OH

O

CH3

P

CH3 O-

O

O

P

O

O-

CH2 O

HH

O

H

P

OH

O-O

O-

H

N

N

N

N

NH2

Coenzima A

Características do COMPLEXO DA PIRUVATO DESIDROGENASE

Complexo multienzimático (agregado de 3 enzimas);

Localizado na mitocôndria dos eucariotos e no citossol dos procariotos;

Canalização de substratos;

Cofatores: TPP, FAD, Coenzima A, NAD+, lipoato;

Vitaminas essenciais no processo: tiamina (no TPP), riboflavina (no FAD) , niacina (no NAD+), pantotenato (na CoA);

Cinco reações consecutivas de descarboxilação e desidrogenação do piruvato até Acetil-CoA.

COMPLEXO PIRUVATO-DESIDROGENASE

2ª parte: CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO propriamente dito

Sinônimos: ciclo de Krebs, ciclo dos ácidos tricarboxílicos

Ocorre na mitocôndria dos eucariotos e no citossol dos procariotos;

Sequência cíclica de oito passos;

Em cada volta entra um grupo acetil-CoA e saem duas moléculas de CO2.

Na verdade, os carbonos que entram pelo Acetil-CoA não são os mesmos liberados na forma de gás carbônico na mesma volta. São necessárias algumas voltas adicionais para que isto ocorra.

CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO

Não há conversão líquida de acetato a oxaloacetato.

Acetil-CoA

1CH3 CO

S CoA +C CH2C

O-

OC

O-

O

O

Oxaloacetato

H2O

CoA-

SH CH2

C

CO

O-

CH2

CHOO

O-

CO

O-

Citrato

H2C

C

COO-

C

COO-

COO-

H

Cis-aconitato

H2O

3

acon

itase

Citrato sintase

H2C

C

COO-

C

COO-

COO-

H

H

HO

Isocitrato

H2O

acon

itase

CH2

CH2

COO-

C COO-

O

NAD +

NADH + H +-Cetoglutarato

isocit

rato

desid

roge

nase

CoA-

SH

NAD

+

NAD

H

CO2+

CH2

CH2

CO

O-

C S

O

CoA

Succinil-CoAcomplexo

-cetoglutaratodesidrogenase

GDP+Pi

GTP

CoA-SH

CH2

CH2

CO

O-

C O-

OSuccinato

succ

inil-

CoA

sint

etas

e

-OOC C

H

C

H

COO-

FAD

FADH2

Fumarato 2

2

4

5

6

-OOC C C COO-H

H

OH

H

-OOC C C COO-

O H

H

NAD+

NADH

H2O

Malato

Oxaloacetato

mal

ato

desi

drog

enas

e

fumarase

CO2+

A energia liberada pela oxidação é conservada na forma de coenzimas reduzidas: 3NADH e 1FADH2.

Quando se tratam de processos metabólicos, interessa ao organismo um grande número de passos para que a liberação de energia se dê gradualmente.

Com a oxidação direta de toda a molécula, a energia produzida seria muito grande, causando danos à célula e/ou prejudicando o aproveitamento eficaz da energia liberada.

Deficiência genética

Mutação dos genes das subunidades da piruvato desidrogenase

Deficiência de tiamina (vit. B1)

Tiamina pirofosfato é o grupamento prostético da piruvato desidrogenase, a ceto-glutarato desidrogenase e transcetolase.

BERIBÉRI: perda parcial das funções neurais (problemas de memória, desorientação e coma), níveis de piruvato no sangue

Bebidas alcoólicas (calorias vazias), dieta pobre ou mal absorção.

*arroz branco

ETAPAS REGULATÓRIAS piruvato desidrogenase: inibida por ATP, NADH, acetil-

CoA etc. citrato sintase: inibida por ATP, NADH, citrato etc. isocitrato desidrogenase: ATP etc. α-cetoglutarato desidrogenase: NADH, succinil-CoA etc.

VIA DO GLIOXALATO Vegetais, certos invertebrados, E. coli e outros; Variação do ciclo do Ácido Cítrico; Síntese líquida da glicose a partir de lipídeos (succinato

entra no ciclo de novo);

4 Reações anapleróticas

VIA ANFIBÓLICA

Os principais desvios são:

-Utilização do citrato na síntese de ácidos graxos e esteróis;

-Desvio do alfa-cetoglutarato para formação de aminoácidos ou bases nitrogenadas;

-Utilização do succinil-coA na síntese de porfirinas;

-Formação de pirimidinas a partir de oxaloacetato via aspartato e asparagina;

-Neoglicogênese e síntese de aminoácidos a partir do oxaloacetato via piruvato.

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

A fosforilação oxidativa é o processo pelo qual se forma ATP quando se transferem elétrons do NADH ou do FADH2 para o O2

(redução a H2O), por uma série de transportadores de elétrons.

NADH FADH2

NAD+ FAD

e-

O2

H20

Mitocôndria (organelas de forma oval com cerca de 2µm de comprimento e 0,5 µm de largura).membrana externa porina permeabilidade;membrana interna impermeável a quase todos os íons e moléculas polares;matriz enzimas do ciclo do ácido cítrico, da β-oxidação e da oxidação dos aminoácidos.

CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS

Experimentos com detergentes sobre a Membrana Mitocondrial Interna (MMI) demostraram que:

os transportadores de elétrons (com exceção da ubiquinona e do citocromo c), estão organizados em 4 grandes complexos protéicos.

Complexo I - NADH-Q redutase

Complexo II – Succinato-Q redutase;

Complexo III – Citocromo redutase;

Complexo IV – Citocromo oxidase.

O fluxo de elétrons pelos complexos I, III e IV, leva ao bombeamento de 4, 2 e 4 prótons através da membrana, respectivamente. O complexo II, ao contrário dos outros complexos, não bombeia prótons.

Forma-se então um gradiente ácido e positivo no espaço intermembranas da mitocôndria.

Complexo 1NADH Ubiquinona;Os Prótons que acompanham os elétrons são lançadospara o espaço intermembranas.* Neuropatia óptica hereditária de Leber.

Complexo 2participa a enzima do ciclo do ácido cítrico, produzindoFADH2;

Succinato Ubiquinona;

Complexo 3

Ubiquinona Citocromo c;

Os Prótons que acompanham os elétrons são lançados para o espaço intermembranas.

Complexo 4Redução do O2;

Bombeamento de prótons para o espaço intermembranas à medida que os elétrons são transferidos para o Oxigênio.Redução parcial leva a produtos perigosos.

Cadeia Transportadora de Elétrons

H+ +

ATP SINTASE

Sinônimos: ATPase, ou F1F0ATPase

Enzima de estrutura muito complexa, formada por 16 subunidades polipeptídicas distribuídas em 2 frações funcionais: Fo e F1.

A fração F1 é semelhante a uma maçaneta cujo cabo seria a fração F0. Está ligada à membrana mitocondrial interna, sempre voltada para o lado da matriz. Tem atividade de síntese de ATP, mas para isso precisa estar ligada à F0.

A fração F0 atua como canal e prótons através da MMI. O o é a letra inicial de OLIGOMICINA, um potente inibidor desta enzima.

Hipótese Quimiosmótica

H+ +

H+

H+

HIPÓTESE QUIMIOSMÓTICA

Descrita em 1961 por Peter Mitchell;

Amplamente aceita.

Condições para ocorrer a fosforilação: um bombeamento de prótons pela cadeia respiratória e uma MMI impermeável a prótons e íntegra.

1- A cadeia respiratória, ao transportar os elétrons, bombeia prótons da matriz para o citossol;

2- A MMI, por ser impermeável a prótons, impede o retorno destes à matriz;

3- Cria-se um gradiente duplo (de pH e eletrostático) através da MMI, que gera uma situação de alta instabilidade e, como conseqüência, uma força que atrai os prótons de volta;

4- Esta força, chamada FORÇA PRÓTON-MOTRIZ, dirige o fluxo de prótons à matriz mitocondrial através dos canais de prótons da enzima ATPase;

5- A passagem dos prótons pela ATPase determina a síntese de ATP.

BALANÇO FINAL DA RESPIRAÇÃO CELULAR

Oxidação total de uma molécula de glicose.

Piruvato Acetil Coa Ciclo do Ácido Cítrico

2NADH 2 GTP

6 NADH

2 FADH2

GLICOSE PIRUVATO

2ATP2NADH

LANÇADEIRAS

LANÇADEIRAS:

a) Lançadeira glicerol-fosfato

Transporta os elétrons do NADH (com a ajuda do glicerol-fosfato)

e os tranfere ao FADH dentro da mitocôndria, formando FADH2.

b) Lançadeira de malato-aspartato

Transporta os elétrons do NADH (com a ajuda do malato) e os

tranfere a outro NAD+ dentro da mitocôndria, formando NADH.

Considerando-se NADH (2,5 ATP); FADH2 (1,5 ATP); GTP (1 ATP)

TOTAL= (8 x 2,5) + (4 x 1,5) + (2 x 1) + 2 = 30 ATPs

Piruvato Acetil Coa Ciclo do Ácido Cítrico

2NADH 2 GTP

6 NADH

2 FADH2

GLICOSE PIRUVATO

2ATP2NADH

LANÇADEIRAS

BALANÇO FINAL DA RESPIRAÇÃO CELULAR

Oxidação total de uma molécula de glicose.

INIBIDORES DO TRANSPORTE DE ELÉTRONS

a) Inibição da transferência de elétrons:

amital, rotenona (Complexo I)

cianeto, CO, azida (Complexo IV)

b) Inibição da ATP sintase:

oligomicina.

c) Desacoplamento da fosforilação da transferência de elétrons

valinomicina, termogenina*

TECIDO ADIPOSO MARROM (Gordura marrom)

Presente no dorso do pescoço de recém-nascidos (inclusive humanos) e nos mamíferos hibernantes.

A oxidação de combustíveis não funciona para produzir ATP, mas sim para gerar calor.

Proteína desacopladora (termogenina)

Alta [ ] mitocôndrias alta [ ] citocromos alta [ ] heme marrom.