Arlindo Ugulino Netto – BIOQUÍMICA II – MEDICINA P2 – 2008.1

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FAMENE NETTO, Arlindo Ugulino. BIOQUÍMICA

CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO – CICLO DE KREBS

(Profª. Maria Auxiliadora)

O piruvato é uma molécula comum ao metabolismo de carboidratos, lipídios e proteínas. Ele tem vários caminhos: se for anaeróbico, forma lactato; se o metabolismo for aeróbico, forma acetil coenzima A, que dá continuidade ao ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs. Este ciclo acontece na matriz mitocondrial. CONSIDERAÇÕES GERAIS FUNÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO

� Gerar equivalentes redutores (NADH e FADH2) que serão utilizados pelas células para síntese de ATP na cadeia respiratória.

� É uma via anfibólica (serve tanto a processos catabólicos quanto anabólicos), em que os intermediários do ciclo tanto servem para processos catabólicos quanto para anabólicos.

� Produz a maior parte do CO2 (2 moléculas) formado nos tecidos humanos; � Transfere o excesso de energia e intermediários para a síntese de ácidos graxos; � Fornece precursores para a síntese de aminoácidos, proteínas e ácidos nucléicos (oxaloacetato e o α-

cetoglutarato). � Fornece uma molécula de GTP, que corresponde a uma de ATP.

FONTES E DESTINOS DA ACETIL CoA

� Completa oxidação do grupamento acetil no ciclo dos ácidos tricarboxílicos para geração de energia caso o organismo necessite.

� No fígado, conversão de acetil CoA em corpos cetônicos (acetoacetato e b-hidroxibutirato).

� Transferência das unidades acetil para o citosol para a biossíntese de esteróides, e ácidos graxos.

FORMAÇÃO DE ACETIL CoA A PARTIR DO PIRUVATO

OBS1: Complexo da piruvato desidrogenase: Enzima localizada na matriz mitocondrial presente em altas concentrações no músculo cardíaco e rim. Realiza uma reação irreversível (alto valor negativo do delta Go) e representa a principal razão pela qual a acetilCoA formado pela degradação dos ácidos graxos não seja convertida em piruvato.

� E1: Piruvato desidrogenase Tiamino Pirofosfato (TTP) � E2: Diidrolipoil Transcetilase (Ácido lipóico, CoA) � E3: Diidropolil Desidrogenase (FAD e NAD)

REGULAÇÃO DO COMPLEXO PIRUVATO DESIDROGENASE

� A acetil CoA e NADH inibem o complexo de maneira competitiva. � Duas formas do complexo: ativa (forma desfosforilada) e a inativa (forma

fosforilada). � A proteína cinase Mg++ ATP-dependente é responsável pela inativação do

complexo. � A fosfoproteína fosfastase Mg++ Ca++ dependente é responsável pela ativação

do complexo.

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OBS2: Estrutura da CoA.

OBS3: A acetil CoA não se transforma em piruvato, pois a reação catalisada pelo complexo da piruvato desidrogenase é irreversível. Logo, ela não entra na gliconeogênese. CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO

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O piruvato, molécula comum ao

metabolismo de carboidratos (via glicolítica), lipídios e proteínas, sofre ação do complexo da piruvato desidrogenase, formando a acetil-CoA (com 2 carbonos em sua cadeia principal) e a primeira molécula de NADH desta etapa.. Deste modo, a acetil-CoA pode entrar para participar do ciclo de Krebs.

Logo no início, a acetil-CoA e uma molécula de oxalacetato (4 carbonos) passam por uma reação de condensação (catalisada pela enzima citrato sintase), formando o citrato (com 6 carbonos). Nesta reação, ocorre o uso de uma molécula de água e a perda da CoA-SH. O citrato passa por uma hidratação catalisada pela aconitase, formando isocitrato. Este, por sua vez, sofre ação da isocitrato desidrogase e perde um átomo de carbono (na forma de CO2) e um átomo de hidrogênio (formando o segundo NADH da reação). Esta reação é caracterizada por esta dercarboxilação oxidativa, formando o α-cetoglutarato (α-KG, com 5 carbonos).

O α-KG, graças a ação da α-cetoglutarato desidrogenase, recebe uma CoA-SH, perde um átomo de carbono (na forma de CO2). Nesta reação (também caracterizada por uma descarboxilação oxidativa) ocorre a formação de mais um NADH e resulta na formação de uma nova molécula – o succinil-CoA (com 4 carbonos) – que dará continuidade ao ciclo.

O succinil-CoA, por sua vez, sofre uma reação de fosforilação catalisada pela succinil CoA-sintetase, liberando a CoA-SH e formando o succinato. Este sofre uma desidrogenação catalisada pela enzima succinato desidrogenase, formando FADH2 e fumarato, que passa por uma hidratação catalisada pela fumarase, formando o malato. Este, por ação da malato desidrogenase, forma o oxalacetato e mais uma molécula de NADH. Este oxalacetato restaurado volta a participar do ciclo de Krebs ao ser consensado a uma nova molécula de acetil-CoA, dando continuidade ao ciclo.

Portanto, para cada acetil-CoA que entra no ciclo de Krebs, temos o seguinte rendimento: � 4 NADH � 4 x 3 ATP = 9 ATP � 1 FADH � 1 x 2 ATP = 2 ATP � 1 GTP � 1 ATP

FORMAÇÃO DO CITRATO

O citrato se forma já na primeira reação, em que há uma condensação do oxalacetato com a acetil CoA, reação catalisada pela citrato sintase. OBS4: O fluorocetato, substância presente no veneno de rato, se liga com a CoA desta primeira reação formando o monofluoracetil CoA. Nessa configuração, ele se condensa com o oxaloacetato formando o monofluoracitrato, que inibe a ação da enzima aconitase (que não reconhece este substrato), bloqueando assim, gradativamente e completamente, o ciclo de Krebs. Isso resulta em uma carência grande de energia pelo organismo, o que leva a morte. OBS5: A ingestão demasiada de carboidratos causa excesso de acetil-CoA, que, entrando no ciclo de Krebs, gera um excesso de isocitrato. Este composto, quando em excesso, inibe a ação da enzima isocitrato desidrogenase. Com isso, o isocitrato passa a se acumular na mitocôndria, e, por reversão, se converte em citrato novamente, que escapa do ciclo na matriz mitocondrial para o citosol (por meio de transportadores). Lá, este citrato será degradado em acetil CoA e Oxaloacetato através da enzima citrato liase. Estando no citosol, a acetil-CoA será convertida em ácidos graxos e colesterol por biossíntese. Por meio deste mecanismo, conclui-se então que o excesso de carboidratos engorda.

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DESTINOS E FUNÇÃO DO CITRATO

BIOSSÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS E ESTERÓIDES A PARTIR DO CITRATO O citrato, formado na mitocôndria (condensação da acetil CoA e oxaloacetato), atravessa a membrana mitocondrial em troca do malato. No citoplasma, vai sofrer ação da ATP citrato liase formando, novamente, acetil CoA e oxaloacetato. Este primeiro é utilizado na biossíntese de esteróides e ácidos graxos (ver OBS² na página anterior). FORMAÇÃO DO α-CETOGLUTARATO O α-cetoglutarato, dependendo do estado metabólico do indivíduo, pode ser liberado do ciclo do ácido cítrico e sofrer uma transaminação para formar amino ácidos gliconeogênicos. OBS6: Todos os aminoácidos são gliconeogênicos, exceto a lizina e a leucina.

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FONTES E DESITINOS DO SUCCINIL CoA O succinil CoA é fonte da β-oxidação de ácidos graxos de cadeia ímpar (os 3 ultimos carbonos do ácido graxo formarão o propionil CoA, precursor da succinil). Ele pode deixar o ciclo do ácido cítrico, dependendo do estado metabólico, e participar da síntese das porfirinas (como o grupo heme, porfirina ligada a Fe). Além disso, ele pode se condensar com o acetoacetato, formando o aceto acetil CoA.

OBS7: A α-cetoglutarato desidrogenase é um complexo enzimático formado por: α-cetoglutarato desidrogenase (E1), diidrolipoil-transuccinilase (E2) e diidrolipoil-desidrogenase (E3). OBS8: Como na via glicolítica, um defeito enzimático no ciclo de Krebs é raro por ser incompatível com a vida.

REGULAÇÃO DO CICLO DE KREBS

• O excesso de acetil CoA e de NADH inibe o complexo piruvato quinase, pois a acetil CoA ativa a enzima piruvato quinase que fosforila a piruvato desidrogenase, tornando-se inativa. Já o magnésio e o cálcio reativem essa enzima.

• Citrato-sintase � Inibida: NADH, Succinil CoA, Citrato e ATP � Ativada: ADP

• Isocitrato-desidrogenase � Inibida: ATP � Ativada: Ca 2+ e ADP

• α-cetoglutarato desidrogenase � Inibida: Succinil Coa, NADH � Ativada: Ca 2+

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FUNÇÕES ANFIBÓLICAS DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO RENDIMENTO ENERGÉTICO DA GLICOSE Durante a via glicolítica, além da formação de 2 ATP, são obtidos dois equivalentes redutores NADH que devem ser transportados do citoplasma para a mitocôndria para participar da cadeia respiratória (e assim, converter-se em 3 moléculas de ATP cada). Cada glicose forma, então, duas moléculas de piruvato, que vão se transformar em acetil CoA por meio de uma descarboxilação oxidativa com a produção de dois mols do equivalente redutor NADH, já na mitocôndria. No ciclo do ácido cítrico, o rendimento é de 6 NADH, 2 FADH2 e duas moléculas de GTP (equivalente ao ATP), resultando em CO2 e água. Portanto, de um modo geral, para cada molécula de glicose, temos o seguinte rendimento energético: Via glicolítica

2 NADH � 2 x 3 ATP = 6 ATP 2 ATP

2 Piruvato – 2 Acetil-CoA 2 NADH � 2 x 3 ATP = 6 ATP

Ciclo de Krebs

6 NADH � 6 x 3 ATP = 18 ATP 2 FADH2 � 2 x 2 ATP = 4 ATP 2 GTP �2 ATP

TOTAL = 38 ATP