Ciclo de Krebs

Prof. Rodrigo Alves do Carmo

Caso ClínicoCaso Clínico

Cerca de 10% dos indivíduos alcoolistas desenvolvem algum problema grave de memória. Um desses quadros é a chamada Síndrome Wernicke-Korsakoff (SWK).

A SWK é caracterizada por descoordenação motora, movimentos oculares rítmicos como se estivesse lendo (nistagmo) e paralisia de certos músculos oculares.

Caso ClínicoCaso Clínico

Além desses sinais neurológicos o paciente pode apresentar confusão mental, ou se com a consciência clara, pode apresentar prejuízos evidentes na memória recente.

Este quadro deve ser considerado uma emergência, pois requer imediata reposição da vitamina B1 (tiamina) para evitar um agravamento do quadro.

Caso ClínicoCaso ClínicoOs sintomas neurológicos acima citados são rapidamente revertidos com a reposição da tiamina, mas o déficit da memória pode se tornar permanente.

a) Explique a função da tiamina no metabolismo.

b) Como podemos explicar os sintomas neurológicos em pacientes com essa síndrome e a acidose metabólica em alguns deles?

Ciclo de KrebsCiclo de Krebs

Descoberto por Hans Krebs, em 1937.

Visão Geral• O Ciclo de Krebs é também chamado de Ciclo

do Ácido Tricarboxílico (TCA) ou Ciclo do Ácido Cítrico.

• Sua função central é a oxidação do acetil-Coa a CO2 e H2O.

• Como conseqüência desta oxidação, é o maior fornecedor de elétrons para a Cadeia Respiratória, sendo assim um grande gerador de energia (ATP).

• O acetil-Coa é derivado do metabolismo de moléculas combustíveis como aminoácidos, ácidos graxos e carboidratos.

Três Estágios do Catabolismo

• O Ciclo de Krebs também participa em uma série de reações de síntese importantes:– Glicose a partir dos esqueletos de carbono dos

aminoácidos;– Fornece blocos estruturais para formação do heme.

MAPA II

POLISSACARÍDIOS PROTEÍNAS LIPÍDIOS

GLICOSE AMINOÁCIDOS ÁCIDOS GRAXOS

Acetil-CoA (2)

Oxaloacetato (4) Citrato (6)

Isocitrato (6)

Cetoglutarato (5)

Succinato (4)

Fumarato (4)

Malato (4)

GlyAlaSerCys

LeuIleLysPhe

GluAsp

Piruvato (3)

CO2

CO2

CO2

CO2

Fosfoenolpiruvato (3)

CO2

MAPA II

POLISSACARÍDIOS PROTEÍNAS LIPÍDIOS

GLICOSE AMINOÁCIDOS ÁCIDOS GRAXOS

Acetil-CoA (2)

Oxaloacetato (4) Citrato (6)

Isocitrato (6)

Cetoglutarato (5)

Succinato (4)

Fumarato (4)

Malato (4)

GlyAlaSerCys

LeuIleLysPhe

GluAsp

Piruvato (3)

CO2

CO2

CO2

CO2

Fosfoenolpiruvato (3)

CO2

POLISSACARÍDIOS PROTEÍNAS LIPÍDIOS

GLICOSE AMINOÁCIDOS ÁCIDOS GRAXOS

Acetil-CoA (2)

Oxaloacetato (4) Citrato (6)

Isocitrato (6)

Cetoglutarato (5)

Succinato (4)

Fumarato (4)

Malato (4)

GlyAlaSerCys

LeuIleLysPhe

GluAsp

Piruvato (3)

CO2

CO2

CO2

CO2

Fosfoenolpiruvato (3)

CO2

CaracterísticasCaracterísticas• É um ciclo metabólico, pois o É um ciclo metabólico, pois o oxaloacetato, oxaloacetato,

que inicia a via metabólica, sofre que inicia a via metabólica, sofre transformações e é regenerado no final do transformações e é regenerado no final do ciclo.ciclo.

• O ciclo de Krebs ocorre em O ciclo de Krebs ocorre em aerobiose.aerobiose.• O sistema enzimático do ciclo está O sistema enzimático do ciclo está

localizado nas mitocôndrias.localizado nas mitocôndrias.• É comum ao metabolismo dos glicídios, É comum ao metabolismo dos glicídios,

lipídios e proteínas.lipídios e proteínas.

CaracterísticasCaracterísticas

• O Ciclo de Krebs tem a característica de uma via anfibólica, isto é, degrada a acetil-CoA em dióxido de carbono e água (catabolismo) mas alguns de seus intermediários são utilizados para a síntese de outros compostos (anabolismo).

Localização do Sistema Localização do Sistema EnzimáticoEnzimático

DOIS carbonos entram no ciclo de Krebs como acetil-CoA e DOIS carbonos saem como CO2.

Ao longo do Ciclo, QUATRO reações de óxi-redução ocorrem, formando-se 3 moléculas de NADH e uma molécula de FADH2.

Uma ligação fosfato de alta energia (GTP) também é formada.

Características Gerais

Produção de AcetatoProdução de Acetato• Os esqueletos carbônicos dos açúcares e

ácidos graxos precisam ser degradados até o grupo acetil do acetil-Coa, a forma na qual o ciclo recebe a maior parte de seu combustível.

• O piruvato é oxidado a acetil-Coa e CO2.– Reação catalisada pelo complexo piruvato

desidrogenase (descarboxilação oxidativa).

Reação Global Catalisada pelo Reação Global Catalisada pelo Complexo Piruvato DesidrogenaseComplexo Piruvato Desidrogenase

O acetil-Coa doa 8 elétrons e 2 carbonos para o Ciclo de Krebs.

12

6

3

45

7

8

12

6

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7

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Isocitrato1

2

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12

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7

8

Citrato

Isocitrato

-Cetoglutarato

Succinil-CoA

Co-A

Succinato

Fumarato

Malato

Oxaloacetato

Visão Geral do Ciclo de Krebs

Passo 1: Condensação

H+

Passo 2: Isomerização

Passo 3: Saída de CO2 por enzima ligada a NAD+

Esta reação controla o funcionamento do Ciclo de Krebs.

A Isocitrato Desidrogenase é uma enzima alostérica.

Passo 4: Descarboxilação oxidativa (entra CoA)

Passo 5: Fosforilação a nível do Substrato

NOTA: Esta reação não faz parte do ciclo de Krebs.

Passo 6: Desidrogenação dependente de FAD

Passo 7: Hidratação na dupla ligação C-C

Passo 8: reação de desidrogenação que regenera Oxaloacetato

Controle doControle doCiclo de KrebsCiclo de Krebs

I - Fora do Ciclo:

efetores (-) : aumento das relações: AcetilCoAHSCoA

e NADredNADox

Piruvato Acetil-CoA + CO2

efetores (+) : aumento da concentração de piruvato e de ADP

Controle do Ciclo de KrebsControle do Ciclo de Krebs

II - Dentro do Ciclo :

(-) ATP e NADred

Acetil-CoA Citrato Cis- aconitato Isocitrato Citrato sintase Oxaloacetato ATP (-) NADred Malato Isocitrato desidrogenase ADP Fumarato NADox AMP (+) Mg+2 Oxalo-succinato Succinato - cetoglutarato Complexo enzimático da -cetoglutarato desidrogenase ATP Succinila-CoA (-) NADred Succinila-CoA

II- Dentro do CicloPrincipal enzima: isocitrato desidrogenase

Modulador alostérico Positivo – ADP e NAD+

Modulador alostérico Negativo – ATP e NADH

Portanto, a carga energética da célula regula o funcionamento da glicólise e do Ciclo de Krebs

Balanço EnergéticoBalanço Energéticodo Ciclo de Krebsdo Ciclo de Krebs

Piruvato Lactato

NADred NADox

Cadeia oxigênio NADox Respiratória

NADred

Acetil-CoA

Citrato Cis- IsocitratoOxaloacetato 1 2 aconitato 3

NADred NADox 10

NADox

Malato NADred 4

9 Oxalo-succinato Fumarato Cadeia oxigênio 5 Respiratória CO2

FADred 8 cetoglutarato

FADox Succinato ADP NADox 6 HS-CoA

GTP ATP

7 NADredHS-CoA GDP + Pin

Succinila-CoA

Balancete Energético do Ciclo de KrebsBalancete Energético do Ciclo de KrebsAcetila-CoAAcetila-CoA

++OxaloacetatoOxaloacetato

CitratoCitrato Cis-AconitatoCis-Aconitato

Iso-CitratoIso-Citrato

Oxalo-succinatoOxalo-succinatoNADHNADHC. R.C. R.

~3 ATP~3 ATP

CetoglutaratoCetoglutarato

Succinila-CoASuccinila-CoA NADHNADHSuccinatoSuccinato

ATP

FumaratoFumaratoFADH2

~2 ATP~2 ATP

MalatoMalatoNADHNADH

~3 ATP~3 ATP~3 ATP~3 ATP

Relações do Ciclo de Krebs comRelações do Ciclo de Krebs comoutras Vias Metabólicasoutras Vias Metabólicas

• O C.K. mantém amplas relações com O C.K. mantém amplas relações com outras vias metabólicas. A acetil-CoA tem outras vias metabólicas. A acetil-CoA tem origem na degradação de: glicose, ác. origem na degradação de: glicose, ác. graxos, glicerol e diversos aminoácidos. graxos, glicerol e diversos aminoácidos. O O -cetoglutarato, fumarato, malato e -cetoglutarato, fumarato, malato e oxaloacetato formam-se a partir de oxaloacetato formam-se a partir de compostos como aminoácidos e ác. compostos como aminoácidos e ác. graxos com ngraxos com noo ímpar de carbonos. ímpar de carbonos.

Piruvato

Acetil CoAAcetil CoA++

OxaloacetatoOxaloacetato

CitratoCitrato Cis-AconitatoCis-Aconitato

Iso-CitratoIso-Citrato

Oxalo-succinatoOxalo-succinato

a-Cetoglutaratoa-Cetoglutarato

Succinila-CoASuccinila-CoA

SuccinatoSuccinato

FumaratoFumarato

MalatoMalato

Aspartato

HistidinaHistidinaProlinaProlinaHidroxiprolinaHidroxiprolinaArgininaArginina

Glutamato

Inibição do Ciclo de KrebsInibição do Ciclo de Krebs• Numerosos compostos podem inibir o C.K.Numerosos compostos podem inibir o C.K.• Três inibições são bem características:Três inibições são bem características:

FluoracetatoFluoracetatoArsenitoArsenitoÁcido MalônicoÁcido Malônico

FluoracetatoFluoracetato• O O fluoracetatofluoracetato, uma substância que , uma substância que

não é intrinsecamente tóxica, forma não é intrinsecamente tóxica, forma com o oxaloacetato, o com o oxaloacetato, o fluorocitratofluorocitrato, , numa reação catalisada pela citrato numa reação catalisada pela citrato sintetase. sintetase.

• Esta substância é um composto Esta substância é um composto extremamente tóxico por inibir extremamente tóxico por inibir competitivamente a competitivamente a aconitaseaconitase. .

• É um típico exemplo de síntese letal.É um típico exemplo de síntese letal.

Síntese LetalSíntese LetalFluoracetatoFluoracetatoCHCH33-COOF-COOF

+ +H2O

citrato sintetasecitrato sintetase

Inibidor

aconitaseaconitase

CO-COOHCO-COOHCHCH22-COOH-COOH

oxaloacetatooxaloacetato CHCH22-COOH-COOH

CHCH22-COOH-COOHHO-C-HO-C-COOHCOOH

citratocitrato

F-CHF-CH22-COOH-COOH

CHCH22-COOH-COOHHO-C-HO-C-COOHCOOH

fluorcitratofluorcitrato

Ácido MalônicoÁcido Malônico

• A succinato desidrogenase A succinato desidrogenase é inibida competitivamente é inibida competitivamente pelo ácido malônico.pelo ácido malônico.

Inibição CompetitivaInibição Competitiva

FADoxFADox FADFADHH22

succinatosuccinatodesidrogenasedesidrogenase

CHCH22-COOH-COOHCHCH22-COOH-COOH

succinatosuccinato

COOHCOOH

COOHCOOH

malonatomalonato

CHCH22

CH-COOHCH-COOH CH-COOHCH-COOH

fumaratofumarato

ArsenitoArsenito

• A descarboxilação oxidativa do A descarboxilação oxidativa do --cetoglutarato (assim como a do cetoglutarato (assim como a do piruvato), é inibida pelo arsenito piruvato), é inibida pelo arsenito (H(H22AsOAsO33), que se combina com os ), que se combina com os grupos -SH do lipoato, uma das grupos -SH do lipoato, uma das coenzimas da coenzimas da -cetoglutarato -cetoglutarato desidrogenase.desidrogenase.