CICLO DE KREBS ( ciclo do ácido cítrico , ou ciclo do ácido tricarboxílico, Hans Adolf Krebs 1938 ) Ezequias Zefanias Sitoe 1 Universidade Lúrio-unilÚrio Faculdade de Ciências de Saúde Curso de Licenciatura Em MEDICINA GERAL
CICLO DE KREBS O ciclo de Krebs, também chamado de ciclo do ácido cítrico , ou ciclo do ácido tricarboxílico , é uma das fases da respiração celular descoberta pelo bioquímico Hans Adolf Krebs , no ano de 1938 . Essa fase da respiração ocorre na matriz mitocondrial e é considerada uma rota anfibólica, catabólica e anabólica. 25 August 2025 2
CICLO DE KREBS No ciclo de Krebs, o ácido pirúvico (C 3 H 4 O 3 ) proveniente da glicólise sofre uma descarboxilação oxidativa pela acção da enzima piruvato desidrogenase, existente no interior das mitocôndrias dos seres eucariontes, e reage com a coenzima A ( CoA ). O resultado dessa reação é a produção de acetilcoenzima A ( acetilCoA ) e de uma molécula de gás carbônico (CO 2 ). Em seguida, o acetilCoA reage com o oxaloacetato, ou ácido oxalacético , liberando a molécula de coenzima A , que não permanece no ciclo, formando ácido cítrico. 25 August 2025 3
CICLO DE KREBS Depois de formar o ácido cítrico, haverá uma sequência de oito reações onde ocorrerá a liberação de duas moléculas de gás carbônico, elétrons e íons H + . Ao final das reações, o ácido oxalacético é restaurado e devolvido à matriz mitocondrial, onde estará pronto para se unir a outra molécula de acetilCoA e recomeçar o ciclo. Os elétrons e íons H + que foram liberados nas reações são apreendidos por moléculas de NAD , que se convertem em moléculas de NADH , e também pelo FAD (dinucleotídeo de flavina-adenina), outro aceptor de elétrons. 25 August 2025 4
CICLO DE KREBS No ciclo de Krebs , a energia liberada em uma das etapas forma, a partir do GDP (difosfato de guanosina) e de um grupo fosfato inorgânico ( Pi ), uma molécula de GTP (trifosfato de guanosina) que difere do ATP apenas por conter a guanina como base nitrogenada ao invés da adenina. O GTP é o responsável por fornecer a energia necessária a alguns processos celulares, como a síntese de proteínas. Podemos concluir que o ciclo de Krebs é uma reação catabólica porque promove a oxidação do acetilCoA , a duas moléculas de CO 2 , e conserva parte da energia livre dessa reação na forma de coenzimas reduzidas, que serão utilizadas na produção de ATP na fosforilação oxidativa, a última etapa da respiração celular. 25 August 2025 5
CICLO DE KREBS O ciclo de Krebs também tem função anabólica , sendo por isso classificado como um ciclo anfibólico . Para que esse ciclo tenha, ao mesmo tempo, a função anabólica e catabólica, as concentrações dos compostos intermediários formados são mantidas e controladas através de um complexo sistema de reacções auxiliares que chamamos de reações anapleróticas. Um exemplo de reacção anaplerótica é a carboxilação de piruvato para se obter oxalacetato, catalisado pela enzima piruvato carboxilase. 25 August 2025 6
Ciclo de Krebs O Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico é uma das etapas metabólicas da respiração celular aeróbica que ocorre na matriz mitocondrial de células animais. Lembre-se que a Respiração Celular é constituída por 3 fases: Glicólise - processo de quebra da glicose em partes menores, com formação de piruvato ou ácido pirúvico, que originará o Acetil-CoA . Ciclo de Krebs - o Acetil-CoA é oxidado a CO 2 . Cadeia Respiratória - produção da maior parte da energia, com a transferência de elétrons provenientes dos hidrogênios, que foram retirados das substâncias participantes nas etapas anteriores. 25 August 2025 7
Funções e Importância Ciclo de Krebs O complexo ciclo de Krebs possui várias funções que contribuem para o metabolismo das células. A função do ciclo de Krebs é promover a degradação de produtos finais do metabolismo dos carboidratos, lipídios e de diversos aminoácidos. Essas substâncias são convertidas em acetil-CoA , com a libertação de CO 2 e H 2 O e síntese de ATP. Assim, realiza a produção de energia para a célula . 25 August 2025 8
Funções e Importância Ciclo de Krebs Além disso, entre as diversas etapas do ciclo de Krebs são produzidos intermediários usados como precursores na biossíntese de aminoácidos e outras biomoléculas . Através do ciclo de Krebs, a energia proveniente das moléculas orgânicas da alimentação é transferida para moléculas carregadoras de energia, como o ATP, para ser utilizada nas atividades celulares. 25 August 2025 9
Reações do Ciclo de Krebs O ciclo de Krebs corresponde a uma sequência de oito reações oxidativas , ou seja, que necessitam de oxigênio . Cada uma das reações conta com a participação de enzimas encontradas nas mitocôndrias . As enzimas são responsáveis por catalisar (acelerar) as reacções . 25 August 2025 10
Etapas do Ciclo de Krebs Descarboxilação Oxidativa do Piruvato A glicose (C 6 H 12 O 6 ) proveniente da degradação dos carboidratos se converterá em duas moléculas de ácido pirúvico ou piruvato (C 3 H 4 O 3 ). A glicose é degradada através da Glicólise , e é uma das principais fontes de Acetil-CoA . A descarboxilação oxidativa do piruvato dá início ao ciclo de Krebs. Ela corresponde a remoção de um CO 2 do piruvato , gerando o grupo acetil que se liga a coenzima A ( CoA ) e forma o Acetil-CoA . 25 August 2025 11
Etapas do Ciclo de Krebs Descarboxilação oxidativa do piruvato para formar o Acetil-CoA Observe que essa reação produz NADH, uma molécula carregadora de energia. Reacções do Ciclo de Krebs Com a formação do acetil-CoA é dado início ao ciclo de Krebs, na matriz das mitocôndrias . Ele integrará uma cadeia de oxidação celular, ou seja, uma sequência de reacções a fim de oxidar os carbonos, transformando-os em CO 2 . 25 August 2025 12
Descarboxilação oxidativa do piruvato para formar o Acetil-CoA 25 August 2025 13
Ciclo de Krebs 25 August 2025 14
Etapas do Ciclo de Krebs Com base na imagem do ciclo de Krebs, acompanhe o passo a passo de cada reação : Etapas (1 - 2) → A enzima citrato sintetase catalisa a reacção de transferência do grupo acetil , proveniente da acetil-CoA , para o ácido oxaloacético ou oxaloacetato formando o ácido cítrico ou citrato e liberando a Coenzima A. O nome do ciclo está relacionado com a formação do ácido cítrico e as diversas reações que decorrem . Etapas (3 - 5) → Ocorrem reações de oxidação e descarboxilação originando ácido cetoglutárico ou cetoglutarato . É liberado CO 2 e forma-se NADH + + H + . 25 August 2025 15
Etapas do Ciclo de Krebs Etapas (6 - 7) → Em seguida o ácido cetoglutárico passa por reacção de descarboxilação oxidativa , catalisada por um complexo enzimático do qual fazem parte a CoA e o NAD + . Essas reacções originarão ácido succínico , NADH + e uma molécula de GTP , que posteriormente transferem sua energia para um molécula de ADP, produzindo assim ATP. Etapa (8) → O ácido succínico ou succinato é oxidado a ácido fumárico ou fumarato , cuja coenzima é o FAD. Assim será formando FADH 2 , outra molécula carregadora de energia. Etapas (9 -10) → O ácido fumárico é hidratado formando o ácido málico ou malato . Por fim, o ácido málico sofrerá oxidação formando o ácido oxaloacético , reiniciando o ciclo. 25 August 2025 16
ATP (Adenosina Trifosfato): o que é e qual sua função? O ATP é uma molécula com a função de armazenar e libertar energia de forma temporária para que as células de um organismo desempenhem suas actividades . É mais conhecida na biologia pela sigla ATP que significa adenosina trifosfato ou trifosfato de adenosina . É composta por um açúcar chamado ribose, uma base nitrogenada denominada adenina e três radicais de fosfato. 25 August 2025 17
ATP (Adenosina Trifosfato): o que é e qual sua função? A glicose, utilizada para produção do ATP, é um açúcar produzido pelas plantas que são seres autótrofos, ou seja, produzem sua própria fonte de energia. Esse açúcar com 6 átomos de carbono sofre reações químicas no interior das células. No citoplasma o processo é conhecido por fermentação e nas mitocôndrias como respiração celular. Ao término de ambos são formadas novas moléculas de ATP. 25 August 2025 18
Função e produção do ATP A principal função do ATP é armazenar e liberar energia no local que precisar. Por exemplo, para um aparelho celular funcionar é necessária a carga de sua bateria. Com a bateria carregada é possível utilizá-lo, pois a energia é fornecida por ela. O mesmo acontece com o ATP, essa molécula é similar a uma mini bateria. 25 August 2025 19
ATP: A Bateria Biológica 25 August 2025 20
Função e produção do ATP Para formar o ATP as células recorrem à fermentação ou a respiração celular . Existem dois tipos de fermentação, ambas produzem apenas 2 moléculas de ATP e geralmente ocorrem em microrganismos (bactérias e fungos ). Porém, a fermentação também ocorre em células humanas, como as musculares (fermentação láctica ). Fermentação alcoólica: Glicose → álcool etílico + CO 2 + 2 ATP; Fermentação láctica: Glicose → ácido láctico + 2 ATP. 25 August 2025 21
Função e produção do ATP A respiração celular, por outro lado, produz um saldo de 38 moléculas de ATP e necessita de oxigênio para acontecer. Contudo, em células dos tecidos muscular esquelético e nervoso, o saldo final é de 36 moléculas de ATP. Respiração celular: Glicose + O 2 → CO 2 + H 2 O + 38 ou 36 ATP. Alguns autores sugerem que, na prática, o saldo final de ATP não é sempre 38, mas pode variar entre 30 ou 32 moléculas. 25 August 2025 22
Função e produção do ATP Quando a glicose é quebrada, a energia é liberada e armazenada formando o ATP. Uma sequência de reações químicas ocorrem para a extração dessa energia e elas são : Glicólise; Ciclo de Krebs; Fosforilação Oxidativa ou Cadeia Respiratória. 25 August 2025 23
Quantidade de ATP produzido por molécula de glicose 25 August 2025 24 Quantidade de ATP produzido por molécula de glicose Fase Local da célula Moléculas de ATP formadas Glicólise Citoplasma 2 Ciclo de Krebs Matriz Mitocondrial 2 Cadeia Respiratória Membrana da Crista Mitocondrial 34 Saldo Final 38
Quantidade de ATP produzido por molécula de glicose No ciclo de Krebs são liberados vários hidrogênios e ocorre liberação de energia, resultando na formação de ATP . Ele ocorre na mitocôndria e consiste em reações de oxirredução, descarboxilação e fosforilação . A cadeira respiratória, também denominada fosforilação oxidativa ou transporte eletrônico, ocorre nas cristas mitocondriais e consiste na transferência de elétrons até a molécula de oxigênio. Esse recebe, também, hidrogênios, formando moléculas de água. É neste processo que ocorre a maior parte da liberação de energia. O rendimento máximo desse processo respiratório é de até 30 moléculas de ATP por molécula de glicose. 25 August 2025 25
Função e produção do ATP Quando precisa ocorrer atividade, a molécula de ATP sofre reação de hidrólise (quebra da molécula em presença de água). Por ser uma reação exergônica libera alta quantidade de energia, cerca de 7 kcal/mol, de um dos fosfatos. Após a perda de um fosfato a molécula se transforma em ADP ou Difosfato de Adenosina. Reação de hidrólise do ATP: ATP + H 2 O → ADP + Pi + energia livre. 25 August 2025 26
ADP: Adenosina Difosfato 25 August 2025 27
Composição química do ATP A molécula do ATP é composta por uma base nitrogenada chamada adenina , um açúcar de 5 carbonos denominado ribose e três radicais de fosfato . A ligação química entre a adenina e a ribose chama-se adenosina e os 3 grupos fosfatos formam o trifosfato . Por este motivo a molécula se chama trifosfato de adenosina ou adenosina trifosfato. E é justamente nas ligações de fosfato que são armazenadas as energias livres. 25 August 2025 28
ATP: Adenosina Trifosfato 25 August 2025 29
A formação do ATP: ADP + Pi É comum a existência de ADP e fosfato inorgânico ( Pi ) no citoplasma das células. Quando ocorre hidrólise da glicose, uma quantidade de energia é liberada e armazenada na ligação entre ADP e Pi formando ATP. Portanto, o ADP em ligação com o Pi forma uma estrutura orgânica que contém 3 fosfatos, logo, o trifosfato de adenosina. É por este motivo que o ATP armazena energia temporariamente , pois a todo momento ele a acumula e a libera para que as células desempenhem suas funções. 25 August 2025 30
Glicólise A glicólise é uma das etapas da respiração celular, na qual ocorre a quebra da glicose em partes menores e consequente liberação de energia. Essa etapa metabólica acontece no citoplasma da célula enquanto as seguintes são dentro da mitocôndria. O que é Glicólise? Glicólise é um processo bioquímico em que a molécula de glicose (C 6 H 12 O 6 ), proveniente da alimentação, é quebrada em duas moléculas menores de ácido pirúvico ou piruvato (C 3 H 4 O 3 ), liberando energia. É a primeira etapa do processo de respiração celular que ocorre no hialoplasma celular. 25 August 2025 31
Glicólise A equação esquematizada abaixo representa um resumo da glicólise, mas é importante saber que o processo é mais complexo e ocorre ao longo de dez reações químicas, das quais participam diversas substâncias e enzimas livres no citoplasma. glicólise, a molécula da glicose é quebrada em dois piruvatos e são produzidos dois ATP 25 August 2025 32
Glicólise: A molécula da glicose é quebrada em dois piruvatos e são produzidos dois ATP 25 August 2025 33
Glicólise Dependendo do organismo e do tipo de célula, a respiração celular pode acontecer na presença do oxigênio (aeróbicos) ou completa ausência (anaeróbicos) e assim a glicólise produzirá substâncias diferentes. Na respiração aeróbica é originado o piruvato que entra no ciclo de Krebs, enquanto na respiração anaeróbica , a glicose origina o lactato ou o etanol que participam, respectivamente, da fermentação lática ou alcoólica. 25 August 2025 34
Bioquímica da Glicólise A glicose é quebrada ao longo de dez reações químicas que geram duas moléculas de ATP como saldo. Apesar de ser pouca a energia produzida nesse etapa, há substâncias geradas que serão importantes nas etapas seguintes da respiração. Inicialmente a molécula de glicose precisa ser ativada, para isso são gastas duas moléculas de ATP e a glicose recebe fosfatos (provenientes do ATP) formando glicose 6-fosfato. Em seguida esse composto sofre mudanças na sua estrutura, originando frutose 6-fosfato e frutose 1,6 bifosfato . 25 August 2025 35
Bioquímica da Glicólise Com essas alterações as substâncias são mais facilmente quebradas em moléculas menores. Depois acontece nova fosforilação (entrada de fosfato na molécula) e desidrogenação (hidrogênios são retirados) das substâncias produzidas, com a participação da molécula NAD (nicotinamida adenina). Os hidrogênios doam elétrons para a cadeia respiratória, a molécula de NAD (nicotinamida adenina) é a responsável por transportá-los, na forma de NADH, sendo uma aceptora de elétrons. Por fim, novo rearranjo acontece nas moléculas até a formação de piruvato que seguirá para as etapas seguintes da respiração celular. 25 August 2025 36
GLICOSE 25 August 2025 37
O que são as duas reações abaixo? Glicose + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O 6 CO 2 + 6 H 2 O → Glicose + 6 O 2
A glicólise ocorre no citosol das células transforma a glicose em duas moléculas de piruvato e é constituída por uma sequência de 10 reações (10 enzimas) divididas em duas fases. Fase preparatória –(cinco reações) fosforilação da glicose (6C)e conversão para 2 moléculas de gliceraldeido-3-fosfato (3C) – gasto de 2 ATP Fase de pagamento – (cinco reações) conversão do gliceraldeido-3-fosfato em piruvato – síntese 4ATP e 2NADH Glicose + 2NAD + + 2ADP + 2Pi 2 Piruvato + 2NADH + 2 ATP + 2 H 2 O Oxidação parcial – o que acontece com o piruvato ?
Qual o destino do piruvato formado na glicólise ? glicólise anaerobiose anaerobiose aerobiose Fermentação a etanol por leveduras e outros organismos Fermentação a lactato nos músculos, eritrócitos e alguns microrganismos Ciclo do ácido cítrico Células animais, vegetais e microrganismos aeróbicos Ganho líquido 2 ATP e 2 NADH Respiração celular
Fermentação Processo de transformação do piruvato que ocorre na ausência de oxigênio , com objetivo de oxidar o NADH produzido na Via Glicolítica .
Ocorre em situações de hipóxia Ganho líquido da fermentação láctica 2 ATP (glicólise) e regeneração do NAD + Fermentação láctica regeneração do NAD + Leveduras e outros microrganismos Ganho líquido da fermentação alcoólica 2 ATP, regeneração do NAD + e produção de CO 2 Fermentação alcoólica Exercício intenso (animais de grande porte, peixes do fundo do mar, crocodilos e jacarés, atletas ), células vermelhas do sangue que não tem mitocôndria
Lactato pode ser regenerado em glicose no fígado ou transformado novamente em piruvato (Ciclo de Cori) Dor no músculo após exercício intenso é causada pelo lactato ? Concentração sanguínea de lactato e dor muscular tardia: estratégia de aula prática para o ensino integrado dos eventos metabólicos J. M. F. Antunes Neto Revista Brasileira de Prescrição e Fisiologia do Exercício, São Paulo, v.6, n.33, p.217-226. Maio/Jun. 2012. ISSN 1981-9900. file:///C:/Users/Usuario/Downloads/386-1622-1-PB.pdf
Fermentação alcoólica Leveduras e outros microrganismos Processo reversível utiliza 2 enzimas: Piruvato descarboxilase (microrganismos que fazem a fermentação alcoólica e algumas plantas ) Não existe nos animais Desidrogenase alcoólica é encontrada em organismos que metabolizam o etanol (fígado do homem) Metabolizado no fígado pela acetaldeido desidrogenase e glutationa → acetato Aumento da relação NADH/NAD Metabolismo passo a passo Por J. G. Salway https://books.google.com.br/books?id=l28tayyt0QcC&pg=PA100&lpg=PA100&dq=metabolismo+acetaldeido&source=bl&ots=IiiLjSBF45&sig=PFRTQOgDB55Cg4a-IZmGrPuZo48&hl=pt-BR&sa=X&ved=0CEkQ6AEwB2oVChMI77yA3MjWxwIVjIqQCh1AxwVL#v=onepage&q=metabolismo%20acetaldeido&f=false
Fermentação láctica pode ser realizada por um grande número de microrganismos (importante na indústria alimentícia) Alguns microrganismos (lactobacilos e estreptococos) em anaerobiose, fermentam a lactose do leite a ácido lático. A produção de ácido desnatura a caseína do leite (proteína) e faz com que ele precipite.
Produção de Biocombustível ou bebidas – fonte de carboidrato como amido (glicose), sacarose (glicose + frutose ), maltose ( glicose+glicose ) levedura - via glicolítica e fermentação alcoólica Indústria de bebidas fermentadas e biocombustíveis
Atividade extra classe: Pesquisar, estudar e trazer por escrito como ocorre a produção de cerveja e de queijo . Na próxima aula dois alunos serão escolhidos para apresentar esses temas em 5 minutos
Durante a prática de exercício físico, forma-se lactato que é transportado para o fígado ou para o rim para ser oxidado em ácido pirúvico. Ciclo da alanina
Formação do P iruvato No músculo, o ácido pirúvico não é convertido em ácido fosfoenolpirúvico (PEP), uma vez que não tem enzimas glicogénicas -chave para tal processo, pelo que o ácido pirúvico sofre transaminação em alanina que ao ser transportada para o fígado pode ser transformada em ácido pirúvico e entrar na neoglucogénese . No músculo forma-se alanina que é excretada para o fígado, onde novamente por transaminação , se forma piruvato :
Origens e síntese do Acetil-CoA Origens e síntese do Acetil-CoA : O Acetil-CoA , componente fundamental e transversal no metabolismo dos seres vivos, forma-se a partir do catabolismo das três biomoléculas principais a nível energético . A partir dos açúcares (graças ao intermediário piruvato ), por descarboxilação oxidativa ; A partir dos lípidos que se decompõem em ácidos gordos livres, por beta-oxidação ; A partir das proteínas, por desaminação oxidativa dos aminoácidos cetogénicos ; Origens e síntese do Acetil-CoA O mecanismo da descarboxilação oxidativa é realizado sequencialmente, na matriz mitocondrial, por ação do complexo multienzimático Piruvato Desidrogenáse (PDH). Este é composto: pelos enzimas E1 – Desidrogenase Pirúvica (grupo prostético TPP), E2 – Dihidrolipolitranscetilase ( g.p . Lipoamida ) e E3- Dihidropolidesidrogenase ( g.p . FAD); e pelos coenzimas Tiamina pirofosfato (TPP), Lipoamida , CoA , FAD, NAD + . Como se pode constatar pelo valor da energia livre de Gibbs , esta reação é fortemente exergónica , levando a que não seja reversível. Formação do Acetil CoA a partir do piruv ato Catabolismo dos aminoáci dos cetogénicos Os aminoácidos cetogénicos , por desaminação oxidativa , podem originar Acetil-CoA e Acetoacetil-CoA (origina Acetil-CoA por cisão tiolítica ). Observamos na figura os aminoácidos que formam Acetil-CoA e Acetoacetil-CoA .
Origens e síntese do Acetil-CoA
Origens e síntese do Acetil-CoA
Conversão Aceto acetil-CoA Acetil-CoA
Note-se que na última reação, cada Acil-CoA formado sofrerá por sua vez a mesma série de quatro reações para originar um Acetil-CoA e um novo Acil-CoA , sempre com menos dois carbonos que aquele que lhe deu origem. Este processo é exemplificativo para o ácido palmítico onde cada espiral representa um conjunto de reações que permite oxidar dois carbonos. Consequentemente o número de reações em espiral, em cada ácido gordo, é função do tamanho do mesmo.
Além dos processos fermentativos (anaerobiose) qual o destino do piruvato (aerobiose)? glicólise anaerobiose anaerobiose aerobiose Fermentação a etanol por leveduras Fermentação a lactato nos músculos, eritrócitos e alguns microrganismos Ciclo do ácido cítrico Células animais, vegetais e microrganismos aeróbicos Processo final de oxidação da glicose Ocorre na mitocondria Ganho líquido 2 ATP e 2 NADH Ganho líquido 2 ATP e 2 NAD+ Ganho líquido 2 ATP e 2 NAD+, com liberação de CO 2
O primeiro passo importante para ligar a glicólise ao TCA Transformação do piruvato Acetil-CoA Reação de descarboxilação e desidrogenação pelo complexo piruvato desidrogenase Ocorre na matriz mitocondrial – piruvato é transportado para o interior da mitocôndria 3 enzimas e 5 coenzimas Acetil-CoA vai ser usado para a completa oxidação da glicose (via cíclica)
Qual a importância do ciclo do ácido cítrico ? Ciclo de Krebs Ciclo do Ácido Tricarboxílico (TCA) Ciclo do Ácido Cítrico
Produção de transportadores de elétrons que vão ser usados na produção de ATP pela fosforilação oxidativa na cadeia respiratória Liberação de todos os átomos da glicose como transportador de elétrons reduzidos e CO 2
Seus intermediários participam da síntese de várias moléculas – interliga vias catabólicas e anabólicas
Após o piruvato ser transformado em acetil-CoA esse entra no TCA Uma via cíclica constituída por 9 reações catalizadas por 8 enzimas Condensação Desidratação Hidratação Descarboxilação oxidativa Descarboxilação oxidativa Fosforilação Oxi-redução Hidratação Oxi-redução 2 CO 2 3 NADH 1 FADH 2 1 GTP Uma volta no ciclo produz:
Regulação do Ciclo do Ácido Cítrico Modulador positivo : Calcio e ADP Regulação por modificação covalente (fosforilação) – E1 do complexo piruvato desidrogenase 2 formas mais ou menos ativa 4 enzimas reguladoras e 3 mecanismos : Inibição pelo produto da reação ( acetil-CoA , citrato e succinil-CoA ) Inibição pelos produtos ao longo do ciclo (NADH e ATP) Inibição pela disponibilidade de substratos ( oxalacetato e acetil-CoA )