Ciclo de Krebs.pdf

Documento de aproximadamente 36 páginas, com conteúdo relacionado à Bioquímica Básica, sendo destrinchado o Ciclo do Ácido Cítrico. Envolve noções de Bioquímica avançada.

1. Aula deBioquímica Avançada
Tema:
Ciclo do Ácido Cítrico
Prof. Dr. Júlio César Borges
Depto. de Química e Física Molecular –DQFM
Instituto de Química de São Carlos –IQSC
Universidade de São Paulo –USP
E-mail: [email protected]

2. Anaeróbico
Aeróbico
Fermentação
Láctica
Alcoólica
Respiração
Oxidação completa
da glicose
Maioria das células eucarióticas e
bactérias: Combustíveis orgânicos 
CO
2 e H
2O;
Glicólise é apenas a primeiraetapa da
oxidação completa da glicose;
Ocorre em trêsestágios principais.
Os destinos do Piruvato

3. Respiração Celular
1ºestágio:glicose,ácidosgraxosealguns
aminoácidos
Fragmentos de 2 C grupo acetil da Acetil-CoA
2ºestágio:oxidaçãodosgruposacetil
CICLODOÁCIDO
CÍTRICO
ENERGIA liberada é conservada nos
transportadores de elétrons reduzidos
NADH e FADH
2
3ºestágio:Oxidaçãodascoenzimasreduzidas;
Transferência de e
-
para o O
2 Cadeia
transportadora
de elétrons
Conservação de energia fosforilação oxidativa

4. Recebeu o prêmio Nobel de Fisiologia/Medicina em 1953
pela descoberta do Ciclo do Ácido Cítrico
Hans Krebs: Aparato de Warburgutilizado
para medir o consumo de oxigênio no
metabolismo do tecido muscular.
1937 Ciclo do Ácido Cítrico
1945 Coenzima A
1951 Acetil CoA
Ciclo do ácido Cítrico
Ciclo de Krebs
Ciclo do ácido Tricarboxílico

5. Ciclo do ácido Cítrico
Ciclo de Krebs
Ciclo do ácido Tricarboxílico
Tem papel central no metabolismo
Destino do Piruvato, aminoácidos e ácidos
graxos no metabolismo aeróbico
-Oxidação de Combustíveis à CO
2e H
20
-Ocorre na mitocôndria
-Necessita de O
2molecular para ocorrer
-Porta de entrada do PiruvatoAcetil-CoA

6. O Acetil-CoA
entrada da maioria dos combustíveis do ciclo
Esqueletos de C dos açúcares e ácidos graxos ao grupo acetil da acetil-CoA
convertidos
Ligação
amida
Ligação
fosfoéster
Forma um tioéster com o acetato
para formar a acetil-CoA
CARREADOR DE ACILAS

7. Síntese de Acetil-CoA
-Complexo enzimático da PiruvatoDesidrogenase
-Complexo multienzimático
Piruvatodesidrogenase(E1) 24 cópias
Diidrolipoil-transacetilase(E2) 24-60 cópias
Dihidrolipoil-desidrogenase(E3) 12-cópias
-aumenta a velocidade de reações
evita a difusão do substrato
-minimiza reações secundárias
-permite controle coordenado

8. Síntese de Acetil-CoA
-Complexo enzimático da Piruvato Desidrogenasebacteriana
24 cópias de E2
-Verde
-Trímerosnos
vértices do cubo
12 cópias de E3
-Vermelho
-Dímeros nas faces
do cubo
24 cópias de E1
-Laranja
-Dímeros nas
arestas do cubo
Núcleo da E2
-24 cópias
Núcleo da
E2
-60
cópias

9. Síntese de Acetil-CoA
-Complexo enzimático da PiruvatoDesidrogenasebovina
-60 cópias de E2
~ 50 nmde
diâmetro
> 5x ribossomo
60 moléculas de E2 trímeros
Domínio lipoilde E2

10. Síntese de Acetil-CoA
-Complexo enzimático da PiruvatoDesidrogenase
necessita de 5 coenzimas:
Pirofosfatode tiamina, CoA, Lipoamida, FAD, NAD+

11. Síntese de Acetil-CoA
-Complexo enzimático da PiruvatoDesidrogenase
-Forma Acetil-CoApela descarboxilaçãooxidativado Piruvatoreação irreversível
-Braço da lipoamidacanaliza a reação entre os sítios catalíticos do complexo catalítico
1ºREAÇÃOdescarboxilaçãodo Piruvatodependente de TPP
2ºREAÇÃOgrupo hidroxietiltransferido do TPP para LipoamidaTransacetilase
-envolve a oxidação da carboxila e redução da lipoamidaS–S H–S + S–Acetil

12. Síntese de Acetil-CoA
-Complexo enzimático da PiruvatoDesidrogenase
3ºREAÇÃOtransesterificaçãodependente de CoA
-liberação de Acetil-CoA
4ºREAÇÃOregeneração da Lipoamidaoxidada troca dissulfídicaduas Cys
-envolve FAD fortemente ligado a E3
5ºREAÇÃOoxidação do dissulfetoda E3
-envolve FADH como intermediário e NADH como aceptor final da reação

13. Síntese de Acetil-CoA
-Complexo enzimático da PiruvatoDesidrogenase
5ºREAÇÃOoxidação do dissulfetoda
E3
-envolve FADH como intermediário e
NADH como aceptor final da reação
-Reação não usual devido ao potencial
Redox menor do NADH em relação ao
FADH
2
-Potencial Redox do FADH
2
-do depende do ambiente e reação

14. Síntese de Acetil-CoA
Complexo enzimático da PiruvatoDesidrogenase
A canalização do substrato pela E2

15. Síntese de Acetil-CoA
-Complexo enzimático da PiruvatoDesidrogenase
-O longo braço da lipoamidapermite o grupo “visitar” diferentes sítios ativos

16. Ciclo do ácido Cítrico
Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Tricarboxílico
principal sítio de óxido-redução de moléculas
sítio de oxidação final de carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos
Local:mitocôndria
-o equivalente a 1 grupo Acetilé completamente oxidado a 2 CO
2
entra AcetilCoA(e outros metabólitos) e sai 1 GTP e 8 e’ (3 NADH e 1 FADH
2)
1º NADH isocitratodesidrogenasesítio de evolução de CO
2
2º NADH α-cetoglutaratodesidrogenasesítio de evolução de CO
2
1º FADH
2succinatodesidrogenase
3º NADH Malatodesidrogenase
o oxaloacetatoé regenerado no final do ciclo sistema oxidante de grupos acetil
-4 pares de elétronssão transportados pela cadeia de transporte de elétrons para a
oxidação de O
2

17. Ciclo do ácido Cítrico
É a fornalha de oxidação
celular
Grande extração de
energia a partir de
1 Acetil-CoA
8 reações enzimáticas
1: CitratoSintase
2: Aconitase
3: Isocitratodesidrogenase
4: α-cetoglutarato desidrogenase
5: Succinil-CoASintetase
6: Succinatodesidrogenase
7: Fumarase
8: Malatodesidrogenase
1)
2)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)

18. CitratosintaseHomodímero
•1 º substrato Oxaloacetato
induz mudanças conformacionais no domínio flexível
criando um sítio de ligação para o 2 º substrato acetil-CoA
•Ocorre formação do intermediário: citroil-CoA alteração
conformacional
•Leva a hidrólise do tioéster, liberando CoA
Ciclo do ácido Cítrico
1) CITRATOSINTASE
Alimenta a fornalha
Catalisa a condensação de oxaloacetatocom Acetil-CoA

19. Ciclo do ácido Cítrico
1) CITRATOSINTASE
Alimenta a fornalha
-Enolataca por SN
2o oxaloacetatoforma o citroil-CoA
-Hidróliselibera a CoAmais Citratoexergônica
Mecanismo de deslocamento sequencial ordenado
-Mecanismo ácido-base forma um intermediárioenol

20. Ciclo do ácido Cítrico
2) ACONITASE
-forma isocitratovia cis-aconitato
-envolve desidratação e hidratação facilitado por um complexo Fe -4S

21. Ciclo do ácido Cítrico
3) ISOCITRATO-DESIDROGENASE
-descarboxilaçãooxidativa produz NADHe CO
2
-necessita de Mn
2+
ou Mg
2+
como cofator
Reação em 3 etapas
1º Redução de NAD+
2º DescarboxilaçãoIntermediário enol
3
o
Rearranjo em ceto-enol

22. Ciclo do ácido Cítrico
4) ALFA-CETOGLUTARATO -DESIDROGENASE
-Forma um complexo multi-enzimático
-Descarboxilaçãooxidativaproduz NADHe CO
2
-Acopla um CoAao α-
cetoglutarato
NAD
+
é o aceptor de
elétrons
CoA é o transportador do
grupo succinil
-Funciona como a PDH sobre
o α-cetoglutarato
-Possui 3 enzimas similares a
E
1, E
2e E
3(idêntica) e os
cofatores descritos para a PDH
-Evolução divergente

23. Ciclo do ácido Cítrico
5) SUCCINIL-COA-SINTETASE
-acopla a síntese de GTP (ou ATP) com a quebra da ligação de CoAdo Succinil-CoA
-envolve a enzima fosforiladapara o estado intermediário
1º: formação do Succinil-Pi
2º: enzima fosforiladae
liberação do Succinato
3º: Atividade quinase
fosforilaçãoao nível do
substrato
Nucleosídeo-difosfato-quinase
GTP + ADP → GDP + ATP

24. Ciclo do ácido Cítrico
5) SUCCINIL-COA-SINTETASE
-acopla a síntese de GTP (ou ATP dependendo da isoenzima) com a quebra da ligação de
CoAdo Succinil-CoA
Envolve a enzima
fosforiladapara o estado
intermediário
1º: formação do Succinil-Pi
2º: enzima fosforiladae
liberação do Succinato
3º: Atividade quinase
fosforilação ao nível do
substrato
Nucleosídeo-difosfato-quinase
GTP + ADP → GDP + ATP

25. Ciclo do ácido Cítrico
6) SUCCINATO-DESIDROGENASE
-conta com um FAD covalentemente ligado à enzima
-faz parte do complexo II da cadeia transportadora de elétrons sítio de oxidação do
próprio FADH
2formado
-forma fumaratoalcanoa alceno
Em eucariotos: ligada a MMI da mitocôndria
Bactérias: ligada a membrana plasmática
Contém grupos Fe-Se conta com um FAD
covalentemente ligado à enzima

26. Ciclo do ácido Cítrico
7) FUMARASE
-hidratação da ligação dupla do fumaratoforma malato
-envolve um íon OH-para atacar a ligação dupla do fumarato

27. Ciclo do ácido Cítrico
8) MALATO-DESIDROGENASE
-oxidação da OH do Malatoregenera oxaloacetato
-dependente de NAD+ similar à lactatodesidrogenase
-reação endergônica reação dirigida pela retirado do produto
-[oxaloacetato] é mínima retirado pela citratosintasee outros ΔG < 0 exergônica

28. Ciclo do ácido Cítrico
Produção de energia do ciclo
1: Isocitratodesidrogenase
1
2: α-cetoglutaratodesidrogenase
2
3: Succinatodesidrogenase
3
4: Malatodesidrogenase
4

29. Ciclo do ácido Cítrico
Produção de energia do ciclo

30. Ciclo do ácido Cítrico
Produção de energia do ciclo

31. Controle do Ciclo do ácido Cítrico
A entrada é regulada:
Piruvatodesidrogenase
Citratosintase
O Ciclo de Krebs também é regulado:
Reação da isocitrato-desidrogenase
Reação da α-cetoglutarato-desidrogenase
Pontos de controle
Relacionadosaosprincipaismetabólitos
Acetil-CoA,oxaloacetatoeNADH
3 fatores controlam a velocidade do ciclo:
Disponibilidade de substrato
Inibição pelos produtos acumulados
Inibição alostérica por
retroalimentaçãodas enzimas de catalisam as
etapas iniciais do ciclo

32. Controle do Ciclo do ácido Cítrico
-ADP e Ca
2+
ativam a isocitratodesidrogenase
-Ca
2+
ativa a fosfataseda Piruvato-desidrogenase
ativando-a
Vários pontos de controle
-Acetil-CoAe oxaloacetatonão saturam a Citrato
sintase
-Falta de NADH aumenta a formação de oxaloacetato
e Acetil-CoA
-NADH e FADH
2são oxidados somente se ADP é
simultaneamente fosforiladoa ATP
ATP inibe a Citratosintase, isocitrato
desidrogenasee α-cetoglutaratodesidrogenase
-Resulta em acumulo de Citrato
-Logo, a necessidade/disponibilidade de ATP
garantem o funcionamento do ciclo de Krebs
NADH inibe a Piruvato-desidrogenase, citrato
sintase, isocitratodesidrogenasee α-
cetoglutaratodesidrogenase
SuccinilCoAinibe a citratosintaseocupa
sítio da Acetil-CoA

33. Ciclo do ácido Cítrico
O papelemoutrasvias
-é uma via anabólica ou anfibólicaoxaloacetatopara a gliconeogênesee esqueletos de
carbono para aminoácidos

34. Ciclo do ácido Cítrico
O papelemoutrasvias
Fornece blocos de construção para outras vias bactérias anaeróbicas
Não possuem a α-
cetoglutarato-desidrogenase
não conseguem realizar a via
completa das reações do Ciclo
de Krebs
Inversão do
sentido
oxidativo
(normal) da via
NADH produzido
pela oxidação do
isocitrato
Reciclado a
NAD
+
pela
redução do
oxaloacetato a
succinato

35. Ciclo do ácido Cítrico
REAÇÕES ANAPLERÓTICAS
Produção de intermediários do ciclo de Krebs por outras vias com compostos comuns
reações anapleróticas
Contribuem para manter a concentração dos intermediários em níveis adequados
REAÇÃO ANAPLERÓTICAS MAIS IMPORTANTE
Fígado e rins de mamíferos: carboxilaçãoreversível do piruvato pelo CO
2para a
formação de oxaloacetato
Piruvato-carboxilase
Acetil-CoA modulador alostérico positivo

36. Ciclo do ácido Cítrico
Metabolons
Complexos proteicos de canalização de substratos em vias reacionais