ciclo de krebs ou do ácido cítrico

CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
1. Produção de Acetil-CoA
2. Oxidação de Acetil-CoA
3. Transferência de elétrons
e fosforilação oxidativa
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
1. Produção de Acetil-CoA
Piruvato desidrogenase
Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana 2ª. ed. Manole. São Paulo, 2003
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
1. Produção de Acetil-CoA
Co-A: derivada da vitamina ácido pantotênico
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
2. Oxidação de Acetil-CoA
• combinação de uma molécula de acetilCoA com o oxaloacetato, um ácido
dicarboxílico de 4 carbonos, resultando
na formação de um ácido tricarboxílico
de 6 carbonos, o citrato;
• Segue-se um conjunto de reações através
das quais 2 moléculas de CO2 são
perdidas e é regenerado o oxaloacetato
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
Citrato
sintase
Aconitase
Malato
Desidrog.
Isocitrato desidrog.
Fumarase
Succinato
Desidrogen.
Alfa cetoglutarato
desidrogenase
Succinato tioquinase
Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana 2ª. ed. Manole. São Paulo, 2003
CICLO DE KREBS PONTOS DE CONTROLE
ATP, NADH, succinil-coA
Citrato
sintase
Aconitase
Malato
desidrogenase
ATP, NAD
Isocitrato desid
Fumarase
Succinato
desidrogenase.
Alfa cetoglutarat
desidrogenase
Succinato tioquinase
Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana 2ª. ed. Manole. São Paulo, 2003
ATP, NADH
Succinil co-A
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana 2ª. ed. Manole. São
Paulo, 2003
• Durante o processo, decorrente da atividade de
desidrogenases
específicas,
são
produzidos
equivalentes redutores sob a forma de hidrogênio,
transportadores de elétrons: NADH – nicotamida
adenina dinucleotídeo e FADH2 - flavina adenina
dinucleotídeo
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
Cadeia Respiratória
3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa
• Passo final do metabolismo aeróbio;
• A cadeia respiratória é o processo de oxidação,
de coenzimas reduzidas (FADH2 e NADH) obtidas
na oxidação de moléculas combustíveis
(produção de ATP, a partir da transferência de
elétrons do NADH e do FADH2 produzidos no
ciclo do ácido cítrico);
• Toda a energia útil liberada durante a oxidação
dos ácidos graxos, aminoácidos e carboidratos
torna-se disponível dentro das mitocôndrias
como equivalentes redutores.
Cadeia Respiratória
3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa
• as mitocôndrias contêm
uma série de proteínas,
conhecidas como sistema
de transporte de elétrons,
que se localizam na
membrana interna da
mitocôndria;
• O complexo de proteínas
do sistema de transporte
de elétrons inclui enzimas
e proteínas contendo
moléculas
de
ferro,
conhecidas
como
CITOCROMO.
Cadeia Respiratória
A primeira etapa consiste na transferência dos elétrons do NADH para a
porção flavina da flavoproteína.
Segunda etapa: passagem dos elétrons para a coenzima Q (Ubiquinona).
O FADH2 transfere os elétrons diretamente para a ubiquinona.
A coenzima Q é móvel, ela move-se na membrana e transfere os elétrons
para o terceiro complexo, que seguirão subsequentemente até o oxigênio.
FADH2
NADH + H+
Cadeia Respiratória
A ubiquinona recebe os pares de elétrons do NADH + H+ e FADH2 e os
transfere para uma sequência de hemeproteínas denominadas
Citocromos, divididos em Citoc. a, b, e c.
Os citocromos b e c são encontrados no complexo III e o citocromo a, no
complexo IV.
O citocromo b é o primeiro a reduzir, transferindo os elétrons da
ubiquinona para o citoc. C1, que doa para o citoc. C que transfere para o
Citoc. A que doa o par de elétrons ao O2 formando H2O.
FADH2
NADH + H+
Cadeia Respiratória
Segundo Mitchell, para que ocorra a fosforilação oxidativa, é necessário um bombeamento
de prótons pela cadeia respiratória, criando um fluxo da matriz mitocondrial para o espaço
intermembrana.
A cadeia de transporte de e-, ao transportá-los, bombeia prótons da matriz para o espaço
intermembrana a membrana mitocondrial interna, por ser impermeável a prótons, impede o
retorno destes à matriz; cria-se um GRADIENTE DUPLO - de pH e eletrostático - através da
membrana mitocondrial interna, que gera uma situação de alta instabilidade e, por
conseqüência, uma força que atrai os prótons de volta. Esta força, chamada força prótonmotriz, dirige o refluxo de prótons à matriz mitocondrial através dos canais de prótons da
enzima ATPase; a passagem dos prótons pela ATPase determina a síntese do ATP.
H+
H+
H+
H+
H+
NADH +
H+
FADH2
H+
H+
H+
H+
H+
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
• via final comum da oxidação de diferentes
nutrientes: nos organismos aeróbicos, a glicose
e outros açúcares, ácidos graxos e a maioria
dos aminoácidos são oxidados a CO2 e H2O;
• as reações ocorrem na matriz mitocondrial e
liberam energia livre;
• A oxidação desses compostos é acompanhada
de redução de grande quantidade das
coenzimas NAD+ e FAD, onde é conservada a
maior parte da energia;
• Os elétrons coletados pelo NADH e pelo FADH2
passam pela cadeia de transporte de elétrons.
O aceptor final de elétrons é o O2.
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
• processo aeróbico, pois necessita de oxigênio
como oxidante final dos equivalentes redutores;
• a ausência ou deficiência parcial de O2 determina
inibição parcial ou total do ciclo.
• antes de entrarem no ciclo os esqueletos
carbônicos dos açúcares e dos ácidos graxos
precisam ser degradados até acetil-CoA;
• vários aminoácidos são degradados em
intermediários do ciclo;
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana 2ª. ed. Manole. São Paulo, 2003
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
Oxi-Redução
• Oxidação: envolve a perda de átomos de H,
O ou e-;
• Redução: envolve o ganho de átomos de H,
O ou e-;
• Ex:. A doa e- para B.
Portanto A sofreu oxidação e B redução.
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
Fosforilação
• É a transferência de energia através
de grupos fosfato ( PO3).
ADENOSINA PO3 PO3 PO3



CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
A mitocôndria
apresenta uma
membrana interna e
uma externa.
M. Externa
M. Interna
A região delimitada
pela membrana
interna é chamada de
matriz, e há um
espaço
intermembrana entre
a membrana externa
e interna.
As reações do Ciclo
do Ácido Cítrico
ocorrem na matriz
Matriz
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
1. Produção de Acetil-CoA
2. Oxidação de Acetil-CoA
3. Transferência de elétrons
e fosforilação oxidativa
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
• Um fosfato de alta energia é gerado durante a
conversão da succinil-CoA em succinato;
• 3 moléculas de NADH e uma de FADH2 são
produzidas para cada molécula de acetil-CoA
numa volta completa do ciclo;
• Esses equivalentes de redução são transferidos
à cadeia respiratória na membrana interna da
mitocôndria.
• OBS.: no processo de glicólise, uma molécula de
glicose gera duas moléculas de acetil-CoA
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
• O ciclo é regulado por: disponibilidade de
substratos, inibição por acúmulo de
produtos, e inibição alostérica das
"primeiras" enzimas da via pelos
"últimos" intermediários;
• Em condições normais a velocidade da
glicólise e do Ciclo do Ácido Cítrico estão
integradas de forma que a quantidade de
glicose metabolizada a piruvato é apenas
a necessária para suprir o Ciclo.
Cadeia Respiratória
3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa
• O sistema de transporte de elétrons
coleta
e
transporta
equivalentes
redutores que sofrem reação com o
oxigênio formando água;
• trata-se
de um mecanismo para
aprisionar a energia livre liberada na
forma de fosfato de alta energia.
Cadeia Respiratória
3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa
Teoria Quimiosmótica
• Os elétrons de alta energia passam através do sistema
de transporte de elétrons, e sua energia é usada para
mover hidrogênio da matriz mitocondrial para o espaço
intermembranas;
• o NADH e o FADH2 produzidos no ciclo do ácido cítrico
fornecem elétrons de alta energia;
• 2 elétrons de cada vez passam através do complexo de
proteínas perdendo energia em cada transferência.
Cadeia Respiratória
Cadeia Respiratória
3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa
Teoria Quimiosmótica
•a
energia
estocada
nesse
gradiente
de
concentração é transferida para as ligações de alta
energia do ATP, quando o H+ move-se de volta
através da membrana
• a energia estocada é convertida em energia
química quando os íons retornam para a matriz
mitocondrial pela ação da ATP sintase
• conforme os H+ retornam para a matriz a partir de
um poro da enzima, a sintase transfere a energia
cinética da suas ligações para as ligações fosfato de
alta energia do ATP (para cada 3 H+ que são
transportados forma-se no máximo 1 ATP)
Cadeia Respiratória
• a energia transporte de elétrons é utilizada para
bombear prótons para o exterior da matriz
mitocondrial
• o retorno dos prótons à matriz mitocondrial é um
processo espontâneo a favor do gradiente
eletroquímico que libera energia, a força próton
motriz capaz de levar à síntese de ATP
• a membrana interna é impermeável a prótons, eles
voltam à matriz pelo complexo sintetizador de ATP a
ATP sitase
Cadeia Respiratória
3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa
ATP-Sintase
F1
haste
F0
•o processo chamado de fosforilação oxidativa
refere-se à fosforilação do ADP a ATP utilizando a
energia próton-motriz.
Cadeia Respiratória
3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa
Teoria Quimiosmótica
• ao final da cadeia de transporte de
elétrons, cada 2 elétrons se combinam
com dois H+ presentes na matriz
• os átomos de hidrogênio combinam-se
com um átomo de oxigênio, originando
uma molécula de água
Cadeia Respiratória
3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA: síntese de ATP usando
o sistema de transporte de elétrons: necessidade de
oxigênio para funcionar como aceptor de elétrons e
do H+;
• se o oxigênio não estiver presente para atuar como
aceptor final de elétrons, o sistema de transporte de
elétrons pára, sendo a via aeróbia direcionada para a
produção anaeróbia de lactato (2 ATPs).
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa
• Durante a passagem através da cadeia
respiratória, cada NADH gera 3 ligações
fosfato de alta energia pela esterificação
do ADP a ATP, no processo de
fosforilação oxidativa (formação de 3
ATPs por NADH);
• o FADH2 produz somente 2 ligações
fosfato de alta energia (formação de 2
ATPs por FADH2)
Cadeia Respiratória
Cadeia Respiratória
• A mitocôndria possui uma membrana
externa que é permeável à maioria dos
metabólitos, uma membrana interna que é
seletivamente permeável e uma matriz
dentro da membrana interna.
• As enzimas solúveis do ciclo do ácido
cítrico e as enzimas de  oxidação de
ácidos graxos são encontradas na matriz,
necessitando
de
mecanismos
de
transporte, de metábolitos e nucleotídeos
através da membrana interna.
Cadeia Respiratória
Cadeia Respiratória
• Sob condições aeróbicas, o NADH
extramitocondrial é oxidado pela cadeia
respiratória da mitocôndria via lançadeira
do glicerol-3-fosfato (nos músculos de vôo
dos insetos) ou na lançadeira do malato.
• Estas vias envolvem a transferência de
equivalentes
redutores
através
da
membrana mitocondrial, via pares de
substratos, ligados por desidrogenases
apropriadas, que estão presentes em
ambos os lados da membrana mitocondrial.
Cadeia Respiratória
• Na via lançadeira do glicerol-3-fosfato,
a enzima mitocondrial está ligada à
cadeia respiratória via FAD, e somente
2 ATP são formados.
• Na via lançadeira do malato, de
ocorrência mais universal, o sistema
de transferência envolve a malatodesidrogenase do citosol e da
mitocôndria, ligada à cadeia
respiratória via NAD, o que gera 3 ATP.
Balanço Energético Final
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
• Como um outro fosfato de alta energia
é gerado no próprio ciclo, durante a
conversão
da
succinil-CoA
em
succinato, 12 ligações fosfato de alta
energia são gerados para cada volta
do ciclo.
CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO
• a
atividade
é
dependente
do
suprimento dos cofatores oxidados,
como o NAD. NADH, sendo ativada
por Ca+2.