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Ciclo de Krebs (ou do citrato)

Rui Fontes 2

No ciclo de Krebs (ou do ácido cítrico) o grupo acetilo da acetil-CoA é oxidado a CO2 pelo NAD+

e pelo FAD.

Tal como a desidrogénase do piruvato

também todas as enzimas do ciclo de Krebs estão dentro da mitocôndria.

Ao contrário do que acontece no citoplasma, não há dentro da mitocôndria uma desidrogénase láctica:

a re-oxidação do NADH e FADH2 formados depende da actividade da cadeia respiratória e do O2.

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Não existe ciclo de Krebs anaeróbio...

1- O NADH e o FADH2 são o combustível dos complexos enzímicos da cadeia respiratória que usam a energia libertada no processo oxidativo para bombear protões (contra gradiente) para fora da mitocôndria.

2- O gradiente criado é a fonte de energia para a síntese de ATP.

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A fase preparatória da oxidação do grupo acetilo do acetil-CoA a CO2começa com a sua ligação ao oxalacetato por acção catalítica da síntase do citrato.

Síntase do citrato: acetil-CoA (2C) + oxalacetato (4C) + H2O → citrato (6C) + CoA

aconitase

desidrogénase do isocitrato

desidrogénase do

α-cetoglutarato

sintétase de succinil-CoA

desidrogénase do succinato

fumárase

Desidrogénasedo malato

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Os passos oxidativos em que ocorre a redução do NAD+ e do FAD são os catalisados por 3 desidrogénases dependentes do NAD+

(1) desidrogénase do isocitrato, (2) desidrogénase do α-cetoglutarato, (3) desidrogénase do malato

Oxidações descarboxílativas:as descarboxilações (e consequente libertação de CO2) ocorrem durante as acções catalíticas da desidrogénase do isocitrato e da desidrogénase do α-cetoglutarato.

e uma outra que tem como grupo prostético o FAD

(4) desidrogénase do succinato

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No passo catalisado pela sintétase de succinil-CoA(succinil-CoA + GDP + Pi → succinato + GTP) forma-se GTP (“fosforilação ao nível do substrato”) ... que por acção catalítica da cínase de nucleosídeos difosfatos (GTP + ADP → ATP + GDP) permite a formação de ATP.

No “último” passo do ciclo de Krebs ocorre a regeneração do oxalacetato (acção catalítica da desidrogénase do malato).

ADP ATP

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Uma visão global do processo permite compreender que se diga que o oxalacetatotem, no ciclo de Krebs, um papel catalítico: tal como as enzimas (que em cada ciclo catalítico se ligam ao substrato e se regeneram como enzima livre após a formação do produto) o oxalacetato reage com o acetil-CoA na “primeira” reacção do ciclo mas é regenerado na “última” quando o malato é oxidado.

Será mesmo mais correcto dizer que todos os intermediários do ciclo têm um papel catalítico:

quando um molécula de acetil-CoA é oxidada a CO2os intermediários não se formam nem se consomem.

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O ciclo de Krebs é um “moinho” em que o “grão” (o substrato) é o grupo acetilo do acetil-CoA, a “farinha” (o produto) é o CO2 e a “mó do moinho” são as enzimas e os compostos intermediários.

A análise do somatório das reacções que constituem o ciclo de KrebsCH3CO-CoA + 2 H2O + 3 NAD+ + FAD+ ADP + Pi→2 CO2 + CoA + 3 NADH + FADH2+ ATP

mostra que, conceptualmente, este pode ser entendido como um somatório de três processos:

(1) a hidrólise do acetil-CoA (exergónico)CH3CO-CoA + H2O → CoA + CH3COOH

(2) a oxidação do resíduo de acetato a CO2 pelo NAD+ e pelo FAD (exergónico) CH3COOH + 2 H2O + 3 NAD+ + FAD → 2CO2 + 3 NADH + FADH2

(3) e a síntese de ATP a partir de ADP + Pi (endergónico).ADP + Pi → ATP + H2O

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O ciclo de Krebs tem um papel central no metabolismo oxidativo (catabolismo) porque (1) todos os nutrientes que podem ter um papel “energético” geram no seu catabolismo acetil-CoA e

(2) a acetil-CoA é um intermediário obrigatório na oxidação desses nutrientes.

... a oxidação completa dos aminoácidos que geram intermediários do ciclo de Krebs só pode ocorrer nos tecidos que tenham carboxicínase do fosfoenolpiruvato (fígado, rim, tec. adiposo, mama e intestino).

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A velocidade com que o resíduo acetilo da acetil-CoA é oxidada a CO2 no ciclo de Krebs depende em última análise da velocidade de consumo de ATP.acetil-CoA

NAD+

NADHNAD+

NADH

Desidrogénasedo isocitrato

Desidrogénase do α-cetoglutarato

ADP e NAD+

ATP e NADH

ADP e NAD+

ATP e NADH

In vitro, o ADP e o NAD+ activam as desidrogénases do isocitrato e do α-cetoglutaratoenquanto o ATP e o NADH são inibidores... no entanto, é (pelo menos) duvidoso que estes compostos tenham um papel relevante na regulação da actividade destas enzimas, in vivo.

Actualmente, admite-se que um factores importantes na regulação da actividade destas enzimas, in vivo, seja o ião Ca2+. Ao contrário das concentrações de ATP, NADH e NAD+ (cujas concentrações não variam) e do ADP (cuja concentração sofre variações ligeiras) o ião Ca2+ aumenta de concentração (100 xs) quando uma fibra muscular é excitada e se contrai.

e Ca2+

e Ca2+

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Diz-se que o ciclo de Krebs tem caracter anfibólico: as enzimas do ciclo de Krebs para além de participarem na oxidação da acetil-CoA (catabolismo) também participam em processos anabólicos:

2- síntese de ácidos gordos a partir de acetil-CoA

1- síntese de glicose a partirde aminoácidos

3- síntese de aminoácidos

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A utilização de intermediários do ciclo de Krebs em processos de anabólicostende a “esvaziar” o ciclo de Krebs mas...

a concentração dos intermediários do ciclo de Krebs varia muito pouco porque por cada molécula que sai há uma que entra.

Reacção cataplerótica

intermediário do ciclo →não intermediário do ciclo

(tendem a diminuir as “mós do moinho”)

Reacção anapleróticanão intermediário do ciclo →

intermediário do ciclo

(tendem a aumentar as “mós do moinho”)

glutamatoα-cetoglutarato

fosfoenolpiruvato

A reacção catalisada pela síntase do citrato não é anaplerótica nem cataplerótica

piruvato

Carboxílase do piruvato

CO2 + ATP

ADP + Pi

Além disto porque a reacção catalisada pela desidrogénase do piruvato é irreversívela acetil-CoA não pode gerar oxalacetato.

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Alguns aminoácidos podem originar intermediários do ciclo de Krebs; porque os intermediários do ciclo de Krebs podem gerar glicose, esses aminoácidos são glicogénicos.

Os ácidos gordos de cadeia par (a maioria) não são glicogénicos porque só geram acetil-CoA no seu processo catabólico.

O glutamato é, por exemplo, um aminoácido glicogénico. 14

As enzimas da glicólise, a desidrogénase do piruvato, a síntase do citrato e a líase do ATP-citrato participam na formação de ácidos gordos a partir de glicose

Para engordar não é necessário comer gorduras...

também serve comer glicídeos.

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O acetil-CoA é precursor na formação dos ácidos gordos mas...(1) a sua síntese ocorre dentro da mitocôndria e (2) a formação dos ácidos gordos ocorre no citoplasma.

Na membrana da mitocôndria não existe nenhum transportador para o acetil-CoA mas existe para o citrato.

Via citrato o acetil-CoA pode ser “transportado” para o citosol.