Ciclo de Krebs

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Localização celular do Ciclo de Krebs em eucariotos

Matriz mitocondrial (com exceção da succinato desidrogenase, localizada na membrana interna).

Reação preparatória: Descarboxilação oxidativa do piruvato

Substrato: Piruvato e CoA | Produto: Acetil-CoA e CO2 | Enzima: Complexo piruvato desidrogenase | Saldo: 1 NADH.

Etapa 1: Formação de citrato

Substratos: Oxaloacetato e Acetil-CoA | Produto: Citrato | Enzima: Citrato sintase | Saldo: Nenhum (liberação de CoA-SH).

Etapa 2a: Desidratação do citrato

Substrato: Citrato | Produto: cis-Aconitato (+ H2O) | Enzima: Aconitase | Saldo: Nenhum.

Etapa 2b: Hidratação do cis-aconitato

Substrato: cis-Aconitato (+ H2O) | Produto: Isocitrato | Enzima: Aconitase | Saldo: Nenhum.

Etapa 2 global: Isomerização do citrato

Substrato: Citrato | Produto: Isocitrato | Enzima: Aconitase | Saldo: Nenhum.

Etapa 3: Oxidação e descarboxilação do isocitrato

Substrato: Isocitrato | Produto: alfa-Cetoglutarato e CO2 | Enzima: Isocitrato desidrogenase | Saldo: 1 NADH.

Etapa 4: Descarboxilação oxidativa do alfa-cetoglutarato

Substratos: alfa-Cetoglutarato e CoA | Produto: Succinil-CoA e CO2 | Enzima: Complexo alfa-cetoglutarato desidrogenase | Saldo: 1 NADH.

Etapa 5: Fosforilação em nível de substrato

Substrato: Succinil-CoA (+ GDP/ADP + Pi) | Produto: Succinato e CoA | Enzima: Succinil-CoA sintetase | Saldo: 1 GTP (ou ATP).

Etapa 6: Oxidação do succinato

Substrato: Succinato | Produto: Fumarato | Enzima: Succinato desidrogenase | Saldo: 1 FADH2.

Etapa 7: Hidratação do fumarato

Substrato: Fumarato (+ H2O) | Produto: L-Malato | Enzima: Fumarase | Saldo: Nenhum.

Etapa 8: Oxidação do L-malato (regeneração)

Substrato: L-Malato | Produto: Oxaloacetato | Enzima: Malato desidrogenase | Saldo: 1 NADH.

Rendimento energético por volta (1 Acetil-CoA)

3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP (ou ATP) e liberação de 2 CO2.

Rendimento energético por molécula de glicose no ciclo

6 NADH, 2 FADH2, 2 GTP (ou ATP) e liberação de 4 CO2 (duas voltas).

Regulação da Citrato Sintase

Inibida alostericamente por ATP, NADH, citrato e succinil-CoA; ativada por ADP e substratos.

Regulação da Isocitrato Desidrogenase

Ativada por ADP e Ca2+; inibida alostericamente por ATP e NADH.

Regulação do Complexo alfa-Cetoglutarato Desidrogenase

Ativado por Ca2+; inibido por succinil-CoA, NADH e alta carga energética (ATP).

Papel da Aconitase e seu cofator

Isomeriza citrato a isocitrato via centro ferro-enxofre [4Fe-4S]; inibida por fluoroacetato.

Succinato Desidrogenase: Particularidade estrutural

É a única enzima ligada à membrana interna mitocondrial; atua como o Complexo II da cadeia respiratória.

Reações Anapleróticas: Definição

Reações químicas que repõem intermediários consumidos do Ciclo de Krebs para manter seu fluxo.

Reação anaplerótica da Piruvato Carboxilase

Substratos: Piruvato + CO2 + ATP | Produto: Oxaloacetato + ADP + Pi | Enzima: Piruvato carboxilase (ativada por acetil-CoA).

Reação anaplerótica da Enzima Málica

Substratos: Piruvato + CO2 + NADPH | Produto: Malato + NADP+ | Enzima: Enzima málica.

Origem do Citrato além do Acetil-CoA e Oxaloacetato

O citrato pode ser exportado para o citosol para síntese de ácidos graxos e colesterol.

Destino biossintético do alfa-Cetoglutarato

Transaminação para síntese de glutamato, outros aminoácidos e bases purinas.

Destino biossintético do Succinil-CoA

Utilizado como precursor na síntese de porfirinas e do grupo heme da hemoglobina.

Destino biossintético do Oxaloacetato

Precursor para a gliconeogênese (via fosfoenolpiruvato) e síntese de aspartato e pirimidinas.

Cofatores do Complexo Piruvato Desidrogenase

TPP (tiamina pirofosfato), Lipoamida, FAD, CoA-SH e NAD+.

Cofatores do Complexo alfa-Cetoglutarato Desidrogenase

TPP, Lipoamida, FAD, Coenzima A e NAD+ (idênticos ao complexo piruvato desidrogenase).

Inibidor clássico da Succinato Desidrogenase

Malonato (inibidor competitivo estruturalmente análogo ao succinato).

Inibidor da Aconitase

Fluorocitrato (formado metabolicamente a partir de fluoroacetato).

Inibidor do Complexo alfa-Cetoglutarato Desidrogenase

Arsenito (liga-se covalentemente aos grupos sulfidrila da lipoamida).

Enzima geradora de GTP por fosforilação ao nível de substrato

Succinil-CoA sintetase (também chamada de succinato tiocinase).

Conversão de GTP a ATP na célula

Catalisada pela enzima nucleosídeo difosfato quinase: GTP + ADP <-> GDP + ATP.

Por que o Ciclo de Krebs é chamado de anfibólico?

Porque participa tanto de processos catabólicos (degradação oxidativa) quanto anabólicos (biossíntese).

Primeira liberação de CO2 no ciclo

Ocorre na descarboxilação do isocitrato a alfa-cetoglutarato pela isocitrato desidrogenase.

Segunda liberação de CO2 no ciclo

Ocorre na conversão do alfa-cetoglutarato a succinil-CoA pelo complexo alfa-cetoglutarato desidrogenase.

Por que o Ciclo de Krebs não funciona em anaerobiose estrita?

Porque a falta de O2 bloqueia a cadeia respiratória, esgotando os estoques de NAD+ e FAD oxidados.

Destino dos elétrons carreados pelo NADH

Transferidos para o Complexo I (NADH desidrogenase) da cadeia de transporte de elétrons.

Destino dos elétrons carreados pelo FADH2

Transferidos para a ubiquinona através do Complexo II (succinato desidrogenase).

Equivalência de ATP por NADH na fosforilação oxidativa

Aproximadamente 2,5 moléculas de ATP por cada NADH oxidado.

Equivalência de ATP por FADH2 na fosforilação oxidativa

Aproximadamente 1,5 moléculas de ATP por cada FADH2 oxidado.

Total de ATP gerado por volta do ciclo (incluindo cadeia respiratória)

Cerca de 10 ATPs por Acetil-CoA (3x2,5 de NADH + 1x1,5 de FADH2 + 1 GTP).

Regulação da Piruvato Desidrogenase por fosforilação

Inativada pela PDH quinase (ativa com alto ATP/NADH); ativada pela PDH fosfatase (estimulada por Ca2+).

Origem do substrato Acetil-CoA

Glicólise (via piruvato), beta-oxidação de ácidos graxos e catabolismo de aminoácidos cetogênicos.

Número de átomos de carbono no Citrato

6 carbonos (tricarboxílico).

Número de átomos de carbono no alfa-Cetoglutarato

5 carbonos (ácido dicarboxílico).

Número de átomos de carbono no Succinato, Fumarato, Malato e Oxaloacetato

4 carbonos cada.

Estereoquímica da hidratação pela Fumarase

Adição estereoespecífica trans de H2O à dupla ligação do fumarato, gerando exclusivamente L-malato.

Reversibilidade da reação da Malato Desidrogenase

Termodinamicamente desfavorável (delta G positivo), mas puxada pelo rápido consumo contínuo de oxaloacetato.

Efeito do aumento da razão NADH/NAD+ sobre o ciclo

Inibe as desidrogenases-chave (isocitrato e alfa-cetoglutarato), desacelerando o ciclo.

Efeito do íon Cálcio (Ca2+) nas enzimas do ciclo

Estimula a isocitrato desidrogenase e alfa-cetoglutarato desidrogenase durante a contração muscular.

Intermediário com ligação tioéster de alta energia no ciclo

Succinil-CoA (energia da quebra do tioéster acopla a formação de GTP/ATP).