Ciclo-do-ácido-cítrico
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Instituto de Qumica de So Carlos IQSC Universidade de So Paulo
Ciclo do cido ctricoDisciplina: Bioqumica AvanadaDocente: Profa. Dra. Fernanda Canduri
Contedo
Viso geral do ciclo do cido ctrico Sntese de acetil-CoA Enzimas do ciclo do cido ctrico
Citrato sintase Aconitase Isocitrato-desidrogenase Cetoglutarato desidrogenase Succinil-CoA sintetase Succinato desidrogenase Fumarase Malato desidrogenase
Regulao do ciclo Reaes relacionadas ao ciclo do cido ctrico Reaes que abastecem os intermedirios do ciclo
Viso geral do ciclo do cido ctrico
O ciclo do cido ctrico, tambm denominado ciclo de Krebs, ou ciclo do cido tricarboxlico (TCA), realiza a oxidao de combustveis metablicos O piruvato derivado da glicose ser convertido em uma molcula de 2 carbonos, o acetil-CoA, mais CO2. O ciclo do cido ctrico uma rota central para a recuperao de energia a partir de vrios combustveis metablicos, incluindo carboidratos, cidos graxos e aminocidos, que so convertidos a acetil-CoA para a oxidao Fornece reagentes para uma variedade de rotas biossintticas
Viso geral do ciclo do cido ctricoO ciclo uma srie de oito reaes que oxida os grupos acetil do acetil-CoA, formando duas molculas de CO2, de maneira que a energia livre liberada conservada nos compostos reduzidos, NADH e FADH2 Seu nome devido ao produto da primeira reao, o citrato Uma volta completa produz trs molculas de NADH, uma de FADH2, um composto de alta energia (GTP ou ATP), e 2 CO2.
Sntese de acetil-coenzima A
Sob condies aerbicas, o piruvato entra na mitocndria juntamente com H+, atravs de uma protena de transporte simporte, para ser adicionalmente oxidadoO piruvato convertido a acetil-CoA pela piruvato desidrogenase na presena de NAD+
Os grupos acetil entram no ciclo como parte do composto de alta energia acetil-CoA (tiosteres possuem alta energia livre de hidrlise)
Sntese de acetil-coenzima A
A piruvato desidrogenase um complexo multienzimtico Os complexos multienzimticos so grupos de enzimas associadas de modo no-covalente que catalisam duas ou mais reaes seqenciais em uma rota metablica Todos os organismos possuem complexos multienzimticos, o que representa um avano:
Devido ao aumento da velocidade de reaes enzimticas Devido a canalizao dos intermedirios metablicos entre enzimas sucessivas, minimizando reaes secundrias
As reaes so controladas coordenadamente
Sntese de acetil-coenzima A
A acetil-CoA formada a partir da descarboxilao oxidativa do piruvato realizada pela piruvato desidrogenase O complexo da piruvato desidrogenase catalisa cinco reaes seqenciais com a seguinte estequiometria Piruvato + CoA + NAD+ acetil-CoA + CO2 + NADH
Cinco coenzimas so necessrias: o pirofosfato de tiamina (TPP), a lipoamida, a coenzima A, o FAD e o NAD+
As cinco reaes do complexo da piruvato desidrogenase
C
A
B
Enzimas do ciclo do cido ctrico1. Citrato sintaseCatalisa a condensao da acetil-CoA com oxaloacetato A acetil-CoA alimenta o ciclo a partir de tomos de carbono doados por carboidratos, cidos graxos e aminocidos No mecanismo de ao da citrato sintase, o oxaloacetato se liga primeiro, seguido pela acetil-CoA A ligao do oxaloacetato provoca uma mudana conformacional que forma o stio de ligao da acetil-CoA, fechando o stio de ligao do oxaloacetato de maneira que o solvente no pode alcanar o substrato ligado
Alterao conformacional da citrato sintase
O mecanismo de reao da citrato sintaseA His274 e His320, em suas formas neutras, e a Asp375 esto como catalisadoras gerais cido-base. 1- A etapa limitante a formao do enol acetil-CoA, que estabilizado por uma ligao de hidrognio ao nion His274 resultante. O enol acetil-CoA ataca nucleofilicamente o carbono do grupo carbonil do oxaloacetato 2 e 3- O intermedirio resultante, a citril-CoA, hidrolisado, produzindo citrato e CoA
O ciclo do cido ctrico ou Ciclo de Krebs
2. Aconitase
Catalisa a isomerizao reversvel do citrato e do isocitrato, com o intermedirio cis-aconitato
Citrato
cis-Aconitato
Isocitrato
3. Isocitrato desidrogenase NAD+-dependente
Catalisa a descarboxilao oxidativa do isocitrato para formar acetoglutarato A reao produz o primeiro CO2 e NADH do ciclo
O primeiro CO2 componente do oxaloacetato e no da acetil-CoA
4. a-Cetoglutarato desidrogenase
Catalisa a descarboxilao oxidativa de um a-ceto cido (acetoglutarato) Esta enzima um complexo multienzimtico como a piruvato desidrogenase, sendo o produto um tioster de alta energia, a succinil-CoA Reao que produz o segundo CO2 e NADH do ciclo
a-Cetoglutarato desidrogenase
Novamente, o carbono do CO2 entrou no ciclo como um componente do oxaloacetato, e no da acetil-CoA
5. Succinil-CoA sintetase
Acopla a clivagem da succinil-CoA de alta energia sntese de um nucleosdeo trifosfato de alta energia: o GTP. ATP e GTP so rapidamente interconvertidos por meio da ao da nucleosdeo difosfatoquinase
GTP + ADP GDP + ATP DG0 = 0
A reao ocorre em trs etapas:
1- Formao do succinil-fosfato, um anidrido de alta energia
Succinil-CoA sintetase2- Formao do fosforil-His, um intermedirio de alta energia, e o succinato
3- Transferncia do grupo fosforil para o GDP, formando GTP
O Ciclo do cido ctrico At a quinta reao, o equivalente a um acetil foi completamente oxidado em duas molculas de CO2Dois NADH e um GTP foram gerados Para completar o ciclo, o succinato dever ser reconvertido a oxaloacetato Essa converso alcanada pelas trs reaes restantes
6. Succinato desidrogenase
Catalisa a desidrogenao estereoespecfica do succinato a fumarato, com a reduo do FAD a FADH2
Succinato desidrogenase
A succinato desidrogenase contm um FAD como grupo prosttico covalentemente ligado a enzima por um resduo de histidina
Em geral, o FAD oxida alcanos e alcenos, ao passo que o NAD+ participa em oxidaes mais exotrmicas de lcoois a aldedos ou cetonas
7. Fumarase
Catalisa a hidratao da ligao dupla do fumarato para formar malato A reao procede por meio de um estado transitrio do carbnion A adio de OH- ocorre antes da adio do H+ para a formao do malato
Fumarato
Malato
8. Malato desidrogenase
Catalisa a reao final do ciclo do cido ctrico, com a regenerao do oxaloacetato O grupo hidroxila do malato oxidado em uma reao NAD+dependente
O ciclo novamente
Consideraes1. Dois tomos de carbono deixam o ciclo na forma de CO2. Estes dois tomos que deixam o ciclo so diferentes dos que entraram na mesma volta (ou seja, no vieram do Acetil-CoA) 2. Uma ligao de alta energia formada - GTP (fosforilao ao nvel do substrato) 3. Cinco tomos de hidrognio deixam o ciclo por volta, 3 como NADH e 2 como FADH2 4. Duas molculas de gua so consumidas, uma na sntese do citrato e a outra na hidratao do fumarato
Consideraes5. Quatro dos oito passos do processo so oxidaes e a energia nelas liberada conservada, com alta eficincia, na formao dos cofatores
reduzidos (NADH e FADH2).6. O NADH e o FADH2 produzidos no ciclo so oxidados pela cadeia transportadora de eltrons na membrana mitocondrial interna. Para cada NADH oxidado formam-se ~3 ATPs e para cada FADH2, formam-se ~2 ATPs. Portanto, quando os 3 NADH e o FADH2 so oxidados na cadeia transportadora de eltrons, formam-se 11 ATPs, mais um GTP formado diretamente. Ou seja, 12 ligaes fosfato de alta energia so formadas para cada acetil-CoA. 7. O oxignio no participa diretamente do ciclo do cido ctrico, porm o ciclo s funciona em aerobiose, porque o NAD+ e FAD s podem ser regenerados na mitocndria pela transferncia de eltrons ao oxignio. Portanto, o ciclo do cido ctrico estritamente aerbico.
Rendimento energtico
Variao da energia livre padro (DG0) e variao da energia livre (DG) das reaes do ciclo do cido ctrico
Regulao do ciclo do cido ctrico
A descarboxilao do piruvato pelo complexo da piruvato desidrogenase irreversvelComo no h outras vias para a sntese da acetil-CoA a partir do piruvato em mamferos, a reao deve ser controlada de modo preciso Sistemas reguladores:
Inibio pelos produtos NADH e acetil-CoA competem com o NAD+ e com a CoA pelos stios de ligao nas respectivas enzimas Modificao covalente pela fosforilao/desfosforilao da enzima (E1) a fosforilao inativa o complexo da piruvato desidrogenase
Enzimas controladoras da velocidade do ciclo
H trs enzimas: citrato sintase, isocitrato-desidrogenase NAD+dependente, e a-cetoglutarato desidrogenase Devido ao fato do O2 consumido, a reoxidao de NADH e a produo de ATP estarem fortemente acoplados, o ciclo do cido ctrico deve ser regulado pelo mecanismo de retroalimentao que coordena a produo de NADH e consumo de energia Os trs mecanismos de controle do ciclo: (1) disponibilidade de substratos, (2) inibio pelo produto e (3) inibio competitiva da retroalimentao pelos intermedirios ao longo do ciclo
Regulao do ciclo do cido ctrico
A necessidade de intermedirios do ciclo do cido ctrico como precursores biossntticos e a demanda de ATP influenciam em sua operao Os reguladores mais importantes:
Acetil-CoA
OxaloacetatoNADH
Regulao do ciclo do cido ctrico
O fluxo metablico pela citrato sintase varia com as concentraes dos substratos e controlado pela disponibilidade desses substratos A concentrao de oxaloacetato est em equilbrio com o malato e varia com a proporo [NADH]/[NAD+], de acordo com a expresso
K = [oxaloacetato][NADH] [malato][NAD+]
Regulao do ciclo do cido ctrico
Se a carga de trabalho aumenta, a [NADH] mitocondrial diminuir, e consequentemente, aumenta a [oxaloacetato], estimulando a reao da citrato sintase A taxa de consumo do citrato depende da atividade da isocitrato desidrogenase NAD+-dependente, a qual fortemente inibida pelo produto NADH Outro exemplo de inibio pelo produto: inibio da citrato sintase pelo citrato, que compete com o oxaloacetato A succinil-CoA tambm compete com a acetil-CoA na reao da citrato sintase, exemplo de inibio competitiva por retroalimentao
Reaes relacionadas ao ciclo do cido ctricoFunes anfiblicas do ciclo do cido ctrico Vrias vias biossintticas utilizam os intermedirios do ciclo como reagentes para reaes anablicas Mas o ciclo est envolvido na degradao e o principal sistema de conservao de energia livre na maioria dos organismos intermedirios so necessrios para a manuteno da funo degradativa
Reaes que abastecem os intermedirios do ciclo
Intermedirios do ciclo que foram desviados devem ser reabastecidos: so as reaes anaplerticas (reaes de preenchimento) A mais importante catalisada pela piruvato carboxilase, que produz oxaloacetato a partir do piruvato Qualquer diminuio da velocidade do ciclo causada pela insuficincia de oxaloacetato ou outros intermedirios leva a um aumento da concentrao de acetil-CoA Tal aumento ativa a piruvato carboxilase que reabastece o oxaloacetato
Reaes que abastecem os intermedirios do ciclo