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Aula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico
REUNI: Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico
Universidade Federal de Santa CatarinaPrograma de Pós-graduação em Bioquímica
Tira-dúvidas com alunos da graduação
•Mais abundante biomolécula da Terra: •Fotossíntese converte + 100 bilhões toneladas de CO2 e H2O em carboidratos (celulose e outros açúcares).
CarboidratosAula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico
• Rica em energia potencial.
• Oxidação completa gera energia livre padrão -2.840 KJ/mol.
• Seu armazenamento como polímero, a célula mantém uma osmolaridade citosólica relativamente baixa.
• A glicose armazenada pode ser empregada para produzir ATP de maneira aeróbica e anaeróbica.
• Glicose também pode ser utilizada como precursor biossintético de aminoácidos, nucleotídeos, coenzimas, ácidos graxos e outros.
Glicose como combustívelAula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico
Em plantas vasculares e animais, a glicose possui três destinos:
• Armazenamento (polissacarídeo e sacarose).
• Oxidação até piruvato para fornecer ATP e intermediários metabólicos.
• Oxidação das pentoses pela via as pentoses fosfato produzindo ribose 5-fosfato para a síntese de ácidos nucléicos e NADPH que participará na redução química biossintética.
Glicose como combustível
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• Organismos fotossintéticos: fazem a síntese de glicose reduzindo o CO2 atmosférico em triose e depois em glicose.
• Organismos não fotossintéticos; obtém a glicose a partir da alimentação ou gliconeogênese.
Origem da glicose
produto
energia
reagentest
EN
ER
GIA
ENDOTÉRMICA
Ex.: Fotossíntese
6CO2 + 12H2O + LUZ C6H12O6 +6O2 + H2O
produtosenergia
reagente
EN
ER
GIA
EXOTÉRMICAt
Ex.: Respiração celular
C6H12O6 + CO2 +6CO2 + 6H2O + Energia
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• Estágio 1 – Produção de Acetil-CoA: as moléculas de glicose, aminoácidos e ácidos graxos são oxidados para liberar fragmentos com 2 átomos de carbonos, acetil (Acetil-CoA).
• Estágio 2 – Oxidação de Acetil- CoA: esses grupos acetil são introduzidos no ciclo e oxidados até CO2. A energia é conservada nos transportadores NADH e FADH2.
• Estágio 3 – Transferência de elétrons e fosforização oxidativa: os elétrons são conduzidos na cadeia transportadora de elétrons ate O2. Durante este processo uma grande quantidade de energia é liberada na forma de ATP.
Respiração
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Estágio 1: Produção de Acetil- CoA
1. A produção de acetil –CoA é catalisada pela piruvato desidrogenase, onde o grupo carboxila é removido do piruvato na forma de CO2 e os 2 carbonos remanescentes formam o acetil.
2. A reação completa é chamada de descarboxilação oxidativa.
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Os três componentes do complexo da piruvato desidrogenase:
E1- Piruvato desidrogenase
E2- Dihidrolipoil transacetilase
E3- Dihidrolipoil desidrogenase
Estágio 1: Produção de Acetil- CoA
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As reações seqüenciais de desidrogenação e descarboxilação ocorrem com 3 enzimas e 5 coenzimas ou grupos prostéticos:
A deficiência da tiamina (Vitamina B1) causa a doença de Beriberi caracterizada por distúrbios neurológicos, paralisia atrofia cardíaca e morte.
Estágio 1: Produção de Acetil- CoA
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Estágio 2: Oxidação do Acetil-CoA
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1. Formação de citrato pela citrato sitetase.2. O grupo acetil é transferido para o oxalacetato para formar o citrato, um
composto com 4C.
Reações do Ciclo de Krebs
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2. Aconitase: Esta enzima catalisa a isomerização da reação removendo e adicionando água ao cis-aconitate em diferentes posições. O isocitrato é consumido rapidamente no próximo passo.
Reações do Ciclo de Krebs
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3. Isocitrate desidrogenase: Oxidação do isocitrato em α-cetoglutarato e CO2. É uma carboxilação oxidativa liberando o NAD ou NADPH.
Reações do Ciclo de Krebs
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4. a-cetoglutarato desidrogenase: Oxidação do α -cetoglutarato em Succinil Co-A e CO2. Descarboxilação oxidativa pela α-cetoglutarato desidrogenase liberando NADH. Esta enzima forma um complexo, onde o aceptor de elétrons é o NADH.
Reações do Ciclo de Krebs
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5. Succinil-CoA sintetase: o succinil-CoA tem uma energia livre padrão na ligação tioéster. O rompimento desta ligação libera energia suficiente para a formação de ATP ou GTP.
Reações do Ciclo de Krebs
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6. Succinato desidrogenase: faz a oxidação do succinato em fumarato, liberando FADH2. Esta enzima é crítica no ciclo.
O malonato é um análogo do succinato, sendo um potente inibidor competitivo da succinato desidrogenase, bloqueando o ciclo do ácido cítrico.
Reações do Ciclo de Krebs
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7. Fumarase: faz a hidratação do fumarato em malato.
Reações do Ciclo de Krebs
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8. L-Malato desidrogenase: faz oxidação do malato em oxalacetato. É uma enzima NAD-dependente. Esta reação é rapidamente consumida para o próximo passo na formação do citrato. Assim, as concentrações de oxalacetato é reduzido no ciclo.
Reações do Ciclo de Krebs
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A conservação de energia da oxidação
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Efficiency of Biochemical engine in Living Systems: Oxidation of one glucose yields 2840 kJ/mole energyEnergy obtained by biological engine: 32ATP X 30.5 kJ/Mol = 976 kJ/mol Thus 34% efficiency is obtained if calculations are done using standard conditions.
O papel do ciclo do ácido cítrico no anabolismo
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Reações anapleróticas
À medida que os intermediários do CAC são removidos para servirem de precursores biossintéticos, estes são repostos por reações anapleróticas.
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Regulação do ciclo
O fluxo de átomos de C do piruvato através do ciclo é estreitamente regulado em 2 níveis:
•Conversão de piruvato em acetil-coA•Entrada de Acetil-CoA no ciclo
Com relação a velocidade, 3 fatores governam:
•Disponibilidade de substrato•Inibição por acúmulo de produtos•Inibição alostérica retroativa pelas enzimas
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Uma variação do ciclo de Krebs encontrado em plantas e bactérias
• Ciclo do glioxalato oferece um meio para plantas e bactérias crescerem em meios contendo unicamente acetato como fonte de carbonos.
• Os passos de descarboxilação são evitados e um equivalente acetato extra é utilizado
• Isocitrato liase e malato sintase são as enzimas chaves do ciclo.
• O ciclo do glioxalato ajuda as plantas a crescerem no escuro. • Glioxissomos se valem de três reações que ocorrem na mitocôndria: de
succinato a oxaloacetato.
Ciclo do glioxalato
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Ciclo do Glioxalato
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NADH NAD
Complexo Enzimático I
Q
Cit c
Complexo Enzimático II
Complexo Enzimático IIIH+
½ O2 H2O
H+
Cadeia respiratória
Elétrons altamenteenergéticos
Cadeia transportadoraDe elétrons
O2 + 4H+ + 4e- 2H2O
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H+
Elétrons altamenteenergéticos
Cadeia transportadoraDe elétrons
O2 + 4H+ + 4e- 2H2O
Estágio 3 - Transferência de elétrons
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+
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GLICÓLISE Ác. pirúvico
Acetil-CoA
CADEIA RESPIRATÓRIA
2 ATP 6 ATP 6 ATP 18 ATP 4 ATP 2 ATP
2 ATP2 ATP
2 NADH
2 NADH
6 NADH 2 FADH
CICLO DE KREBS
MITOCÔNDRIA
CITOPLASMA
38 ATP
BALANÇO ENERGÉTICOAula REUNI : Ciclo do Ácido Cítrico