Aula 7 Ciclo de Krebs.pdf
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Sabe-se que a glicose pode ser oxidada por
duas maneiras a oxidação anaeróbica e a
aeróbica, sendo o rendimento da oxidação
anaeróbica muito baixo, a oxidação completa até
CO2 e H2O, sob condições aeróbicas é a maneira
preferida pelas células devido ao seu alto
rendimento energético.
INTRODUÇÃO
Aeróbica (Utilizando oxigênio da respiração celular)
Anaeróbica (Glicólise = outro processo de fermentação independente do oxigênio.)
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 combustível
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
ATP (Adenosina Trifosfato)
NADPH (Nicotinamida-Adenina-Dinucleotídeo, produzido na glicólise ou no processo desidrogenação.)
Origem da Glicose 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.
produto
energia
reagentes
t
EN
ER
GIA
ENDOTÉRMICA
Ex.: Fotossíntese 6CO2 + 12H2O + LUZ C6H12O6 +6O2 + H2O
produtos energia
reagente
EN
ER
GIA
EXOTÉRMICA
t
Ex.: Respiração celular C6H12O6 + CO2 +6CO2 + 6H2O + Energia
Vamos com calma, pois,
precisamos do ATP
Cada vez que ocorre a desmontagem da molécula de
glicose, a energia não é simplesmente liberada para o meio.
A energia é transferida para outras moléculas (chamadas de
ATP), que servirão de reservatórios temporários de
energia, “bateriazinhas” que poderão liberar “pílulas” de
energia nos locais onde estiverem.
Energia sob a forma de ATP
ADP (Adenosina Difosfato)
A conversão de algumas moléculas de ATP em ADP + Pi e a energia liberada é utilizada pela
célula.
A ligação do ADP
com o fosfato é
reversível
A estrutura do ATP
Ribose ()
O ATP é um composto derivado de nucleotídeo em que a adenina é a base e o açúcar é a
ribose, altamente energéticas (liberam cerca de 7 Kcal/mol de substância).
Assim, cada vez que o terceiro fosfato se desliga do conjunto, ocorre a
liberação de energia que o mantinha unido ao ATP. É esta energia que é
utilizada quando andamos, falamos, pensamos ou realizamos qualquer
trabalho celular.
Ribose
Segura glicose,
to chegando!!!!
Agora estou carregado!!
Liberação de energia através da fermentação
É um processo de liberação de energia que ocorre sem a participação do
oxigênio(processo anaeróbio)
Cada molécula de glicose é desdobrada em duas moléculas de piruvato
(ácido pirúvico), com liberação de hidrogênio e energia, por meio de
várias reações químicas.O hidrogênio combina-se com moléculas
transportadores de hidrogênio (NAD), formando NADH + H+, ou seja
NADH2.
Glicólise
Tipos de Fermentação
Fermentação Alcoólica
Esse tipo de fermentação é realizado por diversos microorganismos,
destacando-se os chamados “fungos de cerveja”, da
espécie Saccharomycescerevisiae. Empregado em bebidas alcoólicas
(vinhos, cervejas, cachaças etc.).
As leveduras e algumas
bactérias fermentam açucares,
produzindo álcool etílico e gás
carbônico (CO2), processo
denominado fermentação
alcoólica.
Tipos de Fermentação
Fermentação Lática
Produção de ácido lático nos músculos de uma pessoa, em ocasiões
que há esforço muscular exagerado. A quantidade de oxigênio para a
respiração aeróbia é insuficiente para a atividade muscular intensa. (fermentar uma parte da glicose, na tentativa de liberar energia extra).
Os lactobacilos (bactérias presentes no leite)
o produto final é o ácido lático
( lactose, o açúcar do leite),
que é desdobrado, por ação
enzimática que ocorre fora das
células bacterianas, em glicose e
galactose.
Cada molécula do ácido pirúvico é convertido em ácido lático, que também contém três átomos de carbono.
A primeira fase da glicólise é uma fase
de gasto energético onde os produtos formados
são mais energéticos que a glicose.
Na primeira fase da glicólise há o gasto da energia da
ligação fosfato de duas moléculas de ATP.
É uma fase de investimento energético para a produção
posterior maior da energia com a quebra da molécula.
Duas reações de fosforilações são IRREVERSÍVEIS o
que obriga a não formação de glicose a partir do
aumento da concentração do produto.
Essas reações irreversíveis serão alvo de enzimas da
neoglicogênese.
A segunda fase, resgata a energia investida e
libera parte da energia contida na molécula de
glicose.
A segunda fase da glicólise é responsável pela produção
energética equivalente a quatro ligações de alta energia
do ATP mais a formação de dois NADH.
Parte do BPG formado é usado como sinalizador para a
liberação de O2 nos tecidos pela hemoglobina.
BPG (2,3-bis-fosfo-glicerato= Durante a segunda fase da glicólise, o 1,3-bis-fosfo-glicerato pode ser isomerizado
em 2,3-bis-fosfo-glicerato (BPG)e se ligar com a hemoglobina induzindo a liberação de O2 nos tecido)
Também chamado ciclo do ácido tricarboxílico,
consiste no início do processamento aeróbico da
glicose sendo no entanto a via final comum para a
oxidação de moléculas dos alimentos – aminoácidos,
ácidos graxos e carboidratos. A maioria dessas
moléculas entra no ciclo da forma de acetil-CoA.
Ciclo de Krebs
Ciclo do Ácido Cítrico
acetil-CoA (acetil-coenzima A)
É a mais importante via metabólica celular.
Ocorre sob a regência de enzimas mitocondriais,em condições de
aerobiose, após a descarboxilação oxidativa do piruvato a acetil-
CoA, após o final da glicólise.
O Ciclo de Krebs está associado a uma cadeia respiratória, ou
seja, um complexo de compostos transportadores de prótons
(H+) e elétrons que consumem o oxigênio (O2) absorvido por
mecanismos respiratórios, sintetizando água e gerando ATPs
através de um processo de fosforilação oxidativa.
O Ciclo de Krebs
1. INÍCIO: condensação da acetil-CoA com o oxalacetato, gerando
citrato: esta reação é catalisada pela enzima citrato-sintase e gera um
composto de seis carbonos, uma vez que o oxalacetato possui 4C e a
acetil- CoA, possui 2C que correspondem aos dois últimos carbonos
da glicose que ainda estão unidos depois da oxidação do piruvato.
Elétrons que consumem o oxigênio (O2) absorvido por mecanismos
respiratórios, sintetizando água e gerando ATPs através de um
processo de fosforilação oxidativa.
O Ciclo de Krebs inicia-se (Estagio I)
Estágio I: 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.
Estágio I: Produção de Acetil- CoA
Os três componentes do complexo
da piruvato desidrogenase:
E1- Piruvato desidrogenase
E2- Dihidrolipoil transacetilase
E3- Dihidrolipoil desidrogenase
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 I: Produção de Acetil- CoA
2. Isomerização do
citrato em isocitrato: esta reação é catalisada pela
enzima aconitase. Há a
formação de cis-aconitato
como um intermediário
ligado à enzima, porém pode
ser que ele constitua uma
ramificação do ciclo.
O Ciclo de Krebs inicia-se (Estagio II)
Estágio II: Oxidação do Acetil-CoA
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
3. Oxidação do citrato a α-cetoglutarato: catalisada pela
enzima isocitrato desidrogenase,utiliza o NADH como transportador
de 2 hidrogênios liberados na reação, havendo o desprendimento de uma
molécula de CO2, a primeira da acetil-CoA. Há a formação de oxalo-
succinato como intermediário ligado à enzima.
O Ciclo de Krebs (Estagio II)
O Ciclo de Krebs (Estagio II)
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
4. Descarboxilação oxidativa do α- cetoglutarato a succinil-
CoA: é catalisada pelo complexo enzimático α- cetoglutarato-
desidrogenase e utiliza o NADH como transportador de 2
hidrogênios liberados na reação, havendo o desprendimento de
mais uma molécula de CO2 que corresponde ao último carbono
remanescente da acetil-CoA, com as reações seguintes reorganizando o
estado energético dos compostos com a finalidade de regenerar o
oxalacetato, molécula iniciadora do ciclo, permitindo o prosseguimento
do metabolismo da acetil- CoA
O Ciclo de Krebs (Estagio II)
O Ciclo de Krebs (Estagio II)
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
5. CDoeAsa. cilação do succinil-CoA até succinato: a enzima
succinil-CoA sintase catalisa esta reação de alto poder termogênico,
gerando um GTP (guanosina-tri-fosfato) que é convertido em ATP (o
único produzido no nível dos substrato do Ciclo de Krebs).
O Ciclo de Krebs (Estagio II)
O Ciclo de Krebs (Estagio II)
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
6. Oxidação do succinato a fumarato: catalisada pela enzima
succinato-desidrogenase, utiliza o FADH2 como transportador de 2
hidrogênios liberados na reação.
O Ciclo de Krebs inicia-se (Estagio III)
O Ciclo de Krebs inicia-se (Estagio III)
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
7. Hidratação do fumarato a malato: catalisada pela enzima
fumarase (ou fumaratohidratase) corresponde a uma desidratação com
posterior hidratação, gerando um isômero.
O Ciclo de Krebs (Estagio III)
O Ciclo de Krebs (Estagio III)
7. Fumarase: faz a hidratação do fumarato em malato.
Reações do Ciclo de Krebs
8. TÉRMINO: desidrogenação do malato com a regeneração do
oxalacetato: catalisada pela enzima malato-desidrogenase, utiliza o
NADH como transportador de 2 hidrogênios liberados na reação. Na
verdade, o Ciclo de Krebs não termina, verdadeiramente, com esta reação,
pois outra molécula de acetil-CoA condensa-se com o oxalacetato, reiniciando
um novo ciclo.
O Ciclo de Krebs (Estagio III)
O Ciclo de Krebs (Estagio III)
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
A conservação de energia da oxidaçã
O Ciclo de Krebs completo
com seus três estágios
3
2
1
Os 4 pares de hidrogênios (e seus elétrons) liberados
no ciclo de Krebs são imediatamente transportado
para a cadeia respiratória que é um processo gerador
de ATPs onde o O2 serve de aceptor final dos
hidrogênios (e elétrons) gerando uma molécula de
H2O por cada par de elétrons que são transportados
pelo NADH e FADH2, gerados não só do ciclo de
Krebs, mas de qualquer outra reação metabólica
celular.
Ciclo de Krebs
Respiratório
A Respiração Celular ocorre em
3 estágios
1 –Nutrientes são oxidados e geram Acetil-CoA
(Glicólise, β-oxidaçãoe oxidação de aminoácidos)
coenzimas são reduzidas
2 –Acetil-CoA é oxidado a CO2 no Ciclo de Krebs
coenzimas são reduzidas
3–Coenzimassãooxidadas, transferindoose-para O2,
formando água e armazenando a energia envolvida
na forma de ATP, na Cadeia Respiratória
(CadeiadeTransportedee+FosforilaçãoOxidativa
Isocitrato desidrogenase – esta enzima é estimulado por
ADP, o que aumenta sua afinidade para os substratos. Já o
NADH inibe está enzima. O ATP também é inibidor.
Alfa-cetoglutarato desidrogenase – está enzima é inibida por
succinil-CoA e NADH sendo inibida também por alta
concentração de ATP.
Regulação do Ciclo de Krebs
Regulação do Ciclo de Krebs
Altas concentrações de Acetil-CoA, NADH
Fosforilação do complexo piruvato desidrogenase através de quebra e ATP.
Estes três fatores inibem o complexo.
Vasopressina e agonistas alfa-1-adrenérgicos estimulam o complexo.
A insulina também ativa o complexo.
Regulação do complexo piruvato desidrogenase
Cadeia respiratória
Elétrons altamente energéticos
Cadeia transportadora De elétrons
O2 + 4H+ + 4e- 2H2O
Estágio 3 - Transferência de elétrons
Cadeia respiratória
Visão geral do metabolismo dos aminoácidos.
Visão geral da síntese dos aminoácidos não-essenciais
A estrutura do ATP
Ribose ()
O ATP é um composto derivado de nucleotídeo em que a adenina é a base e o açúcar é a
ribose, altamente energéticas (liberam cerca de 7 Kcal/mol de substância).
Assim, cada vez que o terceiro fosfato se desliga do conjunto, ocorre a
liberação de energia que o mantinha unido ao ATP. É esta energia que é
utilizada quando andamos, falamos, pensamos ou realizamos qualquer
trabalho celular.
Ribose