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Aula de Bioquímica II – SQM04242015201Bacharelado em Ciências Físicas e Biomoleculares
Tema:
Ciclo do Ácido Cítrico
Prof. Dr. Júlio César BorgesDepto. de Química e Física Molecular – DQFM
Instituto de Química de São Carlos – IQSCUniversidade de São Paulo – USP
E-mail: [email protected]
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AnaeróbicoAeróbico
Fermentação
LácticaAlcoólica
Respiração
Oxidação completa da glicose
Maioria das células eucarióticas e bactérias: Combustíveis orgânicos
CO2 e H2O;
Glicólise é apenas a primeira etapa da oxidação completa da glicose;
Ocorre em três estágios principais.
Os destinos do Piruvato
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Respiração Celular
1º estágio: glicose, ácidos graxos e alguns aminoácidos
Fragmentos de 2 C grupo acetil da Acetil-CoA
2º estágio: oxidação dos grupos acetil
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
ENERGIA liberada é conservada nos transportadores de elétrons reduzidos
NADH e FADH2
3º estágio: Oxidação das coenzimas reduzidas;
Transferência de e- para o O2 Cadeia transportadorade elétrons
Conservação de energia fosforilação oxidativa
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Recebeu o prêmio Nobel de Fisiologia/Medicina em 1953 pela descoberta do Ciclo do Ácido Cítrico
Hans Krebs: Aparato de Warburg utilizado para medir o consumo de oxigênio no
metabolismo do tecido muscular.
1937 Ciclo do Ácido Cítrico1945 Coenzima A1951 Acetil CoA
Ciclo do ácido CítricoCiclo de Krebs
Ciclo do ácido Tricarboxílico
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Ciclo do ácido CítricoCiclo de Krebs
Ciclo do ácido Tricarboxílico
Tem papel central no metabolismo
Destino do Piruvato, aminoácidos e ácidos graxos no metabolismo aeróbico
- Oxidação de Combustíveis à CO2 e H20
- Ocorre na mitocôndria
- Necessita de O2 molecular para ocorrer
- Porta de entrada do Piruvato Acetil-CoA
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O Acetil-CoA
entrada da maioria dos combustíveis do ciclo
Esqueletos de C dos açúcares e ácidos graxos ao grupo acetil da acetil-CoAconvertidos
Ligação amida
Ligação fosfoéster
Forma um tioéster com o acetato para formar a acetil-CoA
CARREADOR DE ACILAS
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Síntese de Acetil-CoA-Complexo enzimático da Piruvato Desidrogenase
- Complexo multienzimático
Piruvato desidrogenase (E1)
Diidrolipoil-transacetilase (E2)
Dihidrolipoil-desidrogenase (E3)
- aumenta a velocidade de reações evita a difusão do substrato
- minimiza reações secundárias
- controle coordenado
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Síntese de Acetil-CoA-Complexo enzimático da Piruvato Desidrogenase
necessita de 5 coenzimas: Pirofosfato de tiamina, CoA, Lipoamida, FAD, NAD+
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Síntese de Acetil-CoA-Complexo enzimático da Piruvato Desidrogenase
- 60 cópias de E2
~ 50 nm de diâmetro> 5x ribossomo
60 moléculas de E2 trímeros
Domínio lipoil de E2
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Síntese de Acetil-CoA-Complexo enzimático da Piruvato Desidrogenase
- Forma Acetil-CoA pela descarboxilação oxidativa do Piruvato reação irreversível - Braço da lipoamida canaliza a reação entre os sítios catalíticos do complexo catalítico
1º REAÇÃO descarboxilação do Piruvato dependente de TPP
2º REAÇÃO grupo hidroxietil transferido do TPP para Lipoamida Transacetilase- envolve a oxidação da carboxila e redução da lipoamida S–S H–S + S–Acetil
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Síntese de Acetil-CoA-Complexo enzimático da Piruvato Desidrogenase
3º REAÇÃO transesterificação dependente de CoA- liberação de Acetil-CoA
4º REAÇÃO regeneração da Lipoamida oxidada troca dissulfídica duas Cys- envolve FAD fortemente ligado a E3
5º REAÇÃO oxidação do dissulfeto da E3- envolve FADH como intermediário e NADH como aceptor final da reação
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Síntese de Acetil-CoA-Complexo enzimático da Piruvato Desidrogenase
![Page 13: Aula de Bioquímica II – SQM04242015201 · Aula de Bioquímica II – SQM04242015201 Bacharelado em Ciências Físicas e Biomoleculares Tema: Ciclo do Ácido Cítrico Prof. Dr](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062601/5e18256b31114f0b00525813/html5/thumbnails/13.jpg)
Síntese de Acetil-CoA- Complexo enzimático da Piruvato Desidrogenase
- O longo braço da lipoamida permite o grupo “visitar” diferentes sítios ativos
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Ciclo do ácido CítricoCiclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Tricarboxílico
principal sítio de óxido-redução de moléculas
sítio de oxidação final de carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos
Local: mitocôndria
- o equivalente a 1 grupo Acetil é completamente oxidado a 2 CO2
entra Acetil CoA (e outros metabólitos) e sai 1 GTP e 8 e’ (3 NADH e 1 FADH2)
1º NADH isocitrato desidrogenase sítio de evolução de CO2
2º NADH α-cetoglutarato desidrogenase sítio de evolução de CO2
1º FADH2 succinato desidrogenase
3º NADH Malato desidrogenase
o oxaloacetato é regenerado no final do ciclo sistema oxidante de grupos acetil
- 4 pares de elétrons são transportados pela cadeia de transporte de elétrons para a
oxidação de O2
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Ciclo do ácido Cítrico
É a fornalha de oxidação celular
Grande extração de energia a partir de
1 Acetil-CoA
8 reações enzimáticas1: Citrato Sintase2: Aconitase3: Isocitrato desidrogenase4: α-cetoglutarato desidrogenase5: Succinil-CoA Sintetase6: Succinato desidrogenase7: Fumarase8: Malato desidrogenase
1)
2)
2)
3)
4)5)
6)
7)
8)
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Citrato sintase Homodímero• 1 º substrato Oxaloacetato
induz mudanças conformacionais no domínio flexível criando um sítio de ligação para o 2 º substrato acetil-CoA
• Ocorre formação do intermediário: citroil-CoA alteração conformacional
•Leva a hidrólise do tioéster, liberando CoA
Ciclo do ácido Cítrico1) CITRATO SINTASE
Alimenta a fornalhaCatalisa a condensação de oxaloacetato com Acetil-CoA
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Ciclo do ácido Cítrico1) CITRATO SINTASE
Alimenta a fornalha
- Enol ataca por SN2 o oxaloacetato forma o citroil-CoA
- Hidrólise libera a CoA mais Citrato exergônica
modificação conformacional fecha o Acetil CoA sobre o
oxaloacetato
- Mecanismo ácido-base forma um intermediário enol
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Ciclo do ácido Cítrico2) ACONITASE
-forma isocitrato via cis-aconitato
- envolve desidratação e hidratação facilitado por um complexo Fe-4S
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Ciclo do ácido Cítrico3) ISOCITRATO-DESIDROGENASE
- descarboxilação oxidativa produz NADH e CO2
- necessita de Mn2+ ou Mg2+ como cofator
Reação em 3 etapas1º Redução de NAD+2º Descarboxilação Intermediário enol 3o Rearranjo em ceto-enol
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Ciclo do ácido Cítrico4) ALFA-CETOGLUTARATO-DESIDROGENASE
- Forma um complexo multi-enzimático- Descarboxilação oxidativa produz NADH e CO2
- Funciona de maneira similar ao complexo da piruvato-desidrogenase
- Acopla um CoA ao α-cetoglutarato
NAD+ é o aceptor de elétronsCoA é o transportador do grupo succinil
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Ciclo do ácido Cítrico5) SUCCINIL-COA-SINTETASE
- acopla a síntese de GTP com a quebra da ligação de CoA do Succinil- envolve a enzima fosforilada para o estado intermediário
1º: formação do Succinil-Pi2º: enzima fosforilada e
liberação do Succinato3º: Atividade quinase
fosforilação ao nível do substrato
Nucleosídeo-difosfato-quinaseGTP + ADP → GDP + ATP
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Ciclo do ácido Cítrico6) SUCCINATO-DESIDROGENASE
- conta com um FAD covalentemente ligado à enzima- faz parte do complexo II da cadeia transportadora de elétrons sítio de oxidação do
FADH2 formado- forma fumarato alcano a alceno
Em eucariotos: ligada a MMI damitocôndria / Bactérias: MP
Contém grupos Fe-S e conta com um FAD covalentemente ligado à enzima
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Ciclo do ácido Cítrico7) FUMARASE
- hidratação da ligação dupla do fumarato forma malato- envolve um íon OH- para atacar a ligação dupla do fumarato
![Page 24: Aula de Bioquímica II – SQM04242015201 · Aula de Bioquímica II – SQM04242015201 Bacharelado em Ciências Físicas e Biomoleculares Tema: Ciclo do Ácido Cítrico Prof. Dr](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062601/5e18256b31114f0b00525813/html5/thumbnails/24.jpg)
Ciclo do ácido Cítrico
8) MALATO-DESIDROGENASE
- oxidação da OH do Malato regenera oxaloacetato- dependente de NAD+ similar à lactato desidrogenase
- reação endergônica reação dirigida pela retirado do produto- [oxaloacetato] é mínima retirado pela citrato síntase e outros ΔG < 0 exergônica
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Ciclo do ácido CítricoProdução de energia do ciclo
1: Isocitrato desidrogenase
1
2: α-cetoglutarato desidrogenase
2
3: Succinato desidrogenase
3
4: Malato desidrogenase
4
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Ciclo do ácido CítricoProdução de energia do ciclo
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Ciclo do ácido CítricoProdução de energia do ciclo
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Controle do Ciclo do ácido Cítrico
A entrada é regulada:
Piruvato desidrogenase
Citrato sintase
O Ciclo de Krebs também é regulado:
Reação da isocitrato-desidrogenase
Reação da α-cetoglutarato-desidrogenase
Pontos de controle
Relacionados aos principais metabólitos Acetil-CoA, oxaloacetato e NADH
3 fatores controlam a velocidade do ciclo: Disponibilidade de substrato Inibição pelos produtos acumulados Inibição alostérica por
retroalimentação das enzimas de catalisam as etapas iniciais do ciclo
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Controle do Ciclo do ácido Cítrico
- ADP e Ca2+ ativam a isocitrato desidrogenase- Ca2+ ativa a fosfatase da Piruvato-desidrogenase
ativando-a
Vários pontos de controle- Acetil-CoA e oxaloacetato não saturam a Citrato
sintase- Falta de NADH aumenta a formação de oxaloacetato
e Acetil-CoA- NADH e FADH2 são oxidados somente se ADP é
simultaneamente fosforilado a ATP
ATP inibe a Citrato sintase, isocitratodesidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase
- Resulta em acumulo de Citrato- Logo, a necessidade/disponibilidade de ATP garantem o funcionamento do ciclo de Krebs
NADH inibe a Piruvato-desidrogenase, citratosintase, isocitrato desidrogenase e α-
cetoglutarato desidrogenase
Succinil CoA inibe a citrato sintase ocupa sítio da Acetil-CoA
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Ciclo do ácido CítricoO papel em outras vias
- é uma via anabólica ou anfibólica oxaloacetato para a gliconeogênese e esqueletos de carbono para aminoácidos
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Ciclo do ácido CítricoO papel em outras vias
Fornece blocos de construção para outras vias anaeróbicas
Não possuem α-cetoglutarato-desidrogenase não conseguem
realizar a via completa das reações do Ciclo de Krebs
Inversão do sentido oxidativo (normal) da via
NADH produzido pela oxidação do
isocitrato
Reciclado a NAD+
pela redução do oxaloacetato a
succinato
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Ciclo do ácido CítricoREAÇÕES ANAPLERÓTICAS
Intermediários do ciclo de Krebs são removidos por vias biossintéticas repostos por reações anapleróticas
REAÇÃO ANAPLERÓTICAS MAIS IMPORTANTE
Fígado e rins de mamíferos: carboxilação reversível do piruvato pelo CO2 para a formação de oxaloacetato
Piruvato-carboxilaseAcetil-CoA modulador alostérico positivo