Resumo - Ciclo do ácido cítrico e CR e FO PDF

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Resumo de bioquímica sobre o conteúdo ciclo do ácido cítrico, cadeia respiratória e fosforilação oxidativa...

Description

Thomás Azevedo Ciclo do ácido cítrico 

Processo de degradação final dos compostos orgânicos em CO2 e água

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Ocorre na matriz mitocondrial  as mitocôndrias possuem todas as enzimas necessárias

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Inicia a partir do acetil-CoA (vai ser oxidado)

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Integra o metabolismo das proteínas, lipídeos e carboidratos

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A acetil-CoA é formada a partir de uma descarboxilação oxidativa irreversível do piruvato, o que gera uma acetilCoA (2C), uma molécula de CO 2, que é liberado na expiração, e um NADH  processo catalisado pelo complexo piruvato desidrogenase

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É um ciclo anfibólico  anabólico e catabólico ao mesmo tempo

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O oxaloacetato é regenerado ao final de cada ciclo para poder iniciar um novo

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A energia liberada nas oxidações são conservadas com alta eficiência na formação de coenzimas reduzidas (NADH e FADH2)

OBS: descarboxilação oxidativa  saíde de CO2 

1ª reação  formação do citrato  Condensação da acetil-CoA (acetil tem 2C e CoA tem 2C) com o oxaloacetato (4C) para formar o citrato (6C)  Enzima  citrato sintase  A hidrólise vai liberar a Coa (2C)

OBS: o oxaloacetato pode participar da oxidação de um número infinito de grupos acetil, por isso o oxaloacetato está em concentrações baixas nas células 

2ª reação  formação do isocitrato  Enzima  aconitase  Transformação reversível do citrato em isocitrato com a formação intermediária do cis-aconitato (ác. tricarboxílico)  Desidratação seguida de uma hidratação para mudar a posição da lig. da carboxila

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3ª reação  oxidação do isocitrato a α-cetoglutarato e CO2  Enzima  isocitrato desidrogenase  Descarboxilação oxidativa  A mudança na posição da OH na 2ª reação facilita a saída do CO2 (sai na expiração) nessa etapa  O NADP+ é reduzido a NADPH+ e H+ (transferência de elétrons e prótons)

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4ª reação  oxidação do α-cetoglutarato a succinil-CoA e CO2  Descarboxilação oxidativa  Enzima  complexo α-cetoglutarato desidrogenase  NAD+ é o receptor de elétrons e o CoA é o carreador do grupo succinil  NAD+ é reduzido a NADH  A energia é conservada para a formação de uma lig. tio éster do succinil-CoA

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5ª reação  conversão do succinil-CoA em succinato  Quebra da lig. tioéster, liberando energia para a síntese de uma lig. anidrido fosfórico no ATP ou GTP  Enzima  succinil-CoA sintase

 Saída da S-CoA  GDP + P  GTP  transfere o P para o ADP  ATP e GDP 

6ª reação  oxidação do succinato a fumarato  Enzima  succinato desidrogenase (ligada à membrana mitocondrial interna)  FAD  FADH2 (transferência de elétrons e prótons)  A saída de 2 H faz com que o fumarato fique com uma lig. dupla  O FADH2 forma 1,5 ATP ao final da cadeia

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7ª reação  hidratação do fumarato a L-malato  Enzima  fumarato hidratase  Quebra a lig. dupla do fumarato, através da entrada de água

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8ª reação  oxidação do malato a oxaloacetato  Enzima  L-malato desidrogenase  O NAD+ é reduzido a NADH e H+  A saída de 2 H promove a formação de uma lig. dupla no oxaloacetato  O oxaloacetato fique livre para iniciar um novo ciclo

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Resultado por ciclo  saída de 2 CO2, 3 NADH e H+, 1 ATP e 1 FADH2

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O NADH vai formar 2,5 ATP

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Mecanismos de regulação  Regulação em 2 níveis  conversão do piruvato em acetil-CoA e a entrada do acetil-CoA no ciclo

OBS: o piruvato não é a única fonte de acetil-CoA, poisa oxidação de ác. graxos e aminoácidos pode gerar acetil-CoA também  1 glicose  2 piruvatos  2 acetil-CoA  ATP, acetil-CoA, NADH e ácidos graxos (inibidores alostéricos)  indicam suficiência energética  o complexo piruvato desidrogenase é inibido, através de uma fosforilação  Quando há a presença de AMP, CoA e NAD+ (ativadores alostéricos)  indicam suprimento de energia  o complexo piruvato desidrogenase é ativado, através de uma desfosforilação  As velocidades da glicólise e do ciclo do ác. cítrico são integradas  a quantidade de glicose metabolizada a piruvato é suficiente para suprir as necessidades do ciclo através dos grupos acetil  Fatores que controlam a velocidade do ciclo  disponibilidade do substrato, inibição por acúmulo de produtos e inibição alostérica retroativa das primeiras enzimas do ciclo 

Quando a [NADH]/[NAD+] é grande, o processo é desacelerado

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O succinil-CoA inibe a α-cetoglutarato desidrogenase

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Citrato bloqueia a citrato sintase

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ATP inibe a citrato sintase e a isocitrato desidrogenase (o ADP ativa)

OBS: os íons cálcio ativam as enzimas isocitrato desidrogenase, α-cetoglutarato desidrogenase e o complexo da piruvato desidrogenase, pois esses íons são um sinal para a contração muscular e a concomitante necessidade de ATP OBS: resumo da regulação

 A velocidade do ciclo é controlada pela velocidade da conversão do piruvato em acetil-CoA e pelas reações do citrato sintase, isocitrato desidrogenase e da α-cetoglutarato desidrogenase, as quais são determinadas pelas concentrações dos inibidores (ATP e NADH) ou ativadores (NAD + e ADP)

 A produção do acetil-CoA para o ciclo de Krebs é inibida pelos inibidores alostéricos (ATP,acetil-CoA, NADH e ác. graxos), os quais indicam uma produção suficiente de energia, ou estimulada pelos ativadores alostéricos (AMP, NAD+ e CoA), os quais indicam uma suprimento reduzido de energia

Cadeia respiratória e Fosforilação oxidativa 

Cadeia Respiratória (CR)  sistema multienzimático que transporta os equivalentes redutores (H + e elétrons) do NADH e FADH 2 para o O2 (aceptor final de elétrons e prótons) produzindo água e liberando energia

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Fosforilação Oxidativa (FO)  sistema enzimático que utiliza a energia da CR para promover a fosforilação do ADP produzindo ATP

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Há a redução do O2 e da água com elétrons doados pelo NADH e FADH 2

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Responsável pela síntese de 10% do ATP da célula

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Ocorrem na crista mitocondrial (membrana interna)

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Tem início com a entrada de elétrons na cadeia respiratória (elétrons provenientes das ações das desidrogenases)

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Esse ATP gerado é utilizado para  Processos de biossíntese  Contração muscular  Transporte de íons e moléculas através da membrana  Secreção glandular  Transmissão dos impulsos nervosos

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Enzimas que agem como componentes de transportes da crista mitocondrial para o espaço intermembrana  Desidrogenases associadas aos NAD+  Desidrogenase associada à flavila mononucleótido (FMN; flavoproteínas), que é derivada da vitamina B2  Núcleos ferro-enxofre  o ferro não está associado ao grupo heme, mas sim ao enxfre  Citocromos  proteínas que absorvem muita luz por causa do grupos heme  CoQ ou ubiquinona (UQ)  moléculas hidrofóbicas que circulam livremente na membrana lipídica podendo transportar 1 ou 2 elétrons  NAD+, FMN, CoQ  são transidrogenases que transportam prótons e elétrons

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Os elétrons podem ser transferidos através de uma transferência direta (redução de alguma molécula), transferência com um próton ou com um íon hidreto

OBS: oxidação  perda de elétrons/prótons; redução  ganho de elétrons/prótons (quem sofre redução  agente oxidante; quem sofre oxidação  agente redutor) 

Principais carreadores de energia na forma de elétrons e prótons  ADP  ATP  NAD+  NADH  FAD  FADH2  FMN  FMNH2  NADP+  NADPH  CoA  acetil-CoA

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Sequência na membrana interna para o NADH  complexo I, ubiquinona, complexo III, citocromo c, complexo IV, carreador fosfato e a ATO sintase

 O NADH libera 2 elétrons ricos em energia no complexo I (e volta a ser NAD +), fazendo com que esse complexo libere 4 H+ para o espaço intermembrana OBS: esses 2 elétrons (par de elétrons) vão passando de proteína para proteína até se encontrar com o O 2 adquirido na inspiração  Depois de fornecer energia para a liberação de 4 H + no complexo I, o par de elétrons vai para a ubiquinona para ser transportado para o complexo III, onde vai liberar energia para a saída de mais 4 H +  depois, o par de elétrons vai para o citocromo c para ser conduzido até o complexo IV, mas ele só vai ter energia suficiente para promover a liberação de 2 H +  após isso, o par de elétrons se encontra com o O 2 no complexo IV, formando a água (por isso o O 2 é considerado o aceptor final de elétrons e prótons)  logo, são liberados para o espaço intermembrana 10 H+  O lado externo da membrana interna é positivo, enquanto que o lado interno é negativo  por isso, o prótons que são liberados têm a tendência de voltar para a matriz mitocondrial, pois são atraídos pela carga negativa no interior da membrana interna  1 H + volta pelo carreador fosfato carregando consigo um P, enquanto que outros 3 H+ voltam, também atraídos pela carga negativa, através da ATP sintase  a volta desses 3 H + promove um giro conformacional da ATP sintase, e esse giro faz com que o P trazido pelo H+ no carreador fosfato se junte ao ADP que estava na matriz mitocondrial, gerando o ATP  1 NADH  par de elétrons (2 elétrons)  bombear 10 H+ (1 ATP precisa de 4 H+)  2,5 ATP 

Sequência na membrana interna para o FADH 2  complexo II, ubiquinona, complexo III, citocromo c, complexo IV, carreador fosfato, ATP sintase  Como o par de elétrons do FADH 2 tem menos energia que os elétrons do NADH, eles já começam no complexo II para procurar o O2  O FADH2 doa seu par de elétrons rico em energia para o complexo II (e volta a ser FAD)  o par de elétrons é transportado pela ubiquinona do complexo II para o III, o qual vai usar essa energia dos elétrons para liberar 4 H+  o par de elétrons segue pelo citocromo c até o complexo IV, o qual consegue liberar 2 H+  o par de elétrons vai se encontrar com o O2 e formar a água  1 H+ volta para a matriz através do carreador fosfato junto ao P, enquanto outros 3 H + voltam à matriz pela ATP sintase, promovendo o giro dessa molécula  esse giro junta o P que entrou pelo carreado fosfato com o ADP que estava dentro da matriz, formando o ATP  1 FADH2  par de elétrons (2 elétrons)  bombear 6 H+ (1 ATP precisa de 4 H+)  1,5 ATP

OBS: citocromo c  possui um grupo heme (heme proteína) que contém ferro, o qual poderá receber esses elétrons e realizar a transferência do complexo 3 para o citocromo A do complexo 4 (esses citocromos garantem o fluxo direcional de elétrons)

OBS: custos do ATP

 A produção de ATP no ciclo de Krebs utiliza 2 H + para permitir a entrada do P na matriz (esses 2 H + poderiam ser usados na ATP sintase para a produção de ATP)

 Os 2 NADH produzidos na glicólise transferem 2 H+ para o oxaloacetato, o qual se transforma em malato (entra na mitocôndria)

 Como são gastos 4 H+, há o gasto de 1 ATP  isso pelo circuito malato-aspartato  Se for pelo circuito glicerol-fosfato, o saldo líquido será de 29,5 ATP

circuito malato-aspartato...