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Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória

Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória. UNIOESTE – Curso de Enfermagem – Disciplina de Bioquímica. 9ª Aula Teórica – Dia 28/05/2014. Mustafa Hassan Issa. 2. Referências da Aula : Livro de Bioquímica do Stryer Capítulo 17 (5ª/6ª Ed.) & Capítulo 18 (5ª/6ª Ed.). *. * Piruvato. 3.

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Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória

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  1. Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória UNIOESTE – Curso de Enfermagem – Disciplina de Bioquímica 9ª Aula Teórica – Dia 28/05/2014 Mustafa Hassan Issa

  2. 2 Referências da Aula: Livro de Bioquímica do Stryer Capítulo 17 (5ª/6ª Ed.) & Capítulo 18 (5ª/6ª Ed.)

  3. * *Piruvato 3 Conversão de Energia - 3 Estágios Estágios na extração da energia dos alimentos: - As vias catabólicas convergem no Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs).

  4. 1º Estágio: - Principal evento: As grandes moléculas são quebradas em unidades menores (digestão); - Elementos: Aminoácidos, Monossacarídeos, Ácidos Graxos + Glicerol (sem saldo de energia disponível). 2º Estágio: - Principal evento:Conversão das moléculas menores numa unidade simples de papel central no Metabolismo; - Elemento: Acetil CoA (pequeno saldo de energia disponível). 3º Estágio: - Principal evento:Oxidação da Acetil CoA e obtenção de ATP; - Elementos: Ciclo de Krebs e Cadeia de Transporte de Elétrons/Fosforilação Oxidativa (grande saldo de energia disponível). 4 Conversão de Energia - 3 Estágios

  5. + 4 ATP (2 Liq.) 5 Via Glicolítica - 3 Destinos do Piruvato

  6. Respiração Aeróbia 6 - Ocorre numa organela citoplasmática - Mitocôndria.

  7. Glicólise - Ocorre no Citoplasma (fora da mitocôndria). - Consiste na degradação da Glicose até a formação de duas moléculas de Ácido Pirúvico. Ciclo de Krebs - Ocorre na Matriz Mitocondrial. - Cada molécula de Ácido Pirúvico entra na Mitocôndria e participa de um ciclo de reações com liberação de Gás Carbônico e Hidrogênios (+ elétrons). Cadeia Respiratória - Ocorre nas Cristas Mitocondriais. - Hidrogênios (+ elétrons) são transferidos, por aceptores, ao Oxigênio, formando-se Água. A energia liberada nesta transferência é utilizada na síntese de ATP (reservada no ATP). 7 Fases Bioquímicas da Respiração a partir dos Carboidratos (Glicose)

  8. Mitocôndria – Fotomicrografia Eletrônica 8

  9. 9 Ciclo de Krebs e a Cadeia de Transporte de Elétrons / Fosforilação Oxidativa • A Via da Glicólise, rende apenas uma fração dos ATPs que podem ser disponíveis da molécula da Glicose (2 ATP). • - Pelo processamento aeróbio da Glicose, é possível então (Via Piruvato convertido em Acetil CoA), extrair o máximo de energia desta molécula (reservada no ATP). • - Este processo (incluída a formação da Acetil CoA) inicia-se dentro da mitocôndria pelo Ciclo de Krebs (CK) resultando em CO2 e Elétrons Livres (mais Hidrogênios), para então, completar-se na Cadeia de Transporte de Elétrons (CTE) gerando H2O.

  10. 10 Glicólise – Reação até Piruvato (Fermentação e Oxidação) “A maior parte do ATP gerado (e daí consumido) no metabolismo é fornecida pelo processamento aeróbio da glicose”

  11. 11 Ciclo de Krebs e a Cadeia de Transporte de Elétrons / Fosforilação Oxidativa - O CK, é uma junção metabólica central da célula Por onde entra a Acetil CoA proveniente do catabolismo não só dos Carboidratos (Glicose), mas também dos Lípídeos (Ácidos Graxos) e de Proteínas (Aminoácidos); - Ou seja: É a porta para o metabolismo aeróbio de qualquer biomolécula que possa ser transformada (por via oxidativa) em Grupo Acetila (Acetil CoA). - Elo que estas moléculas apresentam em comum: Todas podem ceder seus carbonos, e estes serem oxidados (e portanto perder elétrons).

  12. 12 Ciclo de Krebs e a Cadeia de Transporte de Elétrons / Fosforilação Oxidativa - Assim, o CK, é uma sequência de reações de Oxidorredução, que resultam da Oxidação de 1 Acetil CoA em 2 moléculas de CO2 com extração de 8 Elétrons. - Principal função do CK: Colher elétrons de alta energia, provenientes de moléculas ricas em energia (biomoléculas obtidas pela alimentação). - No CK estes elétrons são transferidos (junto ao hidrogênio) para NAD+ e FAD+, gerando NADH e FADH2.

  13. 13 Ciclo de Krebs e a Cadeia de Transporte de Elétrons / Fosforilação Oxidativa - Pelo processo da Fosforilação Oxidativa, o NADH e FADH2, liberam estes hidrogênios (mais elétrons), através de uma série de proteínas de membrana, que formam a CTE, gerando um gradiente de elétrons através desta membrana que servirá para impulsionar a síntese de ATP. - Neste fluxo, os hidrogênios (prótons) fluem através da Enzima ATP Sintase, gerando ATP a partir de ADP + Pi.

  14. 14 Ciclo de Krebs e a Cadeia de Transporte de Elétrons / Fosforilação Oxidativa - Para o CK o Oxigênio não é diretamente necessário, sendo importante apenas no final da CTE, como aceptor de elétrons e hidrogênios, no momento que serão regenerados os NAD+ e FAD+. - Importância da Respiração para o Metabolismo Celular: Juntos, o CK mais a Fosforilação Oxidativa (na CTE) são os processos bioquímicos responsáveis por mais de 90% da energia fornecida às células nos seres humanos.

  15. 15 Ciclo de Krebs e a Cadeia de Transporte de Elétrons / Fosforilação Oxidativa - Isto deve-se ao fato de grande número de NADH e FADH2 serem gerados a partir de uma quantidade modesta de substrato (Glicose / Ácido Graxo / Aminoácido). - Além disso, a molécula que inicia o CK (Oxalacetato) é regenerada ao final, sendo possível que esta molécula possa participar de modo sucessivoe constante, da oxidação de muitas outras novas moléculas de Acetil CoA que adentrem o Ciclo. - O CK é um verdadeiro centro bioquímico da célula, que afunila na Fosforilação Oxidativa (que ocorre na CTE).

  16. 16 Ciclo de Krebs e a Cadeia de Transporte de Elétrons / Fosforilação Oxidativa - A seguir serão apresentadas estas vias metabólicas (Ciclo de Krebs e a Cadeia de Transporte de Elétrons/Fosforilação Oxidativa) considerando 1 molécula de Glicose como biomolécula provedora de energia.

  17. “Reação que representa o elo entre a glicólise e a respiração celular a partir do CK” 17 Conversão do Piruvato a Acetil CoA - O Piruvato produzido no citoplasma (Glicólise) será descarboxilado, resultando na formação de 1 Acetil CoA na Mitocôndria (Matriz) acoplada a redução de 1 NAD+; - Complexo de enzimas: Piruvato Desidrogenase.

  18. b-mercaptoetilamina Ácido pantotênico Adenosina R – C – S – CoA Acil CoA H3C – C – S - CoA Acetil CoA " O " O Carreadora de até 2 carbonos 32 18 Transportadores de Carbonos – Acetil CoA

  19. 19 Ciclo de Krebs – Reação 1 (Formação do Ácido Cítrico) - Importância deste Estágio: Início do Ciclo. A reação não apresenta reações colaterais (subprodutos), direcionando o processo sem desperdícios. -Processo: A Enzima Citrato Sintase catalisa uma reação de condensação. A condensação do Oxalacetato (unidade de 4 carbonos) com 1 Acetil CoA (contribui com 2 carbonos) forma Ácido Cítrico (Citrato) mais CoA. Há consumo de 1 H2O.

  20. Citrato Sintase 20 Ciclo de Krebs – Reação 1

  21. 21 Ciclo de Krebs: Produto – Reação 1

  22. 22 Ciclo de Krebs – Reação 2 (Isomerização do Ácido Cítrico a Isocitrato) - Importância deste Estágio: Para que possa haver a descarboxilação oxidativa eficiente do Ácido Cítrico, este deve sofrer isomerização. -Processo: A Enzima Aconitase catalisa a reação de Isomerização (ocorre uma desidratação com posterior hidratação) o que capacita a unidade de 6 carbonos (Ácido Cítrico) a sofrer descarboxilação oxidativa. O resultado é o Isocitrato; - Esta reação apresenta a formação de um intermediário após a fase de desidratação (cis-Aconitato).

  23. Citrato Sintase Aconitase 23 Ciclo de Krebs – Reação 2

  24. 24 Ciclo de Krebs: Produto – Reação 2

  25. 25 Ciclo de Krebs – Reação 3 (Conversão do Isocitrato a -Cetoglutarato) - Importância deste Estágio: Primeira reação de Óxido-Redução (descarboxilação) do Ciclo de Krebs. -Processo: A Enzima Isocitrato Desidrogenase catalisa a Descarboxilação Oxidativa (reação de Oxidação seguida de Descarboxilação) do Isocitrato, que perde 1 CO2, resultado em -Cetoglutarato. Também forma-se o primeiro NADH.

  26. 26 Ciclo de Krebs – Reação 3 Citrato Sintase Aconitase Isocitrato Desidrogenase

  27. 27 Ciclo de Krebs: Produto – Reação 3

  28. 28 Ciclo de Krebs – Reação 4 (Formação da Succinil CoA) - Importância deste Estágio: Segunda reação de Óxido-Redução (descarboxilação) do Ciclo de Krebs. -Processo: A Enzima -Cetoglutarato Desidrogenase catalisa a Descarboxilação Oxidativa do -Cetoglutarato (com acoplamento de 1 CoA); - O -Cetoglutarato perde 1 CO2, e forma-se um Succinil CoA, mais 1 NADH (segundo).

  29. Citrato Sintase Citrato Sintase Aconitase Aconitase Isocitrato Desidrogenase -Cetogutarato Desidrogenase 29 Ciclo de Krebs – Reação 4

  30. 30 Ciclo de Krebs: Produto – Reação 4

  31. 31 Ciclo de Krebs – Reação 5 (Formação do Succinato + GTP) - Importância deste Estágio: A Succinil CoA é uma molécula rica em energia. Sua quebra nesta etapa resulta no Succinato, mais a fosforilação de uma molécula de GDP. -Processo: A Enzima Succinil CoA Sintetase catalisa a clivagem da Succinil CoA para Succinato. Neste processo, um GDP é fosforilado para GTP (que equivale a 1 ATP) e há regeneração da CoA da etapa anterior (da conversão do -Cetoglutarato em Succinil CoA); - A formação do GTP, nada mais é do que um processo de transferência de energia, que passa da Succinil CoA, para um GDP, quando este pode acoplar um Pi (utilizando a energia disponibilizada na quebra da Succinil CoA).

  32. Citrato Sintase Aconitase Isocitrato Desidrogenase Succinil CoA Sintetase -Cetogutarato Desidrogenase 32 Ciclo de Krebs – Reação 5

  33. 33 Ciclo de Krebs: Produto – Reação 5

  34. 34 Ciclo de Krebs – Reações 6, 7 e 8 (Regeneração do Oxalacetato) • - Importância deste Estágio: Fecha-se o Ciclo ao ser regenerada a molécula inicial do processo. • Processo: Nesta fase, uma série de 3 reações (Oxidação / Hidratação / Oxidação) regenera o Oxalacetato, e formam-se 1 FADH2e 1 NADH. • - 3 REAÇÕES: • 1)Reação 6: O Succinato é Oxidado resultando em Fumarato + 1 FADH2 (Enzima Succinato Desidrogenase); • 2)Reação 7: O Fumarato é Hidratado formando o Malato (Enzima Fumarase); • 3)Reação 8: O Malato é Oxidado resultando no Oxalacetato + 1 NADH (Enzima Malato Desidrogenase).

  35. Citrato Sintase Aconitase Malato Desidrogenase Isocitrato Desidrogenase Fumarase -Cetogutarato Desidrogenase Succinato Desidrogenase Succinil CoA Sintetase 35 Ciclo de Krebs – Reações 6, 7 e 8

  36. 36 Ciclo de Krebs: Produtos – Reações 6, 7 e 8

  37. 37 Ciclo de Krebs: Nº de Carbonos

  38. 38 Ciclo de Krebs: Total + Nº Carbonos

  39. 39 Ciclo de Krebs: Total + Intermediários

  40. 40 Ciclo de Krebs – Reação Global Reação Global do Ciclo de Krebs: 1 Acetil CoA + 3 NAD++ 1 FAD++ GDP + Pi + 2 H2O  2 CO2+ 3 NADH + 1 FADH2+ GTP + 2H++ CoA.

  41. 41 Na sequência do Ciclo de Krebs... - Próximo ato: Os 3 NADH e 1 FADH2 formados são destinados à CTE para sofrerem oxidação (Fosforilação Oxidativa), e daí regenerados; - Os elétrons são acoplados (junto aos Hidrogênios) ao O2 (da respiração) que é o aceptor final de elétrons. -Na Cadeia de Transporte de Elétrons: A transferência destes elétrons ao O2, forma um gradiente de prótonsatravés da membrana (interna) da região das Cristas da Mitocôndria, deslocando os íons H+; - Este processo (força próton-motriz) impulsiona a geração de ATP.

  42. 42 Na Sequência do Ciclo de Krebs... -Na Cadeia de Transporte de Elétrons: 1) Cada NADH transfere energia suficiente para formar (permite a fosforilação de): 2,5 ATP; 2) Cada FADH2transfere energia suficiente para formar (permite a fosforilação de): 1,5 ATP.

  43. 43 Na Sequência do Ciclo de Krebs... - Observações muito importantes: - A partir de 1 Acetil CoA: São formados 3 NADH e 1 FADH2 no Ciclo de Krebs; - No entanto, a partir da Glicólise: São 2 Acetil CoA que entram no Ciclo (porque são 2 Piruvatos de 1 Glicose); - Temos então: 6 NADH e 2 FADH2 no Ciclo de Krebs (desta forma =16 elétrons); - Além disso, há ainda a formação de 1 GTP no Ciclo, (considerado equivalente ao potencial energético de 1 ATP), mas isso ocorre a partir de 1 Acetil CoA que entra no ciclo; - Como são 2 Acetil CoA: Serão então 2 GTP.

  44. 44 Cadeia de Transporte de Elétrons/ Fosforilação Oxidativa • Por que NADH e FADH2 são moléculas ricas em energia? • “Por que ao passar os elétrons que cada um comporta ao Oxigênio (O2), formando a Água (H2O), libera-se uma grande quantidade de energia que pode ser repassada para a formação de ATP” • Portanto, a Fosforilação Oxidativa na CTE é: Um processo no qual forma-se ATP (e H2O), a partir do momento que NADH e FADH2 transferem seus elétrons ao O2, utilizando-se de uma série de transportadores protéicos de elétrons.

  45. 45 Cadeia de Transporte de Elétrons/ Fosforilação Oxidativa - Nomes dos Complexos de Proteínas: Bombas de Prótons (A) +Complexo Enzimático (B): A) Bombas de Prótons - São 3 complexos protéicos transmembrana (Obs.): 1) Complexo I(NADH:Q Oxidorredutase); 2) Complexo III(Q:Citocromo c Oxidorredutase); 3) Complexo IV (Citocromo c Oxidase). B) Complexo Enzimático: - Enzima ATP Sintase (Menor motor molecular conhecido). - Obs.: 1 complexo é integrado à membrana interna: 4) Complexo II (Succinato:Q Redutase).

  46. 46 NADH FADH2

  47. 47 Cadeia de Transporte de Elétrons/ Fosforilação Oxidativa • Como ocorre a transferência dos elétrons ao Oxigênio? • “Nas Cristas da Membrana Interna da Mitocôndria, o fluxo dos hidrogênios ocorre da Matriz Mitocondrial para o espaço entre a membrana interna e a membrana externa. Este processo se dá através de complexos de protéicos (Bombas de Prótons)”. • A desproporção na distribuição de cargas e de pHao longo da Membrana Interna da Mitocôndria cria uma Força Próton-Motriz.

  48. 48 Cadeia de Transporte de Elétrons/ Fosforilação Oxidativa • A Força Próton-Motriz caracteriza-se pelo gradiente de pH (o lado de dentro da Matiz Mitocondrial perde H+ ficando mais básico), e pelo potencial de membrana (o lado de dentro da Matriz Mitocondrial fica negativo). • Então: Os prótons (hidrogênios) fluem de volta para a Matriz Mitocondrial através do complexo enzimático (Enzima ATP Sintase). • “E este movimento de volta é acoplado à síntese de ATP catalisada pela Enzima ATP Sintase”

  49. 49 3 Transportadores de Elétrons + ATP Sintase

  50. 50 3 Transportadores de Elétrons + ATP Sintase

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