Ciclo de Krebs

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O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs, ciclo do ácido tricarboxílico) > oxidação da fração 
acetil da acetil-CoA e redução de coenzimas > oxidadas pela cadeia de transporte de elétrons > 
formação de ATP.
O ciclo do ácido cítrico é a via final comum para a oxidação dos carboidratos, dos lipídeos e 
das proteínas, visto que a glicose, os ácidos graxos e a maior parte dos aminoácidos são 
metabolizados a acetil-CoA ou a intermediários do ciclo. O ciclo do ácido cítrico também 
desempenha um papel central na gliconeogênese, na lipogênese e na interconversão de 
aminoácidos. Muitos desses processos ocorrem na maioria dos tecidos, porém o fígado é o 
único tecido no qual todos ocorrem em grau significativo. Assim, as repercussões são 
profundas quando, por exemplo, numerosas células hepáticas são lesionadas, conforme 
observado na hepatite aguda, ou são substituídas por tecido conectivo (como na cirrose). Os 
poucos defeitos genéticos das enzimas do ciclo do ácido cítrico que já foram descritos estão 
associados à ocorrência de lesão neurológica grave, em consequência de comprometimento 
considerável na formação de ATP no sistema nervoso central. A hiperamonemia, como a que 
ocorre na doença hepática avançada, leva à perda da consciência, coma e convulsões, em 
consequência da atividade reduzida do ciclo do ácido cítrico, resultando em diminuição na 
formação de ATP. A amônia causa depleção dos intermediários do ciclo do ácido cítrico (ao 
retirar o a-cetoglutarato para a formação de glutamato e glutamina) e também inibe a 
descarboxilação oxidativa do a-cetoglutarato.
O ciclo do ácido cítrico e a cadeia respiratória
Reação entre a fração acetil da acetil-CoA e o oxalacetato (ácido dicarboxílico de quatro carbonos) > 
ácido tricarboxílico de seis carbonos, o citrato > liberadas duas moléculas de CO2 > o oxalacetato é 
regenerado.
Apenas uma pequena quantidade de oxalacetato é necessária para a oxidação de uma grande 
quantidade de acetil-CoA; pode-se considerar que o oxalacetato desempenha um papel catalítico, já 
que é regenerado no final do ciclo.
O ciclo do ácido cítrico é parte integrante do processo pelo qual a energia livre liberada durante a 
oxidação de combustíveis torna-se disponível. Durante a oxidação de acetil-CoA, as coenzimas são 
reduzidas e subsequentemente reoxidadas na cadeia respiratória, em um processo ligado à formação 
de ATP. Esse processo é aeróbio, exigindo a presença de oxigênio como oxidante final das coenzimas 
reduzidas. As enzimas do ciclo do ácido cítrico localizam-se na matriz mitocondrial, na forma livre ou 
fixadas à membrana mitocondrial interna e à membrana das cristas, onde são também encontradas as 
enzimas e coenzimas da cadeia respiratória.
Ciclo do ácido cítrico
Reação exotérmica•
Acetil-CoA + oxalacetato > citrato-sintase > ligação carbono-carbono entre o metila da acetil-CoA e o 
carbonila do oxalacetato > ligação tioéster de citril-CoA hidrolisada > citrato e CoASH
A reação ocorre em duas etapas: a desidratação a cis-aconitato e a reidratação a isocitrato. •
Embora o citrato seja uma molécula simétrica, a aconitase reage de modo assimétrico com o 
citrato, de modo que os dois átomos de carbono que são perdidos em reações subsequentes do 
ciclo não são aqueles que foram acrescentados a partir da acetil-CoA. 
•
Processo de canalização – a transferência direta do produto da citrato-sintase para o sítio ativo 
da aconitase, sem necessidade de entrar em solução livre
•
Citrato > enzima aconitase > isomerização > isocitrato 
Alguns compostos fluorados empregados como agentes antineoplásicos e substâncias químicas 
industriais (incluindo pesticidas) são metabolizados a fluoracetato. Trata-se de uma substância 
tóxica, visto que a fluoracetil-CoA condensa-se com o oxalacetato para formar fluorocitrato, que 
inibe a aconitase, levando ao acúmulo de citrato
•
A canalização possibilita a integração da atividade do ciclo do ácido cítrico com o fornecimento de 
citrato no citosol como fonte de acetil-CoA para a síntese de ácidos graxos. O citrato só está 
disponível em solução livre para ser transportado das mitocôndrias até o citosol para a síntese de 
ácidos graxos, quando a aconitase é inibida pelo acúmulo de seu produto, o isocitrato.
A descarboxilação necessita da presença de íons Mg2+ ou Mn2+•
Uma delas, que utiliza o NAD+, é encontrada apenas nas mitocôndrias○
As outras duas utilizam o NADP+ e são encontradas nas mitocôndrias e no citosol○
Existem três isoenzimas da isocitrato-desidrogenase•
A oxidação do isocitrato ligada à cadeia respiratória ocorre por meio da enzima dependente de 
NAD+
•
O a-cetoglutarato sofre descarboxilação oxidativa, em uma reação catalisada por um complexo 
multienzimático semelhante àquele envolvido na descarboxilação oxidativa do piruvato 
•
O complexo da a-cetoglutarato-desidrogenase requer os mesmos cofatores que o complexo da 
piruvato-desidrogenase – tiamina-pirofosfato, lipoato, NAD+,FAD e CoA – e resulta na formação 
de succinil-CoA. 
•
O equilíbrio dessa reação favorece tanto a formação de succinil-CoA que ela deve ser 
considerada como fisiologicamente unidirecional.
•
Como no caso da oxidação do piruvato, o arsenito inibe a reação, causando acúmulo do 
substrato, o a-cetoglutarato. 
•
A presença de amônia em altas concentrações inibe a a-cetoglutarato-desidrogenase•
Isocitrato > isocitrato-desidrogenase > desidrogenação > oxalossuccinato > descarboxilação > a-
cetoglutarato. 
Trata-se do único exemplo de fosforilação em nível de substrato no ciclo do ácido cítrico•
O GTP formado é utilizado na descarboxilação do oxalacetato em fosfoenolpiruvato na 
gliconeogênese e estabelece uma ligação reguladora entre a atividade do ciclo do ácido 
cítrico e a retirada de oxalacetato para a gliconeogênese
○
Os tecidos não gliconeogênicos apresentam apenas a isoenzima que utiliza ADP.○
Quando os corpos cetônicos estão sendo metabolizados nos tecidos extra-hepáticos, 
ocorre uma reação alternativa catalisada pela succinil-CoA acetoacetato-CoA transferase 
(tioforase), envolvendo a transferência de CoA da succinil-CoA para o acetoacetato, com 
formação de acetoacetil-CoA e succinato 
○
Os tecidos onde ocorre gliconeogênese (fígado e rim) contêm duas isoenzimas da succinato-
tioquinase, uma específica para o GDP, e a outra, para o ADP
•
Succinil-CoA > succinato-tioquinase (succinil-CoA sintetase) > succinato 
A enzima succinato desidrogenase está presente na membrana interna da mitocôndria, ela 
contém FAD e proteína de ferro-enxofre (Fe:S) e reduz diretamente a ubiquinona na cadeia de 
transporte de elétrons
•
Embora o equilíbrio dessa reação favoreça fortemente o malato, o fluxo efetivo ocorre em 
direção ao oxalacetato, devido à remoção contínua de oxalacetato (para formar citrato, como 
substrato para a gliconeogênese, ou para sofrer transaminação a aspartato) e também devido à 
reoxidação contínua do NADH
•
Succinato > succinato-desidrogenase > desidrogenação > dupla ligação carbono-carbono no 
fumarato > fumarase > adição de água > grupo hidroxila do malato > desidrogenação adicional (requer 
presenças de NAD) > grupo oxo do oxalacetato.
São produzidas três moléculas de NADH e uma de FADH2 para cada molécula de acetil -CoA 
catabolizada em uma volta do ciclo. Esses equivalentes redutores são transferidos para a cadeia 
respiratória, onde a reoxidação de cada NADH resulta na formação de cerca de 2,5 moléculas de 
ATP, e a reoxidação do FADH2, forma cerca de 1,5 moléculas de ATP. Além disso, uma molécula 
de ATP (ou de GTP) é formada por fosforilação em nível de substrato, catalisada pela succinato -
tioquinase
•
Formam-se 10 moléculas de ATP a cada volta do ciclo do ácido cítrico.
Quatro das vitaminas B são essenciais no ciclo do ácido cítrico e, portanto, no metabolismo 
produtor de energia: (1) a riboflavina, na forma de flavina-adenina-dinucleotídeo (FAD), um cofator 
para a succinato-desidrogenase; (2) a niacina, na forma de nicotinamida-adenina-dinucleotídeo 
(NAD), o aceptor de elétronspara a isocitrato desidrogenase, a a-cetoglutarato desidrogenase e a
malato-desidrogenase; (3) a tiamina (vitamina B1), na forma de tiamina pirofosfato, a coenzima 
necessária para a descarboxilação na reação da a-cetoglutarato desidrogenase; e (4) o ácido 
pantotênico, como parte da coenzima A, o cofator ligado a resíduos de ácido carboxílico “ativos”, 
como a acetil-CoA e a succinil-CoA.
O papel fundamental do ciclo de krebs no metabolismo
O ciclo do ácido cítrico não é apenas uma via para a oxidação de unidades de dois carbonos, mas 
também uma importante via para a interconversão de metabólitos que surgem da transaminação 
e da desaminação dos aminoácidos, fornecendo os substratos para a síntese de aminoácidos por
Transaminação, bem como para a gliconeogênese e a síntese de ácidos graxos. Em virtude de sua 
Stella Fernandes - MEDUFMS/Turma LIII Ciclo de Krebs 
 Página 1 de OXIDAÇÃO E KREBS 
malato-desidrogenase; (3) a tiamina (vitamina B1), na forma de tiamina pirofosfato, a coenzima 
necessária para a descarboxilação na reação da a-cetoglutarato desidrogenase; e (4) o ácido 
pantotênico, como parte da coenzima A, o cofator ligado a resíduos de ácido carboxílico “ativos”, 
como a acetil-CoA e a succinil-CoA.
O papel fundamental do ciclo de krebs no metabolismo
O ciclo do ácido cítrico não é apenas uma via para a oxidação de unidades de dois carbonos, mas 
também uma importante via para a interconversão de metabólitos que surgem da transaminação 
e da desaminação dos aminoácidos, fornecendo os substratos para a síntese de aminoácidos por
Transaminação, bem como para a gliconeogênese e a síntese de ácidos graxos. Em virtude de sua 
função em processos tanto oxidativos quanto de síntese, o ciclo é anfibólico.
A enzima-chave que catalisa a transferência final do ciclo para a gliconeogênese é a 
fosfoenolpiruvato carboxiquinase, que catalisa a descarboxilação do oxalacetato em 
fosfoenolpiruvato > GTP doador de fosfato > fornecido (no fígado e no rim) pela isoenzima 
da succinato-tioquinase > GDP. 
•
Isso assegura que o oxalacetato não será retirado do ciclo para a gliconeogênese, pois isso 
levaria à depleção dos intermediários do ciclo do ácido cítrico e, portanto, a uma produção 
reduzida de ATP. 
•
Todos os intermediários do ciclo são potencialmente glicogênicos > origem ao oxalacetato >
produção efetiva de glicose. 
Essa reação é importante para manter uma concentração adequada de oxalacetato para a 
reação de condensação com a acetil-CoA. Se houver acúmulo de acetil-CoA, ela irá atuar 
tanto como ativador alostérico da piruvato-carboxilase quanto como inibidor da piruvato-
desidrogenase, assegurando, assim, um suprimento de oxalacetato. 
•
O lactato > oxidação a piruvato > carboxilação em oxalacetato. •
Glutamato e a glutamina > glutaminase e glutamato-desidrogenase > a-cetoglutarato•
A transaminação do aspartato > formação de oxalacetato•
Diversos compostos que são metabolizados para produzir propionil-CoA, que pode ser 
carboxilada e isomerizada a succinil-CoA, também são substratos anapleróticos importantes.
•
Alanina > aminotransferase (transaminase) > piruvato •
A transferência final para o ciclo ocorre como resultado de várias reações. Entre as mais 
importantes dessas reações anapleróticas (reações que formam intermediários para outras vias 
metabólicas), destaca-se a formação de oxalacetato pela carboxilação do piruvato, catalisada pela 
piruvato-carboxilase. 
A alanina, cisteína, glicina, hidroxiprolina, serina, treonina e triptofano > piruvato•
A arginina, histidina, glutamina e prolina > a-cetoglutarato;•
A isoleucina, metionina e valina > succinil-CoA; •
Tirosina e fenilalanina > fumarato•
Como essas reações são reversíveis, o ciclo também serve como uma fonte de esqueletos de 
carbono para a síntese desses aminoácidos. Outros aminoácidos contribuem para a 
gliconeogênese, visto que seus esqueletos de carbono dão origem a intermediários do ciclo do 
ácido cítrico.
O ciclo do ácido cítrico em si não fornece uma via para a oxidação completa dos esqueletos de 
carbono de aminoácidos que dão origem a intermediários, como a-cetoglutarato, succinil-CoA, 
fumarato e oxalacetato, pois isso resulta em aumento na quantidade de oxalacetato. 
Oxidação completa: oxalacetato > fosforilação e carboxilação > fosfoenolpiruvato (à custa de 
GTP) > desfosforilação > piruvato-quinase > piruvato > descarboxilação oxidativa > piruvato-
desidrogenase > acetil-CoA
O ciclo do ácido cítrico participa na produção de ácidos 
graxos
Aconitase inibida > Citrato > citosol > clivado numa reação catalisada pela ATP-citrato 
liase > acetil-CoA 
○
A piruvato-desidrogenase é uma enzima mitocondrial, e a síntese de ácidos graxos é uma via 
citosólica; a membrana mitocondrial é impermeável à acetil-CoA
•
O citrato seja apenas utilizado para síntese de ácidos graxos quando houver uma quantidade 
adequada para suprir a atividade contínua do ciclo
•
Piruvato > piruvato-desidrogenase > acetil-CoA > principal substrato para a síntese de ácidos graxos 
de cadeia longa em animais não ruminantes 
Na maioria dos tecidos, onde o principal papel do ciclo do ácido cítrico consiste no 
metabolismo produtor de energia, a atividade do ciclo é regulada pelo controle respiratório, 
via cadeia respiratória e fosforilação oxidativa.
•
A atividade do ciclo depende imediatamente do suprimento de NAD+ que, por sua vez, devido 
ao estreito acoplamento entre a oxidação e a fosforilação, depende da disponibilidade de ADP 
e, por isso, da taxa de utilização do ATP no trabalho químico e físico. 
•
As desidrogenases são ativadas pelo Ca2+ > concentração aumenta durante a contração 
muscular e a secreção por outros tecidos, quando existe uma maior demanda de energia
○
Cérebro depende altamente dos carboidratos para o suprimento de acetil-CoA, o controle 
do ciclo do ácido cítrico pode ocorrer na piruvato-desidrogenase
○
Além disso, as enzimas do ciclo são reguladas individualmente > reações não equilibradas 
catalisadas pela piruvato-desidrogenase, citrato-sintase, isocitrato-desidrogenase e a-
cetoglutarato-desidrogenase. 
•
Várias enzimas respondem ao estado de energia, conforme demonstrado pelas razões 
[ATP]/[ADP] e
•
[NADH]/[NAD+] > inibição alostérica da citrato-sintase pelo ATP e acil-CoA de ácidos graxos de 
cadeia longa. 
•
Contrabalançada pelo ATP e NADH○
Ativação alostérica da isocitrato-desidrogenase mitocondrial > NAD > ADP •
Complexo da a-cetoglutarato-desidrogenase é regulado da mesma maneira que o complexo da 
piruvato-desidrogenase
•
Succinato-desidrogenase > inibida pelo oxalacetato•
Disponibilidade de oxalacetato > controlada por malato-desidrogenase > depende da razão 
[NADH]/[NAD+].
•
A concentração de oxalacetato controle a velocidade de formação do citrato•
Retirada de a-cetoglutarato > glutamato desidrogenase > glutamato > glutamina-sintetase > 
glutamina > redução das concentrações de todos os intermediários do ciclo do ácido cítrico e, 
portanto, a uma produção reduzida de ATP > hiperanomonemia
•
O equilíbrio da glutamato-desidrogenase é primorosamente mantido, e o sentido da reação 
depende da razão NAD+: NADH e da concentração de íons amônio.
•
A amônia inibe a a-cetoglutarato-desidrogenase e, possivelmente também, a piruvato-
desidrogenase.
•
Cofatores Oxidados
Resumo resumido: O ciclo do ácido cítrico constitui a via final para a oxidação dos 
carboidratos, dos lipídeos e das proteínas. O metabólito final comum, a acetil-CoA, 
reage com oxalacetato para formar citrato. Por uma série de desidrogenações e 
descarboxilações, o citrato é degradado, com redução das coenzimas, liberação de
2CO2 e regeneração do oxalacetato.
As coenzimas reduzidas são oxidadas pela cadeia respiratória ligada à formação de 
ATP. Assim, o ciclo constitui a principal via de formação de ATP e localiza-se na 
matriz mitocondrial, adjacente às enzimas da cadeia respiratória e da fosforilação 
oxidativa.
O ciclo do ácido cítrico é anfibólico,visto que, além da oxidação, é importante no 
fornecimento de esqueletos de carbono para a gliconeogênese, para a síntese de 
ácidos graxos e para a interconversão de aminoácidos.
 Página 2 de OXIDAÇÃO E KREBS