1. Produção de Acetil-CoA. 2. Oxidação de Acetil-CoA. 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa

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1 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO 1. Produção de Acetil-CoA 2. Oxidação de Acetil-CoA 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa

2 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO 1. Produção de Acetil-CoA Piruvato desidrogenase Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana 2ª. ed. Manole. São Paulo, 2003

3 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO 1. Produção de Acetil-CoA Co-A: derivada da vitamina ácido pantotênico

4 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO 2. Oxidação de Acetil-CoA combinação de uma molécula de acetil- CoA com o oxaloacetato, um ácido dicarboxílico de 4 carbonos, resultando na formação de um ácido tricarboxílico de 6 carbonos, o citrato; Segue-se um conjunto de reações através das quais 2 moléculas de CO 2 são perdidas e é regenerado o oxaloacetato

5 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO Citrato sintase Aconitase Malato Desidrog. Isocitrato desidrog. Fumarase Succinato Desidrogen. Alfa cetoglutarato desidrogenase Succinato tioquinase Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana 2ª. ed. Manole. São Paulo, 2003

6 CICLO DE KREBS PONTOS DE CONTROLE Citrato sintase ATP, NADH, succinil-coa Aconitase Malato desidrogenase ATP, NAD Isocitrato desid Fumarase Succinato desidrogenase. Succinato tioquinase Alfa cetoglutarat desidrogenase ATP, NADH Succinil co-a Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana 2ª. ed. Manole. São Paulo, 2003

7 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana 2ª. ed. Manole. São Paulo, 2003 Durante o processo, decorrente da atividade de desidrogenases específicas, são produzidos equivalentes redutores sob a forma de hidrogênio, transportadores de elétrons: NADH nicotamida adenina dinucleotídeo e FADH 2 - flavina adenina dinucleotídeo

8 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO

9 Cadeia Respiratória 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa Passo final do metabolismo aeróbio; A cadeia respiratória é o processo de oxidação, de coenzimas reduzidas (FADH 2 e NADH) obtidas na oxidação de moléculas combustíveis (produção de ATP, a partir da transferência de elétrons do NADH e do FADH 2 produzidos no ciclo do ácido cítrico); Toda a energia útil liberada durante a oxidação dos ácidos graxos, aminoácidos e carboidratos torna-se disponível dentro das mitocôndrias como equivalentes redutores.

10 Cadeia Respiratória 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa as mitocôndrias contêm uma série de proteínas, conhecidas como sistema de transporte de elétrons, que se localizam na membrana interna da mitocôndria; O complexo de proteínas do sistema de transporte de elétrons inclui enzimas e proteínas contendo moléculas de ferro, conhecidas como CITOCROMO.

11 Cadeia Respiratória A primeira etapa consiste na transferência dos elétrons do NADH para a porção flavina da flavoproteína. Segunda etapa: passagem dos elétrons para a coenzima Q (Ubiquinona). O FADH 2 transfere os elétrons diretamente para a ubiquinona. A coenzima Q é móvel, ela move-se na membrana e transfere os elétrons para o terceiro complexo, que seguirão subsequentemente até o oxigênio. NADH + H + FADH 2

12 Cadeia Respiratória A ubiquinona recebe os pares de elétrons do NADH + H + e FADH 2 e os transfere para uma sequência de hemeproteínas denominadas Citocromos, divididos em Citoc. a, b, e c. Os citocromos b e c são encontrados no complexo III e o citocromo a, no complexo IV. O citocromo b é o primeiro a reduzir, transferindo os elétrons da ubiquinona para o citoc. C 1, que doa para o citoc. C que transfere para o Citoc. A que doa o par de elétrons ao O 2 formando H 2 O. NADH + H + FADH 2

13 Cadeia Respiratória Segundo Mitchell, para que ocorra a fosforilação oxidativa, é necessário um bombeamento de prótons pela cadeia respiratória, criando um fluxo da matriz mitocondrial para o espaço intermembrana. A cadeia de transporte de e-, ao transportá-los, bombeia prótons da matriz para o espaço intermembrana a membrana mitocondrial interna, por ser impermeável a prótons, impede o retorno destes à matriz; cria-se um GRADIENTE DUPLO - de ph e eletrostático - através da membrana mitocondrial interna, que gera uma situação de alta instabilidade e, por conseqüência, uma força que atrai os prótons de volta. Esta força, chamada força prótonmotriz, dirige o refluxo de prótons à matriz mitocondrial através dos canais de prótons da enzima ATPase; a passagem dos prótons pela ATPase determina a síntese do ATP. H + H + H + H + H + H + H + NADH + H + FADH 2 H+ H + H +

14 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO via final comum da oxidação de diferentes nutrientes: nos organismos aeróbicos, a glicose e outros açúcares, ácidos graxos e a maioria dos aminoácidos são oxidados a CO 2 e H 2 O; as reações ocorrem na matriz mitocondrial e liberam energia livre; A oxidação desses compostos é acompanhada de redução de grande quantidade das coenzimas NAD+ e FAD, onde é conservada a maior parte da energia; Os elétrons coletados pelo NADH e pelo FADH2 passam pela cadeia de transporte de elétrons. O aceptor final de elétrons é o O2.

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16 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO processo aeróbico, pois necessita de oxigênio como oxidante final dos equivalentes redutores; a ausência ou deficiência parcial de O 2 determina inibição parcial ou total do ciclo. antes de entrarem no ciclo os esqueletos carbônicos dos açúcares e dos ácidos graxos precisam ser degradados até acetil-coa; vários aminoácidos são degradados em intermediários do ciclo;

17 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana 2ª. ed. Manole. São Paulo, 2003

18 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO Oxi-Redução Oxidação: envolve a perda de átomos de H, O ou e - ; Redução: envolve o ganho de átomos de H, O ou e - ; Ex:. A doa e - para B. Portanto A sofreu oxidação e B redução.

19 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO Fosforilação É a transferência de energia através de grupos fosfato ( PO 3 ). ADENOSINA PO 3 PO 3 PO 3

20 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO A mitocôndria apresenta uma membrana interna e uma externa. A região delimitada pela membrana interna é chamada de matriz, e há um espaço intermembrana entre a membrana externa e interna. As reações do Ciclo do Ácido Cítrico ocorrem na matriz Matriz M. Externa M. Interna

21 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO 1. Produção de Acetil-CoA 2. Oxidação de Acetil-CoA 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa

22 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO Um fosfato de alta energia é gerado durante a conversão da succinil-coa em succinato; 3 moléculas de NADH e uma de FADH 2 são produzidas para cada molécula de acetil-coa numa volta completa do ciclo; Esses equivalentes de redução são transferidos à cadeia respiratória na membrana interna da mitocôndria. OBS.: no processo de glicólise, uma molécula de glicose gera duas moléculas de acetil-coa

23 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO O ciclo é regulado por: disponibilidade de substratos, inibição por acúmulo de produtos, e inibição alostérica das "primeiras" enzimas da via pelos "últimos" intermediários; Em condições normais a velocidade da glicólise e do Ciclo do Ácido Cítrico estão integradas de forma que a quantidade de glicose metabolizada a piruvato é apenas a necessária para suprir o Ciclo.

24 Cadeia Respiratória 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa O sistema de transporte de elétrons coleta e transporta equivalentes redutores que sofrem reação com o oxigênio formando água; trata-se de um mecanismo para aprisionar a energia livre liberada na forma de fosfato de alta energia.

25 Cadeia Respiratória 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa Teoria Quimiosmótica Os elétrons de alta energia passam através do sistema de transporte de elétrons, e sua energia é usada para mover hidrogênio da matriz mitocondrial para o espaço intermembranas; o NADH e o FADH 2 produzidos no ciclo do ácido cítrico fornecem elétrons de alta energia; 2 elétrons de cada vez passam através do complexo de proteínas perdendo energia em cada transferência.

26 Cadeia Respiratória

27 conforme os H + retornam para a matriz a partir de um poro da enzima, a sintase transfere a energia cinética da suas ligações para as ligações fosfato de alta energia do ATP (para cada 3 H + que são transportados forma-se no máximo 1 ATP) Cadeia Respiratória 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa Teoria Quimiosmótica a energia estocada nesse gradiente de concentração é transferida para as ligações de alta energia do ATP, quando o H + move-se de volta através da membrana a energia estocada é convertida em energia química quando os íons retornam para a matriz mitocondrial pela ação da ATP sintase

28 Cadeia Respiratória a energia transporte de elétrons é utilizada para bombear prótons para o exterior da matriz mitocondrial o retorno dos prótons à matriz mitocondrial é um processo espontâneo a favor do gradiente eletroquímico que libera energia, a força próton motriz capaz de levar à síntese de ATP a membrana interna é impermeável a prótons, eles voltam à matriz pelo complexo sintetizador de ATP a ATP sitase

29 Cadeia Respiratória 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa ATP-Sintase F1 haste F0 o processo chamado de fosforilação oxidativa refere-se à fosforilação do ADP a ATP utilizando a energia próton-motriz.

30 Cadeia Respiratória 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa Teoria Quimiosmótica ao final da cadeia de transporte de elétrons, cada 2 elétrons se combinam com dois H + presentes na matriz os átomos de hidrogênio combinam-se com um átomo de oxigênio, originando uma molécula de água

31 Cadeia Respiratória 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA: síntese de ATP usando o sistema de transporte de elétrons: necessidade de oxigênio para funcionar como aceptor de elétrons e do H + ; se o oxigênio não estiver presente para atuar como aceptor final de elétrons, o sistema de transporte de elétrons pára, sendo a via aeróbia direcionada para a produção anaeróbia de lactato (2 ATPs).

32 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO 3. Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa Durante a passagem através da cadeia respiratória, cada NADH gera 3 ligações fosfato de alta energia pela esterificação do ADP a ATP, no processo de fosforilação oxidativa (formação de 3 ATPs por NADH); o FADH 2 produz somente 2 ligações fosfato de alta energia (formação de 2 ATPs por FADH 2 )

33 Cadeia Respiratória Cadeia Respiratória A mitocôndria possui uma membrana externa que é permeável à maioria dos metabólitos, uma membrana interna que é seletivamente permeável e uma matriz dentro da membrana interna. As enzimas solúveis do ciclo do ácido cítrico e as enzimas de oxidação de ácidos graxos são encontradas na matriz, necessitando de mecanismos de transporte, de metábolitos e nucleotídeos através da membrana interna.

34 Cadeia Respiratória Cadeia Respiratória Sob condições aeróbicas, o NADH extramitocondrial é oxidado pela cadeia respiratória da mitocôndria via lançadeira do glicerol-3-fosfato (nos músculos de vôo dos insetos) ou na lançadeira do malato. Estas vias envolvem a transferência de equivalentes redutores através da membrana mitocondrial, via pares de substratos, ligados por desidrogenases apropriadas, que estão presentes em ambos os lados da membrana mitocondrial.

35 Cadeia Respiratória Na via lançadeira do glicerol-3-fosfato, a enzima mitocondrial está ligada à cadeia respiratória via FAD, e somente 2 ATP são formados. Na via lançadeira do malato, de ocorrência mais universal, o sistema de transferência envolve a malatodesidrogenase do citosol e da mitocôndria, ligada à cadeia respiratória via NAD, o que gera 3 ATP.

36 Balanço Energético Final

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38 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO

39 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO Como um outro fosfato de alta energia é gerado no próprio ciclo, durante a conversão da succinil-coa em succinato, 12 ligações fosfato de alta energia são gerados para cada volta do ciclo.

40 CICLO DE KREBS OU DO ÁCIDO CÍTRICO a atividade é dependente do suprimento dos cofatores oxidados, como o NAD. NADH, sendo ativada por Ca +2.