www.quimica10.com.br Ciclo de Krebs O ciclo de Krebs, tricarboxílico ou do ácido cítrico, corresponde à uma série de reações químicas que ocorrem na vida da célula e seu metabolismo. Descoberto por Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981). O ciclo é executado na mitocôndria dos eucariotes e no citoplasma dos procariotes. Trata-se de uma parte do metabolismo dos organismos aeróbicos (utilizando oxigênio da respiração celular); organismos anaeróbicos utilizam outro mecanismo, como a glicólise = outro processo de fermentação independente do oxigênio. O ciclo de Krebs é uma rota anfibólica, catabólica e anabólica , com a finalidade de oxidar a acetilCoA (acetil coenzima A), que se obtém da degradação de carbohidratos, ácidos graxos e aminoácidos a duas moléculas de CO2. Este ciclo inicia-se quando o piruvato que é sintetizado durante a glicólise é transformado em acetil CoA (coenzima A) por ação da enzima desidrogenase. Este composto vai reagir com o oxaloacetato que é um produto do ciclo anterior formando-se citrato. O citrato vai dar origem a um composto de cinco carbonos, o alfa-cetoglutarato com libertação de NADH, e de CO2. O alfa-cetoglutarato vai dar origem a outros compostos de quatro carbonos com formação de GTP, FADH 2 e NADH e oxaloacetato. Após o ciclo de krebs ocorre outro processo denominado fosforilação oxidativa. •
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + H2O --> 2 CO2 + 3 NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA
Função anabólica do ciclo de Krebs Os compostos intermediários do ciclo de Otilia podem ser utilizados como precursores em vias biossintéticas: oxaloacetato e a-cetoglutarato vão formar respectivamente aspartato e glutamato. A eventual retirada desses intermediários pode ser compensada por reações que permitem restabelecer o seu nível. Entre essas reações, que são chamadas de anapleróticas por serem reações de preenchimento, a mais importante é a que leva à formação de oxaloacetato a partir do piruvato e que é catalisada pela piruvato carboxilase. O oxaloacetato além de ser um intermediário do ciclo de Krebs, participa também da neoglicogênese. A degradação de vários aminoácidos também produz intermediários do ciclo de Krebs, funcionando como reações anapleróticas adicionais. O ciclo de Krebs e a Respiração A influência do ciclo de Krebs no processo da respiração celular começa com a glicólise processo ocorrido no citoplasma de uma célula, onde a glicose, obtida através dos alimentos ingeridos, passa por uma série de dez reações químicas que culminam na formação de duas moléculas de ácido pirúvico. A partir desse ponto que começa a participação do ciclo de Krebs na respiração propriamente dita. O ciclo de Krebs ocorre dentro da mitocôndria, logo as moléculas de ácido pirúvico têm que entrar nela, esse processo só ocorre quando há moléculas de oxigênio suficientes para cada molécula de glicose, se há, na entrada do ácido pirúvico na mitocôndria faz com que o oxigênio reaja com o ácido formando gás carbônico e libera os elétrons dos átomos de hidrogênio presentes na fórmula da glicose.Esses elétrons são transportados pelo NADH e o FADH, duas moléculas transportadoras. Os elétrons então se reponsabilizam pela união de mais um átomo de
www.quimica10.com.br fósforo, com uma molécula de adenosina di-fosfato(ADP) formando a adenosina tri-fosfato o famoso ATP. Esta molécula de ATP então é que fornecerá a energia para a vida da célula e o transporte ativo de substâncias pelo corpo. Lógica química O piruvato produzido na glicólise ainda contém bastante poder redutor (verifique o estado de oxidação de cada um dos seus carbonos e compare-o com o estado de oxidação do carbono no CO2). Este poder redutor vai ser aproveitado pela célula no ciclo de Krebs. Em primeiro lugar, o piruvato é utilizado para produzir acetil-CoA, que é uma forma ativada de acetato (CH3COO-)
Nesta reacção intervém a piruvato desidrogenase. É uma enzima bastante complexa, que contém bastantes cofactores: lipoamida, FAD, coenzima A. A hidrólise da ligação tioéster (S-C=O) do acetil-CoA é bastante exergónica, pelo que a sua formação exige energia. Essa energia provém da descarboxilação do piruvato (note que o piruvato tinha três carbonos e a porção acetil do acetilCoA apenas possui dois: o grupo carboxilato migrou como CO2). A energia proveniente de descarboxilações é frequentemente usada pela célula para empurrar um equilíbrio no sentido da formação de produtos, como se verá em várias reacções do ciclo de Krebs e na gluconeogénese. Na primeira reacção do ciclo de Krebs, o acetil-CoA é adicionado a oxaloacetato, dando origem a citrato, numa reacção de adição aldólica. A hidrólise do tioéster ajuda a deslocar o equilíbrio no sentido da formação de produtos:
www.quimica10.com.br O citrato é depois isomerizado a isocitrato. Este é então descarboxilado a a-cetoglutarato. Se o citrato não tivesse sido isomerizado a isocitrato antes da descarboxilação, esta produziria um composto de carbono ramificado, mais difícil de metabolizar.
Tal como o piruvato, o a-cetoglutarato é um a-cetoácido, i.e., possui um grupo carbonilo adjacente ao grupo ácido carboxílico. É portanto de prever que reaja exactamente como o piruvato, i.e., que a sua descarboxilação forneça energia suficiente para que se forme uma ligação tioéster com a coenzima A. E é isto que de facto ocorre... A enzima responsável por esta reacção, a a-cetoglutarato desidrogenase, é aliás bastante análoga à piruvato desidrogenase na sua composição e cofactores.
A ligação tioéster do succinil-CoA é, como todas as ligações tioéster, bastante energética.A sua hidrólise vai constituir o único ponto do ciclo de Krebs onde ocorre produção direta de ATP (ou equivalente).
O succinato é, tal como o oxaloacetato, um produto com quatro carbonos. A parte final do ciclo de Krebs consiste em regenerar o oxaloacetato a partir do succinato. O succinato é primeiro oxidado a
www.quimica10.com.br fumarato, pelo complexo succinato desidrogenase (também denominado complexo II), que se encontra na face matricial da membrana interna da mitocôndria. A oxidação de ligação simples a dupla (alcanos a alcenos) tem um potencial demasiado elevado para que os electrões possam ser aceites pelo NAD+ (E0=-320 mV). A célula utiliza portanto FAD (E0= 0 mV)como aceitador destes eletrões. A hidratação do fumarato produz malato, que depois é oxidado a oxaloacetato, completando o ciclo. Uma sequência semelhante de reações ocorre na β-oxidação dos lípidos.
O resultado do ciclo de Krebs é portanto: Acetil-CoA + oxaloacetato + 3 NAD+ + GDP + Pi +FAD --> oxaloacetato + 2 CO2 + FADH2 + 3 NADH + 3 H+ + GTP