Ciclo do Ácido Cítrico
O ciclo do ácido cítrico é uma série de reacções que produz duas moléculas de dióxido de carbono, uma GTP/ATP, e formas reduzidas de NADH e FADH2.
Objectivos de aprendizagem
Lista os passos do ciclo de Krebs (ou ácido cítrico)
Realizações-chave
Pontos-chave
- A molécula de quatro carbonos, oxaloacetato, que iniciou o ciclo é regenerada após os oito passos do ciclo do ácido cítrico.
- Os oito passos do ciclo do ácido cítrico são uma série de redox, desidratação, hidratação e reações de descarboxilação.
- Cada volta do ciclo forma um GTP ou ATP, assim como três moléculas de NADH e uma molécula de FADH2, que será usada em etapas posteriores da respiração celular para produzir ATP para a célula.
Key Terms
- ciclo do ácido cítrico: uma série de reacções químicas usadas por todos os organismos aeróbicos para gerar energia através da oxidação do acetato derivado de hidratos de carbono, gorduras e proteínas em dióxido de carbono
- ciclo de Krebs: uma série de reações enzimáticas que ocorrem em todos os organismos aeróbicos; envolve o metabolismo oxidativo das unidades acetils e serve como principal fonte de energia celular
- mitocôndria: em biologia celular, uma mitocôndria (mitocôndria plural) é uma organela fechada por membranas, muitas vezes descrita como “centrais celulares” porque geram a maior parte do ATP
Ciclo do ácido cítrico (Ciclo de Krebs)
Como a conversão do piruvato em acetil CoA, o ciclo do ácido cítrico ocorre na matriz das mitocôndrias. Quase todas as enzimas do ciclo do ácido cítrico são solúveis, com a única exceção da enzima succinato desidrogenase, que está embutida na membrana interna da mitocôndria. Ao contrário da glicólise, o ciclo do ácido cítrico é um ciclo fechado: a última parte do percurso regenera o composto utilizado na primeira etapa. Os oito passos do ciclo são uma série de redox, desidratação, hidratação e reações de descarboxilação que produzem duas moléculas de dióxido de carbono, um GTP/ATP, e formas reduzidas de NADH e FADH2. Isto é considerado um caminho aeróbico porque o NADH e FADH2 produzido deve transferir seus elétrons para o próximo caminho no sistema, que usará oxigênio. Se essa transferência não ocorrer, os passos de oxidação do ciclo do ácido cítrico também não ocorrem. Note que o ciclo do ácido cítrico produz muito pouco ATP diretamente e não consome diretamente oxigênio.
O ciclo do ácido cítrico: No ciclo do ácido cítrico, o grupo acetil da acetil CoA está ligado a uma molécula de oxaloacetato de quatro carbonos para formar uma molécula de citrato de seis carbonos. Através de uma série de etapas, o citrato é oxidado, liberando duas moléculas de dióxido de carbono para cada grupo acetil alimentado no ciclo. No processo, três moléculas de NAD+ são reduzidas a NADH, uma molécula de FAD é reduzida a FADH2, e uma de ATP ou GTP (dependendo do tipo de célula) é produzida (por fosforilação a nível de substrato). Como o produto final do ciclo do ácido cítrico é também o primeiro reagente, o ciclo corre continuamente na presença de reagentes suficientes.
Passos no ciclo do ácido cítrico
Passo 1. O primeiro passo é uma etapa de condensação, combinando o grupo acetil de dois carbonos (de acetil CoA) com uma molécula de oxaloacetato de quatro carbonos para formar uma molécula de seis carbonos de citrato. A CoA é ligada a um grupo sulfidrílico (-SH) e se difunde para eventualmente se combinar com outro grupo acetil. Este passo é irreversível porque é altamente exergônico. A taxa desta reação é controlada pelo feedback negativo e a quantidade de ATP disponível. Se os níveis de ATP aumentam, a taxa desta reacção diminui. Se o ATP estiver em falta, a taxa aumenta.
Passo 2. O citrato perde uma molécula de água e ganha outra à medida que o citrato é convertido no seu isómero, isocitrato.
Passos 3 e 4. No terceiro passo, o isocitrato é oxidado, produzindo uma molécula de cinco carbonos, α-ketoglutarate, juntamente com uma molécula de CO2 e dois elétrons, que reduzem o NAD+ a NADH. Esta etapa também é regulada pelo feedback negativo do ATP e do NADH e por um efeito positivo do ADP. Os passos três e quatro são etapas de oxidação e descarboxilação, que liberam elétrons que reduzem NAD+ para NADH e liberam grupos carboxil que formam moléculas de CO2. α-Ketoglutarate é o produto do passo três, e um grupo succinil é o produto do passo quatro. CoA liga o grupo succinil para formar succinil CoA. A enzima que catalisa o passo quatro é regulada pela inibição de feedback de ATP, succinil CoA e NADH.
Step 5. Um grupo fosfato é substituído pela coenzima A, e uma ligação de alta energia é formada. Esta energia é usada na fosforilação do substrato (durante a conversão do grupo succinil para succinato) para formar o trifosfato de guanina (GTP) ou ATP. Existem duas formas da enzima, chamadas isoenzimas, para esta etapa, dependendo do tipo de tecido animal em que são encontradas. Uma forma é encontrada nos tecidos que utilizam grandes quantidades de ATP, como o coração e o músculo esquelético. Esta forma produz ATP. A segunda forma da enzima é encontrada em tecidos que têm um alto número de vias anabolizantes, como o fígado. Esta forma produz GTP. O GTP é energeticamente equivalente ao ATP; no entanto, o seu uso é mais restrito. Em particular, a síntese de proteínas usa principalmente GTP.
Passo 6. O sexto passo é um processo de desidratação que converte o succinato em fumarato. Dois átomos de hidrogênio são transferidos para FADH2, produzindo FADH2. A energia contida nos elétrons desses átomos é insuficiente para reduzir o NAD+, mas adequada para reduzir o DAD. Ao contrário do NADH, este transportador permanece ligado à enzima e transfere os elétrons diretamente para a cadeia de transporte dos elétrons. Este processo é possível através da localização da enzima catalisando este passo dentro da membrana interna da mitocôndria.
Passo 7. Adiciona-se água para fumar durante o passo 7, e produz-se malato. A última etapa do ciclo do ácido cítrico regenera o oxaloacetato através da oxidação do malato. Outra molécula de NADH é produzida.
Produtos do ciclo do ácido cítrico
Dois átomos de carbono entram no ciclo do ácido cítrico de cada grupo acetil, representando quatro dos seis carbonos de uma molécula de glicose. Duas moléculas de dióxido de carbono são libertadas em cada volta do ciclo; contudo, estas não contêm necessariamente os átomos de carbono mais recentemente adicionados. Os dois átomos de carbono acetil serão eventualmente liberados em curvas posteriores do ciclo; assim, todos os seis átomos de carbono da molécula de glicose original são eventualmente incorporados ao dióxido de carbono. Cada volta do ciclo forma três moléculas de NADH e uma molécula de FADH2. Estes portadores conectam-se com a última porção da respiração aeróbica para produzir moléculas de ATP. Um GTP ou ATP também é feito em cada ciclo. Vários dos compostos intermediários no ciclo do ácido cítrico podem ser utilizados na síntese de aminoácidos não essenciais; portanto, o ciclo é anfibólico (catabólico e anabólico).