Ciclo de Krebs

O que é o ciclo do ácido cítrico , como funciona e qual é o seu papel no metabolismo? Você encontrará as respostas neste post.

O ciclo do ácido cítrico (também ciclo do citrato , ciclo do ácido cítrico , ciclo do ácido tricarboxílico ou ciclo de Krebs ) é um ciclo central de reações bioquímicas no metabolismo (metabolismo) das células aeróbicas nos seres vivos, que serve principalmente à quebra oxidativa de substâncias orgânicas.

O acetil-CoA formado como produto intermediário durante a quebra de gorduras , açúcares e aminoácidos é ali utilizado, liberando dióxido de carbono (CO 2 ) e água (H 2 O), para a geração direta e indireta de energia bioquimicamente disponível para a organismo. O ciclo do ácido cítrico ocorre na matriz das mitocôndrias em eucariotos e no citoplasma em procariontes.

É nomeado após o citrato produto intermediário resultante , o ânion do ácido cítrico . A sequência de reações também é conhecida como ciclo de Krebs , em homenagem ao seu descobridor Hans A. Krebs (1900-1981) . Krebs recebeu o Prêmio Nobel de Medicina de 1953 pelo esclarecimento das vias metabólicas.

O ciclo do ácido cítrico simplesmente explicado

O ciclo do ácido cítrico, ciclo de Krebs, ciclo do ácido cítrico ou ciclo do ácido tricarboxílico é uma via bioquímica cíclica. Consiste em oito reações individuais catalisadas por enzimas e desempenha um papel importante no metabolismo celular aeróbico . A localização do ciclo do ácido cítrico é a mitocôndria em eucariotos  ( animais , plantas , fungos) e o citoplasma em procariontes . Ocorre após a glicólise e então flui para a cadeia respiratória .   

A principal tarefa do ciclo do ácido cítrico é o ganho de energia. Além disso, são fornecidos intermediários importantes que são importantes para a biossíntese de outras moléculas, como aminoácidos ou nucleotídeos.

Este ciclo combina as vias de degradação de carboidratos, gorduras e proteínas. Seus produtos de degradação – principalmente na forma das chamadas moléculas de acetil coenzima A – são “introduzidos” no ciclo e são posteriormente oxidados para formar duas moléculas de dióxido de carbono. 

É um processo metabólico anfibólico . Você pode imaginar que ele tem uma função catabólica (=quebra) e uma função anabólica (=construção). 

A equação de reação líquida do ciclo do ácido cítrico é: 

Acetil-CoA + 3 NAD ⁺ + FAD + GDP + Pi + 2 2 + 3 NADH + 3 H ⁺ + FADH _2  + GTP + CoA-SH   definição 

O ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs é uma via metabólica anfibólica cíclica que consiste em oito etapas individuais catalisadas por enzimas. Ocorre tanto em eucariotos quanto em procariontes e é usado para gerar energia e fornecer produtos intermediários para a síntese de biomoléculas importantes, como aminoácidos.

Ciclo do ácido cítrico como o “centro do metabolismo”

O ciclo do ácido cítrico é considerado o “ centro do metabolismo celular ”. Como você já aprendeu, ele combina as vias de degradação dos combustíveis celulares, gorduras, carboidratos e proteínas. O ponto de partida do ciclo do ácido cítrico é a chamada molécula de acetil coenzima A , que é produzida quando esses nutrientes são quebrados. Você pode pensar nisso como um composto semelhante a nucleotídeo (= coenzima A) ligado a um resíduo de ácido acético (= acetato). Essa ligação é muito energética, e é por isso que muita energia é liberada quando é quebrada. Acetil-CoA, portanto, serve para transferir grupos acetil (= 2 átomos de carbono). 

Acetil-CoA é o produto final da quebra de ácidos graxos, a chamada β-oxidação . Acetil-CoA também é produzido quando certos aminoácidos são quebrados. Outra fonte de acetil-CoA é o piruvato – o produto final da glicólise . É oxidado a acetil-CoA em uma etapa de reação subsequente , oxidação do piruvato .

No entanto, o ciclo do ácido cítrico só pode ocorrer se o oxigênio estiver presente (= condições aeróbicas ). No caso de organismos anaeróbios, por exemplo algumas bactérias, isso pode ocorrer apenas parcialmente. Nos eucariotos ocorre nas mitocôndrias, mais precisamente na matriz mitocondrial. No entanto, nos procariontes, a localização do ciclo do ácido cítrico é o citoplasma. Aliás, algumas bactérias o praticam na direção oposta para construir compostos de carbono. Você também pode chamar isso de ciclo redutivo do ácido cítrico. 

funções do ciclo do ácido cítrico

O ciclo do ácido cítrico tem várias funções. Uma delas é a geração direta de energia na forma de GTP (guanosina trifosfato). Esta molécula é estruturalmente muito semelhante ao ATP (trifosfato de adenosina) – o composto de armazenamento de energia em nosso corpo. 

Além disso, o ciclo do ácido cítrico serve para fornecer certos agentes oxidantes , também conhecidos como moléculas transportadoras de elétrons. Neste caso, você pode entender as moléculas NAD+ e FAD . Ambos são capazes de aceitar elétrons e, como sugere o nome de transportadores de elétrons, transportá-los. No ciclo do ácido cítrico, os elétrons que são liberados durante a oxidação de certas moléculas são transferidos para esses carreadores. Isso os reduz. Eles finalmente cedem seus elétrons em uma via metabólica a jusante – a cadeia respiratória – um jeito. A cadeia respiratória representa a etapa final da via metabólica aeróbica, onde grande parte da energia é liberada na forma de ATP. Como você pode ver, o ciclo do ácido cítrico contribui indiretamente para um grande ganho de energia. 

Além do ganho de energia no metabolismo catabólico, o ciclo do ácido cítrico tem outra tarefa. Isso consiste no fato de que os produtos intermediários – os chamados intermediários – podem ser desviados. Eles são então usados ​​como precursores para a biossíntese de outras moléculas, como aminoácidos ou nucleotídeos. Como você pode ver, esta é uma via metabólica anabólica (= construção) e catabólica (= quebra). Você também pode chamá-lo de anfibólio .

processo do ciclo do ácido cítrico

Como você já sabe, o ciclo do ácido cítrico é uma via metabólica circular que consiste em 8 reações individuais catalisadas enzimaticamente. Vamos dar uma olhada no curso exato do ciclo do ácido cítrico:

A molécula formada por dois átomos de carbono – acetil-CoA – é introduzida no ciclo e representa o ponto de partida, sendo oxidada no ciclo para formar duas moléculas de dióxido de carbono ( ). Em seguida, exalamos o dióxido de carbono gasoso através de nossos pulmões. 

Uma rodada do ciclo também fornece 3 moléculas de NADH , uma molécula de FADH ₂ e uma molécula de GTP . As moléculas transportadoras de elétrons (NADH e FADH ₂ ) são então retransmitidas para a membrana mitocondrial interna. É aqui que ocorre a oxidação final, ou seja, a cadeia respiratória. 

Há um equilíbrio de fluxo em todo o circuito . Com isso você pode entender que as concentrações dos produtos intermediários dificilmente mudam, embora os produtos intermediários sejam introduzidos ou desviados.

Você pode dividir o ciclo de Krebs em duas fases . A primeira metade é responsável por quebrar o esqueleto de carbono na forma de eliminação de dióxido de carbono. A segunda metade serve para restaurar a molécula aceitadora (oxaloacetato). 

Para o ciclo do ácido cítrico, obtemos o seguinte saldo líquido : 

Acetil-CoA + 3 NAD ⁺ + FAD + GDP + Pi + 2 2 + 3 NADH + 3 H ⁺ + FADH _2  + GTP + CoA-SH   

reações simples

Vamos agora considerar as oito reações individuais em detalhes: 

Etapa 1: Oxaloacetato (C4) + Acetil-CoA (C2) Citrato (C6)

O grupo acetil do composto C2 acetil-CoA está ligado a um composto C4 (oxaloacetato). A enzima citrato sintase está envolvida nisso. Forma-se um composto composto por 6 átomos de carbono, que você pode chamar de citrato (= sal de ácido cítrico). 

Etapa 2: Citrato (C6) Isocitrato (C6)

Na próxima etapa, o grupo OH do citrato é doado a um átomo de carbono adjacente. O citrato é, portanto, rearranjado para isocitrato com a ajuda da aconitase. Ambos os compostos têm os mesmos átomos, apenas estão dispostos de forma diferente (= isômeros ).  

Etapa 3: Isocitrato (C6) α-cetoglutarato (C5) 

O isocitato é então oxidado liberando elétrons. Esses elétrons são transferidos para o transportador de elétrons NAD ⁺ . Isso cria uma molécula de NADH. Uma molécula também é separada durante esta etapa. Esta é uma descarboxilação envolvendo isocitrato desidrogenase. 

Etapa 4: α-cetoglutarato (C5) Succinil-CoA (C4)

Na próxima etapa da reação, ocorre mais oxidação e eliminação. Uma molécula de NADH é formada novamente. Além disso, um complexo multienzimático transfere um grupo de coenzima A para a molécula formada. Você pode chamá-lo de succinil-CoA . Como o acetil-CoA, tem uma ligação de alta energia. 

Etapa 5: Succinil-CoA (C4) Succinato (C4)

Succinil-CoA, em seguida, divide a coenzima A novamente por uma enzima chamada succinil-CoA sintetase. Isso libera energia na forma de GTP. GTP é então convertido em ATP. Você pode chamar a molécula resultante de succinato . 

Etapa 6: Succinato (C4) Fumarato (C4)

O succinato é agora oxidado a fumarato na próxima etapa da reação . Os elétrons e prótons de hidrogênio liberados no processo são transferidos para o agente oxidante FAD. Isso cria uma molécula FADH ₂ . Fumarato também é usado para construir vários aminoácidos, como tirosina ou fenilalanina. 

Etapa 7: Fumarato (C4) Malato (C4) 

Na etapa seguinte, a fumarase faz com que uma molécula de água se ligue à dupla ligação do fumarato. O malato (= ânion do ácido málico)  é formado nesta reação de hidratação .

Etapa 8: Malato (C4) Oxaloacetato (C4) 

O grupo OH do malato é então oxidado a um grupo carbonila pela malato desidrogenase na etapa final da reação. A molécula oxaloacetato e uma molécula NADH são formadas. O oxaloacetato agora pode reagir novamente com acetil-CoA para formar citrato e passar pelo ciclo novamente.

A propósito: você pode memorizar  facilmente as moléculas individuais no ciclo do ácido cítrico com este mnemônico.

Limões (= citrato) em (= isocitrato)  coma (= α-cetoglutarato) são (= succinil CoA) super (= succinato) para (= fumarato) m a (= malato) oma ( = oxaloacetato

equilíbrio energético

Para cada molécula de glicose previamente quebrada na glicólise, o ciclo é repetido duas vezes . Duas moléculas de piruvato são formadas em cada caso. O processo pode ser resumido da seguinte forma: 

Entrada:  acetato (na forma de acetil-CoA), água, os transportadores de elétrons oxidados (NAD ⁺ e FAD) e o aceptor de fosfato GDP

Saída:  dióxido de carbono ( ), os transportadores de elétrons reduzidos ou equivalentes de redução NADH e FADH ₂ e GTP

O equilíbrio do ciclo do ácido cítrico se parece com isso na forma de uma equação de reação: 

Acetil-CoA + 3 NAD ⁺ + FAD + GDP + Pi + 2 2 + 3 NADH + 3 H ⁺ + FADH _2  + GTP + CoA-SH  

A cadeia respiratória pode sintetizar cerca de 2,5 moléculas de ATP por molécula de NADH . Aproximadamente 1,5 moléculas de ATP podem ser convertidas por molécula de FADH ₂ e o GTP torna-se novamente 1 ATP . Para uma corrida completa através do ciclo do ácido cítrico, o balanço de energia é de 10 moléculas de ATP . Este número foi superestimado na literatura mais antiga, porque muitas vezes se fala em um ganho de 12 moléculas de ATP. Resumo 

• via metabólica cíclica anfibólica (= função construtiva e degradativa) consistindo em 8 etapas individuais
• cada etapa do ciclo do ácido cítrico é catalisada por uma enzima específica
• Função : Geração de energia e fornecimento de intermediários para a síntese de biomoléculas importantes 
• Localização do ciclo do ácido cítrico : mitocôndrias em eucariotos, citoplasma em procariontes
• Parte da respiração celular aeróbica : ocorre após a glicólise e descarboxilação oxidativa e antes da cadeia respiratória 
• Ponto de partida : transferência de um grupo acetil (2C) para oxaloacetato (4C) => citrato (6C) 
• Saldo por corrida : 3 NADH, 1 ATP e 1 FADH ₂
• Equilíbrio por molécula de glicose : (= 2 corridas): 6 NADH, 2 ATP e 2 FADH ₂