Krebs alunos

Metabolismo de Carboidratos.

Profa.Dra. Leticia LabriolaAbril 2012

Oxidação Completa da Glicose

C6H12O6 + 6O2 + 6CO2 + 6H2O

36-38ADP + 36-38 Pi + 36-38ATP

Via glicolítica gastou: 1 glicose, 2 ADP, 2 Pi, 2 NAD+

gerou: 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr

Falta: “Usar” Pyr → Formação de AcCoA e Krebs“Reciclar” NADH → Transporte de elétronsGerar CO2 → Formação de AcCoA e KrebsFormar ATPs → Fosforilação oxidativa

NAD – Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (coenzima)

NADH

FAD – Flavo Adenina Dinucleotídeo (grupo prostético)

(Vit B2)

A Respiração Celular ocorre em 3 estágios

1 – nutrientes são oxidados e geram Acetil-CoA

(Glicólise, β-oxidação e oxidação de aminoácidos)

coenzimas são reduzidas

2 – Acetil-CoA é oxidado a CO2 no Ciclo de Krebs

coenzimas são reduzidas

3 – Coenzimas são oxidadas, transferindo os e- para O2,formando água e armazenando a energia envolvida naforma de ATP, na Cadeia Respiratória (Cadeia deTransporte de e- + Fosforilação Oxidativa

Acetil-CoA

aaestágio 1

produção de Acetil-CoA

AGL Glicose

estágio 2oxidação de Acetil-CoA

estágio 3transferência de e-

e fosf. oxidativa

ciclode Krebs

piruvato

oxaloacetato citrato

glicólise

cadeia respiratória

transportadores de e-

Coenzima A (CoA)

grupo reativotiol

β-mercaptoetilaminaácido pantonênico

Acetil-CoA3´-fosfoadenosina difosfato

ribose 3´- fosfato

adenina

o grupo acetil proveniente da descarboxilação do piruvato se une à CoA através do grupo tiol desta

O piruvato proveniente da glicólise é uma das principais fontes de Acetil-CoA

Descarboxilação oxidativa

Remoção irreversível de um CO2 do piruvato, gerando o grupo acetil que se liga à coenzima A (CoA), formando Acetil-CoA

3 enzimas (PDH) 5 coenzimas

piruvato desidrogenase

Complexo Multienzimático

piruvato desidrogenase

diidrolipoil transacetilase

diidrolipoil desidrogenase

Piruvato Acetil-CoA

Formação de Acetil-CoA


- 5 coenzimas / grupos prostéticos: tiamina pirofosfato (TPP)FADCoenzima ANADácido lipóico

- 5 vitaminas: tiamina (B1)riboflavina (B2)ácido pantotênico (CoA) (B5)niacina (nicotinamida) (B3)ácido lipóico

vitamina precurssoraPiruvato desidrogenase (E1)

• tiamina pirofosfato (TPP) tiamina (B1)

Diidrolipoil transacetilase (E2)

• coenzima A (CoA) ácido pantotênico (B5)

Diidrolipoil desidrogenase (E3)

• flavina adenina dinucleotídeo (FAD) riboflavina (B2)• nicotinamida adenina dinucleotídeo niacina (B3)/nicotinamida(NAD+)

Diidrolipoil transacetilase (E2)

• ácido lipóico

Cofatores do Complexo da Piruvato Desidrogenase

não deriva de vitaminas


Regulação da Piruvato Desidrogenase

+AMP, NAD+

-ATP, NADH, Acetil-CoA

Regulação do Complexo Piruvato Desidrogenase(regulação alostérica e por modificação covalente)

O complexo é formado por 3 enzimas e 5 coenzimas

As enzimas do complexo têm resíduos de serina, modificáveis por fosforilação

As enzimas do complexo quando fosforiladas (por quinases) são inativas

As enzimas do complexo quando desfosforiladas (por fosfatases) são ativas

Além das 3 enzimas, o complexo tem uma quinase e uma fosfatase associadas

Os produtos da via, NADH e acetil-CoA, bem como ATP são efetores alostéricos negativos das enzimas do complexo

NADH, Acetil-CoA e ATP ativam a quinase (e inibem o complexo)

A diminuição de NADH, Acetil-CoA e ATP ativam a fosfatase (e ativam o complexo)

A insulina ativa fosfatases no geral, tendo o mesmo efeito, bem como o Ca2+ e Mg2+

O excesso de acetil-CoA e NADH provenientes da β-oxidação durante o jejum inibem a síntese de acetil-CoA a partir de piruvato, favorecendo a gliconeogênese

Oxidação Completa da Glicose

C6H12O6 + 6O2 + 6CO2 + 6H2O

36-38ADP + 36-38 Pi + 36-38ATP

Via glicolítica gastou: 1 glicose, 2 ADP, 2 Pi, 2 NAD+

gerou: 2 ATP, 2 NADH, 2 Pyr

Form. de Acetil-CoA gastou: 2 NAD+, 2 Pyrgerou: 2 CO2, 2 NADH, 2 AcCoA

Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi

2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + CoA

Reação Global - Ciclo de Krebs

GTP + ADP GDP + ATPnucleosídeo difosfato quinase

Regulação do Ciclo de Krebs

Acetil-CoA + OxAc Citratocitrato sintase

- NADH, ATP +ADP

Isocitrato α cetoglutaratoisocitrato desidrogenase

- NADH, ATP +ADP

NAD+ NADH

α cetoglutarato Succinil-CoAα cetoglutarato desidrogenase

- NADH, ATP

NAD+ NADH CO2CoASH

CoASH

piruvato

Acetil-CoA

citrato

cis-aconitato

isocitrato

α-cetoglutarato

SuccinilCoA

succinato

fumarato

malato

oxalo-acetato

ATP, Acetil-CoA, NADH-

- ATP

- ATP+ ADP, Ca2+

(piruvato desidrogenase)

(citrato sintase)

(isocitrato desidrogenase)

(α-cetoglutarato desidrogenase)

ATP aumenta o KM da citrato sintase para acetil-

CoA

- Succinil-CoANADH, GTP, ATP

+ Ca2+

+ Ca2+, Mg2+

Etapas que requerem coenzimaoxidada (NAD+ ou FAD)*

*

*

*

*

*


+ADP

NADH, ATP

NADH, ATP

NADH, ATP


+ADP

↓ ATP

Frutose 6P Frutose 2,6 PATP ADP

Fosfofrutoquinase 2

Frutose 6PFrutose 2,6 P Frutose 2,6 bisfosfatase

Pi

- citrato+ AMP

+ PEP

(+ insulina no fígado)

(+ glucagon no fígado)

Regulação Integrada

frutose 6-fosfato

frutose1,6-difosfato

ATP

ADP

Substrato do Ciclo de Krebs regulando Glicólise

(fosfofrutoquinase)

- Citrato

O excesso de citrato indicaabundância de precursoresbiossintéticos, e portanto a nãonecessidade de degradação deglicose

GLICOSE

PIRUVATO

Destinos Metabólicos do Citrato

citrato

Fonte de NADPH no citossol, para

biossíntese redutora

(enzima málica)

Ciclo de Krebs

Geração de Energia

Regulador de outras etapas metabólicas

(-) fosfofrutoquinase

(+) Acetil-CoA carboxilase *

Fonte de carbono para processos citossólicos

biossintéticos, como ácidos graxos e esteróides

(fonte de acetil-CoA)

*Acetil-CoA carboxilase é a enzima que catalisa a formação de malonil-CoA a partir de acetil-CoA, o primeiro passo da síntese de ácidos graxos

Oxaloacetato

Acetil-CoA

Piruvato

Citrato

NAD+

CoA

CO2

NADH

+AMP, NAD+


Piruvato desidrogenase

- NADH, ATP

+ADP

Citrato sintase

↓ ATP

+ADP

NADH, ATP

NADH, ATP

NADH, ATP


+ADP

↑ ATP

Oxaloacetato

Acetil-CoA

Piruvato

Citrato

NAD+

CoA

CO2

NADHCO2

ATP

ADP + Pi

+Acetil-CoA

+AMP, NAD+


(biotina)


Piruvato carboxilase

- NADH, ATP

+ADP

Citrato sintase

↑ ATP

Oxaloacetato

Acetil-CoA

Piruvato

Citrato

NAD+

CoA

CO2

NADHCO2

ATP

ADP + Pi

+Acetil-CoA

+AMP, NAD+


(biotina)



- NADH, ATP

+ADP

Citrato sintase

lipídeos

glucagon

mito

cônd

ria

cito

ssol

MALATO

FOSFOENOLPIRUVATO

PIRUVATO

ACETIL CoA

CITRATOOXALOACETATO

α-CETOGLUTARATOSUCCINIL CoA

PORFIRINAS AMINOÁCIDOS

AMINOÁCIDOS

GLICOSE

(grupo heme)

MALATO

Inibição do Ciclo de Krebs por Falta de Oxaloacetato(jejum, fígado, gliconeogênese)

β-oxidaçãointensa

cetogênese(recicla CoA)

OXALOACETATO(malato

desidrogenase citoplasmática)

proteólise

NADHNAD+

O excesso de NADH da β-oxidação desloca oequilíbrio em direção aomalato

Esta oxidação gera NADHcitossólico que é transferido paraa matriz mitocondrial porlançadeiras específicas

glicólise

Apresentador

Notas de apresentação

A glicólise está inibida e logo não tem muito piruvato (será que tem proveniente de proteólise?). O piruvato que tiver vai virar imediatamente oxaloacetato, porque a piruvato carboxilase é ativada pelo excesso de acetil-CoA. O excesso de NADH leva o oxaloacetato imediatamente para malato. Em condição de jejum, vai haver beta oxidação intensa. Isso gera muito NADH e ATP, que inibem krebs. O krebs tb é inibido porque falta oxaloacetato e falta oxaloacetato justamente porque o excesso de NADH, proveniente da beta oxidação desloca o equilíbrio do oxaloacetato em direção ao malato, favorecendo o acúmulo deste que sai via lançadeira de malato, para virar oxaloacetato e ser substrato da gliconeogênese. Quando não há oxaloacetato disponível no fígado (gliconeogênese do jejum), o ciclo de Krebs é inibido. O excesso de Acetil-CoA da b-oxidação é usado na cetogênese (fígado), para restituir CoA. Quando o excesso de Acetil-CoA é proveniente do piruvato, e o ciclo de Krebs foi inibido por excesso de ATP, acetil-CoA é usado na lipogênese

Oxaloacetato

Acetil-CoA

Piruvato

Citrato

NAD+

CoA

CO2

NADHCO2

ATP

ADP + Pi

+Acetil-CoA

+AMP, NAD+


(biotina)



- NADH, ATP

+ADP

Citrato sintase

↓ ATP, ↓ Oxaloacetato

+ADP

NADH, ATP

NADH, ATP

NADH, ATP


+ADP

↓ ATP

Inibição do Ciclo de KrebsJejum ou Atividade Física Prolongada (fígado)

- Consumo do oxaloacetato para produção de glicose via gliconeogênese

- Acúmulo de Acetil-CoA e NADH proveniente da intensa β-oxidação

Abundância de aporte energético

- Inibição das enzimas por excesso de ATP (e falta de ADP) e excesso de coenzimas reduzidas – NADH e FADH2 (falta de coenzimas oxidadas – NAD+, FAD)

O fluoracetato (acetato fluorado), presente nas folhas de certas plantas venenosas na África,Austrália e América do Sul é tóxico porque é convertido a fluoracetil-CoA e então convertido afluorcitrato pela citrato sintase. Inibe a aconitase e o transporte de citrato através da membranainterna da mitocôndria.

Potentíssimo: LD50 = 0,2mg/Kg de peso corpóreo em ratos (ingerido, inalado ou absorvido pelapele) – Produção, Comercialização e uso proibidos pela OMS

Envenenamentos

O Arsênico na forma de sais de arsenito (AsO33-) ou sais orgânicos é tóxico porque se liga

covalentemente a sulfidrilas, especialmente as vicinais, como no caso das lipoamidas, presentes na piruvato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase.

Apresentador

Notas de apresentação

Napoleão supõe-se que morreu por intoxicação por arsênico, pois encontraram arsênico em um feixe do seu cabelo, porém não se sabe se foi intencional ou ambiental. Encontraram um sal de arsênico na tinta verde do papel de parede do seu quarto de se trocar.

Regulação do Ciclo de Krebs em outros níveis(isoformas, nível de expressão, transporte)

Há diferentes isoformas das enzimas do complexo piruvato desidrogenase

A expressão das isoformas parece ser tecido dependente e dieta dependente

Dietas ricas em lipídeos ativa algumas, enquanto outras são favorecidas por dietas ricas em carboidratos – processo pouco compreendido!

Estas enzimas mitocondriais são produzidas no citossol. Não só o nível de expressão influencia o ciclo, como também a velocidade de transporte destas para

a mitocôndria

Deficiência de Piruvato Desidrogenase

- Crianças com acidose lática, acúmulo de piruvato e alanina

- Geralmente em casamentos cossangüíneos

- Acometimento cerebral

- Dieta hipocalórica (predomínio de gorduras sobre carboidratos)

1. Indicar as vitaminas necessárias para a produção de acetil-CoA a partir de piruvato, e a localização intracelular desta reação.

2. Indicar a localização celular das enzimas do ciclo de Krebs e descrever os passos irreversíveis do ciclo. Indicar as vitaminas necessárias.

3. Escrever a reação global da metabolização da acetil-CoA pelo ciclo de Krebs.4. Descrever a regulação do ciclo de Krebs em função das relações de ATP/ADP e NADH/NAD+. (Recorde também

quais os efeitos de mudanças nos níveis de ATP/ADP e NADH/NAD+ na glicólise e neoglicogênese.)5. Quais dos compostos a seguir aumentam a concentração de oxaloacetato em uma suspensão de mitocôndrias:

acetil-CoA, piruvato, glutamato, citrato, ácidos graxos? Justifique, e explique porque estes compostos são gliconeogênicos.

6. Descrever os mecanismos de regulação da piruvato desidrogenase e piruvato carboxilase. Como essa regulação afeta a velocidade das reações do ciclo de Krebs? Como afeta a gliconeogênese?

7. Indicar a direção preferencial da reação catalisada pela aconitase se reagentes e produtos estiverem em concentrações equivalentes. Qual o composto que se acumula quando o ciclo de Krebs é inibido por altas relações ATP/ADP e NADH/NAD+? Relacionar a atividade da via glicolítica com a atividade da isocitrato desidrogenase.

8. O beriberi, uma doença causada pela deficiência de tiamina (vitamina B1), é caracterizado pelo acúmulo de piruvato, especialmente após refeições ricas em carboidratos. Explique porque ocorre este acúmulo.

9. A síndrome de Wernicke-Korsakoff é caracterizada por confusão mental, ataxia, oftalmoplegia e letargia, observada normalmente em alcoólatras crônicos. Esta síndrome pode ser revertida completamente através da administração de tiamina. Baseado nesses dados, explique a causa da doença e porque compromete principalmente as funções cerebrais.

10. A deficiência de biotina, uma doença rara, causa intolerância a exercício e hipoglicemia de jejum. Explique esse quadro clínico.

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