Glicólise, Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória

Glicólise

Para cada molécula de glucose, são produzidas 2 moléculas de piruvato. No início do processo, foi investida energia (consumiram-se 2 ATP). No final do processo recuperou-se energia sob a forma de 4 ATP. O saldo é pois de 2 ATP e 2 NADH por molécula de glucose.

1. Fosforilação da glicose: consiste na fosforilação da glicose, em glicose 6-fosfato, em presença de ATP e da enzima hexoquinase.
2. Isomerização da glicose: a glicose 6-fosfato sofre catálise reversível da enzima fosfoexose isomerase, transformando-a em frutose 6-fosfato.
3. Fosfofrutoquinase: enzima fosfofrutoquinase -1 catalisa a transferência de um grupo fosfato do ATP para a glicose 6-fosfato para liberar a frutose-1,6-difosfato, sendo uma reação irreversível.
4. Clivagem da frutose-1,6-difosfato em duas trioses: a frutose-1,6-difosfato é quebrada para liberar duas trioses fosfato diferentes, o gliceraldeído-3-fosfato, uma aldose, e a dihidroxiacetona fosfato, uma cetose.
5. Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato: é a única oxidação que ocorre na glicólise é catalisado por uma desidrogenase que tem como cofator NAD+. Durante a etapa, a energia libertada pela oxidação é transferida para a formação de uma nova ligação fosfato, rica em energia. Essa reação encerra a fase preparatória da glicólise.
6. Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-bifosfoglicerato: catalisado pela enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase. É a primeira das duas reações conservadoras que leva a formação de ATP. O grupo aldeído do gliceraldeído-3-fosfato é desidrogenado em um anidrido de ácido carboxílico. Ocorre redução do grupo NAD+ virando NADH.
7. Transferência do fosfato do 1,3-difosfoglicerato para o ATP: a enzima fosfogliceratoquinase transfere o grupo fosfato de 1,3-difosfoglicerato para o ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato.
8. Conversão de 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato: a enzima fosfoglicerato mutase catalisa a reação.
9. Desidratação do 2-fosfoglicerato para fosfoenolpiruvato: enzima catalisadora é a enolase. Essa enzima promove a remoção de uma molécula de água para liberar fosfoenolpiruvato.
10. Transferência de um grupo fosfato para o ADP: catalisado por piruvato quinase.

Oxidação do Piruvato

Transformação de uma molécula com 3 carbonos em acetil CoA – uma molécula de dois átomos de carbono ligada a coenzima A – produzindo um NADH e liberando uma molécula de dióxido de carbono nesse processo.

Etapas do Ciclo de Krebs

1. Na primeira etapa do ciclo do ácido cítrico, o acetil CoA se liga a uma molécula com quatro carbonos, o oxaloacetato, liberando o grupo CoA e formando uma molécula com seis carbonos, chamada citrato.
2. Na segunda etapa, o citrato é convertido em seu isômero, o isocitrato. É um processo com duas etapas, que envolve primeiramente a remoção e em seguida a adição de uma molécula de água, por isso o ciclo do ácido cítrico é algumas vezes descrito como tendo nove etapas (em vez das oito listadas aqui).
3. O isocitrato é oxidado e libera uma molécula de dióxido de carbono, restando uma molécula com cinco carbonos o alfacetoglutarato. Há redução de NAD+ com liberação de NADH. A enzima catalisadora é isocitrato desidrogenase.
4. O alfacetoglutarato é oxidado, reduzindo o NAD+ a NADH e liberando uma molécula de dióxido de carbono no processo. A molécula restante com quatro carbonos, se liga a coenzima A, formando o succinil CoA. A enzima reguladora é a alfacetoglutarato desidrogenase.
5. O succinil CoA é substituído por um grupo fosfato, que em seguida é transferido ao ADP para formar o ATP. O GDP pode ser usado como ATP em algumas células, é formado uma molécula de quatro carbonos chamada succinato.
6. O succinato é oxidado formando outra molécula com quatro carbonos, o fumarato. Nessa reação dois átomos de hidrogênios – com seus elétrons – são transferidos para FAD, produzindo FADH2. FADH2 pode transportar diretamente seus elétrons para a cadeia transportadora de elétrons.
7. A água é adicionada à molécula de fumarato, com quatro carbonos, convertendo em outra molécula com quatro carbonos, o malato.
8. Última etapa, o oxalacetato – o composto de quatro carbonos inicial – é regenerado através da oxidação do malato. Outra molécula de NAD+ é reduzida a NADH.

Cadeia Respiratória

Processo em que ocorre redução de O2 (aceptor final dos elétrons) a H2O. Os elétrons usados nessa reação vieram do NADH e do FADH2. Formando um gradiente de concentração de prótons H+ e um gradiente de carga. O gradiente de prótons gerado durante a cadeia respiratória será utilizado pela enzima ATP Sintase, que vai catalisar a síntese de ATP. Ocorre na membrana interna da mitocôndria.

A cadeia respiratória ocorre graças a quatro complexos enzimáticos. Os elétrons são transportados por esses complexos. O último complexo reduz o O2 a H2O. Os elétrons utilizados vem das coenzimas reduzidas FADH2 e NADH.

Ubiquinona: um transportador de elétrons acoplado a membrana, é de natureza lipídica.

1. NADH encosta no complexo I, que atrai os elétrons para ele. NADH -> NAD+
2. Succinato encosta no complexo II, tem elétrons removidos e armazenados no complexo II.
3. Molécula de lipídio disperso na bicamada rouba os elétrons do complexo I e II.
4. Complexo III rouba elétrons do lipídio – ubiquinona.
5. Citocromo C rouba elétrons do complexo III.
6. No complexo IV rouba elétrons do citocromo C.
7. No complexo IV os elétrons vão para o oxigênio (aceptor final dos elétrons)
8. O oxigênio se adere a prótons e forma H2O.

Inibidores da Cadeia Respiratória

• Complexo I: rotenona (inseticida), barbitúricos (hipnóticos, amital)
• Complexo III: antimicina A
• Complexo IV: cianeto, monóxido de carbono, azida sódica, H2S.

Regulação da Glicólise

Mais importante é a fosfofrutoquinase (PFK) - regulado por ATP, AMP e Citrato. O ATP é um regulador negativo da PFK, se não há ATP não existe razão para continuar a produção na glicólise. O AMP é um regulador positivo da PFK. Quando a célula tem escassez de ATP, ela começa a espremer mais as moléculas de ADP, convertendo-as em ATP e AMP. Níveis de AMP sinalizam que a célula está carente de energia e que a glicólise precisa ser acelerada para reabastecê-la de ATP. Citrato é o primeiro produto do ciclo do ácido cítrico, pode inibir o PFK. Se o citrato aumentar é porque o ciclo está sendo abastecido.

Regulação do Ciclo de Krebs

Existem duas importantes etapas de regulação, são as etapas com liberação de dióxido de carbono e duas primeiras em que o NADH são produzidas. Isocitrato Desidrogenase (a da questão do gráfico) controla a primeira dessas duas etapas, transforma uma molécula de seis carbonos em cinco. É inibida por ATP e NADH, ativada por ADP. Alfa-cetoglutarato desidrogenase – é uma segunda etapa de controle. É inibida por ATP e NADH, e por diversas outras moléculas, entre elas a própria succinil-CoA – a qual é transformada por essa enzima.