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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
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 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)*
*
*
*
*
*
Regulação do Ciclo de Krebs
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+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
Piruvato desidrogenase
- NADH, ATP
+ADP
Citrato sintase
↓ ATP
Oxaloacetato
Acetil-CoA
Piruvato
Citrato
NAD+
CoA
CO2
NADHCO2
ATP
ADP + Pi
+Acetil-CoA
+AMP, NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
(biotina)
Piruvato desidrogenase
Piruvato carboxilase
- NADH, ATP
+ADP
Citrato sintase
↑ ATP
Oxaloacetato
Acetil-CoA
Piruvato
Citrato
NAD+
CoA
CO2
NADHCO2
ATP
ADP + Pi
+Acetil-CoA
+AMP, NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
(biotina)
Piruvato desidrogenase
Piruvato carboxilase
- 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
Oxaloacetato
Acetil-CoA
Piruvato
Citrato
NAD+
CoA
CO2
NADHCO2
ATP
ADP + Pi
+Acetil-CoA
+AMP, NAD+
-ATP, NADH, Acetil-CoA
(biotina)
Piruvato desidrogenase
Piruvato carboxilase
- NADH, ATP
+ADP
Citrato sintase
↓ ATP, ↓ Oxaloacetato
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.
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.