Respondendo às perguntas dos internautas

Perguntas de Cris:

Qual é a via geral do ciclo de Krebs? Qual é a função do ciclo de Krebs na biossíntese (anabolismo)? Qual a estrutura da cadeia respiratória ou cadeia transportadora de elétrons? Qual a função do transporte de elétrons no metabolismo?

Como o piruvato é metabolizado anaerobicamente? 

Respostas para Cris:

CICLO DE KREBS

Em condições aeróbicas, o destino do piruvato produzido na glicólise é sofrer uma descarboxilação oxidativa catalisada pela piruvato desidrogenase, que é um complexo multienzimático existente no interior da mitocôndria de ................. eucariotos. Portanto, o piruvato precisa entrar na mitocôndria para ser degradado por essa via.

Reação geral :

Piruvato + CoA + NAD+---- Acetil-CoA + NADH + CO2

 O acetilCoA resultante da metabolização do piruvato é totalmente oxidado no ciclo do ácido
cítrico, também chamado ciclo de Krebs.

Reação geral:

Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O---- 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + CoA + 2 H+

O ciclo de Krebs, compreende 8 reações, envolvendo 8 enzimas e 8 ácidos carboxílicos, di e tri-ácidos, todos dispersos na matriz da mitocondria. Portanto, começando no piruvato e passando pelo acetilCoA, ocorre oxidação completa desses metabolitos liberando 3CO2 sem participação de O2 molecular. Os agentes oxidantes em todas as reações são NAD+ ou FAD e as formas reduzidas destas co-enzimas (NADH + FADH2 ), resultantes do processo, só são reoxidadas na cadeia respiratória, uma via especializada que se localiza na membrana mitocondrial interna.

O ciclo de Krebs, conforme sua reação geral indica, é essencialmente catabólico, pois promove a oxidação do radical acetil a 2CO2 e retém parte da energia livre desta reação na forma de coenzimas reduzidos que, posteriormente, servirão à produção de ATP através da fosforilação oxidativa. Para cumprir esta função basta que os 8 intermediários do ciclo ocorram em concentrações catalíticas.

Mas, o ciclo possui outra função:
Além da catabólica, diversos de seus intermediários alimentam as vias de síntese de aminoácidos, lipídeos e glicose, isto é, o ciclo tem também função anabólica e, portanto, deve ser classificado como anfibólico. Para que o ciclo desempenhe concomitantemente ambas as funções, catabólica e anabólica, as concentrações dos intermediários são mantidas e controladas através de um complexo sistema de reações auxiliares, conhecidas como reações anapleróticas. Um exemplo de reação anaplerótica é a carboxilação de piruvato para obter oxalacetato, catalisada pela enzima piruvato carboxilase.

A transformação de piruvato em acetil-CoA, é uma reação para a qual convergem diversas vias catabólicas e anabólicas, além da glicólise. Por esse motivo a piruvato desidrogenase está sujeita a um controle altamente elaborado, compreendendo dois níveis de regulação:

a) controle alostérico através da inibição pelo produto, exercido por NADH e acetil-CoA;

b) modificação covalente reversível da subunidade E1 da enzima, por fosforilação/desfosforilação.

As enzimas citrato sintase, isocitrato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase são as reguladoras do fluxo metabólico através do ciclo de Krebs e estão sujeitas a controle alostérico, envolvendo NADH como inibidor e Ca+ e ADP como ativadores.

CADEIA RESPIRATÓRIA (FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA)

Fosforilação oxidativa é o processo bioquímico pelo qual a oxidação de NADH e FADH2 , produzidos na glicólise e ciclo de Krebs, ocorre acoplada à produção de ATP, a partir de ADP + Pi. Este processo se dá na cadeia respiratória ou cadeia de transporte de elétrons, que compreende um conjunto ordenado de enzimas e transportadores de elétrons inseridos na membrana interna da mitocôndria.A cadeia respiratória contem 4 complexos, I,II, III eIV, ordenados por ordem crescente de potencial redox, indo do potencial padrão de NAD+/NADH ao do O2/H2O . Os elétrons são transferidos do complexo I ou II para o complexo III pela coenzima Q (ou ubiquinona), e do complexo III para o complexo IV pelo citocromo C para chegar ao O2.

NADH e FADH2 , cedem elétrons, respectivamente, aos complexo I e II. A transferência exergônica de elétrons do nível redox de NADH para o de O2 envolve uma diferença de energia livre liberada que é em parte retida pelo transporte de H+ do lado interno para o externo da membrana, criando o gradiente eletroquímico de prótons que permitirá “empurrar” o processo endergônico de fosforilação de ADP por Pi para gerar ATP, através da bomba de prótons que constitui a ATP sintase (também conhecida com F1F0- ATPase).

A ATP sintase é distinta e fisicamente separada da cadeia de transporte de elétrons. A transferência de 2e de NADH até O2 gera um incremento no gradiente de prótons suficiente para mover a ATP sintase, permitindo a produção de 3 moles de ATP . É, no entanto, necessário destacar que quando os 2e saem do nível redox de FADH2 , formam-se apenas 2ATP.

A grande quantidade de energia livre que seria dissipada na oxidação completa da glicose a CO2 e H2O [C6H12O6 + 6 O2→ 6 CO2 + 6 H2O] é aproveitada para produção de ATP, graças quase exclusivamente ao processo de fosforilação oxidativa, rendendo 38ATP por mol de glicose (incluindo neste total 2ATP da glicólise e 2 do ciclo de Krebs).Vários mecanismos da cadeia de transporte de elétrons e de seu acoplamento à síntese de ATP foram elucidados através da utilização de inibidores e desacopladores, entre os quais estão: rotenona, amital, antimicina A, cianeto e DNP.

−Rotenona e amital inibem a redução dos complexo I e III por NADH.
−Antimicina A inibe o transporte de elétrons no complexo II.
−Cianeto inibe o transporte no complexo IV.
−DNP é desacoplador, pois promove o “vazamento“ de H+ ,levando à dissipação do gradiente
de prótons e contínuo transporte de elétrons, desacoplado da síntese de ATP

A síntese de ATP a partir de ADP e Pi na mitocôndria, que é catalisada pela ATP sintase, é dirigida pelo processo de transporte de elétrons. Mas como a ATP sintase é fisicamente separada das proteínas do transporte de elétrons, a energia livre liberada no transporte de elétrons deve ser conservada em uma forma que possa ser utilizada pela ATP sintase. 

A energia livre do transporte de elétrons é conservada pelo bombeamento de H+ da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar, criando um gradiente de H+. A volta dos prótons ao interior da mitocôndria é termodinamicamente favorável. A membrana interna da mitocôndria é impermeável a prótons em toda sua extensão, exceto na ATP sintase; e é então por este canal que os prótons atravessam a membrana, de volta à matriz mitocondrial. 

A variação de energia livre associada ao transporte de um próton através da membrana interna da mitocôndria pode ser determinada através de medidas da diferença de pH e do potencial de membrana estabelecidos em mitocôndrias consumindo oxigênio.

METABOLISMO ANAERÓBICO DO PIRUVATO

No processo aeróbio o piruvato sofre descarboxilação oxidativa formando Acetil Coenzima A que entra no Ciclo de Krebs e depois para a cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa, gerando muito mais energia que o processo anaeróbico.

Nos tecidos anaeróbicos, (como o tecido muscular esquelético, nos microorganismos que realizam a fermentação láctica) o piruvato é transformado a lactato pela via da fermentação.

Em alguns tecidos vegetais, certos invertebrados, protistas e microorganismos como a levedura da fabricação da cerveja, o piruvato é convertido anaerobicamente em etanol e CO2, um processo chamado de fermentação alcoólica, fermentação do etanol, ou fermentação do álcool.

Na glicólise anaeróbica a lactato desidrogenase forma o lactato a partir do piruvato. Em mamíferos, a formação de lactato, que também acontece nos músculos, é o destino do piruvato nos eritrócitos, na retina e na medula renal que possuem células sem mitocôndrias.

No entanto, nos vegetais o acúmulo de lactato pode acidificar o citosol, então é preferível a fermentação alcoólica para gerar NAD+, pois o etanol é volátil e evapora. O NAD+ oxidado pode ser usado para mais glicólise e conseqüentemente mais produção de ATP!

O complexo enzimático piruvato desidrogenase descarboxila o piruvato para produzir o principal combustível do ciclo de Krebs e substrato para a síntese de ácidos graxos, o acetil-CoA.