Ciclo de Krebs

Apresentação do Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs):

O ciclo do ácido cítrico, também conhecido por ciclo de Krebs, é a via metabólica final e comum para a oxidação de moléculas com potencial energético. Este processo bioquímico também é utilizado como fonte para a síntese de biomoléculas importantes no organismo, tais como proteínas e bases de nucleótidos. O ciclo do ácido cítrico funciona como uma via central de libertação de energia onde ocorre a oxidação completa de unidades de dois carbonos, conhecidas como acetil CoA (acetil coenzima A), produzidas a partir do metabolismo dos hidratos de carbono, aminoácidos e ácidos gordos. A maioria das moléculas entra no ciclo de Krebs na forma de acetil CoA, contudo outras moléculas podem aderir à via como intermediários do ciclo. Assim, e uma vez que vários intermediários são utilizados para processos de biossíntese enquanto que outras moléculas também entram no ciclo na forma de intermediários, diz-se que o ciclo do ácido cítrico é anfibólico.

A glicólise e o ciclo do ácido cítrico estão interligados através do piruvato. Este sofre um processo de descarboxilação oxidativa, catalisado pelo complexo enzimático piruvato desidrogenase, que resulta na formação de acetil CoA  bem como numa molécula de NADH. Esta reação é irreversível e funciona como um ponto de regulação importante na atividade do ciclo. No total, o ciclo do ácido cítrico é formado por um conjunto de oito reações que decorrem a nível mitocôndrial. Todas as enzimas que catalisam as reações do ciclo encontram-se localizadas na matriz mitocôndrial à exeção de uma, a succinato desidrogenase, que se encontra situada no interior da membrana plasmática. As oito reações que integram o ciclo do ácido cítrico estão representadas na tabela 1.

Tabela 1- Ciclo do ácido cítrico: reações, enzimas e tipos de reação.

O ciclo do ácido cítrico pode ser resumido através da seguinte reação global:

Acetil CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O  →   2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H+ + CoA De uma forma generalizada, o balanço final do conjunto das reações do ciclo do ácido cítrico envolve:

– a oxidação total de uma molécula de acetil CoA;

– a redução de três moléculas de NAD+ a NADH;

– a libertação de duas moléculas de CO2 ;

– o consumo de duas moléculas de H2O;

– a fosforilação de uma molécula com elevado potencial de transferência de fosfato: GDP formando GTP.

Todas as reações do ciclo do ácido cítrico são reversíveis à exeção da primeira etapa. A segunda etapa do ciclo,  que  corresponde  à  isomerização  do  citrato  a  isocitrato,  é  um  processo  subdividido  em  duas  reações catalisadas pela enzima aconitase (reações de desidratação e hidratação, respetivamente):

Citrato + H2O ↔ cis-aconitato

cis-Aconitato ↔ isocitrato + H2O

O complexo enzimático α- cetoglutarato desidrogenase é constituído por um conjunto de três tipos de enzimas à semelhança do complexo da piruvato desidrogenase e ambas catalisam a oxidação de um cetoácido, que resulta na formação de uma ligação tioéster com a CoA, composto com elevado potencial de transferência. A quinta etapa do ciclo, que  corresponde a  conversão de  succinil CoA a  succinato, é a  única  reação do  ciclo que  envolve uma fosforilação ao nível do substrato. Durante esta etapa, uma ligação fosfato de elevada energia é produzida a partir da clivagem da ligação tioéster da succinil CoA levando à fosforilação do GDP em GTP. A succinato desidrogenase, responsável pela formação de fumarato na sexta etapa, está diretamente ligada ao FAD ao qual transfere diretamente H2 formando FADH2  que permanece ligado à enzima, ao contrário do NADH formado noutras reações de oxidação redução.

Como em qualquer via metabólica, o ciclo do ácido cítrico contém vários pontos de regulação que desempenham um papel fundamental no controle da atividade do ciclo. Os pontos de regulação estão geralmente associados à inibição ou ativação de determinadas enzimas como é o caso da citrato sintase, isocitrato desidrogenase, α-cetoglutarato desidrogenase e succinato desidrogenase, sendo as duas primeiras consideradas como pontos de regulação primários. A cintrato sintase catalisa a primeira etapa que corresponde à única reação irreversível do ciclo, o que a torna num importante ponto de regulação. A atividade da enzima citrato sintase é inibida por níveis elevados de succinil CoA e quando a razão NAD+/NADH é reduzida. Por outro lado, a isocitrato- desidrogenase é ativada por níveis elevados de ADP e NAD+, enquanto que níveis elevados de ATP e NADH inibem a atividade da enzima. A existência de uma alta carga energética bem como a presença de NADH e succinil CoA são responsáveis  pela  inibição  do  complexo enzimático  α-cetoglutarato  desidrogenase.  Já  o  oxaloacetato  induz  a inibição da atividade enzimática da succinato desidrogenase. Na última etapa do ciclo, a oxidação do  malato aumenta com o consumo dos seus produtos de reação: o oxaloacetato é consumido pela succinil CoA e NADH através da cadeia transportadora de eletrões.

No total, cada ciclo completo produz uma molécula de GTP, três moléculas de NADH e uma molécula de FADH2. O ciclo do ácido cítrico é um processo exergónico uma vez que a oxidação completa de uma molécula de acetil CoA em cada ciclo resulta, como balanço final, na libertação de energia uma vez que a variação de energia livre total é negativa (ΔGº ₌ -60 KJ/mol ). A velocidade de atividade do ciclo é controlada pela necessidade de ATP nas células. De acordo com o estado de energia existente nas mitocôndrias, a taxa de consumo de acetil CoA varia. O estado energético das mitocôndrias pode ser determinado pelas concentrações de NADH, NAD+, ATP e AMP. Num estado energético elevado, as concentrações de NADH e ATP são altas enquanto que as de NAD+ e AMP encontram- se  baixas e vice-versa numa situação de baixa energia. O ciclo do ácido cítrico é realizado sob condições aeróbias já que necessita de NADH e FADH2  para o seu funcionamento. Deste modo, para que possa existir um novo ciclo de oxidação de acetil CoA, é necessário que os mesmos sejam reoxidados na cadeia transportadora de eletrões.