(ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs)

Sob condições aeróbicas, o acetil-CoA resultante entra no ciclo de Krebs. No ciclo de Krebs, após as reações de remoção e adição de água, descarboxilação e desidrogenação, o resíduo acetil que entra no ciclo na forma de acetil-CoA é completamente decomposto. A reação total é escrita da seguinte forma:

CH 3 CO ~ S-CoA + 3H 2 O + ADP + H 3 PO 4 →

NS-CoA + 2CO 2 + 4[H 2 ] + ATP

O ciclo de Krebs ocorre da mesma forma em animais e plantas. Esta é mais uma prova da unidade de origem. O ciclo ocorre no estroma mitocondrial. Vamos dar uma olhada mais de perto:

A primeira reação do ciclo é a transferência do resíduo acetil do acetil-CoA para o ácido oxaloacético (OA) com a formação de ácido cítrico (citrato) (Fig. 3.2).

Durante a reação catalisada pela citrato sintase, a ligação acetil-CoA de alta energia é desperdiçada, ou seja, a energia que foi armazenada durante a oxidação do piruvato antes do início do ciclo. Isto significa que, tal como a glicólise, o ciclo de Krebs começa não com o armazenamento de energia na célula, mas com o gasto.

Ressaltamos que a cadeia de transformações que formam este ciclo e que visam, em última instância, destruir a composição de carbono de uma série de ácidos começa com o seu aumento: um fragmento de dois carbonos (ácido acético) se liga ao fragmento quadrangular de AKH com a formação de um citrato de ácido tricarboxílico de seis carbonos, que pode ser armazenado nas células em grandes quantidades.

Assim, o ciclo de Krebs é um processo catalítico e não começa com o catabolismo (destruição), mas com a síntese do citrato. A citrato sintetase, que catalisa esta reação, é uma enzima reguladora: é inibida pelo NADH e ATP. NADH é o produto final na forma de armazenamento da energia liberada durante a respiração. Quanto mais ativa for a citrato sintetase, mais rápidas serão as outras reações do ciclo e mais rápida ocorrerá a desidrogenação das substâncias com a formação de NADH. Porém, um aumento na quantidade deste último causa inibição da enzima e o ciclo ficará mais lento. Este é um exemplo de reação de feedback.

A próxima série de reações é a conversão do citrato em ácido isocítrico ativo (isocitrato). Ocorre com a participação da água e se resume essencialmente à transformação intramolecular do ácido cítrico. O produto intermediário desta transformação é o ácido cis-aconítico:

Ambas as reações são catalisadas pela aconitase. O isocitrato é então desidrogenado pela isocitrato desidrogenase, cuja coenzima é NAD+. Como resultado da oxidação, forma-se ácido succínico oxálico (oxalosuccinato).

O último ácido é descarboxilado. O CO 2 destacado pertence ao resíduo acetil, que entrou no ciclo na forma de acetil-CoA. Como resultado da descarboxilação, forma-se ácido α-cetoglutárico muito ativo (cetoglutarato).

O α-cetoglutarato, por sua vez, sofre as mesmas alterações que ocorrem antes do início do ciclo do piruvato: oxidação e descarboxilação simultâneas.

O complexo α-cetoglutarato desidrogenase participa da reação:

α-cetoglutarato + NAD + + CoA –SH →

succinil-S-CoA + CO 2 + NADH + H + →

succinil–S–COA + ADP + H 3 PO 4 →

ácido succínico + ATP + CoA –SH

O CO 2 liberado é outra partícula que é separada do resíduo acetil. O ácido succínico (succinato) formado como resultado dessas transformações complexas é novamente desidrogenado e o ácido fumárico (fumarato) é formado. A reação ocorre usando succinato desidrogenase. O fumarato, após adição de uma molécula de água, é facilmente convertido em ácido málico (malato). A fumarato hidrotase participa da reação.

O ácido málico, ao ser oxidado, é convertido em PAK com a participação da NAD + - malato desidrogenase específica.

Lembremos que o PIKE é o produto final do ciclo de Krebs - é formado tanto durante a fotossíntese das plantas C 4 (ciclo Hatch - Slack) durante a carboxilação do PEP à luz, quanto no escuro nas plantas do tipo CAM.

Assim, o ciclo de Krebs termina e pode recomeçar. Uma condição é o fornecimento de novas moléculas de acetil-CoA.

O principal significado do ciclo de Krebs é o armazenamento de energia, que é liberada como resultado da destruição do piruvato, em ligações de ATP de alta energia. Ao fornecer ATP à célula, o ciclo de Krebs pode ser um regulador de outros processos que necessitam de energia, como o transporte de água e sais, a síntese e o transporte de substâncias orgânicas. Quanto mais rápida for a transformação das substâncias no ciclo, quanto mais ATP puder ser sintetizado, mais rápido serão esses processos.

Substâncias intermediárias formadas no ciclo podem ser utilizadas para a síntese de proteínas, gorduras e carboidratos. Por exemplo, o acetil-CoA é um produto necessário para a síntese de ácidos graxos; o cetoglutarato pode ser convertido em ácido glutâmico como resultado da aminação redutiva, e o fumarato ou PCA podem ser convertidos em ácido aspártico.

O resultado geral do ciclo de Krebs se resume ao fato de que cada grupo acetil (fragmento de dois carbonos) formado a partir do piruvato (fragmento de três carbonos) é clivado em CO 2. Durante este processo, NAD+ e FAD+ são restaurados e o ATP é sintetizado.

Na regulação do ciclo do ácido di e tricarboxílico, a relação entre NADH e NAD +, bem como a concentração de ATP, é importante. Altos níveis de ATP e NADH inibem a atividade das enzimas do ciclo de Krebs, como piruvato desidrogenase, citrato sintetase, isocitrato desidrogenase e malato desidrogenase. O aumento da concentração de oxaloacetato inibe enzimas cuja atividade está associada à sua síntese - succinato desidrogenase e malato desidrogenase. A oxidação do ácido 2-hidroxiglutárico é acelerada pelos adenilatos, e a do succinato, pelo ATP, ADP e ubiquinona. Existem vários outros pontos regulatórios no ciclo de Krebs.

Via do glioxilato

Quando sementes ricas em gordura germinam, o ciclo de Krebs muda ligeiramente. Este tipo de ciclo de Krebs, do qual participa o ácido glioxílico, é denominado ciclo do glioxilato (Fig. 3.3).

Os primeiros estágios de transformação antes da formação do isocitrato (ácido isocítrico) ocorrem de forma semelhante ao ciclo de Krebs. Então o curso das reações muda. O isocitrato, com a participação da isocitrato liase, é dividido em ácidos succínico e glioxílico:

O succinato (ácido succínico) sai do ciclo e o glioxilato se liga ao acetil-CoA e o malato é formado. A reação é catalisada pela malato sintase. O malato é oxidado em PIKE e o ciclo termina. Além de duas enzimas - isocitrato liase (isocitrato liase) e malato sintase, todas as demais são iguais às do ciclo de Krebs. Quando o malato é oxidado, a molécula NAD + é reduzida. A fonte de acetil-CoA para este ciclo são os ácidos graxos formados durante a quebra das gorduras. A equação geral do ciclo pode ser escrita como:

2CH 3 CO-S-CoA + 2H 2 O + NAD + →

2HS-CoA + COOH-CH 2 -CH 2 -COOH + NADH + H +

O ciclo do glioxilato ocorre em organelas especiais - glioxissomos.

Qual é o significado deste ciclo? O NADH reduzido pode ser oxidado para formar três moléculas de ATP. O succinato (ácido succínico) sai do glioxissomo e entra na mitocôndria, onde entra no ciclo de Krebs. Aqui é convertido em PIKE, depois em piruvato, fosfoenolpiruvato e depois em açúcar.

Assim, através do ciclo do glioxilato, as gorduras podem ser convertidas em carboidratos. Isto é muito importante principalmente durante a germinação das sementes, pois os açúcares podem ser transportados de uma parte da planta para outra, mas as gorduras são privadas dessa oportunidade. O glioxilato pode servir como material para a síntese de porfirinas, e isso significa clorofila.

CICLO DOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS (CICLO DE KREBS)

A glicólise converte glicose em piruvato e produz duas moléculas de ATP a partir de uma molécula de glicose – uma pequena fração da energia potencial dessa molécula.

Sob condições aeróbicas, o piruvato é convertido da glicólise em acetil-CoA e oxidado em CO2 no ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo do ácido cítrico). Nesse caso, os elétrons liberados nas reações desse ciclo passam pelo NADH e FADH 2 até 0 2 - o aceptor final. O transporte de elétrons está associado à criação de um gradiente de prótons na membrana mitocondrial, cuja energia é então utilizada para a síntese de ATP como resultado da fosforilação oxidativa. Vamos considerar essas reações.

Em condições aeróbias, o ácido pirúvico (1º estágio) sofre descarboxilação oxidativa, mais eficiente que a transformação em ácido láctico, com formação de acetil-CoA (2º estágio), que pode ser oxidado nos produtos finais da degradação da glicose - CO 2 e H 2 0 (3ª etapa). G. Krebs (1900-1981), um bioquímico alemão, tendo estudado a oxidação de ácidos orgânicos individuais, combinou suas reações em um único ciclo. Portanto, o ciclo do ácido tricarboxílico é frequentemente chamado de ciclo de Krebs em sua homenagem.

A oxidação do ácido pirúvico em acetil-CoA ocorre nas mitocôndrias com a participação de três enzimas (piruvato desidrogenase, lipoamida desidrogenase, lipoil acetiltransferase) e cinco coenzimas (NAD, FAD, tiamina pirofosfato, amida do ácido lipóico, coenzima A). Essas quatro coenzimas contêm vitaminas B (B x, B 2, B 3, B 5), o que indica a necessidade dessas vitaminas para a oxidação normal dos carboidratos. Sob a influência deste complexo sistema enzimático, o piruvato é convertido em uma reação de descarboxilação oxidativa na forma ativa de ácido acético - acetil coenzima A:

Em condições fisiológicas, a piruvato desidrogenase é uma enzima exclusivamente irreversível, o que explica a impossibilidade de conversão de ácidos graxos em carboidratos.

A presença de uma ligação de alta energia na molécula de acetil-CoA indica a alta reatividade deste composto. Em particular, o acetil-CoA pode atuar nas mitocôndrias para gerar energia; no fígado, o excesso de acetil-CoA é utilizado para a síntese de corpos cetônicos; no citosol participa da síntese de moléculas complexas, como esteróides e ácidos graxos.

O acetil-CoA obtido na reação de descarboxilação oxidativa do ácido pirúvico entra no ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs). O ciclo de Krebs, a via catabólica final para a oxidação de carboidratos, gorduras e aminoácidos, é essencialmente um “caldeirão metabólico”. As reações do ciclo de Krebs, que ocorrem exclusivamente nas mitocôndrias, também são chamadas de ciclo do ácido cítrico ou ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo TCA).

Uma das funções mais importantes do ciclo do ácido tricarboxílico é a geração de coenzimas reduzidas (3 moléculas de NADH + H + e 1 molécula de FADH 2) seguida pela transferência de átomos de hidrogênio ou seus elétrons para o aceptor final - oxigênio molecular. Esse transporte é acompanhado por uma grande diminuição da energia livre, parte da qual é utilizada no processo de fosforilação oxidativa para armazenamento na forma de ATP. É claro que o ciclo do ácido tricarboxílico é aeróbio e dependente de oxigênio.

1. A reação inicial do ciclo do ácido tricarboxílico é a condensação de acetil-CoA e ácido oxaloacético com a participação da enzima da matriz mitocondrial citrato sintase para formar ácido cítrico.

2. Sob a influência da enzima aconitase, que catalisa a remoção de uma molécula de água do citrato, este se transforma

ao ácido cis-aconítico. A água combina-se com o ácido cis-aconítico, transformando-se em ácido isocítrico.

3. A enzima isocitrato desidrogenase catalisa então a primeira reação desidrogenase do ciclo do ácido cítrico, quando o ácido isocítrico é convertido por descarboxilação oxidativa em ácido α-cetoglutárico:

Nesta reação, formam-se a primeira molécula de CO 2 e a primeira molécula do ciclo NADH 4-H +.

4. A conversão adicional de ácido α-cetoglutárico em succinil-CoA é catalisada pelo complexo multienzimático da α-cetoglutárica desidrogenase. Esta reação é quimicamente análoga à reação da piruvato desidrogenase. Envolve ácido lipóico, pirofosfato de tiamina, HS-KoA, NAD +, FAD.

Como resultado desta reação, uma molécula de NADH + H + e CO 2 é novamente formada.

5. A molécula de succinil-CoA possui uma ligação de alta energia, cuja energia é armazenada na próxima reação na forma de GTP. Sob a influência da enzima succinil-CoA sintetase, a succinil-CoA é convertida em ácido succínico livre. Observe que o ácido succínico também pode ser obtido a partir do metilmalonil-CoA pela oxidação de ácidos graxos com número ímpar de átomos de carbono.

Esta reação é um exemplo de fosforilação do substrato, uma vez que a molécula de GTP de alta energia, neste caso, é formada sem a participação da cadeia transportadora de elétrons e oxigênio.

6. O ácido succínico é oxidado em ácido fumárico na reação da succinato desidrogenase. Succinato desidrogenase, uma enzima típica contendo ferro-enxofre, cuja coenzima é FAD. A succinato desidrogenase é a única enzima ancorada na membrana mitocondrial interna, enquanto todas as outras enzimas do ciclo estão localizadas na matriz mitocondrial.

7. Segue-se a hidratação do ácido fumárico em ácido málico sob a influência da enzima fumarase numa reação reversível em condições fisiológicas:

8. A reação final do ciclo do ácido tricarboxílico é a reação da malato desidrogenase com a participação da enzima ativa malato desidrogenase dependente de NAD ~ mitocondrial, na qual a terceira molécula de NADH + H + reduzido é formada:

A formação do ácido oxaloacético (oxaloacetato) completa uma revolução do ciclo do ácido tricarboxílico. O ácido oxalacético pode ser utilizado na oxidação de uma segunda molécula de acetil-CoA, e esse ciclo de reações pode ser repetido muitas vezes, levando constantemente à produção de ácido oxaloacético.

Assim, a oxidação de uma molécula de acetil-CoA no ciclo do TCA como substrato do ciclo leva à produção de uma molécula de GTP, três moléculas de NADP + H + e uma molécula de FADH 2. Oxidação destes agentes redutores na cadeia de oxidação biológica

a lenição leva à síntese de 12 moléculas de ATP. Este cálculo fica claro no tópico “Oxidação biológica”: a inclusão de uma molécula de NAD + no sistema de transporte de elétrons é finalmente acompanhada pela formação de 3 moléculas de ATP, a inclusão de uma molécula de FADH 2 garante a formação de 2 moléculas de ATP, e uma molécula de GTP é equivalente a 1 molécula de ATP.

Observe que dois átomos de carbono de adetil-CoA entram no ciclo do ácido tricarboxílico e dois átomos de carbono saem do ciclo como CO 2 em reações de descarboxilação catalisadas pela isocitrato desidrogenase e alfa-cetoglutarato desidrogenase.

Com a oxidação completa de uma molécula de glicose em condições aeróbicas em C0 2 e H 2 0, a formação de energia na forma de ATP é:

• 4 moléculas de ATP durante a conversão de uma molécula de glicose em 2 moléculas de ácido pirúvico (glicólise);
• 6 moléculas de ATP formadas na reação da 3-fosfogliceraldeído desidrogenase (glicólise);
• 30 Moléculas de ATP formadas durante a oxidação de duas moléculas de ácido pirúvico na reação da piruvato desidrogenase e nas subsequentes transformações de duas moléculas de acetil-CoA em CO 2 e H 2 0 no ciclo do ácido tricarboxílico. Portanto, a energia total produzida pela oxidação completa de uma molécula de glicose pode ser de 40 moléculas de ATP. Porém, deve-se levar em consideração que durante a oxidação da glicose, duas moléculas de ATP são consumidas na fase de conversão da glicose em glicose-6-fosfato e na fase de conversão da frutose-6-fosfato em frutose-1,6- difosfato. Portanto, a produção “líquida” de energia da oxidação de uma molécula de glicose é de 38 moléculas de ATP.

Você pode comparar a energética da glicólise anaeróbica e o catabolismo aeróbico da glicose. Das 688 kcal de energia teoricamente contidas em 1 grama de molécula de glicose (180 g), 20 kcal estão em duas moléculas de ATP formadas nas reações da glicólise anaeróbica, e 628 kcal teoricamente permanecem na forma de ácido láctico.

Em condições aeróbicas, de 688 kcal de um grama de molécula de glicose em 38 moléculas de ATP, obtêm-se 380 kcal. Assim, a eficiência do uso da glicose em condições aeróbias é aproximadamente 19 vezes maior do que na glicólise anaeróbica.

Deve-se notar que todas as reações de oxidação (oxidação da triose fosfato, ácido pirúvico, quatro reações de oxidação do ciclo do ácido tricarboxílico) competem na síntese de ATP a partir de ADP e fósforo (efeito Pasteur). Isso significa que a molécula resultante NADH + H + nas reações de oxidação pode escolher entre as reações do sistema respiratório, transferindo hidrogênio para oxigênio, e a enzima LDH, transferindo hidrogênio para ácido pirúvico.

Nas fases iniciais do ciclo do ácido tricarboxílico, os seus ácidos podem sair do ciclo para participar na síntese de outros compostos celulares sem perturbar o funcionamento do próprio ciclo. Vários fatores estão envolvidos na regulação da atividade do ciclo do ácido tricarboxílico. Entre eles, destacam-se principalmente o fornecimento de moléculas de acetil-CoA, a atividade do complexo piruvato desidrogenase, a atividade dos componentes da cadeia respiratória e a fosforilação oxidativa associada, bem como o nível de ácido oxaloacético.

O oxigênio molecular não está diretamente envolvido no ciclo do ácido tricarboxílico, mas suas reações são realizadas apenas em condições aeróbicas, uma vez que NAD ~ e FAD podem ser regenerados nas mitocôndrias apenas pela transferência de elétrons para o oxigênio molecular. Deve-se enfatizar que a glicólise, ao contrário do ciclo do ácido tricarboxílico, também é possível em condições anaeróbicas, uma vez que o NAD~ é regenerado durante a transição do ácido pirúvico em ácido láctico.

Além da formação de ATP, o ciclo do ácido tricarboxílico tem outro significado importante: o ciclo fornece estruturas intermediárias para diversas biossínteses do corpo. Por exemplo, a maioria dos átomos das porfirinas vem da succinil-CoA, muitos aminoácidos são derivados dos ácidos α-cetoglutárico e oxaloacético, e o ácido fumárico ocorre no processo de síntese da uréia. Isto demonstra a integridade do ciclo do ácido tricarboxílico no metabolismo de carboidratos, gorduras e proteínas.

Como mostram as reações da glicólise, a capacidade da maioria das células de gerar energia reside nas mitocôndrias. O número de mitocôndrias em vários tecidos está associado às funções fisiológicas dos tecidos e reflete a sua capacidade de participar em condições aeróbicas. Por exemplo, os glóbulos vermelhos não possuem mitocôndrias e, portanto, não têm a capacidade de gerar energia usando o oxigênio como aceptor final de elétrons. Entretanto, no funcionamento do músculo cardíaco em condições aeróbicas, metade do volume do citoplasma celular é representado pelas mitocôndrias. O fígado também depende de condições aeróbicas para suas diversas funções, e os hepatócitos de mamíferos contêm até 2 mil mitocôndrias por célula.

As mitocôndrias incluem duas membranas - externa e interna. A membrana externa é mais simples, composta por 50% de gorduras e 50% de proteínas, e tem relativamente poucas funções. A membrana interna é estrutural e funcionalmente mais complexa. Aproximadamente 80% do seu volume são proteínas. Contém a maioria das enzimas envolvidas no transporte de elétrons e na fosforilação oxidativa, intermediários metabólicos e nucleotídeos de adenina entre o citosol e a matriz mitocondrial.

Vários nucleotídeos envolvidos em reações redox, como NAD+, NADH, NADP+, FAD e FADH 2, não penetram na membrana mitocondrial interna. O acetil-CoA não consegue passar do compartimento mitocondrial para o citosol, onde é necessário para a síntese de ácidos graxos ou esteróis. Portanto, o acetil-CoA intramitocondrial é convertido na reação da citrato sintase do ciclo do ácido tricarboxílico e entra no citosol nesta forma.

O ciclo do ácido tricarboxílico foi descoberto pela primeira vez pelo bioquímico inglês G. Krebs.

Ele foi o primeiro a postular a importância desse ciclo para a combustão completa do piruvato, cuja principal fonte é a conversão glicolítica dos carboidratos. Posteriormente, foi comprovado que o ciclo do ácido tricarboxílico é o centro para o qual convergem quase todas as vias metabólicas. Assim, o ciclo de Krebs é a via final geral de oxidação dos grupos acetil (na forma de acetil-CoA), nos quais, durante o processo de catabolismo, entra a maior parte das moléculas orgânicas que desempenham o papel de “combustível celular”: carboidratos , ácidos graxos e aminoácidos são convertidos.

O acetil-CoA, formado como resultado da descarboxilação oxidativa do piruvato nas mitocôndrias, entra no ciclo de Krebs. Este ciclo ocorre na matriz mitocondrial e consiste em oito reações sequenciais. O ciclo começa com a condensação do acetil-CoA com oxaloacetato e a formação do ácido cítrico (citrato). Então o ácido cítrico (um composto de seis carbonos), através de uma série de desidrogenações (remoção de hidrogênio) e duas descarboxilações (eliminação de CO 2), perde dois átomos de carbono e novamente no ciclo de Krebs é convertido em oxaloacetato (um composto de quatro carbonos). composto), ou seja, como resultado de uma revolução completa do ciclo, uma molécula de acetil-CoA queima em CO 2 e H 2 O, e a molécula de oxaloacetato é regenerada. Vamos considerar todas as oito reações sequenciais (estágios) do ciclo de Krebs.

A primeira reação é catalisada pela enzima citrato sintase; neste caso, o grupo acetil do acetil-CoA condensa-se com oxaloacetato, resultando na formação de ácido cítrico:

Aparentemente, nesta reação, o citril-CoA ligado à enzima é formado como um produto intermediário, que é então hidrolisado espontânea e irreversivelmente para formar citrato e HS-CoA.

Como resultado da segunda reação, o ácido cítrico resultante sofre desidratação para formar cis - ácido aconítico, que, ao adicionar uma molécula de água, torna-se ácido isocítrico (isocitrato). Essas reações reversíveis de hidratação-desidratação são catalisadas pela enzima aconitato hidratase (aconitase). Como resultado, o movimento mútuo de H e OH ocorre na molécula de citrato:

A terceira reação parece limitar a taxa do ciclo de Krebs. O ácido isocítrico é desidrogenado na presença de isocitrato desidrogenase dependente de NAD.

Durante a reação da isocitrato desidrogenase, o ácido isocítrico é simultaneamente descarboxilado. A isocitrato desidrogenase dependente de NAD+ é uma enzima alostérica que requer ADP como ativador específico. Além disso, a enzima requer íons Mg 2+ ou Mn 2+ para exibir sua atividade.

Durante a quarta reação, ocorre a descarboxilação oxidativa do ácido α-cetoglutárico para formar o composto de alta energia succinil-CoA. O mecanismo desta reação é semelhante ao mecanismo da reação de descarboxilação oxidativa do piruvato em acetil-CoA; o complexo α-cetoglutarato desidrogenase se assemelha ao complexo piruvato desidrogenase em sua estrutura. Em ambos os casos, 5 coenzimas participam da reação: TPP, amida do ácido lipóico, HS-CoA, FAD e NAD+.

A quinta reação é catalisada pela enzima succinil-CoA sintetase. Durante esta reação, o succinil-CoA, com a participação de GTP e fosfato inorgânico, é convertido em ácido succínico (succinato). Ao mesmo tempo, a formação de uma ligação fosfato de alta energia do GTP ocorre devido à ligação tioéter de alta energia do succinil-CoA:

Como resultado da sexta reação, o succinato é desidrogenado em ácido fumárico. A oxidação do succinato é catalisada pela succinato desidrogenase, em cuja molécula a coenzima FAD está fortemente (covalentemente) ligada à proteína. Por sua vez, a succinato desidrogenase está fortemente ligada à membrana mitocondrial interna:

A sétima reação é realizada sob a influência da enzima fumarato hidratase (fumarase). O ácido fumárico resultante é hidratado, o produto da reação é o ácido málico (malato). Deve-se notar que a fumarato hidratase é estereoespecífica, ou seja, Durante a reação, o ácido L-málico é formado:

Finalmente, durante a oitava reação do ciclo do ácido tricarboxílico, sob a influência da malato desidrogenase dependente de NAD mitocondrial, o L-malato é oxidado em oxaloacetato:

Como você pode ver, em uma volta do ciclo, que consiste em oito reações enzimáticas, ocorre a oxidação completa (“combustão”) de uma molécula de acetil-CoA. Para a operação contínua do ciclo, é necessário um fornecimento constante de acetil-CoA ao sistema, e as coenzimas (NAD + e FAD), que passaram para um estado reduzido, devem ser oxidadas repetidas vezes. Essa oxidação ocorre no sistema de transporte de elétrons da cadeia respiratória (na cadeia das enzimas respiratórias), localizada na membrana mitocondrial. O FADH 2 resultante está fortemente ligado à succinato desidrogenase, transferindo átomos de hidrogênio através do CoQ.

A energia liberada como resultado da oxidação do acetil-CoA está amplamente concentrada nas ligações fosfato de alta energia do ATP. Dos quatro pares de átomos de hidrogênio, três pares transferem NADH para o sistema de transporte de elétrons; neste caso, para cada par no sistema de oxidação biológica, formam-se três moléculas de ATP (no processo de fosforilação oxidativa acoplada) e, portanto, um total de nove moléculas de ATP. Um par de átomos da succinato desidrogenase-FADH 2 entra no sistema de transporte de elétrons através do CoQ, resultando na formação de apenas duas moléculas de ATP. Durante o ciclo de Krebs, também é sintetizada uma molécula de GTP (fosforilação do substrato), o que equivale a uma molécula de ATP. Assim, com a oxidação de uma molécula de acetil-CoA no ciclo de Krebs e no sistema de fosforilação oxidativa, podem ser formadas doze moléculas de ATP.

Conforme observado, uma molécula de NADH (três moléculas de ATP) é formada pela descarboxilação oxidativa do piruvato em acetil-CoA. Quando uma molécula de glicose é quebrada, duas moléculas de piruvato são formadas, e quando elas são oxidadas em duas moléculas de acetil-CoA e durante duas revoluções do ciclo do ácido tricarboxílico, trinta moléculas de ATP são sintetizadas (daí a oxidação de um molécula de piruvato em CO 2 e H 2 O produz quinze moléculas de ATP). A esta quantidade devem ser adicionadas duas moléculas de ATP, formadas durante a glicólise aeróbica, e seis moléculas de ATP, sintetizadas pela oxidação de duas moléculas de NADH extramitocondrial, que são formadas pela oxidação de duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato no reação desidrogenase da glicólise. Consequentemente, quando uma molécula de glicose é decomposta nos tecidos de acordo com a equação C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O, trinta e oito moléculas de ATP são sintetizadas. Não há dúvida de que, energeticamente, a quebra completa da glicose é um processo mais eficiente que a glicólise anaeróbica.

Deve-se notar que duas moléculas de NADH formadas durante a conversão do gliceraldeído-3-fosfato podem subsequentemente, após a oxidação, produzir não seis moléculas de ATP, mas apenas quatro. O fato é que as próprias moléculas extramitocondriais de NADH não são capazes de penetrar na membrana da mitocôndria. No entanto, os elétrons que eles doam podem ser incluídos na cadeia mitocondrial de oxidação biológica usando o chamado mecanismo de transporte de glicerol fosfato. O NADH citoplasmático reage primeiro com a diidroxiacetona fosfato citoplasmática para formar glicerol 3-fosfato. A reação é catalisada pela glicerol-3-fosfato desidrogenase citoplasmática dependente de NADH:

Fosfato de diidroxiacetona + NADH + H + ↔ Glicerol-3-fosfato + NAD + .

O glicerol-3-fosfato resultante penetra facilmente na membrana mitocondrial. Dentro da mitocôndria, outra glicerol-3-fosfato desidrogenase (enzima flavina) (mitocondrial) oxida novamente o glicerol-3-fosfato em fosfato de diidroxiacetona.

O ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo TCA) ou ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs é uma via de transformações oxidativas de ácidos di- e tricarboxílicos formados como produtos intermediários durante a quebra e síntese de proteínas, gorduras e carboidratos.

O ciclo do ácido tricarboxílico está presente nas células de todos os organismos: plantas, animais e microrganismos.

Este ciclo é a base do metabolismo e desempenha duas funções importantes:

Fornecer energia ao corpo;

Integração de todas as principais vias metabólicas, tanto catabólicas (biodegradação) quanto anabólicas (biossíntese).

Deixe-me lembrar que as reações da glicólise aeróbica estão localizadas no citoplasma da célula e levam à formação de piruvato (PVC).

Transformações subsequentes piruvato ocorrem na matriz mitocondrial.

Na matriz, o piruvato é convertido em acetil-CoA– composto de alta energia. A reação é catalisada pela enzima piruvato descarboxilase dependente de NAD:

A forma reduzida de NADH∙H + formada como resultado desta reação entra na cadeia respiratória e gera 6 moléculas de ATP (em termos de 1 molécula de glicose).

O ciclo do TCA é uma sequência de oito reações que ocorrem em matriz mitocôndria(Figura 1):

Arroz. 1. Esquema do ciclo do ácido tricarboxílico

1) Reação de condensação irreversível acetil-CoA com oxaloacéticoácido (oxaloacetato), catalisado pela enzima citrato sintetase, para formar Ácido Cítrico (citrato).

2) Reação de isomerização reversível Ácido Cítrico (citrato)V ácido isocítrico (isocitrato), durante o qual o grupo hidroxila é transferido para outro átomo de carbono, catalisado pela enzima aconitase.

A reação prossegue através da formação de um produto intermediário
ácido cis-acanítico ( cis-aconitato).

3) Reação de descarboxilação oxidativa irreversível ácido isocítrico (isocitrato): grupo hidroxila ácido isocítrico oxidado a um grupo carbonila pela forma oxidada NAD + e ao mesmo tempo o grupo carboxila em
posição β para formar ácido α-cetoglutárico (α-cetoglutarato). O produto intermediário desta reação ácido oxalosuccínico (oxalosuccinato).

Esta é a primeira reação do ciclo, em que a forma oxidada da coenzima NAD + é reduzida a NADH∙H +, a enzima isocitrato desidrogenase.

A forma reduzida de NADH∙H entra na cadeia respiratória, onde é oxidado a NAD +, o que leva à formação de 2 moléculas ATP.

4) Reação de descarboxilação oxidativa reversível
ácido α-cetoglutárico para composto de alta energia succinil-CoA. A reação é catalisada pelo complexo enzimático 2-oxoglutarato desidrogenase.

5) A reação é a única reação de fosforilação do substrato no ciclo; catalisado pela enzima succinil-CoA sintetase. Nesta reação, succinil-CoA com a participação difosfato de guanodina (GDF) E fosfato inorgânico (H 3 PO 4 ) torna-se em ácido succínico (succinato).

Ao mesmo tempo, ocorre a síntese de um composto de alta energia GTF devido a conexão macroérgica ligação tioéter succinil-CoA.

6) Reação de desidrogenação ácido succínico (succinato) com educação ácido fumárico(fumarato).

A reação é catalisada pela complexa enzima succinato desidrogenase, em cuja molécula a coenzima FAD + está covalentemente ligada, e a parte proteica da enzima. A forma oxidada de FAD + é reduzida a FAD∙H 2 como resultado da reação.

A forma reduzida de FAD∙H 2 entra na cadeia respiratória, onde é regenerada na forma oxidada de FAD +, o que leva à formação de duas moléculas de ATP.

7) Reação de hidratação ácido fumárico (fumarato) antes ácido málico (malato). A reação é catalisada pela enzima fumarase.

8) Reação de desidrogenação ácido málico antes ácido oxaloacético (oxaloacetato). A reação é catalisada pela enzima malato desidrogenase dependente de NAD+.

Como resultado da reação, a forma oxidada do NAD é reduzida à forma reduzida NADH∙H +.

A forma reduzida de NADH∙H entra na cadeia respiratória, onde é oxidada a NAD+, o que leva à formação de 2 moléculas de ATP.

A equação geral do CTC pode ser escrita da seguinte forma:

Acetil-CoA + 3NAD + + FAD + + PIB + H 3 PO 4 =

2 CO 2 + H 2 O + HS -CoA + 3NADH∙H + FAD∙H 2 + GTP

Como pode ser visto no diagrama da equação total do TTC neste processo, são restaurados:

Três moléculas de NADH∙H (reações 3, 4, 8);

Uma molécula de FAD∙H 2 (reação 6).

Durante a oxidação aeróbica, a partir dessas moléculas da cadeia de transporte de elétrons no processo de fosforilação oxidativa, durante a oxidação, forma-se o seguinte:

Uma molécula de NADH∙H – 3 moléculas ATP;

Breve informação histórica

Nosso ciclo favorito é o ciclo TCA, ou ciclo do ácido tricarboxílico - vida na Terra e sob a Terra e na Terra... Pare, em geral este é o mecanismo mais incrível - é universal, é uma forma de oxidar o produtos de decomposição de carboidratos, gorduras, proteínas nas células dos organismos vivos, como resultado obtemos energia para as atividades do nosso corpo.

Este processo foi descoberto pelo próprio Hans Krebs, pelo qual recebeu o Prêmio Nobel!

Ele nasceu em 25 de agosto de 1900 na cidade alemã de Hildesheim. Ele recebeu educação médica pela Universidade de Hamburgo e continuou a pesquisa bioquímica sob a liderança de Otto Warburg em Berlim.

Em 1930, junto com seu aluno, descobriu o processo de neutralização da amônia no corpo, que estava presente em muitos representantes do mundo vivo, inclusive nos humanos. Este ciclo é o ciclo da ureia, também conhecido como ciclo de Krebs nº 1.

Quando Hitler chegou ao poder, Hans emigrou para a Grã-Bretanha, onde continua a estudar ciências nas Universidades de Cambridge e Sheffield. Desenvolvendo a pesquisa do bioquímico húngaro Albert Szent-Györgyi, ele recebeu um insight e fez o mais famoso ciclo de Krebs nº 2, ou em outras palavras, o “ciclo Szent-Györgyö – Krebs” - 1937.

Os resultados da pesquisa são enviados à revista Nature, que se recusa a publicar o artigo. Depois o texto voa para a revista "Enzymologia" da Holanda. Krebs recebeu o Prêmio Nobel em 1953 em fisiologia ou medicina.

A descoberta foi surpreendente: em 1935, Szent-Györgyi descobriu que os ácidos succínico, oxaloacético, fumárico e málico (todos os 4 ácidos são componentes químicos naturais das células animais) melhoram o processo de oxidação no músculo peitoral do pombo. Que foi picado.

É nele que os processos metabólicos ocorrem em maior velocidade.

F. Knoop e K. Martius em 1937 descobriram que o ácido cítrico é convertido em ácido isocítrico através de um produto intermediário, o ácido cis - aconítico. Além disso, o ácido isocítrico pode ser convertido em ácido a-cetoglutárico e este em ácido succínico.

Krebs percebeu o efeito dos ácidos na absorção de O2 pelo músculo peitoral de um pombo e identificou um efeito ativador na oxidação do PVC e na formação da Acetil-Coenzima A. Além disso, os processos no músculo foram inibidos pelo ácido malônico , que é semelhante ao ácido succínico e pode inibir competitivamente enzimas cujo substrato é o ácido succínico.

Quando Krebs adicionou ácido malônico ao meio reacional, iniciou-se o acúmulo de ácidos a-cetoglutárico, cítrico e succínico. Assim, fica claro que a ação combinada dos ácidos a-cetoglutárico e cítrico leva à formação do ácido succínico.

Hans examinou mais de 20 outras substâncias, mas elas não afetaram a oxidação. Comparando os dados obtidos, Krebs obteve um ciclo. No início, o pesquisador não sabia dizer ao certo se o processo começava com ácido cítrico ou isocítrico, por isso o chamou de “ciclo do ácido tricarboxílico”.

Agora sabemos que o primeiro é o ácido cítrico, então o nome correto é ciclo do citrato ou ciclo do ácido cítrico.

Nos eucariontes, as reações do ciclo do TCA ocorrem nas mitocôndrias, enquanto todas as enzimas para catálise, exceto 1, estão contidas em estado livre na matriz mitocondrial; a exceção é a succinato desidrogenase, que está localizada na membrana interna da mitocôndria e está incorporada em a bicamada lipídica. Nos procariontes, as reações do ciclo ocorrem no citoplasma.

Vamos conhecer os participantes do ciclo:

1) Acetil Coenzima A:
- grupo acetil
- coenzima A - Coenzima A:

2) PIKE – Oxaloacetato – Ácido oxaloacético:
parece consistir em duas partes: ácido oxálico e ácido acético.

3-4) Ácidos cítrico e isocítrico:

5) ácido a-cetoglutárico:

6) Succinil-Coenzima A:

7) Ácido succínico:

8) Ácido fumárico:

9) Ácido málico:

Como ocorrem as reações? Em geral, estamos todos acostumados com a aparência do anel, que é mostrado na foto abaixo. Abaixo tudo é descrito passo a passo:

1. Condensação de Acetil Coenzima A e ácido oxaloacético ➙ ácido cítrico.

A transformação da Acetil Coenzima A começa com a condensação com ácido oxaloacético, resultando na formação de ácido cítrico.

A reação dispensa o consumo de ATP, pois a energia para esse processo é fornecida pela hidrólise da ligação tioéter com Acetil Coenzima A, que é de alta energia:

2. O ácido cítrico passa pelo ácido cis-aconítico em ácido isocítrico.

Ocorre a isomerização do ácido cítrico em ácido isocítrico. A enzima de conversão - aconitase - primeiro desidrata o ácido cítrico para formar o ácido cis-aconítico, depois conecta a água à ligação dupla do metabólito, formando o ácido isocítrico:

3. O ácido isocítrico é desidrogenado para formar ácido α-cetoglutárico e CO2.

O ácido isocítrico é oxidado por uma desidrogenase específica, cuja coenzima é o NAD.

Simultaneamente à oxidação, ocorre a descarboxilação do ácido isocítrico. Como resultado das transformações, forma-se o ácido α-cetoglutárico.

4. O ácido alfa-cetoglutárico é desidrogenado por ➙ succinil-coenzima A e CO2.

A próxima etapa é a descarboxilação oxidativa do ácido α-cetoglutárico.

Catalisado pelo complexo α-cetoglutarato desidrogenase, que é semelhante em mecanismo, estrutura e ação ao complexo piruvato desidrogenase. Como resultado, forma-se succinil-CoA.

5. Succinil coenzima A ➙ ácido succínico.

Succinil-CoA é hidrolisado em ácido succínico livre, a energia liberada é armazenada pela formação de trifosfato de guanosina. Este estágio é o único do ciclo em que a energia é liberada diretamente.

6. O ácido succínico é desidrogenado ➙ ácido fumárico.

A desidrogenação do ácido succínico é acelerada pela succinato desidrogenase, sua coenzima é FAD.

7. O ácido fumárico é hidratado ➙ ácido málico.

O ácido fumárico, que é formado pela desidrogenação do ácido succínico, é hidratado e forma-se o ácido málico.

8. O ácido málico é desidrogenado ➙ Ácido oxálico-acético - o ciclo se fecha.

O processo final é a desidrogenação do ácido málico, catalisada pela malato desidrogenase;

O resultado da etapa é o metabólito com o qual se inicia o ciclo do ácido tricarboxílico - o ácido oxálico-acético.

Na reação 1 do próximo ciclo, entrará outra quantidade de Acetil Coenzima A.

Como lembrar desse ciclo? Apenas!

1) Uma expressão muito figurativa:
Um abacaxi inteiro e um pedaço de suflê é na verdade meu almoço de hoje, que corresponde a - citrato, cis-aconitato, isocitrato, (alfa-)cetoglutarato, succinil-CoA, succinato, fumarato, malato, oxaloacetato.

2) Outro longo poema:

PIKE comeu acetato, descobriu-se citrato,
Através do cisaconitato ele se tornará isocitrato.
Tendo cedido o hidrogênio ao NAD, ele perde CO2,
O alfa-cetoglutarato está extremamente feliz com isso.
A oxidação está chegando - o NAD roubou hidrogênio,
TDP, coenzima A absorve CO2.
E a energia mal apareceu em succinil,
Imediatamente nasceu o ATP e o que restou foi o succinato.
Agora ele chegou ao FAD - ele precisa de hidrogênio,
O fumarato foi bebido da água e se transformou em malato.
Então o NAD veio para o malato, adquiriu hidrogênio,
O PIKE apareceu novamente e se escondeu silenciosamente.

3) O poema original - em resumo:

PIKE ACETIL LIMONIL,
Mas o cavalo tinha medo de narciso,
Ele está acima dele ISOLIMON
ALFA - CETOGLUTARASADO.
SUCINALIZADO COM COENZIMA,
ÂMBAR FUMAROVO,
Guardei algumas MAÇÃS para o inverno,
Transformou-se em um PIKE novamente.