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CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO E TRANSPORTE DE ELÉTRONS
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
REAÇÕES DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO
Reações redox (ganho e perda de elétrons); Elétrons são transferidos de um doador para um aceptor; Agente redutor – subst. oxidada – perde elétrons; Agente oxidante – subst. reduzida – ganha elétrons;
Oxidação de açúcares fornece energia para os organismos realizarem seus processos vitais.
A oxidação de um composto orgânico necessita de um aceptor de elétrons.
Em organismos aeróbicos, os elétrons são transferidos para o O2 .
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Átomos de carbono são oxidados a CO2 e os elétrons transferidos a carreadores (oxidados pelo O2).
VISÃO GERAL DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
É anfibólico;
Ocorre na mitocôndria, enquanto que a glicólise ocorre no citosol;
Série de 8 reações que oxida os grupos acetila do acetil-CoA;
Rendimento do ciclo: Duas moléculas de CO2, Três moléculas de NADH, Uma molécula de FADH2, Um composto de alta energia (GTP ou ATP)
A maioria das enzimas está presente na matriz mitocondrial;
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Os grupos acetila são oxidados a partir de várias fontes (piruvato, ácidos graxos, aminoácidos) – Centro do Metabolismo Celular;
O efeito resultante de cada volta do ciclo é a oxidação de um grupo acetil e a formação de 2 moléculas de CO2;
Os intermediários do ciclo são precursores da biossíntese de outros compostos;
A oxidação de um grupo acetil a duas moléculas de CO2 necessita da transferência de 4 pares de elétrons: A redução de 3 NAD+ para 3 NADH gera 3 pares de elétrons; A redução do FAD para FADH2 carreia o quarto par;
A energia é recuperada na forma de GTP ou ATP
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ESTRUTURA DA MITOCÔNDRIA
Visão geral do metabolismo oxidativo dos combustíveis orgânicos
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REAÇÕES ANAPLERÓTICAS
Anfibólico: Catabólico – envolvido na degradação e principal sistema de conservação de energia; Anabólico – utilização de intermediários como reagentes para reações anabólicas;
Produção de aminoácidos (malato), carboidratos, vitaminas, nucleotídeos, heme;
Os intermediários devem ser renovados para manter a natureza catalítica do ciclo;
CONCEITO:
Reações que renovam o Ciclo do Ácido Cítrico
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TRANSPORTE DE ELÉTRONS Ocorre na membrana interna da mitocôndria;
Reações acopladas à síntese de ATP;
A energia liberada pela oxidação dos nutrientes é usada sob a forma de ATP;
A produção de ATP na mitocôndria é resultado da fosforilação oxidativa;
A CTE conduz a um bombeamento de prótons (íons hidrogênio) através da membrana mitocondrial interna – gradiente de prótons;
As moléculas de NADH e FADH2 (glicólise e ciclo do ácido cítrico), transferem os elétrons para o O2;
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O oxigênio, último aceptor de elétrons, é reduzido a água;
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Finalização do processo na qual a glicose é totalmente oxidada em CO2 e H2O A CTE é constituída por 4 Complexos Enzimáticos inseridos na membrana mitocondrial interna; Os elétrons são conduzidos ao longo da membrana de um complexo ao outro até combinarem-se com o O2 e formar 2 H2O; GRADIENTE DE PRÓTONS NA MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA
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COMPLEXOS:
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Complexo I: NADH-CoQ oxidorredutase – transporta os elétrons do NADH à coenzima Q;
Complexo II: Succinato-CoQ oxidorredutase - transporta os elétrons do succinato à coenzima Q;
Complexo III: CoQH2-citocromo c oxidorredutase - transporta os elétrons da CoQH2 ao citocromo c;
Complexo IV: citocromo c oxidase – catalisa a etapa final do transporte de elétrons: transferência de elétrons do citocromo c ao oxigênio.
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CADEIA MITOCONDRIAL DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS
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FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Durante a transferência de elétrons via CTE, prótons são bombeados através da membrana interna para estabelecer um gradiente de prótons e de carga.
Gradiente eletroquímico na membrana mitocondrial interna
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A energia do gradiente eletroquímico é convertida em energia química armazenada no ATP pelo movimento de prótons pela ATP-sintase. ATP-sintase = complexo protéico oligomérico que atravessa a membrana
interna
e
projeta-se
para
dentro
da
matriz
mitocondrial;
Complexo ATP-sintase
Porção F0 – localizada na membrana (4 cadeias polipeptídicas); Porção F1 – projeta-se para dentro da matriz (5 cadeias polipeptídicas – sítio de síntese de ATP);
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SISTEMA DE COMPARTIMENTOS PARA A FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Diagrama dos compsrtimentos submitocondriais. Esferas representam a localização do domínio F1 da ATP-sintase.
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CORRELAÇÕES CLÍNICAS
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ENVENENAMENTO POR CIANETO Inalação de cianeto de hidrogênio gasoso ou ingestão de cianeto de potássio ocasiona uma rápida e extensa inibição da CTE, na etapa da citocromo oxidase (complexo IV). O cianeto liga-se ao heme e impede a ligação do O2; Inibe a respiração mitocondrial e a produção de energia; Morte – asfixia tissular, principalmente no sistema nervoso central;
DEFICIÊNCIA DE FUMARASE Deficiência tanto em mitocôndrias como no citosol (linfócitos sanguíneos); Severa deficiência neurológica, encefalopatia e distonia – desenvolvimento após o nascimento; Quantidades anormais de fumarato e níveis elevados de succinato, -cetoglutarato, citrato e malato na urina;
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INIBIDORES DA CTE Ligam-se aos complexos e bloqueiam o fluxo de elétrons; Rotenona – inseticida usado comumente; Barbituratos, antimicina A, azida, monóxido de carbono; Inibição da CTE resulta em prejuízo à função de geração de energia da fosforilação oxidativa, levando à morte do organismo.
INIBIDORES DA FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA São conhecidos como desacopladores; Dinitrofenol, valinomicina, gramicidina A;
VENENOS DE PLANTAS E O CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO Fluoroacetil-CoA – substrato para a citrato sintase; Fluoroacetato – fonte de Fluoroacetil-CoA, encontrado em plantas venenosas; Fluorocitrato é inibidor da aconitase; Veneno 1080 (fluoroacetato de sódio) – usado por criadores de ovelhas.
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CONVERSÃO DE PIRUVATO A ACETIL-CoA
Glicose (6 C)
Piruvato (3 C)
Actil CoA + CO2
Conversão realizada por um sistema enzimático piruvatodesidrogenase: Piruvato-desidrogenase; Diidrolipoil-transacetilase; Dididrolipoil-desidrogenase.
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