Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória

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CK e CR
Profa. Carla Guelli
Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico
O ciclo de Krebs oxida a matéria orgânica, ou seja, ele retira elétrons e H+ dela, passando-os para o NAD e para o FAD que levarão os elétrons para a cadeia respiratória
Matéria orgânica: carboidrato, aminoácidos, corpos cetônicos, ácidos graxos
Nesta etapa há produção de 2 ATPs a partir de 2 piruvatos.
É com a energia desses elétrons que a cadeia respiratória produzirá seus 28 ATPs
OBS: na glicolise vou ter a produção liquida de 2 ATPs
Reações do ciclo de Krebs
Descarboxilação do piruvato
CO2 sairá do piruvato para a entrada da coenzima A (CoA)
Toda reação que libera CO2 é chamada de descarboxilização ocorrendo liberação de energia
A saída do CO2 gera energia que torna possível a entrada da CoA
O
||
C - O CO2 CoA
| |
C = O C=O
| |
CH3 CoA CH3
Piruvato Acetil CoA
Piruvato desidrogenase
6
Até o final do ciclo de Krebs todos os H serão retirados da glicose e sobram apenas 3 CO2.
No esquema abaixo, os Hs vieram de moléculas intermediárias e foram capturados pelo NAD
O
||
C - O CO2 CoA
| |
C = O C=O
| |
CH3 CoA CH3
Piruvato Acetil CoA
NAD+
NADH + H+
Próxima reação: 
A saída da CoA fornece energia para que o Acetil (2 carbonos) se una a oxalacetato (4 carbonos) formando ou citrato ou ácido cítrico (6 carbonos)
Acetil- CoA
CoA CoA
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C=O COO-
| |
CH3 CH2
 |
COO- OOC - C - OH
| |
C=O CH2
| |
CH2 COO-
|
COO- Citrato
Oxalacetato
 A célula investiu na entrada da CoA para que a saída da mesma fornece a energia para formar o citrato
CO2 CoA
CoA
Oxalacetato
Piruvato 
Acetil CoA
Citrato
 O citrato será convertido em Aconitato (sai uma H2O) que depois para isocitrato (volta uma H2O)
Oxalacetato
Formação do Isocitrato
Piruvato
Acetil - CoA
Citrato
Aconitato
Isocitrato
 O CO2 tem que sair do citrato, isso ocorre em duas etapas envolvendo a saída e o retorno de H2O
 COO-
 |
 CH2
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-OOC – C – OH 
 |
 CH2 H2O 
 |
 COO-
Citrato
 COO-
 |
 CH2
 |
-OOC – C 
 |
 CH2 H2O 
 |
 COO-
Aconitato
 COO-
 |
 CH2
 |
-OOC – CH 
 |
 HOCH2 
 |
 COO-
Isocitrato
 Próxima reação: CO2 retirado e produção de NADH
Oxalacetato
Formação do ∂-cetoglutarato
 
Piruvato
Acetil - CoA
Citrato
Aconitato
Isocitrato
∂-cetoglutarato
 COO-
 |
 CH2
 |
-OOC – CH 
 |
 HOCH 
 |
 COO-
Isocitrato
 COO-
 |
 CH2
 |
 CH2 
 |
 C = O 
 |
 COO-
∂-Cetoglutarato
CO2
NAD+ NADH + H+
FORMAÇÃO DA SUCCINIL CoA
Próxima reação: a saída de CO2 torna possível a entrada de uma coenzima A
Surge mais um NAD (o terceiro) que captura os hidrogênios e a CoA repõe os mesmos na molécula
Formação do Succinato
Produção de ATP a partir do GTP - a saída da CoA fornece energia para Criar o GTP
ATP- GTP –CTP-TTP-UTP
Formação do Fumarato
Por que FAD e não NAD?
 Ocorrerão duas reações que irão restaurar o oxalacetato fechando o ciclo de Krebs.
FORMAÇÃO DO MALATO
RESTAURAÇÃO DO OXACETATO
CONCLUSÃO
- 2 carbonos entram no ciclo na molécula de Acetil-CoA e 2 saem como CO2
- Do piruvato até o fim do ciclo houve a produção de 4 NADH, 1 FADH2 e 1 ATP
Lembre-se de que a glicose produziu 2 piruvatos 
Então estas quantidades devem dobrar 
Observação 
A via glicolítica ou glicólise produziu 2 ATPs 
Ciclo de Krebs produziu 2 ATPs
A cadeia respiratória produzirá mais 34 ATPs, devido aos NADH e FADH
A célula produz 38 ATPs
CADEIA RESPIRATÓRIA
 A glicólise e o ciclo de Krebs produziram poucos ATPs
 Porém produzirão também NADH e FADH2
NADH e FADH2
Que tem por função levar elétrons ricos em energia para a cadeia respiratória
A cadeia vai produzir ATPs usando a energia dos elétrons transportados pelo NADH e FADH2
A partir daqui veremos como a cadeia produz ATP através do NADH e do FADH2
CADEIA RESPIRATÓRIA
Ocorre na membrana interna da mitocôndria
nas cristas mitocondriais
Mitocôndria 
Cada mitocôndria é circundada por duas membranas: uma externa e uma interna separando a matriz mitocondrial do citosol.
A interna forma invaginações conhecidas como cristas contendo a cadeia de transporte de elétrons e a ATP-sintase.
As mitocôndrias podem se replicar por divisão porém a maioria de suas proteínas deve ser importada do citosol. Apresentam ainda uma pequena quantidade de DNA.
 
Estas estruturas em roxo + está outra (ATP sintase) são proteínas de membrana e são elas as responsáveis pela realização da CR
Esta é a NADH-redutase ou desidrogenase
Esta é a FADH2 redutase
Aqui uma proteína chamada citocromo C- redutase
Citocromo c – que é uma molécula
Outra proteína inserida na membrana mitocondrial a citocromo-oxidase
ATP-sintase proteína de membrana mas é uma enzima
Estrutura da membrana mitocondrial
Esta é a NADH-redutase ou desidrogenase
Esta é a FADH2 redutase
Aqui uma proteína chamada citocromo C- redutase
Citocromo c – que é uma molécula
Outra proteína inserida na membrana mitocondrial a citocromo-oxidase
ATP-sintase proteína de membrana mas é uma enzima
39
Todos os NADH + H+ dirigem-se para a cadeia respiratória porque a função dele é levar um par de elétrons para a cadeia respiratória. 
Liberação do par de elétrons do NADH . Substratos mais energéticos transferem seus hidrogênios para o NAD+ 
Quando libera volta a ser NAD
H= 1 eletron
O par de elétrons é recebido pelo complexo I
Esses elétrons são ricos em energia, assim o complexo I usa a energia do par de elétrons para bombear 4H+ que estavam presos dentro da mitocôndria para o espaço entre a membrana externa e interna.
Complexo I
Esses elétrons serão atraídos por um oxigênio
Entendemos o porquê de respiração celular.
O O2 que vem do ar passa pelos pulmões cai na corrente sanguínea entra na célula e segue para a mitocôndria na cadeia respiratória.
O O2 que atrai os elétrons para a cadeia transportadora, portanto esse par passa de proteína em proteína até se encontrar com o O2 e formar H2O
segue
Ao chegar ao complexo III libera energia para bombear + 4H+ 
segue
No complexo IV não tem tanta energia e libera só 2H+
Podemos observar a formação de 10H+
Complexo I = 4
Complexo III = 4
Complexo IV = 2 +
 10
Encontro do par de elétrons com O2
forma H2O
O2 foi o último a receber o par de elétrons.
Por isso é o aceptor final de H+ e elétrons.
O objetivo é a produçãode ATP.
Para isso é necessário o ADP.
E Pi para entrar na mitocôndria, para isso lado de fora da membrana mais positivo e interno mais negativo.
H + que saiu será atraído para dentro devido carga negativa.
Assim volta para dentro levando o Pi com ele.
ADP
Lado de fora da membrana mais positivo e o de dentro mais negativo
Além do Pi e H+ outros 3H+ vão retornar para o interior devido carga negativa
Os 3 H+ passam pela ATP sintase
 
Ao passa por ATP sintase , esta literalmente gira e ao girar une 1 ADP ao Pi formando o ATP.
Formação de ATP 
Elétrons liberam energia
Bombeiam o hidrogênio 
 Os H+ são atraídos pelo lado negativo
 Retornam para dentro da mitocôndria
Quando os H+ retornam, passam pela ATP sintase. 
O movimento do H+ pela sintase faz essa proteína girar
Ao girar não produz energia elétrica e sim química na forma de ATP
OBJETIVOS 
1- obter elétrons ricos em energia
2- usar a energia desses elétrons para criar acúmulo de H+
3- usar a energia do movimento do H+ para produzir ATP
Contabilidade 
10H +
Para produzir 1 ATP são necessários 4H+
1 H + volta levando com ele e os outros 3H + vão passar pela ATP sintase para produzir ATP
TOTAL
Para cada NADH portanto foi formado 2,5 ATP.
3 ATP
10H+ bombeado
2e-
4H+ = 1 ATP
4H+ = 1 ATP
Sobraram 2H+ = 0,5 ATP
Geração de ATP a partir do FADH2
FADH2 - substratos menos energéticos, como o succinato transferem seus hidrogênios para o FAD
Podemos observar que aparece agora o complexo II, que não aparece no NADH
O complexo II será importante na formação de ATP
FADH2 tem a mesma função do NADH, ou seja, levar elétrons ricos em energia para a cadeia respiratória – par de eletrons
FADH2 entrega seu par de elétrons ao complexo 2 e volta a ser FAD
Esse par é atraído pelo O2
Quando chega ao complexo III usa a energia do par de elétrons para bombear 4 H+
No complexo IV vai haver energia para bombear 2 H+
Finalmente o elétron se encontra com o O2 e forma a H2O
 Para produzir ATP é necessário ADP
e para isso é necessário que o Pi ( Ânion) entre junto com o H+ para que sua carga se torne mais positiva e consequentemente pode ser atraído para dentro da mitocôndria (ambiente negativo a atração ocorre devido diferença de cargas).
ADP
Pi+ H + 
3H+ PASSAM PELA ATP SINTASE, QUANDO PASSAM ELA GIRA 
Ao girar une o Pi ao ADP produzindo ATP.
O par de elétrons do FADH2 não passou pelo complexo 1 , ele fornece energia para bombear só 6H+ e continua sendo necessário 4 H+ para produzir 1 ATP
Teoria quimiosmótica 
A energia liberada pelas reações de óxido-redução é utilizada para bombear prótons de hidrogênio para fora da mitocôndria. 
Isso gera uma diferença na concentração de prótons de hidrogênio, na carga elétrica e no pH dentro e fora da mitocôndria, a qual estimula o retorno dos prótons de hidrogênio para mitocôndria. 
Porém os prótons de hidrogênio só conseguem atravessar a membrana interna da mitocôndria por sítios específicos, o complexo V (ATP sintase). 
A energia cinética (de movimento) contida nos prótons de hidrogênio, provoca alteração na conformação da ATP sintase quando eles a atravessam, levando a produção de ATP.
CONTABILIDADE
		Glicólise 	Ciclo 
de Krebs	Soma 	Cadeia Respiratória
	NADH	2	8	10	x 2,5 = 25 ATPs
 x 3 = 30
	FADH2	0	2	2	X 1,5 = 3 ATPs
X2 = 4
	ATP	2	2	4	4 + 28 = 32 ATPs
34+4 = 38 ATPS
O saldo energético por etapa da respiração: 
Glicólise 
São utilizadas 2 moléculas de ATP para ativar o catabolismo da molécula de glicose, porém são formadas 2 moléculas de NADH, 4 ATP e 2 moléculas de piruvato. 
Portanto, o saldo energético somente da cadeia respiratória é de: 
4 ATP + 2 NADH – 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH
Ciclo de Krebs
 A partir dessa etapa todo o resultado deve ser dobrado (duplicado), essa consideração é conseqüente do ciclo de Krebs envolvendo cada molécula de piruvato. 
 Assim, são formadas 4 moléculas de NADH, 1 de FADH2 e 1 de ATP em cada ciclo. 
2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP
Cadeia respiratória 
 Etapa de conversão das moléculas de NADH e FADH2 em moléculas de ATP, quando os prótons H+ por difusão são forçados a passar pela proteína sistetase ATP (enzima transmembranar) restituindo ADP em ATP. 
- 2 NADH da glicólise → 6 ATP 
- 8 NADH do ciclo de Krebs → 24 ATP     34 ATP
- 2 FADH2 do ciclo de Krebs → 4 ATP
Balanço Energético da Respiração Aeróbia 
 
Glicólise = 2 ATPs 
Ciclo de Krebs = 2 ATPs 38 ATPs
Cadeia respiratória = 34 ATPs 
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