Ciclo de Krebs, em detalhes
O Ciclo de Krebs consiste em um processo catabólico que ocorre na matriz mitocondrial (apenas uma reação se dá em associação com a membrana interna da mitocôndria). Neste ciclo a célula oxida moléculas de acetil-CoA, resultante da Glicólise, que vimos no post anterior, sendo a energia libertada, conservada sob a forma de NADH e FADH2. O ciclo de Krebs é unicamente aeróbio, pois apesar de o O2 não participar diretamente no ciclo, o NAD+ e o FAD só podem ser regenerados na mitocôndria através da transferência de elétrons para o O2, na fase seguinte, a Cadeia Transportadora de Elétrons (ou Cadeia Respiratória). Se o principal objetivo da glicólise era gerar Piruvato (que é convertido em Acetil-CoA). esse Acetil-CoA entra na mitocôndria para sofrer as reações do Ciclo de Krebs, que tem como principal objetivo, oxidá-las para transferir elétrons para a redução de NAD+ e FAD+, gerando NADH e FADH2.
Obs: É importante saber que o Ciclo de Krebs só vai se iniciar a partir da união do Acetil-CoA com o Oxaloacetato, gerando o Citrato. A transformação de Piruvato em Acetil-CoA (imagem) não faz parte do ciclo de Krebs. Repare que na transformação de Piruvato em Acetil-CoA é liberado uma molécula de CO2. Esse é o famoso gás carbônico liberado como resíduo da respiração. O processo que está ocorrendo (saída de gás carbônico) é chamada de Descarboxilação Oxidativa, reação esta que libera a energia que tornará possível a entrada da Coenzima-A, Também produz NADH + H+ a partir de compostos intermediários que oferecem elétrons. Esta reação é mediada pelo complexo enzimático Piruvato desidrogenase, que consiste num grupo de três enzimas e cinco coenzimas. É importante saber que: A piruvato desidrogenase é inibida pelo Mercúrio (Hg), prejudicando a respiração celular, e, portanto, reduzindo fortemente o metabolismo, devido à pouca energia disponível. Se, além de sofrer envenenamento por mercúrio, um indivíduo ingerir glicose, provavelmente ele terá uma alta de Piruvato e glicose, por incapacidade de metabolizar a glicose por completo. Nesse quadro, imagino que é possível uma hipertensão devido a esse acúmulo.
A próxima reação é a primeira reação do Ciclo de Krebs:
1ª Reação - Acetil-CoA + Oxalacetato > Citrato
Envolve a formação do Citrato (6C), a partir da união do Acetil-CoA (2C) e do Oxalacetato (4C). Daí vem o nome oficial do Ciclo de Krebs: Ciclo do Ácido Cítrico. A fonte de energia que vai tornar possível a ligação entre estes dois compostos se dá pela saída da Coenzima-A. Logo, podemos perceber que a entrada da Coenzima-A foi um investimento energético da célula, para que fosse possível a primeira reação do Ciclo de Krebs.
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2ª reação - Citrato > Aconitato > Isocitrato
A hidroxila (OH) do Citrato, na posição que está, impede a saída do grupamento COO-, ligado ao mesmo carbono. Logo, as reações de desidratação e reidratação, que você pode acompanhar abaixo, servem para modificar o OH de lugar. Depois da desidratação do Citrato, gerando Aconitato, vemos a conversão de Aconitato em Isocitrato, com o retorno da molécula de água (reidratação), só que agora se decompondo em uma posição diferente da anterior. Com o OH nesta posição, o COO- se desprende mais facilmente, liberando assim, a segunda molécula de CO2 do ciclo de Krebs na próxima reação.
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3ª reação - Isocitrato > a-cetoglutarato
Graças às transformações anteriores, agora ocorre a Descarboxilação Oxidativa do isocitrato e a produção de mais um NADH + H+. Perceba que o objetivo aqui está sendo cumprido: transferir elétrons das moléculas do Ciclo de Krebs para carreadores, como o NAD e FAD.
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4ª reação - a-cetoglutarato > Succinil-CoA
A saída do CO2 gera energia para promover a entrada de uma nova Coenzima A (CoA). Este hidrogênio para formar o NADH saiu do quarto carbono. Não houve alteração aparente, pois, quando a Coenzima A entrou, ela repôs o elétron perdido. Mais um NAD foi reduzido aqui.
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5ª reação - Succinil-CoA > Succinato
Pois bem, o CoA que acabou de entrar, sairá para que seja gerada energia suficiente para unir um fosfato inorgânico à uma molécula de GDP, sintetizando um GTP - Um composto de alto potencial de transferência de fosforila. Este GTP é “rotativo”, pois o Fosfato inorgânico (Pi) que adicionou, será doado à uma molécula de ADP para formar um ATP. Esta reação é mediada pela enzima GTP Cinase.
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6ª reação - Succinato > Fumarato
Aí jaz algo interessante: o par de elétrons que o NADH carrega é mais rico energeticamente que o do FADH2, por isso a partir de uma molécula de FADH2 se produz 1,5 ATP e de cada NADH, produz-se 2,5 ATP na Cadeia respiratória. Esta reação não tem energia o bastante para doar os elétrons para o NAD, só para o FAD, por isso um transportador é usado em vez do outro.
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7ª reação - Fumarato > Malato
São as reações que pretendem restaurar o Oxalacetato através da hidratação do fumarato. Primeiro é feita uma hidratação do fumarato, gerando malato.
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8ª reação - Malato > Oxalacetato
Estes dois hidrogênios são doados para um NAD, de modo a restaurar o Oxalacetato, fechando o Ciclo de Krebs. Perceba que, nesse caso, quem doou elétrons para reduzir o NAD foi a água.
- Portanto, o saldo final de uma volta no Ciclo de Krebs para cada molécula de piruvato (lembrando que a glicólise gera duas) é de: 1 ATP, 1 FADH2, 3NADH/H+. É um ciclo pois a última reação regenera o substrato da primeira reação. Depois de ver todas as reações e fases do ciclo de Krebs, fica melhor de entender sua importância. Este ciclo tem papel central no metabolismo celular, pois todos os nutrientes que podem ter um papel “energético” geram no seu catabolismo acetil-CoA, como é o caso dos carboidratos, glicogênio, lipídios e muitos aminoácidos. Outro ponto de vista importante é de que os intermediários do ciclo de Krebs podem participar de biossíntese de aminoácidos, nucleotídeos, heme, etc. Isto ocorre quando o corpo está em ALTA ENERGÉTICA, pois quando está sobrando ATP ou NADH as enzimas destes ciclos são inibidas alostericamente, o que interrompe temporariamente o ciclo e desvia seus intermediários para outras vias anabólicas.
Em seres eucariotos, que possuem células bem dividias, é fácil perceber onde o Ciclo ocorre: na matriz mitocondrial, que consiste no interior aquoso da mitocôndria, que contém praticamente todas as enzimas necessárias ao Ciclo de Krebs, mas nos procariotos aeróbicos, que são seres que não possuem mitocôndrias, o Ciclo de Krebs ocorre no citosol e o NADH e FADH2 doam seus elétrons para a própria membrana citoplasmática.