Ciclo de Krebs

Por Débora Carvalho Meldau
O ciclo de Krebs, também conhecido como ciclo do ácido cítrico ou ciclos dos ácidos tricarboxílicos, é uma região central do metabolismo, com vias degradativas chegando até ele e vias anabólicas começando nele, que ocorre na matriz mitocondrial dos organismos eucariontes e no citoplasma dos procariontes.

Nos organismos aeróbicos, a glicose e outros tipos de açúcares, ácidos graxos e a maioria dos aminoácidos são oxidados, em última instância, a CO2 e H2O por meio do ciclo de Krebs. No entanto, antes que possam entrar no ciclo, os esqueletos carbônicos dos açúcares e ácidos graxos precisam ser quebrados até o grupo acetil do acetil-CoA, a forma na pela qual este ciclo recebe a maior pare de sua energia.

Resumidamente, este ciclo pode ser descrito da seguinte forma: para iniciar uma volta do ciclo, o acetil-CoA transfere o seu grupo acetil para um composto com quatro átomos de carbono, o oxaloacetato, para formar o citrato (composto com seis átomos de carbono). Este, por sua vez, é transformado em isocitrato, também uma molécula de seis átomos de carbono, e este é desidrogenado, perdendo o CO2, para dar origem ao α-cetoglutarato (ou oxoglutarato), um composto com cinco átomos de carbono. Este também perde CO2e libera o succinato (composto de quatro átomos de carbono), sendo convertido enzimaticamente, em uma reação de três passos em oxalacetato com quatro átomos de carbono, com o qual o ciclo foi iniciado; sendo assim, o oxalacetato está pronto para reagir com uma nova molécula de acetil-CoA e iniciar uma nova volta ao ciclo.

Em cada uma dessas voltas entra um grupo acetil (dois carbonos), como acetil-CoA, e saem duas moléculas de CO2. Em cada volta, é empregada uma molécula de oxaloacetato para gerar citrato, porém, após diversas reações, essa molécula de oxaloacetato é regenerada. Portanto, no final não ocorre qualquer remoção do oxaloacetato e uma molécula dele pode, teoricamente, ser suficiente para participar da oxidação de um infinito número de grupos acetil.

Quatro dos oito passos desse processo são oxidação e a energia nelas liberada é conservadora, possuindo elevada eficiência na formação dos coenzimas reduzidos, que são NADH e FADH2.

Embora o ciclo de Krebs tenha um papel central nos mecanismos metabólicos de obtenção de energia, seu papel não está limitado à conservação de energia. Intermediários possuindo quatro a cinco átomos de carbono do ciclo são utilizados como precursores biossintéticos de uma enorme variedade de substâncias. Para que haja a substituição das moléculas desses intermediários removidos, as células empregam as reações anapleróticas, ou reações de reposição.

Como já foi dito, este ciclo possui oito passos, que serão descritos mais aprofundadamente. São eles:

  1. Formação do citrato: a primeira reação é a condensação do acetil-CoA juntamente com o oxalacetato, catalizada pela enzima citrato sintase, visando a formação do ácido cítrico.
  2. Formação do isocitrato via cis-aconitato: nesta etapa, a enzima aconitase, também conhecida como hidratase, catalisa a formação reversível do citrato em isocitrato, por meio da formação intermediária do cis-aconitato. A aconitase pode promover a adição reversível da água na dupla ligação do cis-aconitato ligado no sítio catalítico da enzima através de dois caminhos distintos, um levando a citrato e outro a isocitrato.
  3. Oxidação do isocitrato à α-cetoglutarato e CO2: nesta etapa a enzima isocitrato desidrogenase catalisa a descarboxilação oxidativa do isocitrato para gerar o α-cetoglutarato. Existem duas formas distintas da desidrogenase isocítrica, uma que emprega o NAD+ como recepetor de elétrons e outra que emprega o NADP+. A reação global catalizada por ambas as enzimas é igual nos demais aspectos. Nas células de organismos eucariontes, a enzima dependente de NAD está na matriz mitocondrial e atua no ciclo de Krebs. A isoenzima que é dependente de NADP é encontrada tanto na matriz mitocondrial quanto no citosol e sua função mais importante é a geração de NADPH (molécula essencial nas reações anabólicas de redução).
  4. Oxidação do α-cetoglutarato a succinil-CoA e CO2: ocorre nova reação oxidativa, onde o α-cetoglutarato é convertido e succinil-CoA e CO2 através da ação do complexo da desidrogenase do α-cetoglutarato; o NAD+ serve como receptor de elétrons, e o COA, como carreador do grupo succinil. A energia de oxidação do α-cetoglutarato é conservada pela formação de uma ligação tioéster do succinil-CoA. Esta reação inclui três enzimas análogas, a E1, E2 e E3, bem como a TPP ligado a enzima, lipoato ligado às proteínas, FAD, NAD e à coenzima A.
  5. Conversão do succinil-CoA em succinato: o acetil-CoA e o succinil-CoA têm uma energia livre de hidrólise de sua ligação tioéster forte e negativa. Deste modo, a energia liberada na quebra dessa ligação é usada conduzir a síntese de uma ligação de anidrido fosfórico no ATP ou no GTP, formando-se finalmente o succinato, através da participação da enzima succinil-CoA sintetase ou tioquinase succínica.
  6. Oxidação do succinato a fumarato: através da ação da flavoproteína succinato desidrogenase, o succinil-CoA é oxidado a fumarato. Nos seres eucarióticos, o succinato desidrogenase ligado é fortemente ligado à membrana mitocondrial interna; nos procariotos, ela é ligada à membrana plasmática.
  7. Hidratação do fumarato para produzir malato: a hidratação reversível do fumarato é em L-malato é catalisada pela enzima fumarese (fumarato hidratase). Essa enzima é extremamente estereoespeífica; ela catalisa a hidratação da dupla ligação trans do fumarato, no entanto, não é capaz de agir no maleato (isômero cis do fumarato).
  8. Oxidação do maleato a oxaloacetato: na última reação do ciclo, a enzima L-maleato desidrogenase, ligada ao NAD, cataliza a oxidação do L-maleato em oxaloacetato. Nas células intactas, o oxaloacetato é continuamente removido pela reação da citrato sintase, conservando deste modo, a concentração do oxaloacetato na célula em valores muito pequenos, deslocando a reação do maleato desidrogenase em direção à formação de oxaloacetato.

Fontes:
http://www.fisiologia.kit.net/bioquimica/ck/ck.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Krebs
Lehninger Princípios da Bioquímica. David L. Nelson, Michel M. Cox. Ed 3°, Sâo Paulo, 2002.