a glicólise através de reações fermentativas produz ATP anaerobicamente. A evolução da respiração (o uso aeróbico de oxigênio para queimar eficientemente combustíveis nutrientes) teve que esperar até que a fotossíntese criasse a atmosfera oxigênica em que vivemos agora. Leia mais sobre a fonte da nossa atmosfera oxigênica em Dismukes GC et al. .
o ciclo de Krebs é a primeira via de respiração oxigênica. Evolução desta respiração e da ponte química da glicólise ao ciclo de Krebs, sem dúvida ocorreram algumas reações de cada vez, talvez a princípio como meio de proteger as células anaeróbias dos efeitos “venenosos” do oxigênio. Mais tarde, a seleção natural desenvolveu o ciclo aeróbico de Krebs, o transporte de elétrons e as vias de fosforilação oxidativa que vemos hoje.Qualquer que seja sua utilidade inicial, essas reações foram uma resposta adaptativa ao aumento do oxigênio na atmosfera da terra. Como um caminho para obter energia de nutrientes, a respiração é muito mais eficiente do que a glicólise. Os animais dependem disso, mas mesmo plantas e algas fotossintéticas usam a via respiratória quando a luz solar não está disponível! Aqui nos concentramos em reações oxidativas nas mitocôndrias, começando com a oxidação do piruvato e continuando com as reações redox do ciclo de Krebs.
depois de entrar nas mitocôndrias, a piruvato desidrogenase catalisa a oxidação do piruvato em acetil-s-coenzima A (Ac-s-CoA). Em seguida, o ciclo de Krebs oxida completamente o Ac-s – CoA. Essas reações redox mitocondriais geram CO2 e muitos portadores de elétrons reduzidos (NADH, FADH2). A energia livre liberada nessas reações redox é acoplada à síntese de apenas um ATP por piruvato oxidado (ou seja, dois por glicose com os quais começamos!). São as moléculas NADH e FADH2 que capturaram a maior parte da energia livre nas moléculas de glicose originais. Estas entradas de piruvato na mitocôndria e sua oxidação estão resumidas abaixo.
a oxidação do Piruvato converte um carboidrato 3C em acetato, uma molécula 2C, liberando uma molécula de CO2. Nesta reação altamente exergônica, CoA-SH forma uma ligação tioester de alta energia com o acetato em Ac-s-CoA. A oxidação do ácido pirúvico resulta na redução de NAD+, produção de Ac-s-CoA e uma molécula de CO2, como mostrado abaixo.
o ciclo de Krebs funciona durante a respiração para oxidar Ac-s-CoA e reduzir NAD+ e FAD para NADH e FADH2 (respectivamente). Intermediários do ciclo de Krebs também funcionam no metabolismo de aminoácidos e interconversões. Todos os organismos aeróbicos vivos hoje compartilham o ciclo de Krebs que vemos em humanos. Isso é consistente com sua disseminação no início da evolução do nosso ambiente de oxigênio. Devido ao papel central dos intermediários do ciclo de Krebs em outras vias bioquímicas, partes da via podem até ter pré – datado a via respiratória completa. O ciclo de Krebs ocorre nas mitocôndrias das células eucarióticas.
após a oxidação do piruvato, o Ac-s-CoA entra no ciclo de Krebs, condensando-se com oxaloacetato no ciclo para formar citrato. Existem quatro reações redox no ciclo de Krebs. À medida que discutimos o ciclo de Krebs, procure o acúmulo de portadores de elétrons reduzidos (FADH2, NADH) e uma pequena quantidade de síntese de ATP por fosforilação em nível de substrato. Além disso, siga os carbonos em piruvato em CO2. O ciclo de Krebs como ocorre em animais é resumido abaixo.
para ajudá-lo a entender os Eventos do ciclo,
1. encontre as duas moléculas de CO2 produzidas no próprio ciclo de Krebs.
2. encontre GTP (que transfere rapidamente seu fosfato para ADP para produzir ATP). Observe que nas bactérias, o ATP é feito diretamente nesta etapa.
3. conte todos os portadores de elétrons reduzidos (NADH, FADH2). Ambos os portadores de elétrons carregam um par de elétrons. Se você incluir os elétrons em cada uma das moléculas de NADH feitas na glicólise, quantos elétrons foram removidos da glicose durante sua oxidação completa?
lembre-se de que a glicólise produz dois piruvatos por glicose e, portanto, duas moléculas de Ac-s-CoA. Assim, o ciclo de Krebs gira duas vezes para cada glicose que entra na via glicolítica. As ligações tioester de alta energia formadas na síntese de ATP de combustível do ciclo de Krebs, bem como a condensação de oxaloacetato e acetato para formar citrato na primeira reação. Cada NADH carrega cerca de 50 Kcal dos 687 Kcal de energia livre originalmente disponíveis em uma toupeira de glicose; cada FADH2 carrega cerca de 45 Kcal dessa energia livre. Essa energia alimentará a produção de ATP durante o transporte de elétrons e a fosforilação oxidativa.
159 Destaques do Ciclo de Krebs
Finalmente, a história da descoberta do ciclo de Krebs é tão interessante quanto o próprio ciclo! Albert Szent-Györgyi ganhou um Prêmio Nobel em 1937 por descobrir algumas reações de oxidação de ácido orgânico inicialmente consideradas parte de uma via linear. Hans Krebs fez os experimentos elegantes mostrando que as reações faziam parte de uma via cíclica. Ele propôs (corretamente!) que o ciclo seria um supercatalisador que catalisaria a oxidação de mais um ácido orgânico. Alguns dos experimentos são descritos por Krebs e seus colegas de trabalho em seu artigo clássico: Krebs HA, et al. . Hans Krebs e Fritz Lipmann compartilharam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1953. Krebs foi reconhecido por sua elucidação do ciclo TCA, que agora carrega mais comumente seu nome. Lipmann foi reconhecido por propor o ATP como mediador entre a energia alimentar (nutriente) e a energia de trabalho intracelular, e por descobrir as reações que oxidam o piruvato e sintetizam Ac-s-CoA, fazendo a ponte entre o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa (a ser considerada no próximo capítulo).
160 descoberta do ciclo de Krebs
