A Formação de acetil-CoA

Felipe Souza

Formação de acetil-CoA

A transformação de piruvato em acetil-coa é catalisado por enzima única, o que a torna um grande complexo enzimático – complexo da piruvato desidrogenase. Essa enzima catalisa uma reação de descarboxilação oxidativa, ou seja, há perda de um carbono que se transforma em CO2 – por isso, uma descarboxilação, bem como, ao mesmo tempo, uma reação de oxirredução em que o NAD oxidado é reduzido a NADH.

A energia desses processos é suficiente para que possa ser inserida uma molécula de CoA na molécula restante, gerando acetil-coa com dois carbonos e o terceiro carbono do piruvato sai como CO2.

O complexo piruvato desidrogenase requer várias coenzimas derivadas de várias vitaminas, como a TPP (tiamina pirofosfato), o lipoato (derivado do ácido lipoico) e um FAD.

Assim, as coenzimas derivam da:

1. Tiamina (B1): origina a TTP
2. Riboflavina (B2): síntese de FAD
3. Ácido pantotênico (B5): síntese de CoA        
4. Niacina (B3): NAD necessita de niacina
5. Ácido lipoico

A piruvato desidrogenase é irreversível e regulada por 5 reguladores alostéricos diferentes. Acetil-CoA é inibidor alostérico (feedback negativo) e é produto dessa reação; e NADH é inibidor alostérico; feedback negativo se dá quando o produto da reação se acumula e este se liga em outro local (alostérico), alterando atividade da enzima e a inibe (regulação alostérica). Além disso, ela é estimulada, alostericamente, por NAD oxidado – substrato da enzima - e por AMP, um sinalizador de baixos níveis energéticos na célula, fazendo com que seja estimulada quando há baixo ATP e é inibida quando há grande nível energético – ATP. Assim, o produto dessa reação - acetil-CoA - vai seguir por vias que podem levar a produção de muito ATP – ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa.

Mecanismo de formação do Acetil-CoA

Na vida glicolítica, gasta-se: 1 glicose + 2 ATP + 2Pi + 2 NAD+; gera-se, portanto: 2 ATP, 2 NAD, 2 PYR

Na formação de Acetil-CoA, gasta-se: 2 NAD+ + 2 PYR; gera-se, portanto: 2 CO2, 2 NADH, 2 AccCoA

Ciclo de Krebs

Também chamado de ciclo do ácido cítrico ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos.

O ciclo começa quando o acccoa (2 carbonos) se combina com o oxaloacetato (4 carbonos) numa reação catalisada pela citrato sintase, numa reação irreversível, formando citrato com 6C e liberando a CoA que estava ligada no grupo Acetil. O citrato será convertido, mediante isomerização pela enzima aconitase com a formação de um intermediário não importante, em isocitrato. Essa reação da aconitase é irreversível, porém com maior direcionamento para produção de citrato do que isocitrato, visto que a próxima enzima, a isocitrato desidrogenase, estiver inibida, haverá acúmulo de citrato e não isocitrato, importante para produção de lipídios.

O próximo passo, quando não há inibição da isocitrato desidrogenase, é a descarboxilação oxidativa do isocitrato. Ou seja, a perda de um CO2, transformando uma molécula de 6C em 5C e a redução de uma molécula de NAD em molécula de NADH. Essa pentose é o alfacetoglutarato, que sofrerá uma segunda descarboxilação oxidativa catalisada pela alfacetoglutarato desidrogenase. Essa reação é semelhante à reação da piruvato desidrogenase, sendo, então, uma descarboxilação, uma oxirreduação – reduzindo NAD em NADH e uma inserção de uma CoA, irreversível e formando a molécula de succinil-CoA.

Essa molécula prosseguirá no ciclo através de transformação catalisada pela enzima succinil-CoA sintetase, a qual se utiliza da energia da quebra da ligação da CoA, fosforilando um GDP a GTP. Detalhe: moléculas de GTP têm equivalência energética às moléculas de ATP, havendo interconversão; algumas mitocôndrias podem funcionar fosforilando o ATP também.

O succinato formado, uma tetrose, sofrerá uma reação catalisada pela succinato desidrogenase, reduzindo FAD a FADH2 e produzindo fumarato. A succinato desidrogenase é a única enzima do ciclo de Krebs que não é uma enzima da matriz mitocondrial, mas está ligada na membrana mitocondrial interna, na face da matriz.

O fumarato será convertido em malato, mediante a uma hidratação catalisada pela fumarase. O malato, então, sofre oxirredução – reduz NAD a NADH – formando uma molécula de oxaloacetato, reação catalisada pela malato desidrigenase.

O saldo total: o oxaloacetato utilizado no início da reação não entra no saldo geral, pois, foi “devolvido” na última reação.

Reação global:

[pic 1]

O GTP pode transferir seu Pi a um ADP, mediante reação reversível catalisada pela nucleosídeo difosfato quinase, resultando em GDP + ATP.

Regulação do ciclo de Krebs

O ciclo de Krebs é regulado em três reações enzimáticas irreversíveis, as reações catalisadas pela citrato sintase, isocitrato desidrogenase e pela alfacetoglutarato desidrogenase.

1. Citrato sintase: enzima regulada alostericamente por ADP, regulador positivo, e por ATP e NAD reduzido, sendo reguladores alostéricos negativos. Ou seja, essa enzima será mais ativa em situações de baixo ATP e baixo ADP, sendo, também, menos ativa quando há acúmulo de ATP ou NADH – o qual tende a acumular junto com ATP na fosforilação oxidativa. Assim, se regulam pelos níveis energéticos da célula.
2. Isocitrato desidrogenase: é a enzima mais regulada, tendo uma inibição/ativação mais forte pelos seus reguladores alostéricos. É ativada pelo ADP e inibida pelo ATP E NADH.
3. Alfacetoglutarato desidrogenase: inibida por alto ATP e por NADH

[pic 2]

O ciclo de Krebs funciona mais em baixo ATP e vice-versa.

Essas enzimas são moduladas por esses reguladoras alostéricas e não completamente desligadas, funcionado mesmo na presença dos reguladores alostéricos.

Condições celulares:

Em baixo ATP: numa condição de baixo ATP, as três enzimas supracitadas estarão desinibidas, pois, não há regulador alostéricos dessas enzimas. Além disso, baixo ATP é, tipicamente, acompanhado de alto ADP, fazendo com que todas essas reações sejam estimuladas, incluindo a regulação alostérica conferida pela presença de ADP.

A conversão de piruvato em acetil-CoA (primeiro substrato que entra no ciclo), pela piruvato desidrogenase, também é estimulada numa situação de baixo ATP, pois, não há ATP inibitório e há acúmulo de AMP, que é um ativador dessa enzima. A piruvato quinase é inibida pelo ATP. Disto, numa situação de baixo ATP, essa enzima não é inibida, o que significa que a conversão de fosfoenol piruvato em piruvato está estimulada e não há acúmulo de fosfoenolpiruvato. Com baixa concentração de fosfoenolpiruvato, a degradação de F2,6BP não é alta, visto que a degradação de F2,6BP pela frutose2,6bifosfatase é estimulada por fosfoenolpiruvato. Além disso, a formação de F2,6BP é estimulada por AMP e, se tem baixo ATP, tem muito AMP e a PFK2 está formando bastante F2,6BP, ocorrendo, por isso, a ativação alostérica da PFK1, enzima regulatória da via glicolítica. Ou seja, haverá muita conversão de F6P em F1,6BP.