Ciclo de Krebs e Fosforilação Oxidativa
Piruvato Desidrogenase Complex (PDC)
``` LOCALIZAÇÃO: MITOCÔNDRIA (Matriz) = REQUER TRANSLOCAÇÃO Piruvato (MPC = Mitocondrial Pyruvate Carrier!)
REAÇÃO GLOBAL: Piruvato + CoA + NAD+ → Acetil-CoA + CO₂ + NADH
MECANISMO (5 COFATORES = "PePsi Loves Caramel Nitrogen" = Pedagógico): E1 (Piruvato Desidrogenase, TPP-Dependente): Piruvato + TPP (Tiamina Pirofosfato = VitB1) → Hidroxietil-TPP + CO₂ TPP Liga Carbono 2 de Piruvato → Decarboxilação! DEFICIÊNCIA TIAMINA → PDC ↓ → ↑Piruvato → ↑Lactato → ACIDOSE LÁTICA! (Beribéri, Wernicke Encefalopatia) E2 (Dihidrolipoamida Acetiltransferase, Lipoato-Dependente): Transfere Grupo Acetil Para LIPOAMIDA → CoA + Acetil-CoA LIPOATO (Ácido Lipóico = Cofator Dithiol) = OSCILA Entre Forma Oxidada+Reduzida! E3 (Dihidrolipoamida Desidrogenase, FAD+NAD+ Dependente): Lipoamida-NADH → FADH₂ → NAD+ (Regenera Lipoamida Oxidada + Produz NADH) FAD INTERMEDIÁRIO → NADH FINAL
REGULAÇÃO PDC (ALOSTÉRICA + COVALENTE): ATIVA: ↑ADP, ↑NAD+, ↑CoA = Sinal: Precisa de Energia! Insulina (↑PDP = PDC Phosphatase = Desfosforila E1 → ATIVA!) Ca²+ (Exercício/Músculo = ↑Ca²+ → ↑PDP → ↑PDC) INATIVA: ↑NADH/NAD+ Ratio, ↑Acetil-CoA, ↑ATP = Sinal: Energia Suficiente! PDK (Piruvato Desidrogenase Kinase = Fosforila E1-Ser → INATIVA) Adrenalina+Glucagon (Via ↑PKA → ↑PDK → ↓PDC = Preserva Piruvato Para Gluconeogênese) ```
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Ciclo de Krebs: 8 Reações
``` ENTRADA: Acetil-CoA (2C) + OAA (4C) → CITRATO (6C) Via CITRATO SINTASE (Irreversível, Rate-Limiting No Estágio!) Inibida Por: ATP+NADH+Succinil-CoA
REAÇÃO 1: CITRATO → ISOCITRATO (Via Cis-Aconitase = Desidrataçao+Hidratação) Não Gera NADH
REAÇÃO 2: ISOCITRATO → α-CETOGLUTARATO + CO₂ + NADH Catalisada Por: ISOCITRATO DESIDROGENASE (IDP2/IDP3 Mitocondrial) REGULAÇÃO: ↑ADP/Ca²+ = ATIVA; ↑NADH/ATP = INIBIDA ONCOLÓGICA: IDH1/IDH2 Mutações (Gain-of-Function!) → Produz 2-HG (Hidroxiglutarato!) → 2-HG Inibe TET2 + HIF-PHD → EPIGENÉTICA ALTERADA = CARCINOGÊNESE (AML, Glioma!) Ivosidenibe (IDH1i) + Enasidenibe (IDH2i) = Aprovados AML!
REAÇÃO 3: α-CETOGLUTARATO (α-KG) → SUCCINIL-CoA + CO₂ + NADH α-CETOGLUTARATO DESIDROGENASE COMPLEX (= PDC ANÁLOGO!) Cofatores MESMOS: TPP, Lipoato, CoA, FAD, NAD+ REGULAÇÃO: ↑NADH/Succinil-CoA = INIBIDA; ↑Ca²+ = ATIVA
REAÇÃO 4: SUCCINIL-CoA → SUCCINATO + GTP (OU ATP) + CoA SUCCINIL-CoA SINTASE (Também: SUCCINATO-CoA LIGASE) = ÚNICO GTP (= ATP) Diretamente Gerado no TCA! GTP = Equivalente a ATP (Nuceleoside Diphosphate Kinase → GTP+ADP → GDP+ATP)
REAÇÃO 5: SUCCINATO → FUMARATO + FADH₂ SUCCINATO DESIDROGENASE (SDH = COMPLEXO II CTE = ÚNICAS ENZIMA Em AMBOS TCA+CTE!) LIGADA À MEMBRANA INTERNA MITOCONDRIAL! SDHA/B/C/D Mutações → Paraganglioma + Feocromocitoma + GIST! Não usa NAD+ (Usa FAD = Acoplado CTE Diretamente Via CoQ!)
REAÇÃO 6: FUMARATO → MALATO (FUMARASE/HIDRATASE = H₂O Adição) FH (Fumarato Hidratase) Mutações → HLRCC (Ca Células Claras, Uterino, Cutâneo!)
REAÇÃO 7: MALATO → OAA + NADH (MALATO DESIDROGENASE = MDH) OAA (OXALOACETATO) Regenerado → Pronto Para Novo Ciclo! ENERGETICAMENTE DESFAVORÁVEL (Keq << 1) = Acopla-se Ao Ciclo (Le Chatelier)
BALANÇO POR VOLTA TCA (1 Acetil-CoA): 3 NADH (Isocitrato + α-KG + Malato) → 7.5 ATP (Via Oxidative Phosphorylation, P/O=2.5) 1 FADH₂ (Succinato) → 1.5 ATP (P/O=1.5) 1 GTP = 1 ATP TOTAL = 10 ATP Por Acetil-CoA!
BALANÇO PARA GLICOSE COMPLETA: 2 ATP (Glicólise) + 2 NADH Citosólico (Via Malato-Aspartato Shuttle = 5 ATP) + 2 Piruvato → 2 AcCoA = 2 NADH + 2 CO₂ (5 ATP) + 2× TCA = 20 ATP TOTAL REAL ≈ 30-32 ATP (Teórico Antigo = 36-38 Era Exagerado!) ```
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Anapleroses e Catapleroses
``` ANAPLEROSES (Reposição TCA Intermediários = "Enchimento"): QUANDO TCA Intermediários São Desviados (Para Biossíntese) = OAA ↓ → TCA Para! POR ISSO: Precisa Repor!
PRINCIPAIS VIAS ANAPLERÓTICAS: 1. PIRUVATO CARBOXILASE → OAA (Fígado+Rim, Mitocôndria) Funciona Quando: Acumulação Acetil-CoA (Ativa PCase!) = Substrato ↑ Sinaliza Precisa OAA! Gluconeogênese + TCA Replenishment
2. α-CETOGLUTARATO VIA AMINOÁCIDOS: Glutamato (Transaminação) → α-KG (Entra TCA!) Glutamina → Glutamato → α-KG (Câncer = Glutamine Addiction = ↑α-KG Via Glutaminólise!)
3. SUCCINIL-CoA VIA: PROPIONATO (AGLs Cadeia Ímpar → Propionil-CoA → Metilmalonil-CoA → Succinil-CoA!) Metilmalonil-CoA Mutase = VitB12-Dependente! DEFICIÊNCIA B12 → Acúmulo Metilmalonil-CoA + Propionato → Acidúria Metilmalônica! ACÚMULO Propionato → Inibe N-Acetil-Glutamato (NAG Sintase) → ↓CPS-I → ↑NH₄+! Aminoácidos: Val+Ile+Thr+Met → Succinil-CoA (Vias Específicas)
4. ODD-CHAIN FA (Caprílico → Octanoil): Maioria AGs = Cadeia Par → Somente AcCoA (Não Anaplerótico) AGLs Cadeia Ímpar → Propionil-CoA → Succinil-CoA (ANAPLERÓTICO!)
CATAPLEROSES (Saída TCA Intermediários Para Biossíntese): OAA → Aspartato (Via Transaminação) → Purinas + Pirimidinas + Gliconeogênese α-KG → Glutamato → Glutamina → Purinas + Bases Nitrogenadas Succinil-CoA → PORFIRINAS (δ-ALA Sintase!) = HEME Síntese! Citrato (Via Citrato Liase Citossólica) → AcCoA (CYTOSOL!) → SÍNTESE LIPÍDIOS! (Principal Via Para Lipogênese Citossólica!) Insulin → ↑Citrato Exportação Via Citrato Transporter → ↑Lipogênese! Malato → NADPH Via Enzyme Málica (↑NADPH Para Lipogênese!)
CICLO TCA "TRUNCADO" EM CÂNCER: WARBURG EFFECT: ↑Glicólise → Lactato (MESMO COM O₂!) = ↓TCA Aporte Via Piruvato MAS: ↑Glutaminólise → ↑α-KG → TCA Anaplerótico Para Biossíntese! "BROKEN TCA": Algumas Células Câncer = Citrato Exporta (Para Lipídios) → OAA Deficiente ```
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Doenças e Deficiências
``` DEFICIÊNCIA TIAMINA (VITAMINA B1) - IMPACTA TCA E PDC: PDC E α-KGDC DEPENDEM TIAMINA (TPP) → Lactato Acumula (Piruvato Não Oxidado) + α-KG Acumula BERIBÉRI: Seco (Neuropatia Periférica = Déficit Energético Nervoso) Úmido (Cardiomiopatia = ICC + ↑FC = Alta Demanda Energética Cardíaca!) WERNICKE-KORSAKOFF (Alcoolismo = ↓Tiamina Absorção): Wernicke: Oftalmoplegia + Ataxia + Confusão (AGUDA, Reversível com B1!) Korsakoff: Amnésia Anterograda + Confabulação (CRÔNICA = Lesão Mamilo + Tálamo Medial) TIAMINA IV ANTES GLICOSE! (Glicose = ↑Piruvato = ↑Demanda PDC = Precipita Wernicke!)
ACIDOSE METILMALÔNICA (MMA): Metilmalonil-CoA Mutase (MMACoAMutase) Deficiência OU VitB12 Cofator Deficiência → Metilmalonil-CoA Acumula + Propionato → Inibe Mitocôndria (↓Succinil-CoA = ↓TCA) + Inibe Cadeia Respiratória + Inibe NAG Manifestações: Acidose Metabólica + Hipoglicemia + ↑NH₄+ + Encefalopatia Tratamento: Vitamina B12 (Se Responsivo = Algumas Formas!) + Dieta Baixa Val/Ile/Thr/Met + Carnitina (↑Excreção Propionilcarnitina) Transplante Hepático (Casos Graves)
IDH1/IDH2 MUTAÇÕES (ONCOLOGIA): Glioma Grau II-III: IDH1 R132H (90%) + IDH2 R172 (10%) AML: IDH1 R132 (8%) + IDH2 R140/R172 (15%) GOF: Converte α-KG → 2-HG (Hidroxiglutarato) 2-HG INIBE: TET2 (Desmetilação DNA) + Histona Demetilases (KDM) → HIPERMETI + BLOQUEIO DIFERENCIAÇÃO! Terapia: IVOSIDENIBE (IDH1) + ENASIDENIBE (IDH2) → Diferenciam Células!
SUCCINATO DESIDROGENASE MUTAÇÕES: SDHA/B/C/D = Complexo II CTE = Componente TCA! Funciona Como SUPRESSOR TUMOR (Produção Succinato → Inibe PHDs → HIF-1α ↑... Mas) SDHB Mutação = Pior Prognóstico (Paraganglioma Maligno!) Diagnóstico: IHQ Para SDHB (Perda de Coloração = Mutação Em QUALQUER Subunidade SDH) ```
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Referências
- Krebs HA, Johnson WA. "The role of citric acid in intermediate metabolism in animal tissues." *Enzymologia.* 1937;4:148–156.
- Dang L, et al. "Cancer-associated IDH1 mutations produce 2-hydroxyglutarate." *Nature.* 2009;462(7274):739–744.
- Molenaar RJ, et al. "The oncometabolite 2-hydroxyglutarate activates the mTOR signalling pathway." *Nat Commun.* 2018;9(1):4107.
- Warburg O, et al. "The metabolism of tumors in the body." *J Gen Physiol.* 1927;8(6):519–530.
- Vander Heiden MG, et al. "Understanding the Warburg effect: the metabolic requirements of cell proliferation." *Science.* 2009;324(5930):1029–1033.