Mundo da Bioquímica (blog sobre bioquímica): abril 2012

O ciclo de Krebs é uma via metabólica composta por 8 reações bioquímicas, cada uma catalisada por uma enzima diferente. Aqui ficam algumas informações sobre as primeiras quatro enzimas do ciclo de Krebs…

Citrato sintase

A citrato sintase é uma enzima amplamente utilizada como um biomarcador enzimático da presença de mitocôndrias intactas, seja em culturas celulares ou em preparações organelares. Apesar de ser uma enzima mitocondrial, é codificada pelo DNA nuclear e sintetizada no citosol.

Esta enzima é a primeira enzima regulatória do ciclo de Krebs. Utiliza dois substratos diferentes, o oxaloacetato e a acetil-CoA. O oxaloacetato liga-se primeiramente à enzima, o que induz alterações conformacionais que criam o local de ligação para a acetil-CoA.

Do ponto de vista estrutural, é composta por 437 resíduos de aminoácidos e apresenta duas subunidades, cada uma com cerca de 20 hélices alfa. O centro ativo apresenta 3 resíduos de aminoácidos indispensáveis para a função catalítica da enzima, pois estabelecem interações específicas com os substratos – His274, His320 e Asp-375.

O seu mecanismo de ação envolve uma condensação aldólica. Para uma visão em vídeo do mecanismo de ação da citrato sintase, clique aqui.

Aconitase

A aconitase é uma enzima que apresenta um centro de ferro-enxofre funcional [Fe₄S₄]²⁺, que interatua com 3 resíduos de cisteína da enzima. É particularmente sensível ao stress oxidativo e, em especial, ao anião superóxido, devido ao centro de ferro-enxofre.

Apresenta dois homólogos no nosso organismo, nomeadamente, a iron-responsive element-binding protein (IRE-BP) e a 2-isopropilmalato desidratase (ou alfa-isopropilmalato isomerase).

Do ponto de vista estrutural, a aconitase apresenta duas conformações, uma para o estado inativo e outra para o estado ativo. Na forma inativa, possui quatro domínios, sendo que os primeiros três estabelecem interações com o centro de ferro-enxofre, enquanto o último possui o centro ativo. Quando se torna ativa, a enzima sofre alterações no centro de ferro enxofre (passa de Fe₃S₄ para Fe₄S₄), sendo esta a principal diferença entre as duas conformações da enzima.

O seu mecanismo de ação recorre a um mecanismo de desidratação-hidratação, através do intermediário cis-aconitato.

O seu centro ativo possui dois resíduos de aminoácidos particularmente importantes para a atividade catalítica – His101 e Ser642.

A importância desta enzima do ponto de vista fisiológico é suportada pela existência de várias doenças que a afetam. Uma delas é designada por deficiência em aconitase. É provocada por uma mutação no gene que codifica uma proteína responsável pela montagem do centro de ferro-enxofre. Esta doença causa miopatia e intolerância ao exercício, pois o catabolismo aeróbico destes indivíduos está comprometido. Outra doença é a ataxia de Friedreich (FRDA), caraterizada por uma menor atividade da aconitase e de outra enzima do ciclo de Krebs. A sucinato desidrogenase. Além destas, há estudos que apontam para uma possível relação entre a aconitase e a diabetes. Contudo, trata-se ainda de uma hipótese que tem que ser melhor caracterizada.

Isocitrato desidrogenase

A isocitrato desidrogenase é a segunda enzima regulatória do ciclo de Krebs. Há três isoformas diferentes da isocitrato desidrogenase. Uma existe apenas na matriz mitocondrial e utiliza o NAD⁺ como aceitador de eletrões. As outras isoformas utilizam o NADP⁺ como aceitador de eletrões e aparentam ter como principal função a formação de NADPH, essencial para as reações anabólicas redutoras. Estas formas estão presentes na matriz mitocondrial, no citosol e no peroxissoma.

As formas que utilizam NADP⁺ como cofator possuem uma estrutura homodimérica, enquanto as que utilizam NAD⁺ é um heterotetrâmero.

A reação catalisada pela isocitrato desidrogenase envolve a formação de um intermediário, o oxalossuccinato.

Do ponto de vista clínico, foram encontradas algumas mutações na isocitrato desidrogenase em alguns tumores cerebrais, nomeadamente, astrocitoma, oligodendroglioma e glioblastoma multiforme. Também há alguns estudos que apontam para uma possível relação entre mutações na enzima e a leucemia mieloide aguda.

Alfa-cetoglutarato desidrogenase

Este é o terceiro (e último!) ponto de regulação do ciclo de Krebs.

Esta enzima, que também pode ser designada por oxoglutarato desidrogenase, é, na realidade um complexo multienzimático. É formado pelas seguintes enzimas: alfa-cetoglutarato desidrogenase, dihidrolipoil succiniltransferase e dihidrolipoil desidrogenase. Apresenta uma composição e um mecanismo de reação muito semelhante ao complexo piruvato desidrogenase. Devido a isso, pensa-se que possivelmente ambos os complexos tiveram uma origem comum e a certa altura do percurso evolutivo sofreram evolução divergente.

Clinicamente, este complexo enzimático funciona como um autoantigénio na cirrose biliar primária, uma forma aguda de falha hepática. Além disso, a sua atividade catalítica também se encontra diminuída em várias doenças neurodegenerativas.

Quem diria que a música Yellow Submarine, dos Beatles, podia ser transformada numa canção sobre o ATP? O Dr. Ahern (www.davincipress.com/metabmelodies.html), claro!

Clica aqui para fazer download da música

We All Need Just a Little ATP

Instructor sings
In the cells, inside of us, there's a sugar on adenine
Which is linked, to phosphate groups, and you know it as ATP

Everyone Sings:
If we build up a lot of ATP, we've too much energy, metabolically
If we build up a lot of ATP, we've too much energy, metabolically

Instructor sings
And the cellular decree, calls for storing up the energy
So we save, it chemically, building acids onto ACP

Everyone Sings:
Making fat stores a lot of energy, creates NADP, and uses ATP
Making fat stores a lot of energy, creates NADP, and uses ATP

Instructor sings
When we need, some energy, we burn fats in fancy cell machines
Acids all, get shuttled in, on the backs of little carnitines

Everyone Sings:
We break acids every hour today, in mitochnodri-ay, to acetyl-CoA
We break acids every hour today, in mitochnodri-ay, to acetyl-CoA

Instructor sings
One more thing, about this tune, should be remembered by, all of you
Burning fat, converts a few, FADs to FADH2s

Everyone Sings:
NADH is a product too, that you can surely use, when NAD's reduced
NADH is a product too, that you can surely use, when NAD's reduced