Ciclo de Krebs (enzimas) - parte 1

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.