Ciclo do Glioxilato

Função

Vertebrados

• As 2 enzimas que são necessárias para que o ciclo do glioxilato ocorra não estão presentes em animais vertebrados:
  • Isocitrato liase
  • Malato sintase
• O ciclo do glioxilato pode ocorrer em alguns vertebrados complexos pela presença de enzimas semelhantes.
• No entanto, esta temática encontra-se sob investigação.

Plantas

• As sementes não podem realizar a fotossíntese, uma vez que não possuem cloroplastos.
• No entanto, nas sementes existem peroxissomas específicos conhecidos como glioxissomas, onde pode ocorrer o ciclo do glioxilato.
• O ciclo do glioxilato ocorre nas sementes durante a germinação para que:
  • Os lipídios armazenados nas sementes possam ser utilizados como fonte de energia para a formação de carbohidratos e para o crescimento e desenvolvimento da parte aérea.
  • O acetato é convertido em acetil-CoA, que por sua vez é:
    • Utilizada como fonte de carbono e energia
    • Utilizada para produzir moléculas de NADPH NADPH Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate. A coenzyme composed of ribosylnicotinamide 5′-phosphate (nmn) coupled by pyrophosphate linkage to the 5′-phosphate adenosine 2. Pentose Phosphate Pathway, que promove a síntese de ATP na cadeia de transporte de eletrões

Fungos

• Nos fungos, o ciclo do glioxilato ocorre principalmente nas espécies infecciosas.
• Os níveis de isocitrato liase e malato sintase aumentam após o contacto com um hospedeiro humano.
• O ciclo do glioxilato apresenta um papel importante na patogénese dos microorganismos:
  • As enzimas que participam do ciclo do glioxilato aumentam durante a fase patogénica.
  • Os fungos que não possuem as enzimas são menos virulentos.
• O mecanismo de patogénese deste ciclo nos fungos está sob investigação.
• Exemplos:
  • Candida albicans Candida albicans A unicellular budding fungus which is the principal pathogenic species causing candidiasis (moniliasis). Candida/Candidiasis
  • Saccharomyces cerevisiae
  • Cryptococcus Cryptococcus Cryptococcosis is an opportunistic, fungal infection caused by the Cryptococcus species. The principal pathogens in humans are C. neoformans (primary) and C. gattii. Cryptococcus neoformans is typically found in pigeon droppings and acquired by inhaling dust from contaminated soil. The majority of affected patients are immunocompromised. Cryptococcus/Cryptococcosis neoformans

Reações, Produção e Balanço de Energia

As plantas, fungos e bactérias necessitam de carbohidratos para a obtenção de energia e na síntese da parede celular (por exemplo, celulose, quitina e glicanos). O ciclo do glioxilato permite que os organismos produzam carbohidratos utilizando a acetil-CoA, a partir da β-oxidação dos ácidos gordos.

Reações

1. A via inicia-se com 2 moléculas de acetil-CoA.
2. A citrato sintase converte 1 das moléculas de acetil-CoA em citrato.
3. O citrato é convertido em isocitrato pela enzima aconitase Aconitase An enzyme that catalyzes the reversible hydration of cis-aconitate to yield citrate or isocitrate. It is one of the citric acid cycle enzymes. Glyoxylate Cycle.
4. O isocitrato é convertido em glioxilato e succinato.
5. O succinato é convertido em fumarato pela succinato desidrogenase.
6. O passo seguinte envolve a formação de 2 moléculas de malato:
   • Uma das molécula de malato é formada a partir da combinação de acetil-CoA e glioxilato.
   • A outra molécula é formada pela conversão do fumarato em malato na presença da fumarase Fumarase An enzyme that catalyzes the reversible hydration of fumaric acid to yield l-malic acid. It is one of the citric acid cycle enzymes. Glyoxylate Cycle.
7. A malato desidrogenase converte as 2 moléculas de malato em 2 moléculas de oxaloacetato.
8. Uma das moléculas de oxaloacetato é convertida em citrato e a outra é utilizada para a gliconeogénese.

Enzimas-chave no ciclo do glioxilato

As 2 enzimas-chave envolvidas no ciclo do glioxilato produzem 2 moléculas de malato, que, por sua vez, produzem 2 moléculas de oxaloacetato. A molécula de oxaloacetato em excesso é utilizada na gliconeogénese para a produção de glicose. As 2 enzimas-chave são:

• Isocitrato liase: converte o isocitrato (que contem 6 carbonos) em succinato (que contem 4 carbonos) e em glioxilato
• Malato sintase: associa a acetil CoA ao glioxilato para produzir o malato

Resumo do ciclo do glioxilato

• Produtos iniciais: 4 carbonos na forma de 2 moléculas de acetil-CoA
• Produtos finais: Em cada ciclo ocorre a produção de 1 molécula de NADH, 1 dinucleotído de flavina e adenina (FADH₂) e 2 moléculas de oxaloacetato.
• Não ocorre libertação de CO ₂
• Ocorrem 2 reações oxidativas.
• Ocorre síntese de glicose (devido à formação de uma molécula extra de oxaloacetato).

Produção de energia

• Em cada ciclo ocorre a produção de 1 molécula de FADH₂ e 1 molécula de NADH.
• Subsequentemente, a partir da molécula de NADH ocorre a produção de 2,5 moléculas de ATP e a partir da molécula de FADH ₂ são produzidas 1,5 moléculas de ATP, para obter um total de 4 moléculas de ATP.

As Principais Diferenças do Ciclo do Ácido Tricarboxílico (TCA, pela sigla em Inglês)

O ciclo TCA é a principal forma que o corpo utiliza para a obtenção de energia.

• Ambos os ciclos de TCA e glioxilato utilizam a acetil-CoA como substrato inicial. No entanto, os produtos finais de ambos os ciclos diferem:
  • No ciclo do TCA, ocorre a redução de 1 molécula de NAD NAD+ A coenzyme composed of ribosylnicotinamide 5′-diphosphate coupled to adenosine 5′-phosphate by pyrophosphate linkage. It is found widely in nature and is involved in numerous enzymatic reactions in which it serves as an electron carrier by being alternately oxidized (NAD+) and reduced (NADH). Pentose Phosphate Pathway ⁺ para produzir CO₂.
  • No ciclo do glioxilato ocorre a produção de succinato, utilizado na síntese de carbohidratos.
• Os ciclos ocorrem em diferentes organismos:
  • O ciclo do glioxilato ocorre predominantemente em plantas e fungos. Há evidências recentes de que os vertebrados apresentam as enzimas necessárias para que o ciclo do glioxilato ocorra.
  • O ciclo do TCA ocorre em animais.
• Os ciclos do TCA e do glioxilato apresentam 5 enzimas em comum. Existem algumas diferenças importantes entre as etapas, que resultam em diferentes resultados:
  • A isocitrato liase no ciclo do glioxilato converte o isocitrato em glioxilato e succinato.
  • No ciclo do TCA as moléculas sofrem descarboxilação. O ciclo do glioxilato não envolve nenhuma reação de descarboxilação; assim, os produtos do ciclo podem ser utilizados para a síntese de carbohidratos.
• No ciclo do TCA ocorre uma maior produção de energia comparativamente com o ciclo do TCA.

Relevância Clínica

Os genes Genes A category of nucleic acid sequences that function as units of heredity and which code for the basic instructions for the development, reproduction, and maintenance of organisms. DNA Types and Structure do ciclo do glioxilato foram identificados em 2 organismos capazes de sobreviver no interior dos macrófagos: na bactéria M. tuberculosis Tuberculosis Tuberculosis (TB) is an infectious disease caused by Mycobacterium tuberculosis complex bacteria. The bacteria usually attack the lungs but can also damage other parts of the body. Approximately 30% of people around the world are infected with this pathogen, with the majority harboring a latent infection. Tuberculosis spreads through the air when a person with active pulmonary infection coughs or sneezes. Tuberculosis e no fungo C. albicans. As enzimas necessárias para que ocorra o ciclo do glioxilato não estão presentes em humanos, logo são alvos ideais para a criação de novos antibióticos.

• C. albicans: agente patogénico oportunista que causa candidíase em seres humanos. O ciclo do glioxilato permite que C. albicans sobreviva nos ambientes com carência nutricional; logo, a enzima isocitrato liase foi considerada um alvo para obter efeitos antifúngicos. Os três compostos (ácido caféico, ácido rosmarínico e apigenina) apresentaram atividade antifúngica contra a C. albicans quando testados em meios sem glicose.
• M. tuberculosis Tuberculosis Tuberculosis (TB) is an infectious disease caused by Mycobacterium tuberculosis complex bacteria. The bacteria usually attack the lungs but can also damage other parts of the body. Approximately 30% of people around the world are infected with this pathogen, with the majority harboring a latent infection. Tuberculosis spreads through the air when a person with active pulmonary infection coughs or sneezes. Tuberculosis: bacilo intracelular facultativo, ácido-resistente, que causa a infeção respiratória conhecida como tuberculose. Atualmente, está a ser estudado o ciclo do glioxilato nas micobactérias de forma a desenvolver potenciais tratamentos para a tuberculose.