Ciclo do Glioxilato

O ciclo do glioxilato consiste numa via anabólica considerada uma variação do ciclo do ácido tricarboxílico (TCA, pela sigla em inglês). O ciclo do TCA ocorre nas plantas, bactérias e fungos, e neste a acetil-CoA é convertida em succinato. Pensava-se que o ciclo do glioxilato não ocorria em animais devido à ausência das enzimas isocitrato liase e malato sintase; no entanto, atualmente esta hipótese está a ser investigada. O ciclo do glioxilato ocorre nos glioxissomas, que são peroxissomas específicos. Neste ciclo não ocorrem reações de descarboxilação. No ciclo do glioxilato as células utilizam 2 unidades de carbono de acetato e convertem as mesmas em 4 unidades de carbono, succinato, para a produção de energia e para a biossíntese.  Adicionalmente, em cada ciclo ocorre a produção de uma molécula de FADH 2 e de NADH.

Última atualização: Apr 17, 2025

Responsibilidade editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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, 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
    • Saccharomyces cerevisiae
    • Cryptococcus neoformans

Vídeos recomendados

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.
  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.
  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.
O ciclo do glioxilato

A figura apresentada representando o ciclo do glioxilato

Imagem de Lecturio.

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 + 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.
Tabela: Principais diferenças entre o ciclo do glioxilato e o ciclo do ácido tricarboxílico
Ciclo do glioxilato Ciclo do ácido tricarboxílico
Local Glioxissomas de plantas, fungos e provavelmente vertebrados Mitocôndrias de animais
Número de carbonos Substrato inicial com 4 carbonos Substrato inicial com 2 carbonos
Moléculas de CO 2 libertadas Nenhuma 2
Número de reações oxidativas 2 4
Energia produzida por ciclo
  • 1 NADH
  • 1 FADH 2
  • 3 NADH
  • 1 FADH 2
  • 1 GTP
Síntese de glicose Ocorre síntese de glicose devido à formação de 1 molécula extra de oxaloacetato Sem síntese de glicose
FADH 2 : dinucleotído de flavina e adenina
GTP: trifosfato de guanosina

Relevância Clínica

Os genes do ciclo do glioxilato foram identificados em 2 organismos capazes de sobreviver no interior dos macrófagos: na bactéria M. 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: 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.

Referências

  1. Anjana, K., & Kumar, S. (2023). The glyoxylate cycle: An evolutionary perspective and its significance in plant metabolism. Plant Physiology and Biochemistry, 193, 106–118. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2023.04.012
  2. Berg, J. M., Tymoczko, J. L., Gatto, G. J., & Stryer, L. (2023). Biochemistry (10th ed.). W.H. Freeman and Company.
  3. Chaudhary, R., & Gupta, V. K. (2024). Targeting isocitrate lyase in Candida albicans: Novel antifungal approaches for immunocompromised patients. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 79(1), 45–57. https://doi.org/10.1093/jac/dkad354
  4. Chen, X., Li, N., Wang, J., & Chen, H. (2023). The overlooked role of the glyoxylate cycle in mammalian metabolism: Current perspectives and future directions. Trends in Biochemical Sciences, 48(3), 242–255. https://doi.org/10.1016/j.tibs.2022.11.008
  5. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2023). The cell: A molecular approach (9th ed.). Oxford University Press.
  6. Gehart, H., & Clevers, H. (2023). Metabolic adaptation of the intestinal epithelium: The glyoxylate pathway in intestinal stem cells. Cell Metabolism, 35(2), 217–228. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2023.01.003
  7. Ito, K., Yamazaki, S., & Toya, Y. (2024). Glyoxysome biogenesis in plant seeds: Transcriptional regulation during germination. The Plant Cell, 36(1), 164–179. https://doi.org/10.1093/plcell/ktad389
  8. Kumar, A., Singh, P., & Sharma, A. (2024). Glyoxylate cycle enzymes as potential drug targets against Mycobacterium tuberculosis: Advances in inhibitor design and development. Frontiers in Microbiology, 15, 1254321. https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1254321
  9. Liu, Y., Zhang, H., & Wang, J. (2023). Comparative analysis of the tricarboxylic acid and glyoxylate cycles: Evolutionary and metabolic implications. Journal of Molecular Evolution, 91(3), 200–214. https://doi.org/10.1007/s00239-023-10074-0
  10. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., & Martin, K. C. (2023). Molecular cell biology (9th ed.). W.H. Freeman and Company.
  11. Mendoza-Hoffmann, F., García-González, A. S., & Álvarez-Buylla, E. R. (2023). The role of the glyoxylate cycle in plant development: Beyond germination. Current Opinion in Plant Biology, 72, 102315. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2023.102315
  12. Neinast, M., & Murthy, A. (2024). Evidence for a functional glyoxylate cycle in mammalian tissues: Implications for metabolic disease. Nature Metabolism, 6(3), 398–412. https://doi.org/10.1038/s42255-024-00935-x
  13. Park, S. J., & Kang, S. O. (2023). The glyoxylate cycle in fungal pathogenesis: Molecular mechanisms and therapeutic implications. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 87(2), e00001-23. https://doi.org/10.1128/mmbr.00001-23
  14. Phelps, D. C., & Johnson, M. K. (2023). Comprehensive biochemistry: From molecules to systems (4th ed.). Pearson Education Inc.
  15. Sharma, V., & Thakur, K. (2024). Isocitrate lyase and malate synthase inhibitors as novel therapeutics against fungal infections: Structure-based drug design approaches. Journal of Medicinal Chemistry, 67(3), 1452–1469. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.3c02155
  16. Tan, D., Wang, F., & Zhang, X. (2024). Energy balance and carbon flux in the glyoxylate cycle: Quantitative analysis using stable isotope labeling. Metabolic Engineering, 75, 84–96. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2023.12.008
  17. Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (2023). Fundamentals of biochemistry: Life at the molecular level (6th ed.). John Wiley & Sons, Inc.
  18. Wang, Z., Li, J., & Chen, Y. (2023). The emerging role of glyoxylate cycle in vertebrates: Challenging the long-held dogma. Scientific Reports, 13, 14682. https://doi.org/10.1038/s41598-023-41653-w
  19. Wu, Y., Zhang, L., & Liu, H. (2024). Specialized peroxisomes in plants: Structure, function, and biogenesis of glyoxysomes during seed germination. Annual Review of Plant Biology, 75, 219–242. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-102723-025410
  20. Zhu, G., Yang, F., & Bao, R. (2023). Structural biology of glyoxylate cycle enzymes: Insights for antimicrobial drug discovery. Journal of Structural Biology, 215(2), 107934. https://doi.org/10.1016/j.jsb.2023.107934

Aprende mais com a Lecturio:

Complementa o teu estudo da faculdade com o companheiro de estudo tudo-em-um da Lecturio, através de métodos de ensino baseados em evidência.

Estuda onde quiseres

A Lecturio Medical complementa o teu estudo através de métodos de ensino baseados em evidência, vídeos de palestras, perguntas e muito mais – tudo combinado num só lugar e fácil de usar.

User Reviews

Details