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Oxidación de ácidos grasos y Oxidación de ácidos grasos y ciclo de ciclo de KrebsKrebs
Departamento de BioquímicaNoviembre de 2005
U.T.I. Biología Celular
Fases de la respiración celular
1. La oxidación de ácidos grasos, glucosa y algunos aminoácidos produce acetil-CoA
2. Los grupos acetilo se incorporan al ciclo de Krebs, se oxidan a CO2 y la energía liberada se conserva en forma de ATP y en las coenzimas reducidas NADH y FADH2
3. Los electrones transportados por el NADH y el FADH2 se transfieren a la cadena respiratoria, donde fluyen hacia el O2 para formar H2O y promueven la formación de ATP en el proceso de fosforilación oxidativa
Anatomía bioquímica de la mitocondria
ββ--Oxidación de ácidos grasosOxidación de ácidos grasos
Los ácido grasos deben ser activados antes de su entrada a la mitocondria
La ligasa específica para ácidos grasos de cadena larga es una enzima unida a
membrana mitocondrial externa y al retículo endoplásmico
El ciclo de la carnitina permite la entrada de los ácidos grasos a la mitocondria
Translocasa
Estrategia general de la β-oxidación
Balance de la β-oxidación (C16)
Palmitoil-CoA + 7CoA-SH + 7FAD + 7NAD+ + 7H2O
8 Acetil-CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+
Balance de la β-oxidación (C16)
En el último ciclo de oxidación de un ácido graso de cadena impar el sustrato tiene 5 carbonos: la fragmentación tiolítica produce
acetilacetil--CoACoA y y propionilpropionil--CoACoA
Control de la oxidación de los ácidos grasos
•En la mayoría de las células el control depende de la disponibilidad de sustrato
•En animales superiores esta disponibilidad está determinada por acción de hormonas
•En el hígado el malonil-CoA inhibe a la carnitinaacil transferasa I y por tanto la β-oxidación
El ciclo de El ciclo de KrebsKrebs
La decarboxilación oxidativa del piruvatoproduce acetil-CoA, CO2 y NADH
Complejo multienzimático: piruvato deshidrogenasaformado por 3 enzimas y 5 coenzimas diferentes implicadas en la reacción y dos enzimas adicionales implicadas en la regulación
NADNAD FADFAD CoACoA
Pirofosfato de tiaminaPirofosfato de tiamina LipoamidaLipoamida
El complejo El complejo piruvatopiruvato deshidrogenasadeshidrogenasa utiliza utiliza 5 coenzimas diferentes5 coenzimas diferentes
El complejo El complejo piruvatopiruvato deshidrogenasadeshidrogenasa está está formado por 3 enzimas diferentesformado por 3 enzimas diferentes
EnzimaEnzima CoenzimaCoenzima NNoo/complejo/complejoE1 :E1 : piruvatopiruvato deshidrogenasadeshidrogenasa TPPTPP 2424E2 :E2 : dihidrolipoildihidrolipoil transacetilasatransacetilasa LipoatoLipoato, , CoACoA 2424E3 :E3 : dihidrolipoildihidrolipoil deshidrogenasadeshidrogenasa FAD, NADFAD, NAD 1212
Los productos intermedios permanecen Los productos intermedios permanecen unidos al complejo unidos al complejo piruvatopiruvato deshidrogenasadeshidrogenasa
Panorámica del ciclo de Panorámica del ciclo de KrebsKrebs
El ciclo de El ciclo de KrebsKrebs tiene tiene
8 pasos8 pasos
1.1. Formación de citratoFormación de citrato
•• El El citroilcitroil--CoACoA es un es un intermeinterme--diario transitorio de reaccióndiario transitorio de reacción
•• La hidrólisis del enlace La hidrólisis del enlace tioéstertioésterdel intermediario hace que la del intermediario hace que la reacción sea reacción sea exergónicaexergónica
2.2. Formación de Formación de isocitratoisocitrato vía vía ciscis--aconitatoaconitato
La La aconitasaaconitasa contiene un contiene un centro hierrocentro hierro--azufre que azufre que actúa como centro de actúa como centro de fijación de sustratos y fijación de sustratos y centro catalíticocentro catalítico
3.3. Oxidación del Oxidación del isocitratoisocitrato a a αα--cetoglutaratocetoglutarato y COy CO22
Existen dos formas diferentes de isocitrato deshidrogenasa:• NAD dependiente (matriz mitocondrial)• NADP dependiente (matriz mitocondrial y citosol)
4.4. Oxidación del Oxidación del αα--cetoglutaratocetoglutarato a a succinilsuccinil--CoACoA y COy CO22
El complejo de la α-cetoglutaratodeshidrogenasa es muy parecido al complejo piruvato deshidrogenasa, tanto en estructura como en función
5.5. Conversión del Conversión del succinilsuccinil--CoACoA en en succinatosuccinato
La formación acoplada de GTP (o ATP) a La formación acoplada de GTP (o ATP) a expensas de la energía liberada por la expensas de la energía liberada por la decarboxilacióndecarboxilación oxidativa del oxidativa del αα--cetoceto--glutaratoglutarato es es otro ejemplo de otro ejemplo de fosforilación a nivel del sustratofosforilación a nivel del sustrato
6.6. Oxidación del Oxidación del succinatosuccinato a a fumaratofumarato
En eucariotas, la En eucariotas, la succinatosuccinato deshidrogenasadeshidrogenasase encuentra unida a la membrana se encuentra unida a la membrana mitocondrialmitocondrialinterna, contiene tres centros hierrointerna, contiene tres centros hierro--azufre azufre diferentes y una molécula de FAD unida diferentes y una molécula de FAD unida covalentementecovalentemente. .
El malonato es un fuerte inhibidor competitivo de esta enzima
7.7. Hidratación del Hidratación del fumaratofumarato y producción y producción de de malatomalato
Esta enzima es Esta enzima es específica para el específica para el
fumaratofumarato y el Ly el L--malatomalato
8.8. Oxidación del Oxidación del malatomalato a a oxalacetatooxalacetato
Balance del Ciclo de Krebs
Acetil-CoA + 3H2O + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi
2CO2 + 3NADH + FADH2 + CoASH + GTP
La energía de las oxidaciones del ciclo se La energía de las oxidaciones del ciclo se conserva con eficienciaconserva con eficiencia
Los C de los ácidos grasos entran al ciclo de Los C de los ácidos grasos entran al ciclo de KrebsKrebsmayoritariamente vía mayoritariamente vía acetilacetil--CoACoA
Los C de los aminoácidos entran al ciclo de Los C de los aminoácidos entran al ciclo de KrebsKrebsen diferentes puntosen diferentes puntos
Los componentes del ciclo son importantes Los componentes del ciclo son importantes intermediarios intermediarios biosintéticosbiosintéticos (vía (vía anfibólicaanfibólica))
Las reacciones Las reacciones anapleróticasanapleróticas reponen los reponen los intermediarios del ciclo de intermediarios del ciclo de KrebsKrebs
Regulación del Ciclo de Regulación del Ciclo de KrebsKrebs
Regulación del ciclo de Regulación del ciclo de KrebsKrebsPiruvatoPiruvato deshidrogenasadeshidrogenasa
1.1. Regulación Regulación alostéricaalostérica:• Inhibidores: ATP, acetil-CoA, NADH y ácidos grasos
de cadena larga• Activadores: AMP, CoA y NAD+
2.2. Modulación covalenteModulación covalente: además de E1, E2 y E3 el complejo PDH contiene 2 enzimas reguladoras capaces de modificar covalentemente a E1•• E1 E1 quinasaquinasa : al fosforilar a E1 la inactiva
esta quinasa es activada por NADH y acetil-CoA•• E1 E1 fosfatasafosfatasa: al defosforilar a E1 la activa
esta fosfatasa es activada por Mg++ y Ca++
1.1. Disponibilidad de sustratosDisponibilidad de sustratos
2.2. Inhibición por acumulación de productos:Inhibición por acumulación de productos:
3.3. Regulación de las siguientes enzimas:Regulación de las siguientes enzimas:•• Citrato Citrato sintasasintasa
Inhibidores: NADH, Inhibidores: NADH, succinilsuccinil--CoACoA, citrato, ATP, citrato, ATPActivadores: ADPActivadores: ADP
•• IsocitratoIsocitrato deshidrogenasadeshidrogenasaInhibidores: ATPInhibidores: ATPActivadores: Activadores: CaCa++++, ADP, ADP
•• αα--cetoglutaratocetoglutarato deshidrogenasadeshidrogenasaInhibidores: Inhibidores: succinilsuccinil--CoACoA, NADH, NADHActivadores: Activadores: CaCa++++
El factor regulador más importante es la relación El factor regulador más importante es la relación intramitocondrialintramitocondrial de [NAD+] / [NADH]de [NAD+] / [NADH]
Regulación del ciclo de Regulación del ciclo de KrebsKrebs