krebs
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METABOLISMO INTERMEDIARIO 4
Ciclo de Krebs o Ciclo del Ácido CítricoO Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicos
(CAT)
El CAT es una ruta anfibólica y El CAT es una ruta anfibólica y central del metabolismocentral del metabolismo
““Comienza” con la formación Comienza” con la formación del citrato por la del citrato por la condensacióncondensación del acetil-CoA y el oxalacetato del acetil-CoA y el oxalacetato (OAA)(OAA)
Termina con la regeneración del Termina con la regeneración del OAA por OAA por deshidrogenacióndeshidrogenación del del malatomalato
Ocurren dos Ocurren dos descarboxilaciones descarboxilaciones oxidativasoxidativas y dos y dos deshidrogenacionesdeshidrogenaciones, de las , de las cuales se obtiene NADH, cuales se obtiene NADH, FADHFADH22 (y NADPH) (y NADPH)
Es la segunda Es la segunda etapa de la etapa de la
respiración aerobiarespiración aerobia
Dos etapas del cicloDos etapas del ciclo
Son 9 reacciones compartimentadas en la Son 9 reacciones compartimentadas en la matriz mitocondrial catalizadas por 8 enzimasmatriz mitocondrial catalizadas por 8 enzimas
En las primeras 4 reacciones ocurren dos En las primeras 4 reacciones ocurren dos descarboxilacionesdescarboxilaciones oxidativas, con lo cual se oxidativas, con lo cual se pierden los carbonos del acetil-CoA y se forma pierden los carbonos del acetil-CoA y se forma un compuesto activado: el un compuesto activado: el succinil-CoAsuccinil-CoA
Las últimas 4 reacciones permiten la Las últimas 4 reacciones permiten la regeneración del regeneración del oxalacetatooxalacetato, que hace posible , que hace posible que el proceso se reinicieque el proceso se reinicie
Citrato sintasa
Aconitasa
Isocitrato deshidrogenasa
α-cetoglutarato deshidrogenasa
Succinil-CoA sintetasa
Succinato deshidrogenasa
Fumarato hidratasa
Malato deshidrogenasa
Síntesis de citratoSíntesis de citrato
En la condensación participa un En la condensación participa un grupo nucleófilo en el sitio activo grupo nucleófilo en el sitio activo de la de la citrato sintasacitrato sintasa, lo cual activa , lo cual activa al carbono terminal del acetil-CoAal carbono terminal del acetil-CoA
Isomerización del citratoIsomerización del citrato La La aconitasaaconitasa cataliza las reacciones de cataliza las reacciones de
deshidratación del citrato en el carbono 3 y la deshidratación del citrato en el carbono 3 y la posterior hidratación en el carbono adyacenteposterior hidratación en el carbono adyacente
Esta enzima también reconoce al Esta enzima también reconoce al fluorocitratofluorocitrato, , un un sustrato suicidasustrato suicida, cuyo producto ya no es , cuyo producto ya no es reconocido por la siguiente enzima (isocitrato reconocido por la siguiente enzima (isocitrato deshidrogenasa IDH)deshidrogenasa IDH)
La La aconitasaaconitasa es es una enzima una enzima
estereoespefífica estereoespefífica con un sitio de con un sitio de
unión al sustrato unión al sustrato asimétricoasimétrico
Primera descarboxilaciónPrimera descarboxilación
La La isocitrato deshidrogenasa isocitrato deshidrogenasa (IDH)(IDH) convierte el citrato en convierte el citrato en αα--cetoglutarato, mediante una cetoglutarato, mediante una oxidación seguida de una oxidación seguida de una descarboxilacióndescarboxilación
La enzima está bajo La enzima está bajo control control alostéricoalostérico por ADP(+) y por por ADP(+) y por NADH (-)NADH (-)
Segunda descarboxilaciónSegunda descarboxilación
El complejo El complejo αα-cetoglutarato deshidrogenasa-cetoglutarato deshidrogenasa (AKGDH) oxida y descarboxila al sustrato para (AKGDH) oxida y descarboxila al sustrato para producir un compuesto activado: el producir un compuesto activado: el succinil-succinil-CoACoA, en una reacción muy exergónica, en una reacción muy exergónica
El AKGDH es similar en estructura y El AKGDH es similar en estructura y mecanismo de reacción al piruvato mecanismo de reacción al piruvato deshidrogenasa (PDH)deshidrogenasa (PDH)
Síntesis de GTP/ATPSíntesis de GTP/ATP Ocurre por fosforilación a nivel de Ocurre por fosforilación a nivel de
sustratosustrato SuccinilSuccinil--CoACoA + Pi + + Pi + GDPGDP <=> <=>
SuccinatoSuccinato + + GTPGTP + + CoASHCoASH ( (G’º = -G’º = -2.9 kJ/mol) 2.9 kJ/mol)
El GTP sirve como El GTP sirve como donador del fosfato donador del fosfato al ADP para sintetizar ATP, catalizado al ADP para sintetizar ATP, catalizado por la nucleósido difosfocinasa (NDPK) por la nucleósido difosfocinasa (NDPK)
La oxidación del succinato dona La oxidación del succinato dona electrones al FADelectrones al FAD
La La succinato succinato deshidrogenasadeshidrogenasa (SDH) es (SDH) es la única enzima del CAT la única enzima del CAT unida a la membrana internaunida a la membrana interna
La SDH participa en otras La SDH participa en otras rutasrutas
Tiene unida FAD, un Tiene unida FAD, un aceptor aceptor de electronesde electrones que los dona que los dona directamente a la cadena directamente a la cadena respiratoriarespiratoria
FumarasaFumarasa
La La fumarato hidratasafumarato hidratasa convierte al fumarato convierte al fumarato en L-malato en una en L-malato en una reacción reacción estereoespecífica, estereoespecífica, que únicamente que únicamente reconoce al isómero reconoce al isómero transtrans
FumaratoFumarato + H + H22O <=> O <=>
L-L-MalatoMalato
Regeneración del OAARegeneración del OAA
La malato La malato deshidrogenasa realiza la deshidrogenasa realiza la catálisis reversible de catálisis reversible de Piruvato o Oxaloacetato Piruvato o Oxaloacetato en Malato dependiente en Malato dependiente de NAD o NADPde NAD o NADP
Mantiene los niveles de Mantiene los niveles de OAA intramitocondriales OAA intramitocondriales bajos (<1 bajos (<1 M)M)
L-L-MalatoMalato + + NADNAD++ <=> <=> OxaloacetatoOxaloacetato + + NADHNADH + + HH++ ( (Gº’= +29.7 kJ/mol)Gº’= +29.7 kJ/mol)
Resumen de las reaccionesResumen de las reacciones
Hay dos Hay dos endergónicasendergónicas Hay tres virtualmente Hay tres virtualmente irreversiblesirreversibles Una está Una está en equilibrioen equilibrio Hay tres enzimas Hay tres enzimas estereoespecíficasestereoespecíficas Las reacciones de oxidación son las que están Las reacciones de oxidación son las que están
sometidas a regulaciónsometidas a regulación Por cada vuelta del ciclo, se forma un ATP Por cada vuelta del ciclo, se forma un ATP
(GTP) directa o indirectamente por (GTP) directa o indirectamente por fosforilación fosforilación a nivel de sustratoa nivel de sustrato
La La ganancia energéticaganancia energética es en forma de NADH, es en forma de NADH, FADHFADH22 y GTP y GTP
¿Por qué llamarlo ciclo del ácido ¿Por qué llamarlo ciclo del ácido cítrico?cítrico?
It is convenient to use a brief It is convenient to use a brief term for the kind of scheme. Its term for the kind of scheme. Its essential feature is the periodic essential feature is the periodic formation of a number of di- and formation of a number of di- and tricarboxylic acids. As there is tricarboxylic acids. As there is no term which would serve as a no term which would serve as a common denominator for common denominator for all all the the various acids, it seemed various acids, it seemed reasonable to name the cycle reasonable to name the cycle after one, or some, of its after one, or some, of its characteristic and specific characteristic and specific acids. It was from such acids. It was from such considerations that the term considerations that the term "citric acid cycle" was proposed "citric acid cycle" was proposed in 1937.in 1937.
Hans Adolf Hans Adolf Krebs (1900-Krebs (1900-1981) Nobel 1981) Nobel en Medicina, en Medicina, 19531953
Principales evidencias del modelo Principales evidencias del modelo estudiando tejido muscularestudiando tejido muscular
Rápida oxidación de ácidos orgánicosRápida oxidación de ácidos orgánicos Al medir la velocidad de respiración (por consumo de Al medir la velocidad de respiración (por consumo de
OO22) los ácidos dicarboxílicos C4 la estimulan sin ser ) los ácidos dicarboxílicos C4 la estimulan sin ser consumidos: es decir, tienen un efecto consumidos: es decir, tienen un efecto catalíticocatalítico
Formación de Formación de αα-cetoglutarato a partir del citrato-cetoglutarato a partir del citrato Al añadir malonato (inhibidor competitivo de la succinato Al añadir malonato (inhibidor competitivo de la succinato
deshidrogenasa, SDH) la respiración estimulada por deshidrogenasa, SDH) la respiración estimulada por citrato se detiene y se acumula succinato, una prueba citrato se detiene y se acumula succinato, una prueba de la participación de la SDHde la participación de la SDH
La inyección de fluorocitrato induce la acumulación de La inyección de fluorocitrato induce la acumulación de citrato en tejidos animalescitrato en tejidos animales
Factores que regulan la velocidad Factores que regulan la velocidad de flujo de la rutade flujo de la ruta
El El estado energéticoestado energético: la velocidad se ralentiza cuando la : la velocidad se ralentiza cuando la proporción [ATP]/[ADP] es altaproporción [ATP]/[ADP] es alta
La isocitrato deshidrogenasa es activada La isocitrato deshidrogenasa es activada alostéricamente por el ADPalostéricamente por el ADP
Estado redoxEstado redox en la célula y los distintos compartimentos: en la célula y los distintos compartimentos: la acumulación de intermediarios reducidos (FADH2 y la acumulación de intermediarios reducidos (FADH2 y NADH) detiene la respiraciónNADH) detiene la respiración
El NADH puede inhibir mediante interacciones El NADH puede inhibir mediante interacciones alostéricas y por alostéricas y por limitación del NADlimitación del NAD++ disponible disponible
DisponibilidadDisponibilidad de compuestos, de energía elevada y el de compuestos, de energía elevada y el aceptor del acetilo: varias enzimas son inhibidas por aceptor del acetilo: varias enzimas son inhibidas por acetil-CoA y por succinil-CoA y en ausencia de acetil-CoA y por succinil-CoA y en ausencia de oxalacetato no funciona la rutaoxalacetato no funciona la ruta
Los reguladores Los reguladores del ciclo son del ciclo son
componentes que componentes que forman parte de forman parte de un proceso más un proceso más
grande: la grande: la respiraciónrespiración
Rutas alimentadoras del ciclo de Rutas alimentadoras del ciclo de KrebsKrebs
El Ciclo de Krebs es una vía El Ciclo de Krebs es una vía anfibólicaanfibólica
Las reacciones Las reacciones anapleróticasanapleróticas o de o de rellenorelleno
El CAT El CAT participa en rutasparticipa en rutas de aminoácidos, de ácidos de aminoácidos, de ácidos grasos y la gluconeogénesisgrasos y la gluconeogénesis
Las cantidades de los metabolitos del CAT varían de Las cantidades de los metabolitos del CAT varían de acuerdo a las necesidades de la célula o tejidoacuerdo a las necesidades de la célula o tejido
Las reacciones Las reacciones anapleróticasanapleróticas remplazan los remplazan los intermediarios usados en otras rutasintermediarios usados en otras rutas
Así las concentraciones de los intermediarios se Así las concentraciones de los intermediarios se mantienen más o menos constantesmantienen más o menos constantes
Debido a la Debido a la naturaleza cíclicanaturaleza cíclica de la ruta, aumentar la de la ruta, aumentar la concentración de un intermediario, incrementa las concentración de un intermediario, incrementa las concentraciones de concentraciones de todostodos los intermediarios los intermediarios
Otros usos biosintéticosOtros usos biosintéticos
En organismos En organismos anaerobios que anaerobios que carecen de una o carecen de una o más enzimas del más enzimas del CAT, las reacciones CAT, las reacciones restantes sirven con restantes sirven con fines de biosíntesis fines de biosíntesis en rutas no cíclicasen rutas no cíclicas