Download Reacciones del ciclo del ácido cítrico

Catabolismo de proteínas, grasas y carbohidratos en las tres etapas de la
respiración celular
El piruvato es oxidado a acetil-CoA y CO2
Complejo piruvato-deshidrogenasa
Generalidades:
•Complejo multienzimático (3 enzimas) situado en mitocondria (eucariotas)
o en citosol (procariotas)
•5 cofactores (4 son coenzimas derivadas de vitaminas)
•Regulación covalente y alostérica
•Prototipo de otros 2 complejos enzimáticos:
a-cetoglutarato-deshidrogenasa(en ciclo de Krebs),y acetoacido deshidrogenasa (oxidación de aminoácidos)
•Cataliza un proceso oxidativo irreversible en el que el grupo carboxilo
del piruvato se remueve como CO2 y los 2 C remanentes se convierten
en el grupo acetilo del acetil-CoA
El complejo piruvato deshidrogenasa
requiere 5 coenzimas
Componente vitamínico
Tiamina pirofosfato (TPP)
Tiamina
Flavin adenin dinucleótido (FAD)
Riboflavina
Coenzima A (CoA)
Pantotenato
Nicotinamida adenina dinucleótido
(NAD)
Niacina
Lipoato
Lipoato: acarreador de electrones y grupos acilo en sus dos grupos tiol
Descarboxilación oxidativa de piruvato a acetil-CoA por el
complejo piruvato deshidrogenasa
•Descarboxilación de
piruvato a Acetil CoA
(reacciones 1-3)
•Intermediarios
permanecen unidos a
la superficie de la
enzima
•NADH transfiere
electrones al
oxígeno en la
cadena respiratoria.
Cada NADH
produce 2.5
ATP/par de
electrones
Descarboxilación oxidativa de piruvato a acetil-CoA por el
complejo piruvato deshidrogenasa
•Regeneración
del grupo lipoil
(reacciones 45) por
transferencia de
electrones de la
E2 a FAD, y por
ultimo a NAD.
La conversión de una molécula de piruvato en
acetil CoA produce 1 NADH
•Por molécula de glucosa:
2 piruvatos=2NADH= 5 ATP
Mutaciones de los genes que codifican por las
subunidades del complejo o deficiencia de
tiamina en la dieta evita la oxidación de
piruvato, que es vital para el cerebro
Beriberi: enfermedad producida por la
deficiencia de tiamina, en donde hay
pérdida de la función neuronal
(personas cuya alimentación consiste
básicamente en arroz blanco, o en
alcohólicos)
Reacciones del ciclo del ácido cítrico
Reacciones del ciclo del ácido cítrico
•4 de los 8 pasos son oxidaciones. La energía es
conservada en la formación de cofactores reducidos
NADH y FADH2
•Ciclo central en el metabolismo productor de energía,
también produce intermediarios de 4 y 5 carbonos que
sirven como precursores en ciclos biosintéticos
•Para reemplazar los intermediarios removidos para
biosintesis las células emplean reacciones
anapleróticas
Sigue…
Reacciones del ciclo del ácido cítrico
•Sucede en mitocondrias (eucariotas
aerobios). Mitocondria principal sitio de
producción de ATP
•En eucariotas fotosintéticos ocurre en
mitocondria (ciclo oscuro), pero en ciclo de luz
ocurre en cloroplastos (principal sitio de
producción de ATP)
•En procariotas ocurre en citosol. La membrana celular
tiene rol análogo a membrana interna de la mitocondria
en síntesis de ATP
Formación de citrato:
Oxaloacetato es el primer sustrato que se une a la enzima produciendo
un cambio conformacional que crea el sitio de unión para el segundo
sustrato (acetil Co-A)
Oxidación de a-cetoglutarato a succinil Co-A
Conversión de succinil-CoA a succinato
Fosforilación a nivel de sustrato: formación acoplada de ATP (GTP) a expensas
de la energía liberada por la descarboxilación oxidativa del a-cetoglutarato
GTP puede donar su grupo fosforilo al ADP
para formar ATP, sin pérdida o ganancia de
energía!
GTP + ADP
GDP + ATP
∆G’°= 0 kJ/mol
La energía derivada de las oxidaciones en el ciclo es
conservada eficientemente
En cada vuelta (1 piruvato) del ciclo de Krebs se producen:
2 CO2
3 NADH x 2.5= 7.5 ATP
1 FADH2 x 1.5= 1.5 ATP
1 GTP (o ATP)= 1 ATP
10 ATP x 2= 20 ATP
Cuantas vueltas dará el
ciclo de Krebs para
catabolizar una molécula
de glucosa?
Cuántos GTP, NADH y
FADH2 se producirán en
total por molécula de
glucosa?
Cuántas moléculas netas
de ATP se obtienen a
partir de una molécula de
glucosa al final de la
fosforilación oxidativa?
32 ATP x 30.5 kJ/mol= 976 kJ/mol = 34% de la energía obtenible de la
oxidación de glucosa. Con datos reales (∆G) la eficiencia es cercana al
65%
Porqué la oxidación del acetato es
tan complicada?
Porque el cíclo del ácido cítrico es anfibólico:
funciona tanto como ciclo catabólico que como
anabólico
Precursores biosintéticos producidos por un ciclo del
ácido cítrico incompleto en bacterias anaeróbicas
Reacciones anapleróticas que reponen los intermediarios del cíclo del ácido cítrico que
han sido depletados al ser usados como precursores en vías anabólicas
Acetil
CoA
Reacciones anapleróticas que reponen los intermediarios del cíclo del ácido cítrico
Piruvato carboxilasa: compuesta de 4 subunidades idénticas, cada una con
una biotina (grupo prostético) unida covalentemente
Biotina:
Vitamina requerida en dieta humana,
también es sintetizada por bacteria
intestinal. Su deficiencia ocurre
principalmente cuando se consumen
grandes cantidades de huevo crudo que
tiene avidina (proteína afín a la biotina), lo
cual impide su absorción intestinal
Regulación del ciclo del ácido cítrico
La producción de acetil-CoA por el complejo piruvato
deshidrogenasa está regulada por mecaismos
alostéricos y covalentes
a) Mecanismos
alostéricos:
La actividad enzimática se apaga cuando hay alta
concentración de energéticos (combustible) en forma de
ácidos grasos y acetil CoA. También cuando la
concentración de ATP celular es elevada, y el radio
NADH/NAD+ es alto
Se enciende cuando hay demanda energética y se requiere un
mayor flujo de acetil CoA al ciclo. En ese momento el radio
NADH/NAD+ es bajo
b) Regulación
covalente:
El complejo enzimático es inhibido por fosforilación reversible
del residuo Serina en la E1
•En presencia de altas concentraciones de ATP: se fosforila
la E1, inactivando el complejo
•En presencia de bajas concentraciones de ATP se
remueve el grupo fosfato, activando al complejo E1
El ciclo del ácido cítrico está regulado en sus tres pasos exergónicos
El flujo de metabolitos a través del ciclo del ácido cítrico está regulada por:
1) Disponibilidad de sustrato
2) Inhibición por acumulación de producto
3) Inhibición alostérica por retroalimentación (feedback) de enzimas
que catalizan reacciones tempranas en la vía
Las concentraciones de sustratos e
intermediarios del ciclo del ácido cítrico
fijan el flujo a través de la vía a una
velocidad que provee concentraciones
óptimas de ATP y NADH
La velocidad de la glucólisis y la del ciclo del ácido
cítrico están integrados (bajo condiciones
normales)
Se metaboliza tanta glucosa como se requiera por el ciclo del ácido
cítrico (suple de grupos acetilo)
La velocidad de la glucólisis y del ciclo del ácido cítrico están
coordinadas por medio de a) inhibición por altos niveles de
ATP y NADH (componentes comunes en ambos ciclos) y b) por
la concentración de citrato (producto final del ciclo del ácido
cítrico que inhibe la fosfofructoquinasa en la glucólisis)
Ciclo del Glioxilato: conversión de acetato a carbohidrato