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CICLO DE KREBS: Descarboxilación oxidativa de piruvato. Regulación. Destino de Acetil. CoA CICLO DEL GLIOXILATO. Enzimas, Función. Importancia CICLO DE LAS PENTOSAS: Etapas. Función. Enzimas. CICLO DE KREBS CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS DESCUBIERTO POR HANS KREBS (1937) REACCIONES BIOQUÍMICAS EN LA MATRIZ MITOCONDRIAL UTILIZADO POR LOS ORGANISMOS AEROBIOS PARA LIBERAR LA ENERGÍA QUÍMICA ALMACENADA EN EL GRUPO ACETILO DE LA ACETIL-CoA g l Fermentación Citoplasma u c NAD Pi ADP o l i s Oxidación Glucosa (1) i Ác. Pirúvico (2) parcial s (producto inicial) Ciclo de Krebs. Cadena transportadora de electrones. Fosforilación oxidativa. ATP (2) Citoplasma Mitocondria Ciclo de los ácidos tricarboxílicos (Ciclo de Krebs). LOCALIZACION: Mitocondria FUNCION: catabólica, oxidación de glúcidos, ácidos grasos y proteínas para obtener ENERGIA VISION GENERAL: es una serie cíclica de 8 reacciones que oxidan el Acetil- CoA a CO2 y con obtención de: ATP, NADH+H y FADH2 PROCESO AEROBICO: la ausencia de O2 inhibe el ciclo Ciclo de Krebs FUNCIONES DEL CICLO DE KREBS • Fuente productora de ATP. • Produce la mayor parte del CO2 de la célula. • Convierte intermediarios en precursores de ácidos grasos. • Proporciona precursores para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos. PROCEDENCIAS DE PIRUVATO • • VIA GLICOLITICA AMINOACIDOS Fuente exógena (Glucosa, fructosa, galactosa, Manosa) Fuente endógena (glucógeno ó almidón) Por transaminación (alanina) Por Degradación (serina, triptófano) DESTINO DE PIRUVATO EN AEROBIOSIS • Ingresa a la mitocondria, por un transportador específico. • Mecanismo interno que co-transporta un protón. • Dentro de la mitocondria por descarboxilación oxidativa se transforma en Acetil-CoA. • Interviene un complejo multienzimático: piruvato deshidrogenasa. COMPLEJO DE PIRUVATO DESHIDROGENASA • Se encuentra en la matriz mitocondrial • No forma parte del Ciclo de Krebs • Sintetiza Acetil-CoA • 3 enzimas distintas y cinco coenzimas. • Las cadenas de E1 contienen TPP • E2: ác. Lipoico unido covalentemente • E3 : FAD fuertemente unido • E1: Piruvato deshidrogenasa • E2: Dihidrolipoamida transacetilasa • E3: Dihidrolipoamida deshidrogenasa • 5 Coenzimas: TPP, Acido lipoico, FAD, NAD, CoA-SH DESCARBOXILACION DEL PIRUVATO PIRUVATO Acetilo activado Hidroxietilo activado ACETIL-CoA REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE PDH • REGULACION ALOSTERICA • MODIFICACION COVALENTE Acetil-CoA - + NADH FOSFORILACION DESFOSFORILACION DESTINO DE LOS PRODUCTOS DE LA DESCARBOXILACION OXIDATIVA DE PIRUVATO CO2 + H2O • ACETIL- CoA CICLO DE KREBS 3 NADH 1 FADH2 FOSF OXID. GTP Fosf. a nivel de sustrato • NADH CADENA RESPIRATORIA 3 ATP ATP DESTINO DE ACETIL-CoA c i c l o d e CoA Ác. pirúvico AcetilCoA (producto inicial) K r e Cadena de b transporte de s electrones NAD+ FAD Oxidación completa: descarboxilaciones sucesivas obtención de moléculas de alto valor energético (muy reducidas) CO2 NADH+H FADH2 Matriz mitocondrial Membrana mitocondrial interna FUNCIONES DEL CICLO DE KREBS • Fuente productora de ATP. • Produce la mayor parte del CO2 de la célula. • Convierte intermediarios en precursores de ácidos grasos • Proporciona precursores para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos. ESQUEMA DE LA PRIMERA REACCION DEL CICLO DE KREBS Glicolisis ó Piruvato Acetil-CoA Oxalacetato CICLO DE KREBS Citrato Condensación Acetil-CoA Deshidratación Deshidrogenación Oxalacetato Malato Hidratación Citrato CisAconitato Hidratación Fumarato Isocitrato Deshidrogenación Succinato a-Ceto glutarato Succinil-CoA Fosforilación a nivel de sustrato Descarboxilación oxidativa Descarboxilación oxidativa NADH+ H NADH+H NADH+H FADH2 GTP (ATP) Se producen 4 reacciones de oxidación: -En 3: NADH se re-oxida transfiriendo sus electrones a la cadena respiratoria 3 moles ATP/ mol de NADH. -En la 4° reacción de oxidación se produce FADH2, que en la cadena de transporte electrónico da lugar a 2 moles de ATP. La 5° reacción es una fosforilación a nivel de sustrato GTP (unión fosfato de alta energía) ATP. BALANCE ENERGETICO DEL CICLO DE KREBS Por mol de acetil-CoA que ingresa al ciclo de Krebs: 3 NADH 1 FADH2 1 GTP 3X3 1X2 9 ATP 2 ATP 1 ATP 12 ATP DESHIDROGENACION DE PIRUVATO (en la mitocondria) 1 NADH 1X3 3 ATP 1 MOLECULA DE GLUCOSA PRODUCE 2 MOLECULAS DE PIRUVATO (15 + 15 = 30 ATP) y 2 NADH por sistema lanzadera (2 o 3 ATP c/u) = 4 ó 6 ATP TOTAL: 30 ATP + 6 (4) ATP = 36 ATP REACCIONES ANAPLERÓTICAS SON AQUELLAS QUE PERMITEN REPONER INTERMEDIARIOS QUE HAN SIDO SUSTRAÍDOS POR OTRAS RUTAS BIOSINTÉTICAS ANAPLERÓTCO (GRIEGO= RELLENAR) MANTIENEN UN EQUILIBRIO DE LAS CONCENTRACIONES INTRAMITOCONDRIALES DE LOS INTERMEDIARIOS DEL CICLO REACCIONES ANAPLEROTICAS O DE RELLENO • PIRUVATO CARBOXILASA Piruvato + HCO3- + ATP (ACTIVADA POR ACETIL-CoA) oxalacetato + ADP + Pi • PEP CARBOXIQUINASA (MÚSCULO ESQUELÉTICO Y CARDÍACO) Fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP Oxalacetato + GTP • ENZIMA MALICA Piruvato + HCO3- + NADPH + H+ • PEP CARBOXILASA L-malato + NADP+ + H2O (PLANTAS: FIJACIÓN FOTOSINTÉTICA DEL CO2) Fosfoenolpiruvato + HCO3- oxalacetato + Pi CICLO DEL GLIOXILATO • Plantas, invertebrados y microorganismos. • Permite utilizar acetato para la síntesis de glucosa. • En plantas las enzimas se encuentran en los glioxisomas. • En cada vuelta del ciclo se utilizan 2 moléculas de Acetil-CoA y una de succinato. CICLO DEL GLIOXILATO • Constituye una variante anabólica del Ciclo del Ácido Cítrico. • La mayor parte de los aceites vegetales utilizados en la alimentación son mezclas de triacilgliceroles (TAG) procedentes de las semillas. • Cuando las semillas germinan, los TAG se degradan y se convierten en azúcares, que aportan Energía para el crecimiento vegetal. • Las células animales no son capaces de realizar la síntesis neta de azúcares a partir de los ácidos grasos presentes en los triglicéridos (TG). CICLO DEL GLIOXILATO • Dada la irreversibilidad de la reacción de la PDH, acetilCoA no puede convertirse en piruvato no puede participar en la síntesis de hidratos de carbono. • Este ciclo tiene lugar en los Glioxisomas organelas especializadas en las cuales se lleva a cabo la boxidación de los ácidos grasos (degradación) para producir acetil- CoA que será utilizado en este ciclo. • Este ciclo comparte algunas enzimas del Ciclo de Krebs. • Evita las reacciones en las que se pierde carbono. C I C L O D E L G L I O X I L A T O Malato sintetasa Isocitrato liasa CICLO DEL GLIOXILATO • El succinato formado se transporta desde el glioxisoma a la mitocondria. • Allí se convierte en oxalacetato dentro del Ciclo de Krebs. • De esa forma se puede utilizar para la síntesis de hidratos de carbono a través de la gluconeogénesis. • Se evitan las 2 reacciones de descarboxilación: VIA DE LAS PENTOSAS • Tiene lugar en el citoplasma. • No es una vía de producción de ATP. • Sintetiza NADPH para la síntesis de ácidos grasos y esteroides. • Sintetiza ribosa-5-fosfato para la síntesis de nucleótidos (ATP, NAD, FAD) y ácidos nucleicos. • Produce intermediarios de la vía glicolítica: gliceraldehído-3- fosfato y fructosa-6fosfato. VIA DE LAS PENTOSAS • La producción de NADPH, como transportador de energía química en forma de poder reductor, es muy importante. • Esta vía es muy activa en los tejidos donde se lleva a cabo la síntesis de ácidos grasos glándula mamaria, tejido adiposo, corteza adrenal e hígado. • NADPH actúa en procesos de desintoxicación dependientes de citocromo P450 en hígado. • En glóbulos rojos, NADPH, contribuye a mantener la concentración de Glutatión reducido y disminuir los niveles de metahemoglobina. CARACTERISTICAS DE LAS REACCIONES DE LA VIA DE LAS PENTOSAS • La vía de la pentosas consta de dos fases: 1) oxidativa y 2) no oxidativa. • La reacciones de la vía oxidativa son irreversibles • Las reacciones de la vía no oxidativa son reversibles. • Según las necesidades de la célula se activa una vía o la otra. REACCIONES DE LA FASE OXIDATIVA NADP+ NADPH + H+ Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa Lactonasa 6-fosfogluconato 6-fosfogluconolactona Glucosa-6-fosfato NADP+ NADPH + H+ CO2 6-fosfogluconato deshidrogenasa 6-fosfogluconato Ribulosa-5-P isomerasa Ribulosa 5-fosfato Ribosa-5fosfato REACCIONES DE LA FASE NO OXIDATIVA Epimerasa Transcetolasa Ribulosa-5-P Xilulosa-5-P Ribosa-5-P Gliceraldehído 3-P Sedoheptulosa-7P Transaldolasa Gliceraldehído 3-P Transcetolasa + Eritrosa-4-P Xilulosa-5-P Fructosa-6-P Eritrosa-4-P Sedoheptulosa-7P + Gliceraldehído 3-P Fructosa-6-P Esquema de la Vía de las Pentosas FASE OXIDATIVA: generación de poder reductor como NADPH E1 Glucosa-6-P E2 PGL E3 PGN CO2 E4 D-Ribosa-5-P RLP FASE NO OXIDATIVA: conversión de hexosas fosfato y pentosas fosfatos TC TA Ribosa-5-P SHP FP PPT Fru- 6-P TC + GAP Xilulosa-5-fosfato EP + + XP GA-3- P Fru- 6-P GA-3- P Ecuación equilibrada de la Vía de las Pentosas 3 Glucosa-6-P + 6NADP+ + 3 H2O → 2 Fructosa-3-P + 6 NADPH + 6H+ + 3 CO2 Consideraciones finales Puede considerarse una forma de oxidar los seis átomos de la glucosa-6-fosfato a CO2, como ocurre en la glucólisis y en el ciclo del Acido Cítrico. Sin embargo, la ruta de las pentosas fosfato no es una ruta de generación de energía. El destino real de los azúcares fosfatos depende de las necesidades metabólicas de las células en la que se está produciendo la vía La fase no oxidativa genera compuestos que pueden reconvertirse con facilidad en glucosa-6-fosfato para la fase oxidativa.