CICLO DEL GLIOXILATO. Enzimas, Función. Importancia 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. 1

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS 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

Glucosa (1) (producto inicial) Fermentación Citoplasma NAD Pi ADP Oxidación parcial Glucosa (1) (producto inicial) Ác. Pirúvico (2) ATP (2) Citoplasma Ciclo de Krebs. Cadena transportadora de electrones. Fosforilación oxidativa. 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. 2

PROCEDENCIAS DE PIRUVATO Fuente exógena (Glucosa, fructosa, VIA GLICOLITICA galactosa, Manosa) Fuente endógena (glucógeno ó almidón) Por transaminación (alanina) AMINOACIDOS Por Degradación (serina, triptófano) 4

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. 5

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. E1: Piruvato deshidrogenasa E2: Dihidrolipoamida transacetilasa E3: Dihidrolipoamida deshidrogenasa 5 Coenzimas: TPP, Acido lipoico, FAD, NAD, CoA-SH Las cadenas de E1 contienen TPP E2: ác. Lipoico unido covalentemente E3 : FAD fuertemente unido 6

DESCARBOXILACION DEL PIRUVATO Acetilo activado Hidroxietilo activado ACETIL-CoA 11

REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE PDH REGULACION ALOSTERICA MODIFICACION COVALENTE Acetil-CoA - NADH - FOSFORILACION DESFOSFORILACION + 12

DESTINO DE LOS PRODUCTOS DE LA DESCARBOXILACION OXIDATIVA DE PIRUVATO ACETIL- CoA NADH CO2 + H2O CICLO DE KREBS 3 NADH 1 FADH2 FOSF OXID. GTP Fosf. a nivel de sustrato ATP CADENA RESPIRATORIA 3 ATP 14

DESTINO DE ACETIL-CoA

c i l o d e K r b s CoA NAD+ FAD Ác. pirúvico CO2 Oxidación completa: descarboxilaciones sucesivas obtención de moléculas de alto valor energético (muy reducidas) Acetil-CoA (producto inicial) NADH+H FADH2 Matriz mitocondrial Cadena de transporte de electrones 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 CICLO DE KREBS Oxalacetato Citrato 17

Condensación Acetil-CoA Deshidratación Citrato Deshidrogenación Oxalacetato Malato Cis-Aconitato Hidratación Hidratación Fumarato Isocitrato a-Ceto glutarato Succinato Deshidrogenación Descarboxilación oxidativa Succinil-CoA Fosforilación a nivel de sustrato Descarboxilación oxidativa 15

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 3 X 3 9 ATP 1 FADH2 1 X 2 2 ATP 1 GTP 1 ATP 12 ATP DESHIDROGENACION DE PIRUVATO (en la mitocondria) 1 NADH 1 X 3 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 28

REACCIONES ANAPLERÓTICAS ANAPLERÓTCO (GRIEGO= RELLENAR)  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 (ACTIVADA POR ACETIL-CoA) PEP CARBOXIQUINASA (MÚSCULO ESQUELÉTICO Y CARDÍACO) ENZIMA MALICA PEP CARBOXILASA (PLANTAS: FIJACIÓN FOTOSINTÉTICA DEL CO2)   Piruvato + HCO3- + ATP oxalacetato + ADP + Pi Fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP Oxalacetato + GTP Piruvato + HCO3- + NADPH + H+ L-malato + NADP+ + H2O Fosfoenolpiruvato + HCO3- oxalacetato + Pi 29

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, acetil-CoA 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 b- oxidación 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 L O D E G X A T 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-6-fosfato. 31

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. 31

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. 32

REACCIONES DE LA FASE OXIDATIVA NADP+ NADPH + H+ Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa Lactonasa 6-fosfogluconato Glucosa-6-fosfato 6-fosfogluconolactona NADP+ NADPH + H+ Ribosa-5-fosfato CO2 Ribulosa-5-P isomerasa 6-fosfogluconato deshidrogenasa Ribulosa 5-fosfato 6-fosfogluconato 33

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 Fructosa-6-P Eritrosa-4-P Sedoheptulosa-7P + Transcetolasa + Gliceraldehído 3-P Fructosa-6-P Eritrosa-4-P Xilulosa-5-P

Esquema de la Vía de las Pentosas FASE OXIDATIVA: generación de poder reductor como NADPH Glucosa-6-P D-Ribosa-5-P E1 CO2 E2 E3 E4 PGL PGN RLP NADPH NADPH FASE NO OXIDATIVA: conversión de hexosas fosfato y pentosas fosfatos Ribosa-5-P Xilulosa-5-fosfato TC TA SHP GAP FP EP PPT Fru- 6-P GA-3- P TC + + + XP 34

Fru- 6-P GA-3- P

Ecuación equilibrada de la Vía de las Pentosas Consideraciones finales   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.