Ciclo del ácido tricarboxílico (Ciclo de Krebs) (Ciclo del ácido cítrico)

Glicólisis Ciclo de Krebbs

Localización de las rutas metabólicas

La reacción del complejo piruvato deshidrogenasa Para que el piruvato (obtenido de la degradación de la glucosa) se oxide completamente a CO2 y H2O se requiere: Que el piruvato pase al interior de la mitocondria Que se transforme en acetil-CoA

Una vez que el piruvato atravesó la membrana mitocondrial se transforma en acetil-CoA mediante una descarboxilación oxidativa La reacción transcurre con una variación negativa de energía libre estándar lo que indica que en la célula es esencialmente irreversible La reacción esta catalizada por el complejo piruvato deshidrogenasa (PDH) constituido por tres enzimas Piruvato deshidrogenasa Dihidrolipoil transacetilasa Dihidrolipoil deshidrogenasa Y cinco coenzimas 1- Pirofosfato de tiamina (TPP) 2- Acido Lipoico 3- Coenzima A (CoA-SH) 4- Nicotinamina adenina dinucleotido (NAD+) 5- Flavinadenina dinucleotido (FAD+)

piruvato E1: Piruvato deshidrogenasa E2: Dihidrolipoil transacetilasa E3: Dihidrolipoil deshidrogenasa Acetil-CoA

La reacción catalizada por el complejo piruvato deshidrogenasa es clave en el metabolismo, no solo porque sirve como conexión de la via glucolitica y el ciclo de Krebs sino porque el piruvato y el acetil-CoA son componentes comunes de varias rutas biosinteticas y degradativas

Dada la posición estratégica del piruvato deshidrogenasa en el metabolismo su actividad esta regulada con precisión REGULACION RAPIDA

REGULACION LENTA: modificación covalente (fosforilación-desfosforilación) Catalizada por dos enzimas, la PDH quinasa y la PDH fosfatasa (forman parte del complejo PDH)

Ciclo de Krebs: visión general Un compuesto de 4 C se condensa con una unidad de 2 C (acetil-CoA) para dar lugar a un acido tricarboxilico (citrato) el cual se descarboxila dos veces dando un compuesto de 4 C a partir del cual se regenera el compuesto de partida.

Ciclo de Krebs: reacciones y regulación El carácter cíclico se debe a que después de una serie de reacciones se regenera el compuesto de partida: el oxalacetato 1 8 7 2 6 3 5 4

Ciclo de Krebs Enzimas: 1- citrato sintetasa (condensación) 2- aconitasa (isomerización) 3- isocitrato deshidrogenasa (descarboxilacion oxidativa) 4- -cetoglutarato deshidrogenasa 5- succinato tioquinasa (Hidrólisis/fosforilación) 6- succinato deshidrogenasa (Oxidación) 7- fumarasa (hidratación) 8- malato deshidrogenasa (oxidación) 1 8 2 7 6 3 5 4

Visión General El ciclo del ácido cítrico consta de 8 pasos (8 enzimas separadas) Comienza con la condensación de oxalacetato y la unidad de la acetil-CoA para dar citrato y termina con la resintesis de oxalacetato Una vuelta completa del ciclo conduce a: 1- La oxidación completa de la unidad acetilo a dos unidades de CO2 2- La producción de tres unidades de NADH reducido y una unidad de FADH2 reducido (catalizada por deshidrogenasas) 3- La producción de una unidad de guanosin trifosfato GTP (equivalente a ATP)

Acetil-CoA+ 3 NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + H2O  Balance global del ciclo: Acetil-CoA+ 3 NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + H2O  2CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H++ CoA-SH Las 3 moléculas de NADH y la de FADH2 se oxidan posteriormente en la cadena transportadora de electrones generando ATP El oxigeno molecular no participa directamente en el ciclo pero este solo funciona en condiciones aeróbicas porque el NADH y el FADH2 únicamente transfieren sus electrones al oxigeno molecular en la cadena respiratoria.

REGULACION DEL CICLO DE KREBS El ciclo esta regulado por la acción de enzimas alostéricas que responden a la concentración de metabolitos celulares y que son limitantes en la velocidad metabólica del ciclo. REGULACION FUERA DEL CICLO El complejo PDH: (cataliza la formación de acetil-CoA desde piruvato) controla la cantidad de acetil-CoA que ingresa al ciclo REGULACION EN EL CICLO Citrato sintasa: cuando aumentan los niveles de NADH y/o ATP por encima de lo normal actuan disminuyendo la actividad de la enzima y por lo tanto la formacion de citrato Isocitrato deshidrogenasa: al igual que la anterior es inhibida por el NADH y ATP y estimulada por el NAD+ y ADP -cetoglutarato deshidrogenasa: es inhibido por los productos finales de la reaccion que cataliza: succinil-CoA y el NADH De manera general: la velocidad del ciclo esta regulado por el producto final de las reacciones de obtención de energía de la respiración, el ATP y el producto de las etapas de deshidrogenacion del ciclo: NADH

Reacciones anapleróticas El ciclo de Krebs no solo es la vía degradativa mas importante para generar ATP sino también es esencial para la biosíntesis de compuestos celulares Durante esta biosíntesis, algunos metabolitos son extraídos del ciclo dejando de funcionar. Para que el ciclo siga funcionando existen reacciones denominadas “anapleroticas” (de relleno) que reestablecen los intermediarios del ciclo Reacciones anapleróticas

Reacciones anapleróticas

Ruta de las pentosas fosfato o ruta del fosfoglucanato Es una ruta alternativa a la glucolitica cuyas funciones son obtener poder reductor (NADPH) importante para las reacciones de biosíntesis y D-ribosa para la síntesis de nucleósidos Consta de dos etapas Etapa 1: deshidrogenacion enzimática de la glucosa-6-fosfato por la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa

En la siguiente reacción el 6-fosfogluconato sufre una descarboxilacion oxidativa Para dar ribulosa-5-fosfato y dioxido de carbono Etapa 2: reacciones de condensación, isomerización y reagrupamientos El producto de la etapa 1 (ribulosa-5-fosfato) se convierte en ribosa-5-fosfato por acción de la fosfopentoso isomerasa

ESQUEMA GENERAL DE LA VIA DE LAS PENTOSAS ETAPA 1 ETAPA 2

SIGNIFICADO METABOLICO DE LA VIA DE LAS PENTOSAS Aunque la glucosa se metaboliza principalmente por la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico esta via alternativa tiene importancia funcional El NADPH reducido que se forma en las dos etapas de oxido-reducción se utiliza en distintos procesos de síntesis (ácidos grasos, esteroides, etc) La ribosa-5-fosfato se utiliza en la sintesis de nucleotidos y acidos nucleicos