PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN UNSL-LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA - 2017 PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN   TEMA 4 - METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS Descarboxilación oxidativa del Piruvato, regulación. Destinos y funciones de Acetil-CoA. Ciclo deKrebs. Generalidades. Regulación. Balance energético. Función anfibólica. Reacciones anapleróticas. Vía de las Pentosas fosfato. Etapas, función, enzimas implicadas. Relación con la glicólisis, importancia metabólica. Importancia de las vitaminas en el funcionamiento de estas vías.

Células animales, vegetales DESTINO DEL PIRUVATO GLUCOSA 2 PIRUVATO Vía Glicolítica 2 ATP (CITOSOL) (MITOCONDRIA) O2 ANAEROBIOSIS O2 AEROBIOSIS 2 Acetil-CoA + 2 CO2 2 Lactato Etanol Fermentación Láctica (músculo en contracción, eritrocitos) Ciclo de Krebs NADH FADH2 Fermentación Alcohólica (microorganismos: levaduras) 4 CO2+ 4 H2O Células animales, vegetales

Destinos del Piruvato Fermentación láctica (Músculo en contracción, Bacterias ácido lácticas) (GuíaTP Qca. Biológica, 2017)

Descarboxilación Oxidativa del Piruvato 3 ATP Cadena Transp. Electrónico Cofactores: PPT, Lipoato, FAD Piruvato deshidrogenasa (PDH) Complejo multienzimático (E1, E2, E3) (mitocondria) Producción de Acetil-Coenzima A (Acetil-CoA) en la mitocondria (acetato activado) CoA-SH : Coenzima A

COMPLEJO DE LA PIRUVATO DESHIDROGENASA Se encuentra en la matriz mitocondrial No forma parte del Ciclo de Krebs Formado por: 3 Enzimas distintas 5 Coenzimas 3 Enzimas E1: Piruvato descarboxilasa E2: Dihidrolipoamida transacetilasa E3: Dihidrolipoamida deshidrogenasa 5 Coenzimas Pirofosfato de Tiamina (PPT ó TPP): derivado de Vit B1, transporta restos de C Acido lipoico: ácido graso de 8 C, factor nutricional, aceptor y transportador de H Coenzima A (CoA-SH): contiene Ac. Pantoténico (complejo Vit B), aceptor y transportador de restos acilo, forma unión rica en energía FAD: nucleótido, contiene Riboflavina (Vit B2), transportador de equiv. de reducción NAD: nucleótido, contiene Nicotinamida (Vit B5), transportador de equiv. de reducción PPT unida fuertemente a E1 Ac. Lipoico unido covalentemente a E2 FAD fuertemente unido a E3 NAD reoxida FADH2 6

Vitaminas (Coenzimas) en el funcionamiento de estas vías metabólicas Transporta Enzima Niacina (Vit B5) NAD Ion Hidruro (:H -) Piruvato deshidroge-nasa (PDH) Riboflavina (Vit.B2) FAD Electrones PDH-E3 Tiamina (Vit. B1) PP-tiamina Aldehídos PDH-E1 Acido pantoténico Coenzima A Grupos acilo Tiolasa Acido lipoico Lipoamida Electrones y grupos acilos PDH-E2

¿Cómo es la Coenzima-A (CoA)? ¿Cómo se forma Acetil-CoA? resto acetilo 3’ fosfo-ADP es ADP modificado, el resto –SH forma un enlace tioéster con el acetato el la Acetil-CoA 3’ fosfo-ADP Acetil-CoA Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap.16

COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA -REGULACIÓN- REGULACION ALOSTERICA MODIFICACION COVALENTE Acetil-CoA - NADH ATP - FOSFORILACION DESFOSFORILACION + PDH Glicólisis ATP 12

COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA -REGULACIÓN- REGULACIÓN ALOSTERICA Piruvato Deshidrogenasa (PDH) PDH fosfatasa PDH quinasa MODIFICACION COVALENTE Vía Glicolítica ATP PDH

(matriz mitocondrial) (membrana interna mitocondrial) PRODUCTOS DE LA DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DE PIRUVATO ¿Cuál es el destino? ACETIL- CoA NADH CICLO DE KREBS (matriz mitocondrial) CADENA RESPIRATORIA (membrana interna mitocondrial) 3 ATP 14

Origen y destinos metabólicos del Piruvato Otros monosacáridos Glucosa-6-fosfato Lactato PIRUVATO C.K. Alanina CO2 Oxalacetato CO2 ACETIL-CoA * *

Procedencia de la Acetil-CoA Hidratos de Carbono Aminoácidos PIRUVATO Acetil-CoA b-Oxidación de ácidos grasos Cuerpos cetónicos 3

¿Cómo ocurre la Oxidación de Acetil-CoA en la mitocondria? CICLO DE KREBS Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicos Ciclo del Ácido Cítrico

Ciclo de Krebs LOCALIZACION: Matriz mitocondrial VISION GENERAL: es una serie cíclica de 8 reacciones que oxidan el Acetil- CoA a CO2 con obtención de: ATP, NADH+H y FADH2 PROCESO AEROBICO: la ausencia de O2 inhibe el ciclo

FUNCIONES DEL CICLO DE KREBS FUNCION principal: catabólica. Oxidación de glúcidos, ácidos grasos y proteínas para obtener ENERGIA Fuente productora de coenzimas reducidas utilizadas para la producción de ATP Produce la mayor parte del CO2 de la célula ------------------------------------------------------------------------- FUNCION: anabólica. Aporta intermediarios como precursores de otras vías metabólicas Proporciona precursores para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos Por participar en procesos catabólicos y anabólicos el CICLO DE KREBS es una vía ANFIBÓLICA (anfi = dos)

Ciclo de Ac. Tricarboxílicos) REACCIONES del CICLO de KREBS (Ciclo del Ac.Cítrico, Ciclo de Ac. Tricarboxílicos)

REACCIONES del CICLO de KREBS Acetil-CoA Condensación Sintasa Deshidratación Aconitasa Citrato Deshidrogenación Deshidrogenasa Oxalacetato Malato Cis-Aconitato Hidratación Hidratasa Hidratación Aconitasa Fumarato Isocitrato a-Ceto glutarato Succinato Deshidrogenación Deshidrogenasa Descarboxilación Oxidativa Deshidrogenasa Succinil-CoA Fosforilación a nivel de sustrato Tioquinasa GTP Descarboxilación Oxidativa Deshidrogenasa 15

ENZIMAS del CICLO de KREBS 1- Citrato sintasa. 2- Aconitasa. 3- Isocitrato deshidrogenasa. 4- Alfa-cetoglutarato deshidrogenasa. 5- Succinato tioquinasa. 6- Succinato deshidrogenasa. 7- Fumarasa. 8- Malato deshidrogenasa.

CICLO de KREBS -Productos finales: poder reductor, CO2, energía -Número de C de los intermediarios

CICLO de KREBS (GuíaTP Qca. Biológica, 2017)

REGULACIÓN DEL CICLO de KREBS Factores que afectan el flujo de carbonos al Ciclo de Krebs Disponibilidad de sustrato Acumulación de producto Retroinhibición alostérica de enzimas (primeras etapas)

REGULACIÓN DEL CICLO DE KREBS Piruvato Deshidrogenasa ENZIMAS REGULADORAS del Ciclo de Krebs 1) - Citrato sintasa 2)- Isocitrato deshidrogenasa 3)- a.Cetoglutarato deshidrogenasa , Citrato, ATP 1 Ciclo de Krebs 2 3 , ATP

Etapas Catabólicas en aerobiosis INTEGREMOS…… !! ¿Dónde estamos en el Mapa Metabólico? Etapas Catabólicas en aerobiosis

FUNCIONES DEL CICLO DE KREBS Recordemos….. FUNCIONES DEL CICLO DE KREBS FUNCION principal: catabólica. Oxidación de glúcidos, ácidos grasos y proteínas para obtener ENERGIA Fuente productora de coenzimas reducidas utilizadas para la producción de ATP Produce la mayor parte del CO2 de la célula ------------------------------------------------------------------------- FUNCION: anabólica. Aporta intermediarios como precursores de otras vías metabólicas Proporciona precursores para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos Por participar en procesos catabólicos y anabólicos el CICLO DE KREBS es una vía ANFIBÓLICA (anfi = dos)

Ciclo anfibólico Reacciones anapleróticas Reacciones biosintéticas Glucosa Acs. Grasos Reacciones anapleróticas Ciclo anfibólico Ciclo De Krebs Es la vía de oxidación de la mayor parte de carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos y genera numerosos metabolitos intermediarios de otras rutas metabólicas Es, por lo tanto, un ciclo anfibólico, es decir, opera catabólica y anabólicamente Reacciones biosintéticas Reacciones anapleróticas

REACCIONES ANAPLERÓTICAS ANAPLEROTICO (DEL GRIEGO= RELLENAR) Son aquellas que permiten reponer intermediarios que han sido sustraídos por otras rutas biosintéticas. ANAPLEROTICO (DEL GRIEGO= RELLENAR) Mantienen en equilibrio las concentraciones intramitocondriales de los intermediarios del ciclo

Reacciones Anapleróticas Glucosa Acs. Grasos Reacciones Anapleróticas (de “relleno”) Es la vía de oxidación de la mayor parte de carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos y genera numerosos metabolitos intermediarios de otras rutas metabólicas Es, por lo tanto, un ciclo anfibólico, es decir, opera catabólica y anabólicamente Reacciones Anapleróticas

REACCIONES ANAPLERÓTICAS O DE RELLENO BIOTINA (Vit H)

BALANCE ENERGETICO del CICLO DE KREBS DESCARBOXILACION OXIDATIVA DE PIRUVATO 1 NADH 1 X 3 3 ATP BALANCE ENERGETICO del CICLO DE KREBS 3 NADH 3 X 3 9 ATP 1 FADH2 1 X 2 2 ATP 1 GTP 1 ATP Por cada Acetil-CoA que se oxida por el Ciclo de Krebs 12 ATP 28

CICLO DE KREBS BALANCE ENERGÉTICO NAD+ NADH+H+ RENDIMIENTO ENERGÉTICO DESDE PIRUVATO PDH------- 1 NADH ----- 3 ATP IDH-------- 1 NADH ----- 3 ATP α-CGDH-- 1 NADH ---- 3 ATP SDH------- 1 FADH2 ---- 2 ATP MDH------- 1 NADH ---- 3 ATP STQ-------- 1 GTP ------ 1 ATP TOTAL -------------------15 ATP 3 ATP 3 ATP 2 ATP CICLO DE KREBS BALANCE ENERGÉTICO 3 ATP 3 ATP Lim, Roach. Lo esencial en metab. y nutrición. 3°Edición.

Con lo que sabemos….¿ Podemos averiguar…? ¿Cuánta energía está contenida en un mol de glucosa que es degradada hasta CO2 y H2O en condiciones de aerobiosis?

Relacionemos…. -Vía Glicolítica -Ciclo de Krebs -CadenaTransporte de electrones

Citosol Sistemas lanzadera Mitocondria Cadena de transporte electrónico

RENDIMIENTO DE ATP POR OXIDACION TOTAL DE 1 MOLECULA DE GLUCOSA VIA GLICOLITICA: 2 ATP UNA GLUCOSA PRODUCE 2 MOLECULAS DE PIRUVATO Por PIRUVATO rinden 15 ATP X 2 = 30 ATP 2 NADH por SISTEMA LANZADERA: 2 o 3 ATP c/u = 4 ó 6 ATP TOTAL por mol Glucosa: 32 ATP + 4 (6) ATP = 36 ó 38 ATP

Bibliografía 1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 9a edic., Bs. As. (2011). 2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008). 3- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010). 4- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005).