5.0 Ciclo de Krebs y ciclo del glioxilato

Reacción irreversible Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial

Se encuentra en la membrana interna mitocondrial

Ejercicio 1. El papel de la vitamina tiamina Las personas con beriberi, una enfermedad causada por la deficiencia de tiamina, tienen niveles elevados de piruvato y α-cetoglutarato en la sangre, especialmente después de consumir una comida rica en glucosa. ¿Cómo están relacionados esos efectos a la deficiencia de tiamina?

Respuesta La tiamina es requerida para la síntesis de tiamina pirofosfato (TPP), un grupo prostético de los complejos piruvato deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa. La deficiencia de tiamina reduce la actividad de éstos complejos enzimáticos y provoca la acumulación observada de los precursores.

Ecuación balanceada: AcCoA + 3 NAD+ + FAD + Pi + GDP + 2 H2O  2 CO2 + 3 NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA

Ejercicio 2. Energía del ciclo de Krebs La reacción catalizada por la succinil-CoA sintetasa produce el compuesto de alta energía GTP. ¿Cómo se puede convertir el GTP en ATP?

Respuesta El GTP formado por la succinil-CoA sintetasa puede donar su grupo fosfato terminal al ADP y para formar ATP, en una reacción reversible catalizada por la nucleósido difosfato cinasa. GTP + ADP → GDP + ATP ∆G°’ = 0 kJ/mol No hay cambio de energía libre, por lo cual el ATP y el GTP son energéticamente equivalentes.

↑ ATP E1 E1

El término anaplerótico tiene su origen en el griego antiguo y significa rellenar.

Ejercicio 3. Síntesis del oxaloacetato El oxaloacetato se forma en el último paso del ciclo del ácido cítrico mediante la oxidación del malato mediada por NAD+. a) ¿Puede sintetizarse el oxaloacetato a partir de acetil-CoA utilizando únicamente las enzimas y cofactores del ciclo del ácido cítrico, sin agotar los intermediarios del ciclo? b) ¿Cómo es que el oxaloacetato se reestablece en el ciclo mediante reacciones biosintéticas?

Piruvato + HCO3 + ATP  oxaloacetato + ADP + Pi Respuesta a) No, por cada dos átomos de carbono que entran como acetato, dos abandonan el ciclo en forma de CO2, por lo que no hay síntesis neta de oxaloacetato. AcCoA + 3NAD+ + FAD + Pi + GDP + 2H2O  2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA b) La síntesis neta de oxaloacetato se produce por la carboxilación del piruvato, en una reacción anaplerótica. Piruvato + HCO3 + ATP  oxaloacetato + ADP + Pi

Ejercicio 4. Relación entre la respiración y el ciclo de Krebs. Explique la razón por la cual el ciclo del ácido cítrico se lleva a cabo únicamente cuando hay presencia de oxígeno aunque el oxígeno no participe directamente en dicho ciclo.

Respuesta El NAD+ y el FAD tienen que ser regenerados para que pueda continuar el ciclo de Krebs. AcCoA + 3NAD+ + FAD + Pi + GDP + 2H2O  2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA. Esto se logra cuando dichas coenzimas reducidas (NADH y FADH2) se oxidan en la cadena de transporte de electrones cuyo aceptor es el oxígeno. NADH + H+ + ½ O2 → NAD+ + H2O FADH2 + ½ O2 → FAD + H2O

Regeneración de NAD+ en la fermentación láctica 10 reacciones Lactato deshidrogenasa Sin la regeneración de NAD+ no puede continuar la glicólisis en ausencia de oxígeno.

Ciclo del glioxilato En plantas, en ciertos invertebrados y algunos microorganismos como E. coli y levaduras el acetato puede servir tanto como fuente de energía y como fuente de fosfoenolpiruvato para la síntesis de carbohidratos. En estos organismos las enzimas del ciclo del glioxilato catalizan la conversión neta de acetato a succinato u otros intermediarios de cuatro carbonos del ciclo de Krebs. 2 AcCoA + NAD+ + 2 H2O  Succinato + 2 CoA + NADH + H+

En las plantas, las enzimas del ciclo del glioxilato están secuestradas en organitos rodeados por membranas que se llaman glioxisomas (peroxisomas especializados).

Las enzimas comunes del ciclo de Krebs y del ciclo del glioxilato tienen dos isoformas; una en la mitocondria y otra en los glioxisomas. Los glioxisomas no están presentes siempre en todos los tejidos de las plantas. Se desarrollan en las semillas ricas en lípidos durante la germinación antes que las plantas en desarrollo adquieran la habilidad de fabricar glucosa por fotosíntesis. Además de las enzimas del ciclo del glioxilato, los glioxisomas contiene todas las enzimas requeridas para la degradación de los ácidos grasos almacenados en los aceites de la semilla.

El succinato producido se exporta a la mitocondria la cual lo convierte a malato por las enzimas del ciclo de Krebs. La isoforma citosólica de la malato deshidrogenasa lo oxida a oxaloacetato, un precursor de la gluconeogénesis. Las semillas en germinación pueden, por lo tanto, convertir el carbono de los lípidos almacenados en glucosa.

Comparación de ecuaciones balanceadas Ciclo de Krebs: AcCoA + 3 NAD+ + FAD + Pi + GDP + 2 H2O  2 CO2 + 3 NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA Ciclo del glioxilato : 2 AcCoA + NAD+ + 2 H2O  Succinato + 2 CoA + NADH + H+

¿Por qué los mamíferos no pueden convertir ácidos grasos de cadena par en glucosa? AG cadena par  Acetil-CoA

Reacción irreversible Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial