CICLO DE KREBS. Sucesión de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula, mediante las cuales se realiza la descomposición final de las moléculas de los alimentos y en las que se producen dióxido de carbono, agua y energía.

Proceso que se lleva a cabo por la acción de 8 enzimas: también conocido como ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Ocurre en todos los animales PLANTAS SUPERIORES BACTERIAS TIENE LUGAR EN UN ORGANULO MEMBRANOSO : MITOCONDRIA

1.- Los alimentos, antes de poder entrar a este ciclo deben descomponerse en pequeñas unidades llamadas grupos acetilo Cada grupo acetilo (CH3CO) contiene sólo dos átomos de carbono, junto con hidrógeno y oxígeno.

Transformación del piruvato en Acetil-CoA Los grupos acetilo entran en el ciclo en forma de acetil-CoA Las dos moléculas de piruvato resultantes de la glucolisis se convierte en acetil coenzima A

El piruvato sufre una descarboxilación (pérdida de un grupo CO2) oxidativa (perdida de e). El piruvato (3 atom. De C) queda convertido en ácido acético (2 atom. de C). En este proceso se une una molécula de coenzima A, formándose una molécula de Acetil-CoA. La reacción está catalizada por un complejo enzimático: Piruvato deshidrogenasa de la matriz mitocondrial. Los electrones que se liberan son recogidos por NAD+ y forman poder reductor (NADH+H+)

COENZIMA A

CICLO DE LOS ACIDOS TRICARBOXILICOS Se utilizan las grasas, proteínas y los carbohidratos como sustrato energético GLUCOSA + O2 -------> ENERGIA + CO2 + H2O (6) GRASA + O2 -------> ENERGIA + CO2 + H2O (7) PROTEINAS + O2 -------> ENERGIA + CO2 + H2O (8) En el ciclo, sólo se destruyen los grupos acetilo Tanto las ocho enzimas que llevan a cabo las diferentes reacciones, como los compuestos intermedios sobre los que actúan, pueden volver a utilizarse una y otra vez. Muchos de los compuestos intermedios que se producen en el ciclo se usan también como materiales de construcción para la síntesis de biomoléculas. Es anfibolico =)

4.- El ciclo de los ácidos tricarboxílicos o de Krebs El ciclo fue propuesto por Hans Krebs en 1937. 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. Una visión general del ciclo del ácido cítrico nos muestra una secuencia de reacciones que: Oxidan el grupo acetilo del acetil-CoA a dos moléculas de dióxido de carbono de forma que se conserva la energía libre producida, utilizándola en la síntesis de ATP

Oxidación? La oxidación de la glucosa para producir co2 dentro de la célula no ocurre en una sola reacción  sino que ocurre a través de una secuencia de reacciones que se agrupan en cuatro fases:  

1.- Glucólisis 2.- Formación del acetil coenzima a. 3.-Ciclo de krebs 4.-Sistema de transporte de electrones a través de la cadena respiratoria.

Durante estas  fases se llevan acabo dos fenómenos importantes, al mismo tiempo que se degrada la glucosa (que se rompen sus, se libera energía, que se aprovecha para sintetizar atp,.

1. - transferencia de energía 1.- transferencia de energía. es un paso de energía de una molécula  a  otra debido a reacciones  de oxidación: la importancia de este mecanismo es que esas transferencias  se crean enlaces de alta energía (-) como son los enlaces de fosfato del atp

Las ocho enzimas del ciclo catalizan una serie de reacciones que: oxidan un grupo acetilo a dos moléculas de dióxido de carbono, con la generación de tres moléculas de NADH, una de FADH2 y una de GTP

CICLO DE LOS ACIDOS TRICARBOXILICOS Se utilizan las grasas, proteínas y los carbohidratos como sustrato energético GLUCOSA + O2 -------> ENERGIA + CO2 + H2O (6) GRASA + O2 -------> ENERGIA + CO2 + H2O (7) PROTEINAS + O2 -------> ENERGIA + CO2 + H2O (8) En el ciclo, sólo se destruyen los grupos acetilo Tanto las ocho enzimas que llevan a cabo las diferentes reacciones, como los compuestos intermedios sobre los que actúan, pueden volver a utilizarse una y otra vez. Muchos de los compuestos intermedios que se producen en el ciclo se usan también como materiales de construcción para la síntesis de biomoléculas.

1. La citrato sintasa cataliza la condensación entre acetil-CoA y oxalacetato para rendir citrato, que da nombre al ciclo. 2. Las dos etapas siguientes conllevan la transformación del citrato en un isómero más fácilmente oxidable. Para ello, la aconitasa convierte el citrato en isocitrato mediante una deshidratación, produciéndose cis-aconitato unido al enzima, seguida de una hidratación. Así, el grupo hidroxilo del citrato es transferido a un átomo de carbono adyacente.

3. La isocitrato deshidrogenasa oxida el isocitrato a oxalosuccinato, con la oxidación acoplada de NAD+ a NADH. Posteriormente, el oxalosuccinato es descarboxilado, rindiendo a-cetoglutarato. Esta es la primera etapa en la que la oxidación se acopla a la producción de NADH, y también la primera en la que se genera dióxido de carbono. 4. El complejo enzimático a-cetoglutarato deshidrogenasa descarboxila oxidativamente el a-cetoglutarato a succinil-CoA. Esta reacción conlleva la reducción de una segunda molécula de NAD+ a NADH y la generación de una segunda molécula de dióxido de carbono. Hasta aquí ya se han producido dos moléculas de dióxido de carbono, por lo que se ha completado la oxidación neta del grupo acetilo. Hay que resaltar que no son los átomos del grupo acetilo entrante los que han sido oxidados

5. La succinil-CoA sintetasa convierte el succinil-CoA en succinato 5. La succinil-CoA sintetasa convierte el succinil-CoA en succinato. La energía libre de la reacción se conserva aquí por la formación de GTP, a partir de GDP y Pi. guanosina trifosfato (GTP) Guanosina difosfato (GDP) Guanosina de monofosfato (GMP) -El enlace ricoenergéticodel succinil-CoAes aprovechado para generar GTP 6. Las reacciones restantes suponen la preparación de otra vuelta del ciclo, y para ello completan la oxidación de succinato a oxalacetato gracias a la succinato deshidrogenasa la cuál cataliza la oxidación del enlace sencillo situado en el centro de la molécula de succinato a un doble enlace trans, dando lugar a fumarato con la reducción simultánea de FAD a FADH2.

7. La fumarasa cataliza después la hidratación del doble enlace del fumarato para rendir malato 8. Finalmente, la enzima malato deshidrogenasa regenera el oxalacetato, oxidando el grupo alcohol secundario del malato a la correspondiente cetona, con la reducción de una tercera molécula de NAD+ a NADH.

1 NADH= 3 ATP 1FADH2 = 2 ATP 1 GTP= ATP La oxidación de un acetilo (2CO2) por cada vuelta del ciclo, genera: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP (o ATP) Las moléculas  de NADH y FADH2 son oxidadas en la cadena de transporte de electrones con la formación de ATP en la fosforilación oxidativa

La deshidrogenación enzimática rinde 4 pares de átomos de hidrógeno 3 pares que se emplearon en reducir el NAD 1 par para reducir el FAD Los cuatro pares de átomos de hidrógeno son transformados en Iones H

La oxidación completa de los grupos acetilo sigue entonces la siguiente estequiometría 3NAD+ + FAD + GDP + acetil-CoA + Pi + H2O  3NADH + FADH2 + GTP + CoA + 2CO2 La oxidación de un acetilo (2CO2) por cada vuelta del ciclo, genera: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP (o ATP)

Naturaleza anfibólica del ciclo Participa tanto en el catabolismo como en el anabolismo Algunos de los intermediarios que se producen en el ciclo se usan también como materiales de construcción para la síntesis de biomoléculas….

1.- Alfa cetoglutarato y oxalacetato son precursores de aminoácidos 2.- Citrato actua en la biosíntesis de los ácidos grasos 3.- Succinil CoA actua en la biosíntesis del grupo Hemo

¿Como se reponen? Los intermediarios que se eliminan del ciclo para ser utilizados con fines anabólicos, son repuestos mediante las reacciones anapleróticas o de relleno REACCIONES ANAPLERÓTICASO DE RELLENO: SERIE DE REACCIONES ENZIMÁTICAS O VIAS PARA “RELLENAR” EL POOL DE LOS INTERMEDIARIOS METABÓLICOS DEL CICLO.

REACCIONES ANAPLERÓTICAS Hay cuatro reacciones clasificadas como anapleróticas Tres de éstas van a regenerar el oxalacetato: Una al Malato La piruvato carboxilasa en una enzima alostérico, anaplerótica Cuando se acumula Acetil CoA estimula reacciòn de la piruvato carboxilasa, para producir mas oxalacetato permitiendo que el ciclo oxide mas Acetil CoA

Formación de oxalacetato a partir de piruvato 1- La reacción se produce en dos etapas 1.- E-Biotina + ATP +CO2 + H2O  E-carboxibiotina + ADP+Pi 2.- E-carboxibiotina + Piruvato  E-biotina + Oxalacetato Piruvato + CO2 + H2O + ATP oxalacetato + ADP + Pi

REACCIONES ANAPLERÓTICAS Se activa cuando se acumula Acetil CoA En este caso, la Acetil CoA actúa como un modulador positivo.

Otra reacción dentro del ciclo Reacción Cataplerótica: drenaje de los intermediarios acumulados para regular el ciclo. Ciertas condiciones fisiológicas se acumulan intermediarios de 4 y 5 carbonos en el ciclo….

En el catabolismo de los aa, los intermediarios de cuatro y cinco carbonos que entran al ciclo no pueden ser oxidados por completo y se deben de eliminar mediante CATAPLEROSIS

Cuando hay acumulación, el cataplerorismo actúa, utilizando vías cetogénicas o glucogénicas para finalizar la oxidación de los aa

Fig. 2.   The role of anaplerosis and cataplerosis in the metabolism of glutamine by the small intestine. The entry of glutamine into the cycle (anaplerosis) is balanced by its removal (cataplerosis) as malate. The malate is subsequently converted to oxaloacetate (OAA) and then to PEP via PEPCK. The PEP can then be converted to pyruvate by pyruvate kinase for entry into the TCA cycle as acetyl-CoA

Enzimas catapleróticas 1.- Deshidrogenasa de glutamato 2.- Transferasa aspártica 3.- Liasa cítrica 4. Carboxinasa de fosfoenolpiruvato cataplerosis: Extracción de la acumulación de intermediarios Anaplerosis: reemplazo de intermediarios para el buen funcionamiento del ciclo/ Equilibrio la incorporación y la extracción de intermediarios para varios procesos metabólicos

¿Como se regula el ciclo? Se controla en varios niveles por mecanismo de regulación alostérico Hay 3 enzimas que reglan el ciclo: 1.- Citrato cintasa 2.- Isocitrato deshodrogenasa 3.- alfacetoglutarato deshidrogenasa Las enzimas alostéricas pueden activarse o inhibirse por intermediarios que participan en la misma ruta

En las rutas catabólicas, el ATP, ADP y AMP, son importantes efectores alostéricos el ATP señaliza suficiencia energética, AMP y ADP tienen un efecto contrario. El AMP se denomina como señal universal del hambre, activando alostéricamente el catabolismo de las mayores sustancias de reserva, tales como el glucógeno o las grasas.

Citrato Sintasa El ciclo se detiene si la concentración de ATP es alta. El NADH, Succinyl CoA y citrato son tambien inhibidores de esta enzima El ADP es el activador alostérico de la citrato cintasa Si se acumula NADH en la mitocondria el ciclo se detiene, hasta que la cadena de transporte haya regenerado NAD

Isocitrato deshidrogenasa Está inhibida por niveles altos de ATP activado por ADP y Ca+. el Ca2 se incrementa durante la contracción muscular y en situaciones demandantes de ATP activa a la enzima

Alfacetoglutarato Deshidrogenasa Inhibida por succinyl CoA, NADH (ambos son productos regulados por la carga energética) Activada por Ca

Transporte de Electrones: Cuatro Complejos Enzimáticos Complejo I: NADH Deshidrogenasa Complejo II: Succinato Deshidrogenasa Ubiquinona: Acepta electrones del complejo I y II Complejo III: citocromo bc1 Complejo IV: Citocromo c oxidasa Citocromo c: Se encuentra en el espacio intermembranal

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El transporte de electrones Constituye 4 complejos enzimáticos Complejo I El "complejo I" o NADH deshidrogenasa oxidoreductasa Contiene FMN (flavin mononucleótido) y Fe-S (Proteínas ferrosulfuradas) Capta los electrones del NADH y los transfiere a la Coenzima Q o Ubiquinona

El transporte de electrones Constituye 4 complejos enzimático y una coenzima (Ubiquinona) Complejo II: Succinato deshidrogenasa Grupos prostéticos al FAD y Fe-S (proteínas ferrosulfuradas) Este complejo dona electrones a la ubiquinona desde el succinato y los transfiere vía FADH2 a la ubiquinona

Coenzima Q: Acepta los e del complejo I y II y los transfiere al complejo III

El transporte de electrones Constituye 4 complejos enzimático y una coenzima Complejo III: Citocromo bc1 Grupo prostético: Grupo Hemo y Fe_S Obtiene los electrones desde la coenzima Q (QH2) y se los transfiere a dos moléculas de citocromo b y c

El transporte de electrones Constituye 4 complejos enzimático y una coenzima Complejo IV: Citocromo c Oxidasa Grupo Hemo y Cu Los electrones del citocromo C se transfieren al citocromo a y a3 para finalmente transferir los electrones al oxígeno y producir agua

1.- En la membrana de las crestas mitocondriales se va a realizar un transporte de electrones desde el NADH o el FADH2 hasta el oxígeno. 2.- Este transporte de electrones va a generar un transporte de protones por parte de los complejos I III y IV desde la matriz hacia el espacio intermembrana. 3.- Cada complejo será capaz de bombear dos protones. 4.- La salida de estos protones a través de las ATPasas servirá para sintetizar ATP, 1 ATP por cada dos protones

Inhibidores Bloquean a transportadores específicos de la cadena de transporte Sustancia vegetal toxica, usada como insecticida Compuesto químico aislado del Streptomyces (bacteria gram positiva)

TIPOS DE AGENTES DE AFECTAN A LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Agentes desacoplantes: 2,4 dinitrofenol, Dicumarol, fenilhidrazona de cianuro, Salicilanilidas, Arseniato Inhibidores de la formación de ATP Oligomicina Rutamicina Aurovertina Trietiltina Ionóferos (transportadores de catioenes) Valinomicina Gramicidina Nonactina Nigericina