QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. BOLILLA 4 (Lic. en Biol. Molec.): CICLO DE KREBS. Generalidades. Descarboxilación oxidativa: complejo de la piruvato deshidrogenasa. Regulación. Destino de la acetil CoA. Reacciones del ciclo. Balance energético. Regulación del ciclo. Función anfibólica Compartimentalización mitocondrial. Translocasas. Lanzadera malato-aspartato. VIA DE LAS PENTOSAS. Etapas. Función. Enzimas implicadas. Relación con la glucólisis. Importancia metabólica. BOLILLA 5 (Ing. en Alim.): DESCARBOXILACION OXIDATIVA DEL PIRUVATO. Complejo de la piruvato deshidrogenasa. Regulación. Destino de la Acetil-CoA. Ciclo de Krebs. Regulación. Balance energético. Compartimentación mitocondrial. Translocasas. Lanzaderas del glicerofosfato y del aspartato-malato. Función anfibólica. Reacciones anapleróticas. Vía de las pentosas fosfato. Etapas. Función. Enzimas implicadas. Relación con la glucólisis. Importancia metabólica.
(músculo en contracción vigorosa, eritrocitos, lactobacilos) ¿Cuál es el destino del Piruvato según las condiciones celulares? 1 GLUCOSA 2 PIRUVATO VG 2 Lactato 2 Acetil-CoA + 2 CO2 4 CO2+ 4 H2O CK Anaerobiosis O2 2 Etanol + 2 CO2 Aerobiosis O2 Fermentación Láctica (músculo en contracción vigorosa, eritrocitos, lactobacilos) Fermentación Alcohólica (levaduras, algunos vertebrados marinos) Células animales (excepción eritrocitos), vegetales y muchos microorganismos.
C. Transformación del piruvato en Acetil-CoA El acetil-CoA se forma por descarboxilación oxidativa del piruvato, por la acción del complejo multienzimático: Piruvato deshidrogenasa (PDH). Mitocondria La PDH es un complejo, constituido por tres enzimas (E1, E2 y E3, Piruvato descarboxilasa, Dihidrolipoil transacetilasa y Lipoil deshidrogenasa) y 5 coenzimas (TPP, ac. Lipoico, Coenzima A, FAD+ y NAD+). Mitocondria
Lipoil deshidrogenasa Piruvato descar-boxilasa Dihidrolipoil transacetilasa Lipoil deshidrogenasa descarboxilasa Hidroxietil-PPT Mitocondria El grupo acetilo esta unido al grupo sulfhidrilo del CoA por un enlace tioéster. La hidrólisis del enlace tioéster del acetil-CoA libera 31,5 kJ/mol y es, por lo tanto, un enlace rico en energía.
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Regulación del complejo PDH La PDH está regulada por tres mecanismos superpuestos: Por regulación alostérica. Es inhibido por sus productos: NADH y Acetil-CoA, y por ATP. 2) Por modificación covalente (fosforilación-desfosforilación). 3) Por control hormonal (Insulina).
Regulación del complejo PDH ATP Regulación del complejo PDH
O2 PDH Ciclo de Krebs GLUCOSA (6C) VG 2 PIRUVATO (3C) 2 PIRUVATO 2 Acetil-CoA PDH 2 NAD+ 2 NADH+H+ CoA-SH CO2 4 CO2+ 4 H2O Ciclo de Krebs
Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico Hans Krebs,1937.
Reacción 1. La citrato sintasa cataliza la condensación entre acetil-CoA y oxalacetato para rendir citrato, que da nombre al ciclo.
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Reacción 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. Aconitasa
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Reacción 3. La isocitrato deshidrogenasa oxida el isocitrato a oxalosuccinato, con la reducción acoplada de NAD+ a NADH. Posteriormente, el oxalosuccinato es descarboxilado, rindiendo -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. Isocitrato deshidrogenasa O=C Isocitrato deshidrogenasa
Cadena de transporte electrónico Isocitrato deshidrogenasa Cadena de transporte electrónico 3 ATP
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Cadena de transporte electrónico Reacción 4. El complejo enzimático -cetoglutarato deshidrogenasa descarboxila oxidativamente el -cetoglutarato a succinil-CoA. α-cetoglutarato deshidrogenasa Cadena de transporte electrónico 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 CoA-SH 3 ATP
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Reacción 5. La succinil-CoA sintetasa o succinato tioquinasa 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. GTP + ADP GDP + ATP Nucleósido difosfato quinasa guanosina trifosfato (GTP) Guanosina difosfato (GDP)
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Cadena de transporte electrónico Reacción 6. Las reacciones restantes suponen la preparación de otra vuelta del ciclo, y para ello completan la oxidación de succinato a oxalacetato. La succinato deshidrogenasa 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. Succinato deshidrogenasa Cadena de transporte electrónico 2 ATP
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Reacción 7. La fumarasa o fumarato hidratasa cataliza después la hidratación del doble enlace del fumarato para rendir malato Fumarato hidratasa
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Cadena de transporte electrónico Reacción 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. O=C Malato deshidrogenasa H Cadena de transporte electrónico 3 ATP
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Hemos dado hasta ahora una vuela completa al ciclo de Krebs en el cual: 2 átomos de carbono entraron al ciclo en forma de Acetil-CoA y se combinaron con el oxalacetato del ciclo anterior. 2 átomos de carbono salieron del ciclo en forma de CO2 en los procesos de oxidación del isocitrato y el alfa-cetoglutarato. La energía de las oxidaciones se conservó con eficiencia en forma de 3 NADH, 1 FADH2 y 1GTP. Finalmente se regeneró la molécula de oxalacetato para dar inicio a otra vuelta del ciclo.
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Regulación del Ciclo de Krebs