Prof. Lorena Bruna Ing. en Alimentos CICLO DE KREBS CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS Prof. Lorena Bruna Ing. en Alimentos

Hans Adolf Krebs Fritz Albert Lipmann LOCALIZACIÓN: MITOCONDRIA. Todas las células que contienen mitocondrias (excepciones: eritrocitos, retina…) FUNCIÓN: - CATABÓLICA. Oxidación de glúcidos, acidos grasos y proteínas para GENERAR ENERGÍA - ANABÓLICA. Algunos intermediarios son precursores biosintéticos VISIÓN GENERAL: - Serie cíclica de 8 reacciones que oxidan el acetil-CoA a CO2. Se forma ATP, NADH y FADH2.

La decarboxilación oxidativa del piruvato produce acetil-CoA, CO2 y NADH Piruvato Acetil-CoA Complejo multienzimático: piruvato deshidrogenasa formado por 3 enzimas y 5 coenzimas diferentes implicadas en la reacción y dos enzimas adicionales implicadas en la regulación

Coenzimas: •TPP (vit. B1, tiamina) •FAD (vit B2, riboflavina) •NAD+ (vit B3, niacina) •CoA (vit B5, pantotenato) •Lipoato Enzimas: •E1 = piruvato DH (TPP) •E2 = dihidrolipoil transacetilasa (lipoato, CoA) •E3 = dihidrolipoil deshidrogenasa (FAD, NAD+)

El complejo piruvato deshidrogenasa utiliza 5 coenzimas diferentes Pirofosfato de tiamina

Lipoamida

NAD NAD

FAD

CoA

Panorámica del ciclo de Krebs Krebs tiene 8 pasos Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O 2 CO2 + CoA + 3NADH + FADH2 + GTP

1. Formación de citrato • El citroil-CoA es un intermediario transitorio de reacción • La hidrólisis del enlace tioéster del intermediario hace que la reacción sea exergónica FORMACION DEL CITRATO Sintasa de citrato Condensación de acetil-CoA con oxaloacetato.

2. Formación de isocitrato vía cis-aconitato Isomerización de citrato a isocitrato: Aconitasa Transformación de citrato a isocitrato. La aconitasa contiene un centro hierro-azufre que actúa como centro de fijación de sustratos y centro catalítico

3. Oxidación del isocitrato a α-cetoglutarato y CO2 Existen dos formas diferentes de isocitrato deshidrogenasa: • NAD dependiente (matriz mitocondrial) • NADP dependiente (matriz mitocondrial y citosol) Formación de alfa-cetoglutarato y CO2: Primera oxidación Dehidrogenasa de isocitrato Ocurre la decarboxilación oxidativa de isocitrato con la reducción de NAD+.

4. Oxidación del α-cetoglutarato a succinil-CoA y CO2 􀂄 Formación de succinil CoA y CO2 : 􀂉 Segunda oxidación Complejo de dehidrogenasa de α-cetoglutarato Ocurre una decarboxilación oxidativa. NAD+ es el aceptador de electrones y CoA el “carrier” del grupo succinilo. Se conserva energía por la formación de un enlace tioester. El complejo de la α-cetoglutarato deshidrogenasa es muy parecido al complejo piruvato deshidrogenasa, tanto en estructura como en función

5. Conversión del succinil-CoA en succinato Formación de succinato: 􀂉 Sintetasa de succinil-CoA 􀂉 Hidrólisis de un compuesto de alta energía. La formación acoplada de GTP (o ATP) a expensas de la energía liberada por la decarboxilación oxidativa del α-ceto-glutarato es otro ejemplo de fosforilación a nivel del sustrato

6. Oxidación del succinato a fumarato El malonato es un fuerte inhibidor competitivo de esta enzima 􀂄 Formación de fumarato: Oxidación enlazada a FAD. Dehidrogenasa de succinato En eucariotas, la succinato deshidrogenasa se encuentra unida a la membrana mitocondrial interna, contiene tres centros hierro-azufre diferentes y una molécula de FAD unida covalentemente.

7. Hidratación del fumarato y producción de malato Formación de L-malato: Fumarasa Hidratación de fumarato al doble enlace. Esta enzima es específica para el fumarato y el L-malato

8. Oxidación del malato a oxalacetato 􀂄 Regeneración de oxaloacetato: 􀂉 Etapa final de oxidación 􀂉 Dehidrogenasa de malato. 􀂉 Ocurre reducción de NAD+.

Balance del Ciclo de Krebs Acetil-CoA + 3H2O+ 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + FADH2 + CoASH + GTP

Regulación del ciclo de Krebs Piruvato deshidrogenasa 1. Regulación alostérica: • Inhibidores: ATP, acetil-CoA, NADH y ácidos grasos de cadena larga • Activadores: AMP, CoA y NAD+ 2. Modulación covalente: además de E1, E2 y E3 el complejo PDH contiene 2 enzimas reguladoras capaces de modificar covalentemente a E1 • E1 quinasa : al fosforilar a E1 la inactiva esta quinasa es activada por NADH y acetil-CoA • E1 fosfatasa: al defosforilar a E1 la activa

1. Disponibilidad de sustratos 2. Inhibición por acumulación de productos: 3. Regulación de las siguientes enzimas: • Citrato sintasa Inhibidores: NADH, succinil-CoA, citrato, ATP Activadores: ADP • Isocitrato deshidrogenasa Inhibidores: ATP Activadores: Ca++, ADP • α-cetoglutarato deshidrogenasa Inhibidores: succinil-CoA, NADH Activadores: Ca++ El factor regulador más importante es la relación intramitocondrial de [NAD+] / [NADH]

Resumen: 􀂉 El ciclo oxida una molécula de piruvato para producir dos moléculas de CO2. 􀂉 Además 4 NAD+ se reducen para dar NADH. 􀂉 Un FAD produce un FADH2 􀂉 Un GDP se fosforila para dar GTP. 􀂉 Una molécula de OAA se regenera. 􀂉 Productos: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP ~ 1 ATP, y2 CO2