PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA - 2015 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 (CITOSOL) (MITOCONDRIA) O2 ANAEROBIOSIS O2 AEROBIOSIS 2 Acetil-CoA + 2 CO2 2 Lactato Etanol Fermentación Láctica (músculo en contracción, eritrocitos) Ciclo de Krebs Fermentación Alcohólica (microorganismos: levaduras) 4 CO2+ 4 H2O Células animales, vegetales

Destinos del Piruvato (GuíaTP Qca. Biológica, 2015)

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)

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 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 Repasemos de teorías anteriores….

¿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 Condensación Acetil-CoA Deshidratación Citrato Deshidrogenación Oxalacetato Malato Cis-Aconitato Hidratación Hidratación Fumarato Isocitrato a-Ceto glutarato Succinato Deshidrogenación Descarboxilación oxidativa Succinil-CoA Fosforilación a nivel de sustrato GTP Descarboxilación oxidativa 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

PRIMERA REACCION DEL CICLO DE KREBS Citrato sintasa Glicolisis ó Piruvato Acetil-CoA CICLO DE KREBS Oxalacetato Citrato 17

REACCION 2- DE FORMACION DE ISOCITRATO Aconitasa Citrato ó Acido Cítrico Cis-Aconitato 18

REACCION 3 - Isocitrato deshidrogenasa Oxalosuccinato a-Cetoglutarato 20

REACCION 4 - alfa-cetoglutarato deshidrogenasa Succinil-CoA 21

REACCION 5 - Succinil-CoA sintetasa ó Succinato tioquinasa Fosforilación a nivel de sustrato 22

Reacción 6 - Succinato deshidrogenasa Fumarato 23

Reacción 7 - Fumarasa Fumarato L-Malato Fumarasa 24

Reacción 8 - Malato deshidrogenasa Oxalacetato deshidrogenasa 25

REACCION DE LA ISOCITRATO DESHIDROGENASA Distribución de carbonos 20

Esquema de distribución de carbonos desde Succinato a Oxalacetato 26

REGULACIÓN DEL CICLO DE KREBS ATP, Citrato ENZIMAS REGULADORAS 1) - Citrato sintasa 2)- Isocitrato deshidrogenasa 3)- a.Cetoglutarato deshidrogenasa

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)

El Ciclo de Krebs es una vía ANFIBÓLICA Función Anfibólica del Ciclo de Krebs Reacciones anapleróticas Varios intermediarios del Ciclo de Krebs pueden ser utilizados para la biosíntesis de otros compuestos (Función Anabólica) - FLECHAS AZULES Para un buen funcionamiento del Ciclo estos intermediarios deben reponerse. Las reacciones que proveen de los mismos se denominan Reacciones de relleno o Anapleróticas – FLECHAS ROJAS El Ciclo de Krebs es una vía ANFIBÓLICA

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

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 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.

Relacionemos…..

¿Cuánta energía contiene cuando se degradada hasta un mol de GLUCOSA cuando se degradada hasta CO2 y H2O en aerobiosis? Con lo que sabemos ….¿ Podemos averiguar…?

Para entenderlo debemos saber….. Citosol Sistemas de Lanzadera Mitocondria Cadena de transporte electrónico

SISTEMAS de LANZADERAS ó CONMUTADORES Sistemas de transferencia de los equivalentes de reducción producidos en el citosol hacia la Cadena Respiratoria en la mitocondria ¿Por qué ocurren estas transferencias? Debido a la imperbeabilidad de la membrana mitocondrial interna al NADH ¿Cómo funcionan? 1)- Necesitan una enzima citosólica que reoxide NADH y un Sustrato aceptor de los hidrógenos 2) El Sustrato aceptor debe tener un transportador para atravesar la membrana interna mitocondrial 3) Necesitan una enzima mitocondrial (isoenzima) que reoxide al Sustrato aceptor de los hidrógenos y que éste ceda los equivalentes de reducción a la Cadena Respiratoria

SISTEMAS de LANZADERAS ó CONMUTADORES Músculo esquelético Cerebro Sistemas Lanzaderas Lanzadera del glicerofosfato (rinde 2 ATP) Lanzadera del malato-aspartato (participan amino ácidos) (rinde 3 ATP) Hígado Corazón Riñón

Lanzadera del glicerofosfato EN AEROBIOSIS H producidos en el citosol Isoenzima citosólica S aceptor de H Isoenzima mitocondrial H que pasaron a la Cadena Respiratoria 2 ATP Cadena Respiratoria

SE ESTUDIARÁ en METABOLISMO de AMINOÁCIDOS Lanzadera del Malato-Aspartato EN AEROBIOSIS 3 ATP H producidos en el citosol SE ESTUDIARÁ en METABOLISMO de AMINOÁCIDOS H que pasaron a la mitocondria

¿Cuál es el RENDIMIENTO DE ATP por oxidación total DE 1 MOLECULA DE GLUCOSA? En la VIA GLICOLITICA: produce 2 ATP 2 NADH en el citosol que por SISTEMA de LANZADERAS: Producen 2 o 3 ATP c/u = 4 ó 6 ATP UNA GLUCOSA PRODUCE 2 MOLECULAS DE PIRUVATO : cada Piruvato produce incluído el C. de Krebs, 15 ATP X 2 = 30 ATP TOTAL: 32 ATP + 4 (6) ATP = 36 ó 38 ATP

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

Bibliografía 1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007). 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).