El ciclo de los ácidos tricarboxílicos, del ácido cítrico o de Krebs

Presentación del tema: "El ciclo de los ácidos tricarboxílicos, del ácido cítrico o de Krebs"— Transcripción de la presentación:

1 El ciclo de los ácidos tricarboxílicos, del ácido cítrico o de Krebs

2 Hans Adolf Krebs ( ) Ciudadano alemán de familia judía, emigró a Inglaterra en 1933, donde se desempeñó en Cambridge, Sheffield y Oxford. Nobel en 1953 en fisiología y medicina. Sir Hans Adolf Krebs was born at Hildesheim, Germany, on August 25th, He is the son of Georg Krebs, M.D., an ear, nose, and throat surgeon of that city, and his wife Alma, néeDavidson. Krebs was educated at the Gymnasium Andreanum at Hildesheim and between the years 1918 and 1923 he studied medicine at the Universities of Göttingen, Freiburg-im-Breisgau, and Berlin. After one year at the Third Medical Clinic of the University of Berlin he took, in 1925, his M.D. degree at the University of Hamburg and then spent one year studying chemistry at Berlin. In 1926 he was appointed Assistant to Professor Otto Warburg at the Kaiser Wilhelm Institute for Biology at Berlin-Dahlem, where he remained until 1930. In I930, he returned to hospital work, first at the Municipal Hospital at Altona under Professor L. Lichtwitz and later at the Medical Clinic of the University of Freiburg-im-Breisgau under Professor S. J. Thannhauser. In June 1933, the National Socialist Government terminated his appointment and he went, at the invitation of Sir Frederick Gowland Hopkins, to the School of Biochemistry, Cambridge, where he held a Rockefeller Studentship until 1934, when he was appointed Demonstrator of Biochemistry in the University of Cambridge. In 1935, he was appointed Lecturer in Pharmacology at the University of Sheffield, and in 1938 Lecturer-in-Charge of the Department of Biochemistry then newly founded there. In 1945 this appointment was raised to that of Professor, and of Director of a Medical Research Council’s research unit established in his Department. In 1954 he was appointed Whitley Professor of Biochemistry in the University of Oxford and the Medical Research Council’s Unit for Research in Cell Metabolism was transferred to Oxford. Professor Krebs’ researches have been mainly concerned with various aspects of intermediary metabolism. Among the subjects he has studied are the synthesis of urea in the mammalian liver, the synthesis of uric acid and purine bases in birds, the intermediary stages of the oxidation of foodstuffs, the mechanism of the active transport of electrolytes and the relations between cell respiration and the generation of adenosine polyphosphates. Among his many publications is the remarkable survey of energy transformations in living matter, published in 1957, in collaboration with H. L. Kornberg, which discusses the complex chemical processes which provide living organisms with high-energy phosphate by way of what is known as the Krebs or citric acid cycle. Krebs was elected a Fellow of the Royal Society of London in In 1954 the Royal Medal of the Royal Society, and in 1958 the Gold Medal of the Netherlands Society for Physics, Medical Science and Surgery were conferred upon him. He was knighted in He holds honorary degrees of the Universities of Chicago, Freiburg-im-Breisgau, Paris, Glasgow, London, Sheffield, Leicester, Berlin (Humboldt University), and Jerusalem. He married Margaret Cicely Fieldhouse, of Wickersley, Yorkshire, in They have two sons, Paul and John, and one daughter, Helen.

3 El ciclo de los AT cumple una función central en el metabolismo
Metabolismo de carbohidratos complejos Metabolismo de cofactores, vitaminas y otros Metabolismo de nucleótidos Metabolismo de otros aminoácidos Metabolismo de aminoácidos Metabolismo de carbohidratos Metabolismo de lípidos Metabolismo energético Metabolismo de lípidos complejos Ciclo de Krebs Los hidratos de carbono, lípidos y algunos aminoácidos son degradados a AcCoA El CAT cumple una función central en el metabolismo, canalizando el AcCoA que proviene de la oxidación de HdeC, lípidos y aminoácidos y proveyendo de energía e intermediarios para procesos anabólicos. Ocurre en mitocondrias de org. eucariotes o citosol de procariotas

4 Los hidratos de carbono, lípidos y algunos aminoácidos son degradados a AcCoA
La CoA puede formar enlaces de alta energía a través de

5 La CoA es un nucleótido que puede formar enlaces de alta energía, activando a otras moléculas.
Ac. Pantoténico: B3 Cisteamina Ác. pantoténico 3´, 5´ADP

6 Piruvato CO2 2 e Acetil CoA 8 e 2 CO2 GTP
El Ciclo de Krebs tiene como sustrato al AcCoA, y como productos, luego de 8 reacciones, CO2, GTP y equivalentes de reducción (NADH y FADH2). Piruvato Acetil CoA CO2 2 e - 2 CO2 8 e GTP Ciclo de Krebs 8 reacciones El Cat tiene como sustrato al AcCoA, y como productos, luego de 8 reacciones, CO2, GTP y equivalentes de reducción.

7 El complejo de la piruvato deshidrogenasa
Piruvato + NAD+ + HSCoA  AcCoA + CO2 + NADH Esta reacción irreversible es el vínculo entre la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico. (Figura 17.4) Obsérvese que en la preparación del derivado de glucosa, piruvato, para el ciclo del ácido cítrico se produce una descarboxilación oxidativa y se capturan electrones de alto potencial de transferencia en forma de NADH. Por lo tanto, la reacción de la piruvato deshidrogenasa tiene muchas de las características clave de las reacciones del propio ciclo del ácido cítrico. El complejo piruvato deshidrogenasa es un gran complejo altamente integrado de tres tipos de enzimas (Tabla 17.1). La piruvato deshidrogenasa es un miembro de una familia de complejos homólogos que incluye la enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa del ciclo del ácido cítrico (Sección ), una α-cetoácido deshidrogenasa de cadena ramificada, y la acetoin deshidrogenasa, encontrada en ciertos procariotas. Estos complejos son gigantes, con masas moleculares que oscilan entre 4 y 10 millones de daltons (Figura 17.5). Como veremos, sus elaboradas estructuras permiten a los grupos viajar de un sitio activo a otro, conectados por medio de cuerdas al núcleo de la estructura. El mecanismo de la reacción de piruvato deshidrogenasa es maravillosamente complejo, más de lo que se sugiere por su estequiometría relativamente simple. La reacción requiere la participación de las tres enzimas del complejo piruvato deshidrogenasa, cada una compuesta de varias cadenas polipeptídicas, y cinco coenzimas: tiamina pirofosfato (TPP), ácido lipoico y FAD sirven como cofactores catalíticos, y CoA y NAD + son co-factores estequiométricos.

8 Reconstrucción en 3D de PDC bovina (A y B) y representación esquemática de los dominios estructurales de la subunidad E2 (C). 3D reconstruction of bovine PDC (A and B) and diagrammatic representation of the structural domains of E2 subunit (C). Shaded-surface representation of 3-fold axes of symmetry of the 3D reconstruction of the bovine kidney PDC (A) and with the closest half removed to reveal the linker (blue) that binds E1 (yellow) to the E2 core (green; B). The inner linker is ≈50 Å in length. (C) The C-terminal self-association domain is responsible for the assembly of the dodecahedral scaffold to which E1 and BP⋅E3 bind. The N-terminal half of the E2 comprises the L1 and L2 lipoyl domains, and the E1-binding domain, and their associated linkers. The inner linker is revealed in the 3D structure of the PDC. Z. Hong Zhou et al. PNAS 2001;98: ©2001 by National Academy of Sciences

9 El complejo tiene muchas partes móviles que trabajan juntas para realizar la reacción global. Está construido alrededor de un núcleo simétrico, mostrado aquí en azul. Cada una de las cadenas de proteínas en este núcleo tiene una cola flexible larga que se pliega en varios dominios funcionales adicionales. Uno de estos dominios une a las otras enzimas en el complejo, que se muestra en verde y amarillo / rosa. También hay varios pequeños dominios que actúan como portadores. Un aminoácido de lisina en estos dominios (mostrado en magenta) está unido a una molécula portadora especial, el ácido lipoico (no incluido en la estructura). Entrega la molécula que se descompone de enzima a enzima durante la reacción. Tenga en cuenta que esta ilustración está muy simplificada: sólo se muestran 6 de las 24 colas. En el complejo real, el núcleo central está completamente rodeado y son alrededor de 60 núcleos de deshidrogenación oxidativa.

10 Los componentes del complejo de la piruvato deshidrogenasa
Enzima Abreviatura Número de cadenas Grupo prostético Reacción catalizada Componente piruvato DH E1 24 TPP Decarboxilación oxidativa del Pir Dihidrolipoil transacetilasa E2 Lipoamida Transferencia del grupo acetilo al CoA Dihidrolipoil deshidrogenasa E3 12 FAD Regeneración de la forma oxidada de la lipoamida El CAT cumple una función central en el metabolismo, canalizando el AcCoA que proviene de la oxidación de HdeC, lípidos y aminoácidos y proveyendo de energía e intermediarios para procesos anabólicos.

11 Naturaleza secuencial del complejo PDH
Piruvato Lipoil-Lys oxidada reducida AcCoA Naturaleza secuencial del complejo PDH

12 La bioquímica de las reacciones catalizadas por la PDH
Piruvato + NAD+ + HSCoA  AcCoA + CO2 + NADH Piruvato AcetilCoA decarboxilación oxidación Transferencia a CoA Las reacciones catalizadas por la PDH

13 Decarboxilación oxidativa del Piruvato. La TPP.

14 Decarboxilación oxidativa del Piruvato
Decarboxilación oxidativa del Piruvato. Decarboxilación mediada por la TPP. Piruvato Compuesto de adición Estos pasos deben estar acoplados para conservar la energía libre derivada de la etapa de descarboxilación para conducir la formación de NADH y acetil CoA. En primer lugar, el piruvato se combina con TPP y luego se descarboxila (Figura 17.6). Esta reacción es catalizada por el componente piruvato deshidrogenasa (E1) del complejo multienzimático. Una característica clave de TPP, el grupo prostético del componente piruvato deshidrogenasa, es que el átomo de carbono entre los átomos de nitrógeno y azufre en el anillo de tiazol es mucho más ácido que la mayoría de los grupos = CH-, con un valor pKa cercano a 10. Este centro ioniza para formar un carbanión, que se añade fácilmente al grupo carbonilo del piruvato. Esta adición es seguida por la descarboxilación de piruvato. El anillo cargado positivamente de TPP actúa como un sumidero de electrones que estabiliza la carga negativa que se transfiere al anillo como parte de la descarboxilación. La protonación produce hidroxietil-TPP. Formas resonantes de la TPP Hidroxietil TPP

15 Decarboxilación oxidativa del piruvato
Decarboxilación oxidativa del piruvato. Transferencia de equivalentes de reducción a la lipoamida Hidroxietil TPP Lipoamida Carbanión de la TPP Acetil lipoamida El oxidante en esta reacción es el grupo disulfuro de la lipoamida, que se reduce a su forma disulfhidrilo. Esta reacción, también catalizada por el componente piruvato deshidrogenasa E1, produce acetil-lipoamida.

16 El grupo acetilo se transfiere de la acetil-lipoamida a CoA para formar acetil-CoA
HSCoA Acetil lipoamida AcCoA Dihidrolipoamida La dihidrolipoil transacetilasa (E2) cataliza esta reacción. La alta energía del enlace tioéster se conserva cuando el grupo acetilo se transfiere a CoA. Recordemos que CoA sirve como un portador de muchos grupos acilo activados, de los cuales el acetil es el más simple. Ahora se ha generado Acetil CoA, el combustible para el ciclo del ácido cítrico, a partir de piruvato.

17 Reoxidación de la DHlipoamida a lipoamida y transferencia de electrones desde el FAD al NAD+, un evento poco común. dihidrolipoamida lipoamida El complejo de piruvato deshidrogenasa no puede completar otro ciclo catalítico hasta que la dihidrolipoamida se oxida a lipoamida. En una cuarta etapa, la forma oxidada de lipoamida es regenerada por dihidrolipoyl deshidrogenasa (E3). Dos electrones se transfieren a un grupo prostético FAD de la enzima y luego a NAD +. Esta transferencia de electrones a FAD es inusual, porque el papel común para FAD es recibir electrones de NADH. El potencial de transferencia de electrones de FAD se altera por su asociación con la enzima y le permite transferir electrones a NAD +. Las proteínas estrechamente asociadas con FAD o mononucleótido de flavina (FMN) se denominan flavoproteínas.

18 Relación estructura-función en el complejo de la PDH.
Representación esquemática del complejo piruvato deshidrogenasa. El núcleo de transacetilasa (E2) se muestra en rojo, el componente piruvato deshidrogenasa (E1) en amarillo y la dihidrolipoil deshidrogenasa (E3) en verde.

19 Relación estructura-función en el complejo de la PDH.
Dominio de Interacción Con E3 El núcleo del complejo está formado por E2. La acetiltransferasa consiste en ocho trímeros catalíticos ensamblados para formar un cubo hueco. Cada una de las tres subunidades que forman un trímero tiene tres dominios principales (Figura 17.8). En el término amino es un pequeño dominio que contiene un cofactor de lipoamida unido unido a un residuo de lisina. Este dominio es homólogo a los dominios de unión a la biotina tales como el de la piruvato carboxilasa (véase la figura 16.26). El dominio lipoamida es seguido por un pequeño dominio que interactúa con E3 dentro del complejo. Un dominio de transacetilasa mayor completa una subunidad E2. E1 es un tetrámero α2β2, y E3 es un dímero αβ. Veinticuatro copias de E1 y 12 copias de E3 rodean el núcleo E2. ¿Cómo funcionan los tres sitios activos distintos en concierto ? Dominio transacetilasa

20 NAD+ NADH + H+ Piruvato CO2 En la parte superior (centro), la enzima (representada por un amarillo, un azul y dos esferas rojas) no está modificado y listo para un ciclo catalítico. (1) El piruvato se descarboxila para formar la hidroxietil-TPP. (2) El brazo dihidrolipoilo de E2 se mueve hacia el sitio activo de E1. (3) E1 cataliza la transferencia del grupo de dos carbonos al grupo dihidrolipoılo para formar el complejo acetil-lipoılo. (4) E2 cataliza la transferencia del resto acetilo a CoA para formar el producto acetil CoA. El brazo de lipohilo disulfhidrilo entonces oscila al sitio activo de E3. E3 cataliza (5) la reducción del ácido lipoico y (6) la transferencia de los protones y electrones a NAD + para completar el ciclo de reacción. La integración estructural de tres tipos de enzimas hace posible la catálisis coordinada de una reacción compleja. La proximidad de una enzima a otra aumenta la velocidad de reacción global y minimiza las reacciones secundarias. Todos los productos intermedios en la descarboxilación oxidativa del piruvato están estrechamente unidos al complejo y se transfieren fácilmente debido a la capacidad del brazo de lipoil-lisina de E2 para invocar cada sitio activo a su vez. AcCoA CoA

21 El ciclo de los ácidos tricarboxílicos.
Glucosa Ácidos Grasos Piruvato Cuerpos cetónicos Acetato Aminoácidos AcetilCoA Oxalacetato Citrato (6C) Malato (4C) Isocitrato (6C) Isocitrato Fumarato (4C) Succinato (4C) a-cetoglutarato (5C) Succinil CoA

22 Reacciones del ciclo de los ácidos tricarboxílicos.

23 Citrato sintasa. Generación del primer ácido tricarboxílico
Oxalacetato AcCoA CitrilCoA Citrato El ciclo del ácido cítrico comienza con la condensación de una unidad de cuatro carbonos, oxaloacetato y una unidad de dos carbonos, el grupo acetilo de acetil CoA. El oxaloacetato reacciona con acetil CoA y H2O para producir citrato y CoA. Esta reacción, que es una condensación aldólica seguida por una hidrólisis, es catalizada por la citrato sintasa. El oxaloacetato se condensa primero con acetil CoA para formar citril CoA, que luego se hidroliza a citrato y CoA. La hidrólisis de Citryl CoA, un intermedio tioéster de alta energía, impulsa la reacción global en la dirección de la síntesis del citrato. En esencia, la hidrólisis del tioéster potencia la síntesis de una nueva molécula a partir de dos precursores. Debido a que esta reacción inicia el ciclo, es muy importante minimizar las reacciones secundarias. Consideremos brevemente cómo la citrato sintasa previene los procesos de desperdicio tales como la hidrólisis de acetil CoA. La citrato sintasa de mamífero es un dímero de subunidades idénticas de 49 kd. Cada sitio activo se localiza en una hendidura entre los dominios grande y pequeño de una subunidad, adyacente a la interfaz de la subunidad. Los resultados de los estudios radiográficos de la citrato sintasa y sus complejos con varios sustratos e inhibidores revelaron que la enzima experimenta grandes cambios conformacionales en el curso de la catálisis. La citrato sintasa exhibe cinética secuencial ordenada: el oxaloacetato se une primero, seguido por el acetil CoA. La razón de la unión ordenada es que el oxaloacetato induce un reordenamiento estructural importante que conduce a la creación de un sitio de unión para el acetil CoA. La forma abierta de la enzima observada en ausencia de ligandos se convierte en una forma cerrada mediante la unión de oxaloacetato La citrato sintasa cataliza la reacción de condensación poniendo los sustratos en proximidad, orientándolos y polarizando ciertos enlaces. Dos residuos de histidina y un residuo de aspartato son actores importantes (Figura 17.11). Uno de los residuos histidina (His 274) dona un protón al oxígeno carbonílico de acetil CoA para promover la eliminación de un protón metilo por Asp 375. Oxaloacetato se activa mediante la transferencia de un protón desde His 320 a su átomo de carbono carbonilo. El ataque concomitante del enol de acetil CoA sobre el carbono carbonilo del oxaloacetato da lugar a la formación de un enlace carbono-carbono. El recién formado Citryl CoA induce cambios estructurales adicionales en la enzima. El sitio activo queda completamente encerrado. Su 274 participa de nuevo como un donante de protones para hidrolizar el tioéster. La coenzima A deja la enzima, seguida de citrato, y la enzima regresa a la conformación abierta inicial. Ahora podemos entender cómo se evita la hidrólisis inútil de acetil CoA. La citrato sintasa es adecuada para hidrolizar citril CoA pero no acetil CoA. ¿Cómo se realiza esta discriminación? En primer lugar, el acetil CoA no se une a la enzima hasta que el oxaloacetato esté unido y listo para la condensación. En segundo lugar, los residuos catalíticos cruciales para la hidrólisis del enlace tioéster no se colocan adecuadamente hasta que se forma citril CoA. Al igual que con la hexoquinasa (Sección ) y la triosa fosfato isomerasa (Sección ), el ajuste inducido evita una reacción secundaria indeseable. Oxalacetato Sitios de unión OAA

24 Aconitasa Citrato cis-aconitato Isocitrato
El grupo hidroxilo terciario no está adecuadamente localizado en la molécula citrato para las descarboxilaciones oxidativas que siguen. Así, el citrato se isomeriza en isocitrato para permitir que la unidad de seis carbonos se someta a descarboxilación oxidativa. La isomerización de citrato se realiza mediante una etapa de deshidratación seguida por una etapa de hidratación. El resultado es un intercambio de un átomo de hidrógeno y un grupo hidroxilo. La enzima que cataliza ambas etapas se llama aconitase porque el cis-aconitate es un intermedio. Aconitase es una proteína de hierro-azufre, o proteína de hierro nonheme. Contiene cuatro átomos de hierro que no se incorporan como parte de un grupo hemo. Los cuatro átomos de hierro están complejados con cuatro sulfuros inorgánicos y tres átomos de azufre de cisteína, dejando un átomo de hierro disponible para unir citrato y luego isocitrato a través de sus grupos carboxilato e hidroxilo (Figura 17.12). Este centro de hierro, junto con otros grupos sobre la enzima, facilita las reacciones de deshidratación y rehidratación. Vamos a considerar el papel de estos grupos de hierro-azufre en las reacciones de transferencia de electrones de la fosforilación oxidativa posteriormente (Sección ). Citrato cis-aconitato Isocitrato

25 Isocitrato deshidrogenasa.
Llegamos ahora a la primera de cuatro reacciones de oxidación-reducción en el ciclo del ácido cítrico. La descarboxilación oxidativa del isocitrato es catalizada por la isocitrato deshidrogenasa. El intermedio en esta reacción es oxalosuccinato, un β-cetoácido inestable. Mientras está unido a la enzima, pierde CO2 para formar α-cetoglutarato. La velocidad de formación del α-cetoglutarato es importante para determinar la tasa global del ciclo, como se verá en la sección Esta oxidación genera el primer portador de electrones de alto potencial de transferencia NADH en el ciclo. Oxalosuccinato a-cetoglutarato

26 a-cetoglutarato deshidrogenasa
La conversión de isocitrato en α-cetoglutarato es seguida por una segunda reacción de descarboxilación oxidativa, la formación de succinil CoA a partir de α-cetoglutarato. La descarboxilación oxidativa del α-cetoglutarato se parece mucho a la del piruvato, también α-cetoácido. Ambas reacciones incluyen la descarboxilación de un α-cetoácido y la formación subsiguiente de un enlace tioéster de alto potencial de transferencia con CoA. El complejo que cataliza la descarboxilación oxidativa del α-cetoglutarato es homólogo al complejo piruvato deshidrogenasa, y el mecanismo de reacción es totalmente análogo. El componente α-cetoglutarato deshidrogenasa (E2) y la transsuccinilasa (E1) son diferentes pero son homólogos a las enzimas correspondientes en el complejo piruvato deshidrogenasa, mientras que los componentes dihidrolipoil deshidrogenasa (E3) de los dos complejos son idénticos. a-cetoglutarato Succinil CoA

27 Succinil CoA sintetasa
Succinato Succinyl CoA es un compuesto tioéster rico en energía. El ΔG ° 'para la hidrólisis de succinil CoA es aproximadamente -8 kcal mol-1 (-33,5 kJ mol-1), que es comparable al de ATP (-7,3 kcal mol-1, o -30,5 kJ mol-1) . En la reacción de ci-trate sintasa, la escisión del enlace tioéster potencia la síntesis del citrato de seis carbonos del oxaloacetato de cuatro carbonos y del fragmento de dos carbonos. La escisión del enlace tioéster de succinil CoA se acopla a la fosforilación de un nucleósido difosfato de purina, usualmente GDP. Esta reacción es catalizada por succinil CoA sintetasa (succinato tiokinasa). Esta enzima es un heterodímero α2β2; La unidad funcional es un par αβ. El mecanismo es un claro ejemplo de transformaciones de energía: la energía inherente a la molécula de tioéster se transforma en potencial de transferencia de grupo fosforilo (Figura 17.13). El primer paso es el desplazamiento de la coenzima A por ortofosfato, que genera otro compuesto rico en energía, succinil fosfato. Un residuo histidina de la subunidad α elimina el grupo fosforilo con la generación concomitante de succinato y fosfohistidina. El residuo de fosfohistidina entonces oscila sobre un nucleósido difosfato unido y el grupo fosforilo se transfiere para formar el nucleósido trifosfato. La participación de compuestos de alta energía en todas las etapas se atestigua por el hecho de que la reacción es fácilmente reversible: ΔG ° '= -0,8 kcal mol-1 (-3,4 kJ mol-1). Este es el único paso en el ciclo del ácido cítrico que produce directamente un compuesto con alto potencial de transferencia de fosforilo a través de una fosforilación a nivel de sustrato. Algunas succinil CoA sintetasas de mamíferos son específicas para GDP y otras para ADP. La enzima E. coli usa GDP o ADP como aceptor del grupo fosforilo. Ya hemos visto que el GTP es un componente importante de los sistemas de transducción de señales (Capítulo 15). Alternativamente, su grupo γ-fosforilo puede ser fácilmente transferido a ADP para formar ATP, en una reacción catalizada por nucleósido difosfokinasa. El mecanismo de succinil CoA sintetasa revela que un grupo fosforilo se transfiere primero a succinil CoA unido en la subunidad α y luego a un nucleósido difosfato unido en la subunidad β. El examen de la estructura tridimensional de succinyl CoA sintetasa muestra que cada subunidad comprende dos dominios (Figura 17.14). Los dominios carboxilo-terminal de las dos subunidades son similares entre sí, mientras que los dominios amino-terminales tienen estructuras diferentes, cada una de las características de su papel en el mecanismo. El dominio amino-terminal de la subunidad α forma un pliegue de Rossmann (Sección ), que se une al componente ADP de succinil CoA, mientras que el dominio amino-terminal de la subunidad β es un dominio de agarre ATP, un nucleótido activador Dominio encontrado en muchas enzimas, especialmente aquellas que catalizan la biosíntesis de purinas (Sección y Capítulo 25). Succinyl CoA sintetasa ha evolucionado mediante la adopción de estos dominios y aprovechamiento de ellos para permitir la captura de la energía asociada con succinyl CoA división para impulsar la generación de un nucleósido trifosfato.

28 Succinil CoA sintetasa
His CoA ADP SU alfa SU beta

29 Regeneración del oxalacetato
Succinato DH Fumarasa Malato DH Succinato Fumarato Oxalacetato Las reacciones de los compuestos de cuatro carbonos constituyen la etapa final del ciclo del ácido cítrico: la regeneración del oxaloacetato. Las reacciones constituyen un motivo metabólico que volveremos a ver en la síntesis y degradación de ácidos grasos, así como en la degradación de algunos aminoácidos (véase la figura 14.17). Un grupo metileno (CH2) se convierte en un grupo carbonilo (C = O) en tres etapas: una oxidación, una hidratación y una segunda reacción de oxidación. No sólo el oxaloacetato se regenera así durante otra ronda del ciclo, sino que también se extrae más energía en forma de FADH2 y NADH. El succinato se oxida a fumarato por succinato deshidrogenasa. El aceptor de hidrógeno es FAD en lugar de NAD +, que se utiliza en las otras tres reacciones de oxidación en el ciclo. En la succinato deshidrogenasa, el anillo de isoaloxazina de FAD está unido covalentemente a una cadena lateral de histidina de la enzima (denominada E-FAD). FAD es el aceptor de hidrógeno en esta reacción porque el cambio de energía libre es insuficiente para reducir NAD +. FAD es casi siempre el aceptor de electrones en las oxidaciones que eliminan dos átomos de hidrógeno de un sustrato. Succinato deshidrogenasa, como la aconitasa, es una proteína de hierro-azufre. De hecho, la succinato deshidrogenasa contiene tres clases diferentes de grupos hierro-azufre, 2Fe-2S (dos átomos de hierro unidos a dos sulfuros inorgánicos), 3Fe-4S y 4Fe-4S. La succinato deshidrogenasa -que consiste en dos subunidades, una de 70 kd y la otra de 27 kd- difiere de otras enzimas en el ciclo del ácido cítrico al estar incrustada en la membrana mitocondrial interna. De hecho, la succinato deshidrogenasa está directamente asociada con la cadena de transporte de electrones, la relación entre el ciclo del ácido cítrico y la formación de ATP. El FADH2 producido por la oxidación del succinato no se disocia de la enzima, en contraste con el NADH producido en otras reacciones de oxidación-reducción. Más bien, dos electrones se transfieren de FADH2 directamente a los aglomerados de hierro-azufre de la enzima. El último aceptor de estos electrones es el oxígeno molecular, como veremos en el capítulo 18. El siguiente paso es la hidratación del fumarato para formar l-malato. La fumarasa cataliza una adición trans estereospecífica de un átomo de hidrógeno y un grupo hidroxilo. El grupo hidroxilo se añade a sólo un lado del doble enlace del fumarato; Por lo tanto, sólo se forma el l isómero de malato. Finalmente, el malato se oxida para formar oxaloacetato. Esta reacción es catalizada por malato deshidrogenasa, y NAD + es de nuevo el aceptor de hidrógeno. Obsérvese que la energía libre estándar para esta reacción, a diferencia de las otras etapas del ciclo del ácido cítrico, es significativamente positiva. La oxidación del malato es impulsada por la utilización de los productos oxaloacetato por citrato sintasa y NADH por la cadena de transporte de electrones.

30 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + AcCoA  3 NADH + FADH2 + GTP + CoA + 2 CO2
Ecuación balanceada 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + AcCoA  3 NADH + FADH2 + GTP + CoA + 2 CO2

31 Regulación del ciclo de los ácidos tricarboxílicos
Las tres enzimas que poseen un DG negativo, citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y a-cetoglutarato DH son regulatorias. El ciclo está regulado en gran parte por la disponiblidad de ssutratos, inhibición por productos y otros intermediarios del ciclo. ADP, ATP y Ca2+ son moduladores alostéricos del CAT. Algunas enzimas del CAT se asocian en un metabolón. El CAT cumple una función central en el metabolismo, canalizando el AcCoA que proviene de la oxidación de HdeC, lípidos y aminoácidos y proveyendo de energía e intermediarios para procesos anabólicos.

32 Regulación de la glucólisis
En animales ATP-PFK GK y HK Piruvato kinasa

33 Reacción Enzima DG°´ DG 1. Glc + ATP  Glc6P + ADP + H+ Hexoquinasa -4.0 -8.0 2. Glc6P  Fru6P Fosfoglucosa isomerasa +0.4 -0.6 3. Fru6-P+ATP Fru1,6-bisP+ADP+(H+) Fosfofructoquinasa -3.4 -5.3 4. Fru1,6-bisP  DHAP+Ga3P Aldolasa +5.7 -0.3 5. DHAP  Ga3P Triosafosfato isomerasa +1.8 +0.6 6. Ga3P+ Pi + NAD+  1,3-bisfosfoglicerato + NADH + H+ Gliceraldehído3-P deshidrogenasa +1.5 7. 1,3-bisfosfoglicerato + ADP  3-Fosfoglicerato+ATP Fosfoglicerato quinasa -4.5 +0.3 8. 3-Fosfoglicerato  2-Fosfoglicerato Fosfoglicerato mutasa +1.1 +0.2 9. 2-fosfoglicerato PEP +H2O Enolasa -0.8 10. PEP + ADP + H+ Piruvato + ATP Piruvatoquinasa -7.5

34 Conversión de Glc en Glc6P
Hexokinasa: retroinhibición por Glc6P Glucokinasa: inhibida por Fru6P, activada por Fru1P Conversión de Fru6P en F1,6bisP Fosfofructokinasa (ATP): activada por Fru2,6bisP y AMP inhibida por ATP y citrato Fosfofructokinasa (PPi): activada por Fru2,6bisP inhibida por Pi Conversión de PEP en piruvato Piruvato kinasa: activada por Fru1,6bisP inhibida por ATP, citrato, Ala, ác. grasos, AcCoA y por fosforilación

35 Glucokinasa

36 Regulación de la GK durante la ingesta de sacarosa
Glucosa + ATP  Glc6P Fru6P Fru1,6P2 Fructosa + ATP  Fru1P  DHAP + Ga Ga + ATP  Ga3P GK PR  allulosa y diabetes

37 Regulación de la GK: el modelo mnemónico de
Van Schaftingen

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39 Glucokinasa vs. Hexokinasa: regulación de la glicemia

40 Transporte de Glc: proteínas Glut

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42 Transporte de Glc: proteínas Glut
Propiedades de los transportadores de glucosa Transportador Distribución Propiedades GLUT 1 Mayoría de las células Alta capacidad, baja Km  (1-2mM). GLUT 2 Hígado, cél. ß, hipotálamo, memb. basolateral de intestino delgado. Alta capacidad, baja afinidad (Km 15-20mM) parte del sensor de Glc en cél ß. GLUT 3 Neuronas, placenta, testículos. Baja Km (1mM), alta capacidad GLUT 4 Músculo esquelético y cardíaco Activado por insulina. Km 5mM. GLUT 5 Superficie mucosa del intestino delgado, esperma. Transportador primario de fructosa Adipocitos, músculo esquelético y el miocardio

43 Transporte de Glc: movimiento de Glut 4
Transporte de Glucosa Receptor Ins Fusión Internalización Fosfatidil inositol 3 kinasa ATP Adipocitos, músculo esquelético y el miocardio. Aumenta con el ejercicio, incrementando el uso de O2. Translocación y almacenamiento de los GLUT-4 desde la membrana celular. En la ausencia de insulina, cerca del 90% de los GLUT-4 es secuestrado intracelularmente en distintas vesículas que contienen proteínas como la aminopeptidasa sensible a insulina, la sinaptobrevina (también conocida como proteína-2 membranal asociada a vesículas o v-SNARE) y la pequeña proteína Rab-4 ligada a GTP. En respuesta a la insulina o ejercicio las vesículas que contienen GLUT-4 se trasladan a la membrana plasmática formando un complejo que involucra la sintaxin-4 (también conocida como el objetivo del receptor proteico asociado al sinaptosoma o t-SNARE) y la sinaptobrevina. Las vesículas se fusionan con la membrana plasmática incrementando el número de moléculas de GLUT-4 en la membrana y de esta manera aumentando el transporte de glucosa al interior de las células. La Rab-4 abandona las vesículas y se mueve al citosol en respuesta a la estimulación de la insulina. Cuando cesa la estimulación de la insulina los GLUT-4 se internalizan mediante la formación de vesículas recubiertas de clatrina desde la membrana plasmática, así los GLUT-4 ingresan en forma de endosomas reorganizándose con las vesículas intracelulares de GLUT-4. Tomado y traducido de: Shepherd PT & Kahn BB. Gianinet RA. (2011). GLUT4; Glucose Transport. 

44 Regulación de la PFK 2 ADP  ATP + AMP

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47 Síntesis de Fru2,6bisP kinasa fosfatasa

48 Mecanismos de señalización dependientes de proteína G
Más de 1000 receptores de señales que interaccionan con proteína G Cátedra de Bioquímica

49 Respuestas mediadas por receptor de glucagón en hígado
Teofilina Θ Cafeína Θ

50 Regulación de la Piruvato Kinasa