UNIDAD VI CICLO DE KREBS Y OXIDACIONES BIOLÓGICAS Prof. Rafael González P Dpto. De Cs. Fisiológicas UDO-Bolívar PERÍODO I-2016 1
Para recordar… Delimitada por dos membranas muy especializadas. Dos Compartimientos: Matriz y Espacio Intermembranoso El metabolismo de los glúcidos está integrado: el Piruvato es importado dentro de la mitocondria y oxidado por el O2 a CO2 y H2O. La energía liberada es almacenada de una manera tan eficiente, que por cada glucosa oxidada se producen 30-32 ATP. 2
Respiración: Fase 1
Oxidación de los ácidos grasos, glucosa y algunos aminoácidos acetil-CoA. 3
Respiración: Fase 2
La oxidación de los grupos acetilo en el ciclo del ácido cítrico incluye cuatro pasos en los que se sustraen electrones.
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Respiración: Fase 3
Los e- transportados por el NADH y el FADH2 llegan a una cadena de transportadores electrónicos mitocondriales reduciendo finalmente el O2 a H2O. Este flujo electrónico es el que impulsa la producción de 5 ATP.
Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicos Enunciado por Hans Krebs en 1937 Al agregar Succinato, Fumarato y Malato a músculos machacados incrementa la velocidad del consumo de Oxígeno Visión General del Ciclo Función: Generación de equivalentes de reducción Producción de Fosfatos de alta energía es baja. Destino común del Catabolismo del Carbono Abarca tres fases: Fase 1: Formación de Citrato Fase 2: Oxidación de Citrato a Succinato Fase 3: Regeneración de Oxaloacetato 6
Ciclo de Krebs. Generalidades
En condiciones anaerobias, las células animales reducen el piruvato a lactato, y en las levaduras a etanol. En condiciones aerobias, el piruvato ingresa a la matriz mitocondrial y es convertido a Acetil-Coenzima A para llevar estos Carbonos a su estado de oxidación total en el ciclo del ácido cítrico. Embudo del metabolismo. Vía central del metabolismo aerobio: es la vía oxidativa final en el catabolismo de los carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos. Fuente importante de intermediarios de vías biosintéticas. 7
Ciclo de Krebs. Generalidades Serie cíclica de 8 reacciones que oxidan completamente una molécula de Acetil Co-A, dando 2 moléculas de CO2, generando energía en forma de ATP o GTP y en la forma de equivalentes reductores (especie que cede electrones a otra) (3 NADH y 1 FADH2). El poder reductor de éstas moléculas será transferido a través de la cadena respiratoria mitocondrial. Durante el proceso de transporte electrónico, gran parte de la ENERGÍA se libera y conserva en forma de ATP, en un proceso llamado FOSFORILACIÓN OXIDATIVA En la Fosforilación Oxidativa, el paso de 2 electrones desde el NADH al O2 conduce a la formación de unos 2,5 ATP y el paso de dos electrones desde el FADH2 al O2 produce alrededor de 1,5 ATP. 8
Vista General del Ciclo de Krebs
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Complejo Piruvato Deshidrogenasa
Descarboxilación Oxidativa del Piruvato Tres enzimas base: E1, Piruvato Deshidrogenasa E2, Dihidrolipoil Transacetilasa E3, Dihidrolipoil Deshidrogenasa Requiere Cinco Cofactores: NAD+, CoA FAD, TPP, Acido Lipoico
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Reacción General del PDH
Descarboxilación Oxidativa, proceso de oxidación IRREVERSIBLE Piruvato: pierde un grupo carboxilo en forma de CO2 El NADH formado, libera iones H a la C.T.E 2e- hasta el O2 2,5 moléculas de ATP por cada par de electrones. 11
Mecanismo de Reacción del PDH E1: Cataliza la Descarboxilación del piruvato. Oxidación del grupo hidroxietilo a grupo acetilo. Los electrones de esta oxidación reducen el disulfuro del lipoato (lipoamida) E2: Cataliza la transferencia del grupo acetilo a CoA. Formando Acetil-CoA. E3: Cataliza la regeneración de la forma disulfuro (oxidada) del lipoato; pasando e- al FAD y luego al NAD+ NADH 12
Reacción 1: Citrato
Formación de enlaces carbono-carbono (Condensación) 13
Reacción 2: Isocitrato
Isomerización (deshidratación, hidratación). La aconitasa contiene como prostético un centro Fe4S4.
grupo
El centro ferro-sulfurado actúa tanto en la unión al sustrato como en la catálisis.
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Reacción 3: α- Cetoglutarato
Oxidación biológica (descarboxilación oxidativa). Sufre una deshidrogenación por la isocitrato deshidrogenasa catalizando la oxidación del grupo alcohol y la posterior rotura del grupo carboxilo liberando CO2 y formando α- cetoglutarato. 15
Reacción 4: Succinil CoA
Oxidación biológica (descarboxilación oxidativa) 16
Reacción 5: Succinato
Transferencia de grupos Fosforilo (Fosforilación a nivel de sustrato).
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Reacción 6: Fumarato
Oxidación Biológica (deshidrogenación), dependiente de Flavina. El SUCCINATO es oxidado a FUMARATO.
La enzima es fuertemente inhibida por malonato, análogo estructural del Succinato y es un ejemplo clásico de inhibidor competitivo. 18
Reacción 7: Malato
Esta etapa es catalizada por la enzima "Fumarasa", una hidratasa. El agua se adiciona a la insaturación del ácido fumárico (o Fumarato), formando un αhidroxiácido: el ácido málico (o malato) 19
Reacción 8: Oxaloacetato
Reacción catalizada por la malato deshidrogenasa (oxidorreductasa), dependiente de NAD+. Esta reacción cierra el ciclo reponiendo el OXALACETATO que se usó inicialmente.
Oxidación biológica (deshidrogenación)
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Ciclo de Krebs ¿Cuál es la secuencia de acontecimientos? Estadio I. 1.- Condensación: 2 C + 4 C = 6 C Estadio II. 2.-Isomerización: 2 Pasos: Deshidratación y luego Rehidratación. 3.-Descarboxilación oxidativa 6 carbonos a 5 carbonos.
4.- Descarboxilación oxidativa 5 carbonos a 4 carbonos. 5. Fosforilación a nivel de sustrato
Estadio III. 6. Deshidrogenación (Oxidación). 7. Hidratación.
8. Deshidrogenación (Oxidación).
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Ciclo de Krebs: Vía Anfibólica
Proporciona precursores para muchas Biomoléculas. Por ello se considera una vía anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo. 22
Reacciones Anapleróticas del Ciclo de Krebs A medida que los intermediarios del ciclo, son retirados para servir como precursores biosintéticos, son repuestos mediante reacciones anapleróticas (de relleno). Las reacciones que forman intermediarios del ciclo se conocen como REACCIONES ANAPLERÓTICAS.
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Regulación del Ciclo de Krebs 1. Disponibilidad de sustratos (Acetil-CoA, Oxaloacetato) 2. Inhibición por acumulación de productos (NADH) Regulación de las siguientes enzimas Inhibidores: NADH, Succinil-CoA, Citrato, ATP. CITRATO SINTASA. Activadores: ADP, Oxaloacetato Inhibidores: NADH, ATP ISOCITRATO DESHIDROGENASA
Activadores: NAD+, Ca2+, ADP
α-CETOGLUTARATO
Inhibidores: Succinil-CoA, NADH.
DESHIDROGENASA.
Activadores: Ca2+
El factor regulador más importante es la relación intramitocondrial de [NAD+] / [NADH]
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Regulación del Ciclo de Krebs
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Producción de Energía en forma de ATP
GLUCÓLISIS
CADENA RESPIRATORIA El NADH y el FADH2 son productos vitales del ciclo. Su reoxidación por el oxígeno, a través de la cadena de transporte electrónico y la fosforilación oxidativa, completa la degradación del combustible metabólico para la síntesis de ATP.
TOTAL= 32 26
Rendimiento Máximo de 1 Molécula de Glucosa
TOTAL= 32 27
