Exposicion Ciclo de Krebs

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EXPOSICION CICLO DE KREBSOMAR:3El ciclo de Krebs (tambin llamado ciclo del cido ctrico o ciclo de los cidos tricarboxlicos) es una ruta metablica, es decir, una sucesin de reacciones qumicas, que forma parte de la respiracin celular en todas las clulas aerbicas. En clulas eucariotas se realiza en la mitocondria. En las procariotas, el ciclo de Krebs se realiza en el citoplasma, especficamente en el citosol.En organismos aerbicos, el ciclo de Krebs es parte de la va catablica que realiza la oxidacin de glcidos, cidos grasos y aminocidos hasta producir CO2, liberando energa en forma utilizable (poder reductor y GTP).El metabolismo oxidativo de glcidos, grasas y protenas frecuentemente se divide en tres etapas, de las cuales, el ciclo de Krebs supone la segunda. En la primera etapa, los carbonos de estas macromolculas dan lugar a molculas de acetil-CoA de dos carbonos, e incluye las vas catablicas de aminocidos (p. ej. desaminacin oxidativa), la beta oxidacin de cidos grasos y la gluclisis. La tercera etapa es la fosforilacin oxidativa, en la cual el poder reductor (NADH y FADH2) generado se emplea para la sntesis de ATP segn la teora del acomplamiento quimiosmtico.El ciclo de Krebs tambin proporciona precursores para muchas biomolculas, como ciertos aminocidos. Por ello se considera una va anfiblica, es decir, catablica y anablica al mismo tiempo.El Ciclo de Krebs fue descubierto el por el alemn Hans Adolf Krebs, quien obtuvo el Premio NobelMarco tericoEl metabolismo comprende una serie de transformaciones qumicas y procesos energticos que ocurren en el ser vivo. Para que sucedan cada una de esas transformaciones se necesitan enzimas que originen sustancias que sean a su vez productos de otras reacciones. El conjunto de reacciones qumicas y enzimticas se denomina ruta o va metablica. El metabolismo se divide en:El catabolismo es el metabolismo de degradacin de sustancias con liberacin de energa.El anabolismo es el metabolismo de construccin de sustancias complejas con necesidad de energa en el proceso.En las rutas metablicas se necesitan numerosas y especficas molculas que van conformando los pasos y productos intermedios de las rutas. Pero, adems, son necesarios varios tipos de molculas indispensables para su desarrollo final: 1.metabolitos (molculas que ingresan en la ruta para su degradacin o para participar en la sntesis de otras sustancias ms complejas), 2.nucletidos (molculas que permiten la oxidacin y reduccin de los metabolitos), 3.molculas energticas (ATP y GTP o la Coenzima A que, al almacenar o desprender fosfato de sus molculas, liberan o almacenan energa), 4.molculas ambientales (oxgeno, agua, dixido de carbono, etc. que se encuentran al comienzo o final de algn proceso metablico).REACCIONES DEL CICLO DE KREBSEl ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial en eucariotaEl acetil-CoA (Acetil Coenzima A) es el principal precursor del ciclo. El cido ctrico (6 carbonos) o citrato se regenera en cada ciclo por condensacin de un acetil-CoA (2 carbonos) con una molcula de oxaloacetato (4 carbonos). El citrato produce en cada ciclo una molcula de oxaloacetato y dos CO2, por lo que el balance neto del ciclo es:

Los dos carbonos del Acetil-CoA son oxidados a CO2, y la energa que estaba acumulada es liberada en forma de energa qumica: GTP y poder reductor (electrones de alto potencial): NADH y FADH2. NADH y FADH2 son coenzimas (molculas que se unen a enzimas) capaces de acumular la energa en forma de poder reductor para su conversin en energa qumica en la fosforilacin oxidativa.El FADH2 de la succinato deshidrogenasa, al no poder desprenderse de la enzima, debe oxidarse nuevamente in situ. El FADH2 cede sus dos hidrgenos a la ubiquinona (coenzima Q), que se reduce a ubiquinol (QH2) y abandona la enzima.

JrsmEtapas del ciclo de Krebs

Reaccin 1: Citrato sintasa (De oxalacetato a citrato)

El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para hacerlo afn a un centro carbonoso del oxalacetato. Como consecuencia de la unin entre las dos molculas, el grupo tioster (CoA) se hidroliza, formando as la molcula de citrato.

La reaccin es sumamente exoergnica (?G'=-31.4 kJ/mol), motivo por el cual este paso es irreversible. El citrato producido por la enzima, adems, es capaz de inhibir competitivamente la actividad de la enzima. Incluso estando la reaccin muy favorecida (porque es exoergnica), la citrato sintasa puede ser perfectamente regulada. Este aspecto tiene una notable importancia biolgica, puesto que permite una completa regulacin del ciclo de Krebs completo, convirtiendo a la enzima en una especie de marcapasos del ciclo.

Reaccin 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato)

La aconitasa cataliza la isomerizacin del citrato a isocitrato, por la formacin de cis-aconitato. La enzima cataliza tambin la reaccin inversa, pero en el ciclo de Krebs tal reaccin es unidireccional a causa de la ley de accin de masa: las concentraciones (en condiciones estndar) de citrato (91%), del intermediario cis-aconitato (3%) y de isocitrato (6%), empujan decididamente la reaccin hacia la produccin de isocitrato.

En el sitio activo de la enzima est presente un clster hierro-azufre que, junto a algunos residuos de aminocidos polares, liga el sustrato. En concreto, la unin al sustrato se asegura por la presencia de un resto de serina, de arginina, de histidina y de aspartato, que permiten slo la unin estereospecifica del citrato 1R,2S, rechazando la forma opuesta.

Reaccin 3: Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a oxoglutarato)

La isocitrato deshidrogenasa mitocondrial es una enzima dependiente de la presencia de NAD+ y de Mn2+ o Mg2+. Inicialmente, la enzima cataliza la oxidacin del isocitrato a oxalsuccinato, lo que genera una molcula de NADH a partir de NAD+. Sucesivamente, la presencia de un in bivalente, que forma un complejo con los oxgenos del grupo carboxilo en posicin alfa, aumenta la electronegatividad de esa regin molecular. Esto genera una reorganizacin de los electrones en la molcula, con la consiguiente rotura de la unin entre el carbono en posicin gamma y el grupo carboxilo adyacente. De este modo se tiene una descarboxilacin, es decir, la salida de una molcula de CO2, que conduce a la formacin de a-cetoglutarato, caracterizado por dos carboxilos en las extremidades y una cetona en posicin alfa con respecto de uno de los dos grupos carboxilo.

Reaccin 4: a-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA)

Despus de la conversin del isocitrato en a-cetoglutarato se produce una segunda reaccin de descarboxilacin oxidativa, que lleva a la formacin de succinil CoA. La descarboxilacin oxidativa del a-chetoglutarato es muy parecida a la del piruvato, otro a-cetocido.

Ambas reacciones incluyen la descarboxilacin de un a-cetocido y la consiguiente produccin de una unin tioster a alta energa con la coenzima A. Los complejos que catalizan tales reacciones son parecidos entre ellos.

La a-cetoglutarato deshidrogenasa (o, ms correctamente, oxoglutarato deshidrogenasa), est compuesta de tres enzimas diferentes:

Subunidad E1: las dos cetoglutarato deshidrogenasas.

Subunidad E2: la transuccinilasa.

(La subunidad E1 y E2 presentan una gran homologa con las de la piruvato deshidrogenasa.)

Subunidad E3: la dihidrolipoamida deshidrogenasa, que es el mismo polipptido presente en el otro complejo enzimtico.

Reaccin 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato)

El succinil-CoA es un tioster a alta energa (su ?G' de hidrlisis est en unos -33.5 kJ mol-1, parecido al del ATP que es de -30.5 kJ mol-1). La citrato sintasa se sirve de un intermediario con tal unin a alta energa para llevar a cabo la fusin entre una molcula con dos tomos de carbono (acetil-CoA) y una con cuatro (oxalacetato). La enzima succinil-CoA sintetasa se sirve de tal energa para fosforilar un nuclesido difosfato purinico como el GDP.

La energa procedente del tioster viene convertida en energa ligada a una unin fosfato. El primer paso de la reaccin genera un nuevo intermediario a alta energa, conocido como succinil fosfato. Sucesivamente, una histidina presente en el sitio cataltico remueve el fosfato de la molcula glucdica, generando el producto succinato y una molcula de fosfohistidina, que dona velozmente el fosfato a un nuclesido difosfato, recargndolo a trifosfato. Se trata del nico paso del ciclo de Krebs en el que se produce una fosforilacin a nivel de sustrato.

El GTP est implicado principalmente en las rutas de transduccin de seales, pero su papel en un proceso energtico como el ciclo de Krebs es, en cambio, esencialmente trasladar grupos fosfato hacia el ATP, en una reaccin catalizada por la enzima nuclesido difosfoquinasa.

Reaccin 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a fumarato)

La parte final del ciclo consiste en la reorganizacin de molculas a cuatro tomos de carbono hasta la regeneracin del oxalacetato. Para que eso sea posible, el grupo metilo presente en el succinato tiene que convertirse en un carbonilo. Como ocurre en otras rutas, por ejemplo en la beta oxidacin de los cidos grasos, tal conversin ocurre mediante tres pasos: una primera oxidacin, una hidratacin y una segunda oxidacin. Estos tres pasos, adems de regenerar oxalacetato, permiten la extraccin ulterior de energa mediante la formacin de FADH2 y NADH.

La primera reaccin de oxidacin es catalizada por el complejo enzimtico de la succinato deshidrogenasa, la nica enzima del ciclo que tiene como aceptor de hidrgeno al FAD en vez de al NAD+. El FAD es enlazado de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina. La enzima se vale del FAD ya que la energa asociada a la reaccin no es suficiente para reducir el NAD+.

El complejo enzimtico tambin es el nico del ciclo que pasa dentro de la membrana mitocondrial. Tal posicin se debe a la implicacin de la enzima en la cadena de transporte de los electrones. Los electrones pasados sobre el FAD se introducen directamente en la cadena gracias a la unin estable entre la enzima y el cofactor mismo.

Reaccin 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato)

La fumarasa cataliza la adicin en trans de un protn y un grupo OH- procedentes de una molcula de agua. La hidratacin del fumarato produce L-malato.

Reaccin 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato)

La ltima reaccin del ciclo de Krebs consiste en la oxidacin del malato a oxalacetato. La reaccin, catalizada por la malato deshidrogenasa, utiliza otra molcula de NAD+ como aceptor de hidrgeno, produciendo NADH.

La energa libre de Gibbs asociada con esta ltima reaccin es decididamente positiva, a diferencia de las otras del ciclo. La actividad de la enzima es remolcada por el consumo de oxalacetato por parte de la citrato sintasa, y de NADH por parte de la cadena de transporte de electrones.Un balance posible de la degradacin total de la glucosa

Para calcular la energia que se obtiene de la glucosa se pueden establecer cuatro instancias en su degradacion: glucolisis, decarboxilacion oxidativa del piruvato, ciclo de Krebs y cadena respiratoria.

La cantidad de ATP generado difiere segun las lanzaderas implicadas y el tipo de celula (procariota o eucariota). En el cuadro 1 se plantea un balance en una celula eucariota, en la que opero solo la lanzadera del glicerol fosfato.