procesos biologicos - 13 - ciclo de krebs.15.05.09
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Ciclo de KrebsCiclo de Krebs
Dr. Giuliano Bernal DossettoDr. Giuliano Bernal DossettoDepartamento de Ciencias BiomédicasDepartamento de Ciencias Biomédicas
Universidad Católica del NorteUniversidad Católica del Norte
Ciclo de KrebsCiclo de Krebs
Vía catabólica común en la oxidación de los Vía catabólica común en la oxidación de los azúcares, ácidos grasos y aminoácidos. Todos azúcares, ácidos grasos y aminoácidos. Todos convergen en la formación de acetil-CoAconvergen en la formación de acetil-CoA
La energía de oxidación del grupo acetil-CoA La energía de oxidación del grupo acetil-CoA produce COproduce CO22 y poder reductor (NADH, FADH y poder reductor (NADH, FADH22).).
Estos últimos son conducidos por la cadena Estos últimos son conducidos por la cadena respiratoria, hasta el oxígeno molecular, con la respiratoria, hasta el oxígeno molecular, con la consecuente síntesis de ATPconsecuente síntesis de ATP
Localización intracelular de las Localización intracelular de las enzimas del ciclo de Krebs.enzimas del ciclo de Krebs.
Las reacciones enzimáticas tienen lugar en la Las reacciones enzimáticas tienen lugar en la matriz mitocondrialmatriz mitocondrial. La mayoría de las enzimas . La mayoría de las enzimas son solubles en la matriz y una se encuentra son solubles en la matriz y una se encuentra unida a la membrana interna.unida a la membrana interna.
PiruvatoPiruvato es transportado al interior de la es transportado al interior de la mitocondria a través de un transportador mitocondria a través de un transportador específico.específico.
Piruvato se oxida y forma Piruvato se oxida y forma acetil CoAacetil CoA con con perdida de perdida de COCO22, posteriormente reacciona con , posteriormente reacciona con oxalacetatooxalacetato para formar para formar citratocitrato. .
Complejo Piruvato DeshidrogenasaComplejo Piruvato Deshidrogenasa
La reacción general catalizada por esta La reacción general catalizada por esta enzima es una enzima es una descarboxilación oxidativadescarboxilación oxidativa..
Esta reacción es Esta reacción es irreversibleirreversible en los tejidos en los tejidos animales. No forma parte directa del ciclo animales. No forma parte directa del ciclo de Krebs.de Krebs.
La descarboxilación oxidativa del piruvato La descarboxilación oxidativa del piruvato a COa CO22 y acetil CoA requiere de y acetil CoA requiere de 3 enzimas3 enzimas y de y de 5 coenzimas5 coenzimas. .
Overall reaction catalyzed by the piruvate dehydrogenase complexOverall reaction catalyzed by the piruvate dehydrogenase complex
3 de las coenzimas están unidas al complejo, 3 de las coenzimas están unidas al complejo, tiamina pirofosfato (TPP), lipoamida y flavin tiamina pirofosfato (TPP), lipoamida y flavin adenin dinucleotido (FAD). Las otras coenzimas adenin dinucleotido (FAD). Las otras coenzimas son NAD+ y CoA-SH.son NAD+ y CoA-SH.
El complejo posee tres actividades enzimáticas El complejo posee tres actividades enzimáticas y en mamíferos forma un complejo de 8 x 10y en mamíferos forma un complejo de 8 x 1066 kDa.kDa.
Las enzimas se denominan Las enzimas se denominan piruvato piruvato deshidrogenasa (E1),deshidrogenasa (E1), dihidrolipoil transacetilasa dihidrolipoil transacetilasa (E2)(E2) y y dihidrolipoil deshidrogenasa (E3)dihidrolipoil deshidrogenasa (E3)..
Complejo Piruvato DeshidrogenasaComplejo Piruvato Deshidrogenasa
Regulación del Complejo Piruvato Regulación del Complejo Piruvato DeshidrogenasaDeshidrogenasa
Este complejo es regulado en dos formas:Este complejo es regulado en dos formas:
Acetil-CoAAcetil-CoA y y NADHNADH inhibeninhiben la reacción en forma la reacción en forma competitiva como inhibidores feed-back.competitiva como inhibidores feed-back.
Por otra parte el complejo es regulado por Por otra parte el complejo es regulado por fosforilaciónfosforilación y y desfosforilacióndesfosforilación. El complejo es activo . El complejo es activo en su forma desfosforilada y viceversa.en su forma desfosforilada y viceversa.
La inactivación es mediada por una La inactivación es mediada por una proteina-kinasaproteina-kinasa dependiente de Mgdependiente de Mg2+2+-ATP. La activación es mediada -ATP. La activación es mediada por una por una fosfoproteína fosfatasafosfoproteína fosfatasa dependiente de Ca dependiente de Ca2+2+ y y MgMg2+2+..
Deficiencia de Piruvato DeshidrogenasaDeficiencia de Piruvato Deshidrogenasa
Niños que presentan alguna deficiencia de esta enzima Niños que presentan alguna deficiencia de esta enzima generalmente exhiben generalmente exhiben elevadoselevados niveles séricos de niveles séricos de lactato, piruvato y alaninalactato, piruvato y alanina..
Frecuentemente presentan Frecuentemente presentan trastornos neurológicostrastornos neurológicos que que generalmente terminan con la muerte del individuo.generalmente terminan con la muerte del individuo.
El diagnóstico de deficiencia enzimática se realiza El diagnóstico de deficiencia enzimática se realiza usando muestras de fibroblastos tomados de la piel del usando muestras de fibroblastos tomados de la piel del paciente.paciente.
Algunos pacientes responden positivamente a una Algunos pacientes responden positivamente a una dieta dieta pobre en carbohidratospobre en carbohidratos..
Otros son tratados con Otros son tratados con dicloroacetatodicloroacetato, un , un inhibidorinhibidor de la de la kinasakinasa que fosforila e inactiva al complejo. que fosforila e inactiva al complejo.
Reacciones del Ciclo de KrebsReacciones del Ciclo de Krebs
Cuatro reacciones del ciclo transfieren electrones al Cuatro reacciones del ciclo transfieren electrones al NAD+ o FADNAD+ o FAD, generando , generando NADH y FADHNADH y FADH22. Otra . Otra reacción da origen a un reacción da origen a un GTPGTP..
Se liberan 2 COSe liberan 2 CO22 a través de a través de descarboxilacionesdescarboxilaciones..
El ciclo comienza con una molécula de Acetil-CoA que El ciclo comienza con una molécula de Acetil-CoA que se condensa con una molécula de oxalacetato, se condensa con una molécula de oxalacetato, generando citrato. El producto final del ciclo será otra generando citrato. El producto final del ciclo será otra vez oxalacetato.vez oxalacetato.
Finalmente cada NADH y FADHFinalmente cada NADH y FADH2 2 generado entregará generado entregará sus electrones generando sus electrones generando 2,52,5 y y 1,5 ATP1,5 ATP respectivamente.respectivamente.
Formación de CitratoFormación de Citrato
El Citrato se forma por acción de la El Citrato se forma por acción de la citrato citrato sintetasa.sintetasa.
Esta enzima produce una condensación aldólica Esta enzima produce una condensación aldólica entre el grupo metilo del acetil CoA y el grupo entre el grupo metilo del acetil CoA y el grupo carbónilo del oxalacetato.carbónilo del oxalacetato.
La enzima es alostérica y depende de las La enzima es alostérica y depende de las concentraciones de los sustratos y del succinil CoA concentraciones de los sustratos y del succinil CoA (compite con acetil CoA). (compite con acetil CoA).
Además es inhibida por ATP, NADH y ácidos Además es inhibida por ATP, NADH y ácidos grasos de cadena larga.grasos de cadena larga.
Formación de isocitrato vía cis-aconitatoFormación de isocitrato vía cis-aconitato
Citrato es convertido en forma reversible en Isocitrato a Citrato es convertido en forma reversible en Isocitrato a través de la enzima través de la enzima aconitasaaconitasa, la cual forma un , la cual forma un intermediario intermediario cis-aconitatocis-aconitato..
Cis-aconitato permanece unido a la enzima. Cis-aconitato permanece unido a la enzima.
La mezcla en equilibrio presenta un 90% de citrato y La mezcla en equilibrio presenta un 90% de citrato y 10% de isocitrato, sin embargo este último se oxida 10% de isocitrato, sin embargo este último se oxida rápidamente.rápidamente.
La enzima contiene centros La enzima contiene centros Hierro-SulfuroHierro-Sulfuro los cuales los cuales participan en la unión del sustrato y en la catálisis.participan en la unión del sustrato y en la catálisis.
FluoroacetatoFluoroacetato es un potente inhibidor de la enzima. es un potente inhibidor de la enzima.
Oxidación del isocitrato a Oxidación del isocitrato a αα--cetoglutarato y COcetoglutarato y CO22
Reacción reversible catalizada por la Reacción reversible catalizada por la isocitrato–isocitrato–deshidrogenasadeshidrogenasa..
Cataliza una descarboxilación oxidativa del isocitrato.Cataliza una descarboxilación oxidativa del isocitrato.
La enzima presenta dos formas, una La enzima presenta dos formas, una NADNAD++ dependiente dependiente presente sólo en las mitocondrias y la forma presente sólo en las mitocondrias y la forma NADPNADP++ dependientedependiente, presente en las mitocondrias y citoplasma. , presente en las mitocondrias y citoplasma. Esta última participa en procesos anabólicos.Esta última participa en procesos anabólicos.
La enzima mitocondrial necesita MgLa enzima mitocondrial necesita Mg2+2+ para su actividad. para su actividad.
Oxidación de Oxidación de αα--cetoglutarato a cetoglutarato a succinil-CoA y COsuccinil-CoA y CO22
Reacción irreversible catalizada por el complejo α-cetoglutarato-deshidrogenasa.
NAD+ es el aceptor de electrones en la reacción.
La reacción es similar a la oxidación del piruvato a acetil CoA y el complejo presenta las mismas características de la piruvato deshidrogenasa.
El complejo posee 3 actividades enzimáticas y 5 coenzimas.
Las proteínas de estos complejos probablemente presentan un origen evolutivo común.
Conversión de Succinil CoA a Conversión de Succinil CoA a SuccinatoSuccinato
El succinil CoA, posee un enlace de alta energía con el El succinil CoA, posee un enlace de alta energía con el grupo CoA. grupo CoA.
La hidrólisis de este grupo genera la energía necesaria La hidrólisis de este grupo genera la energía necesaria para la síntesis de GTP a partir de GDP y Pi. para la síntesis de GTP a partir de GDP y Pi.
La reacción es catalizada por la La reacción es catalizada por la succinil CoA-sintetasa.succinil CoA-sintetasa.
El GTP posteriormente es utilizado para la síntesis de El GTP posteriormente es utilizado para la síntesis de proteínas mitocondriales, RNA o DNA.proteínas mitocondriales, RNA o DNA.
El GTP puede ser utilizado para fosforilar ADP y formar El GTP puede ser utilizado para fosforilar ADP y formar ATP.ATP.
The succinyl-CoA The succinyl-CoA synthetase reactionsynthetase reaction
Oxidación de Succinato a fumarato.Oxidación de Succinato a fumarato.
Reacción catalizada por la Reacción catalizada por la succinato-succinato-deshidrogenasadeshidrogenasa, flavoproteína que contiene FAD , flavoproteína que contiene FAD unido covalentemente. unido covalentemente.
Esta enzima se encuentra ubicada en la cara Esta enzima se encuentra ubicada en la cara interna de la membrana interna mitocondrial.interna de la membrana interna mitocondrial.
Los eLos e- - fluyen desde el succinato al FAD, fluyen desde el succinato al FAD, entrando en la cadena de transporte electrónico.entrando en la cadena de transporte electrónico.
La enzima es activada por succinato, ATP y La enzima es activada por succinato, ATP y CoA. Es inhibida por oxalacetato y malonato. CoA. Es inhibida por oxalacetato y malonato.
Hidratación de Fumarato a MalatoHidratación de Fumarato a Malato
La hidratación reversible del fumarato a La hidratación reversible del fumarato a malato es catalizada por malato es catalizada por fumarasafumarasa..
La enzima es un La enzima es un homotetrámerohomotetrámero de 200 de 200 kDa y es estereoespecífica.kDa y es estereoespecífica.
La reacción es reversible en condiciones La reacción es reversible en condiciones fisiológicas y también presenta fisiológicas y también presenta estereoespecificidad. estereoespecificidad.
El D-Malato El D-Malato no es un sustratono es un sustrato..
Deficiencia de FumarasaDeficiencia de Fumarasa
Se han reportado muchos casos de deficiencia de las Se han reportado muchos casos de deficiencia de las isoenzimas mitocondrial isoenzimas mitocondrial y y citosólicacitosólica de de fumarasafumarasa..
Los pacientes desarrollan un temprano Los pacientes desarrollan un temprano daño neuronaldaño neuronal, , encefalomiopatíaencefalomiopatía y y distoniadistonia..
En la orina se detectan cantidades anormales de En la orina se detectan cantidades anormales de fumaratofumarato y niveles elevados de y niveles elevados de succinato, succinato, --cetoglutarato, citratocetoglutarato, citrato y y malatomalato..
Las isoenzimas citosólica y mitocondrial son codificadas Las isoenzimas citosólica y mitocondrial son codificadas por un mismo gen.por un mismo gen.
La enfermedad es autosómica recesiva por lo que los La enfermedad es autosómica recesiva por lo que los padres presentan la mitad de la actividad enzimática.padres presentan la mitad de la actividad enzimática.
Oxidación de malato a oxalacetatoOxidación de malato a oxalacetato
Reacción catalizada por la Reacción catalizada por la L-malato-L-malato-deshidrogenasa deshidrogenasa dependiente de NADdependiente de NAD++. .
Es un proceso endergónico, pero transcurre Es un proceso endergónico, pero transcurre con facilidad en el sentido contrario, por la rápida con facilidad en el sentido contrario, por la rápida oxidación de oxalacetato a citrato.oxidación de oxalacetato a citrato.
El NADPEl NADP++ es débilmente reducido por la es débilmente reducido por la enzima y es estereoespecífica para el L-malato.enzima y es estereoespecífica para el L-malato.
Las células animales presentan dos formas, la Las células animales presentan dos formas, la mitocondrial y citoplasmática. mitocondrial y citoplasmática.
Conservación de energía en el Conservación de energía en el Ciclo de KrebsCiclo de Krebs
Ingresan a la vía Ingresan a la vía 2 átomos de carbono2 átomos de carbono en forma de en forma de acetiloacetilo, combinándose con oxalacetato., combinándose con oxalacetato.
Dos átomos de carbonoDos átomos de carbono en forma de en forma de COCO22 son son liberados de la oxidación de isocitrato y liberados de la oxidación de isocitrato y --cetoglutarato.cetoglutarato.
La energía liberada por estas oxidaciones se La energía liberada por estas oxidaciones se conserva en la reducción de 3 NAD+ y un FAD, y en conserva en la reducción de 3 NAD+ y un FAD, y en la producción de 1 GTP o ATP.la producción de 1 GTP o ATP.
La oxidación de NADH genera 2,5 ATP y la La oxidación de NADH genera 2,5 ATP y la oxidación de FADHoxidación de FADH22 genera 1,5 ATP. genera 1,5 ATP.
Rol del Ciclo de KrebsRol del Ciclo de Krebs
Su rol no se limita a la oxidación del acetato.Su rol no se limita a la oxidación del acetato.
Juega un importante rol en el Juega un importante rol en el metabolismo metabolismo intermediariointermediario a través de la entrega de precursores para a través de la entrega de precursores para los procesos anabólicos.los procesos anabólicos.
La La transaminacióntransaminación convierte convierte -cetoglutarato-cetoglutarato en en glutamatoglutamato, el cual es capaz de salir de la mitocondria., el cual es capaz de salir de la mitocondria.
-cetoglutarato-cetoglutarato es capaz de convertirse en es capaz de convertirse en neurotransmisor en el tejido nervioso (neurotransmisor en el tejido nervioso (glutamato glutamato y y GABAGABA).).
OxalacetatoOxalacetato se convierte en se convierte en fosfoenolpiruvatofosfoenolpiruvato durante la durante la gluconeogénesisgluconeogénesis..
Reacciones AnapleróticasReacciones Anapleróticas
Son reacciones de “relleno” destinadas a suplir Son reacciones de “relleno” destinadas a suplir algún intermediario del ciclo cuando este ha sido algún intermediario del ciclo cuando este ha sido utilizado en un proceso biosintético.utilizado en un proceso biosintético.
En condiciones normales las reacciones que llevan En condiciones normales las reacciones que llevan a la salida de intermediarios del ciclo y aquellas que a la salida de intermediarios del ciclo y aquellas que los reingresan se encuentran en un los reingresan se encuentran en un equilibrio equilibrio dinámicodinámico..
La reacción anaplerótica más importante es aquella La reacción anaplerótica más importante es aquella catalizada por la enzima catalizada por la enzima piruvato carboxilasapiruvato carboxilasa, la , la cual convierte piruvato y COcual convierte piruvato y CO22 en oxalacetato. Los en oxalacetato. Los niveles de esta enzima son altos en el niveles de esta enzima son altos en el tejido tejido hepático hepático yy nervioso nervioso..
Piruvato CarboxilasaPiruvato Carboxilasa
La enzima consta de La enzima consta de cuatro subunidadescuatro subunidades, cada una de las , cada una de las cuales posee una cuales posee una BiotinaBiotina unida. unida.
Esta vitamina esta unida Esta vitamina esta unida covalentementecovalentemente a la enzima. Es a la enzima. Es un grupo prostético que transporta un grupo prostético que transporta COCO22 y depende de y depende de ATPATP..
La reacción ocurre en dos pasos. Primero el bicarbonato se La reacción ocurre en dos pasos. Primero el bicarbonato se une a biotina y luego reacciona con piruvato.une a biotina y luego reacciona con piruvato.
La biotina es una La biotina es una vitaminavitamina necesaria para el ser humano, necesaria para el ser humano, se encuentra en muchos alimentos y es sintetizada por las se encuentra en muchos alimentos y es sintetizada por las bacterias del tracto digestivo.bacterias del tracto digestivo.
AvidinaAvidina es una proteína de los huevos que une fuertemente es una proteína de los huevos que une fuertemente a biotina, impidiendo su absorción.a biotina, impidiendo su absorción.
