Facultad de Ciencias Farmacéuticas y BioquímicasCarrera de Bioquímica

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICODavid Gutierrez Yapu

Bioquímica II

Ciclo de Krebs

Hans Adolf Krebs

� El ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es una serie de reacciones químicas de gran importancia, que forman parte de la respiración celular en todas las células aerobias, es decir que utilizan oxígeno.

Ciclo de los Tres Nombres

� En organismos aeróbicos el ciclo de Krebs es parte de la vía catabólica que realiza la oxidación de hidratos de carbono, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO2 y agua, liberando energía en forma utilizable (poder reductor y ATP).

� El ciclo de Krebs también proporciona precursores para muchas biomoléculas tales como ciertos aminoácidos. Por ello se considera una vía anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo.

La formación del citrato era la pieza faltante para poder armar completamente un rompecabezas metabólico.

El descubrimiento que resolvió este rompecabezas y unificó el metabolismo fue hecho en 1937 por Sir Hans Krebs y W.A. Johnson: ellos mostraron que el citrato es derivado del piruvato y del oxaloacetato completando lo que se conoce como el ciclo del ácido cítrico.

3

S - CoA

HS - CoAAcetil - CoA

Oxalacetato

+

Citrato

CITRATOSINTASA

2

Condensación del acetil - CoA

� En condiciones anaerobias, las células animales reducen el piruvato a lactato, en las levaduras a etanol.

� En condiciones aerobias, el piruvato ingresa a la matriz mitocondrial y es convertido a acetil-Coenzima A (AcCoA) para llevar estos Carbonos a su estado de oxidación total en el ciclo del ácido cítrico.

2

HH

H + H++

Transformación del piruvato en Acetil-CoA

Los grupos acetilo entran en el ciclo en forma de acetil-CoA Es este el producto común de la degradación de carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos

El grupo acetilo esta unido al grupo sulfhidrilo del CoA por unenlace tioéster

H3C C C O−

O O

C S

O

H3C CoA

HSCoA

NAD+ NADH

+ CO2

Pyruvate Dehydrogenase

pyruvate acetyl-CoA

El acetil-CoA se forma por descarboxilación oxidativa del piruvato, por la acción del complejo enzimático piruvato deshidrogenasa

� El trabajo acoplado del ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones es la mayor fuente de energía metabólica.

� El metabolismo aerobio del piruvato por el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones produce mucha mas energía que la simple conversión aerobia del piruvato a lactato o etanol .

� En condiciones aerobicas, el piruvato sufre una descarboxilacion oxidativa con la formación de AcCoA. El grupo acetilo del AcCoA es transferido al oxaloacetato para dar citrato.

� En reacciones subsecuentes, dos de los átomos de Carbono del citrato se oxidan a CO2 y el oxaloacetato es regenerado.

� La reacción neta de ciclo del ácido cítrico también produce tres moléculas de NADH, una de FADH2 y una molécula del compuesto trifosfato de guanosina (GTP) altamente energético (en algunos organismos es directamente ATP) por cada molécula de AcCoA oxidada.

� Las moléculas de NADH y FADH2 son oxidadas en la cadena de transporte de electrones con la formación de ATP en la fosforilación oxidativa.

� El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial en eucariotas y en el citoplasma de procariotas.

REACCIONES DEL CICLO DE KREBS

Condensación del Acetil CoA, gracias a la Citrato sintasa� Citrato sintasa es una Enzima condensante, cataliza la

condensación aldólica entre el grupo metilo del acetil-CoA y el carbonilo del Oxalacetato.

� La velocidad depende de la disponibilidad de los sustratos, además de la Succinil-CoA.

Conversión del Citrato en Isocitrato.

� La enzima es denominada aconitato hidratasa.� La mezcla en equilibrio, contiene aproximadamente un 93%

citrato y un 7% de isocitrato.� Se tiene un compuesto intermediario, denominado cis-aconitato.

� La aconitasa contiene Fe(II) y precisa de un tiol como el de la Cisteína o el Glutatión

Oxidación del Isocitrato a α-cetoglutarato (α-oxoglutarato)� Existen 2 tipos de Isocitrato deshidrogenasa, uno dependiente

del NAD+ y otro del NADP+.� Estudios recientes indican que la primera es la que cataliza la

reacción correspondiente.

Oxidación del α-cetoglutarato (α-oxoglutarato) a Succinil-CoA

� Es biológicamente irreversible en células animales.� Participan como coenzimas el Pirofosfato de tiamina, ácido

lipoico, CoA, FADy NAD+.

Desacilación del Succinil-CoA

� La pérdida del CoA no se dá por simple hidrólisis sino por reacción de conservación de energía (GTP).

� El GTP formado en esta reacción cede su fosfato terminal al ADP para formar ATP mediante acción de la nucleósido-difosfato-quinasa.

� Existe formación de una fosfoenzima intermedia.

Conversión de Succinato a Fumarato

� La succinato deshidrogenasa está ligada covalentemente al FAD que actúa como aceptor de un hidrógeno en la reacción.

Hidratación del Fumarato

� La enzima se denomina fumarato hidratasa, y tiene la capacidad de catalizar una hidratación en forma Trans, para obtener Malato.

Oxidación del Malato a Oxalacetato.

� Es la última reacción del ciclo, aún siendo endergónica se dá con mucha facilidad.

� Es estereoespecífica para la forma L del malato.

ENERGÉTICA DEL CICLO DE KREBS

� El ciclo de Krebs siempre es seguido por la fosforilación oxidativa.

� Este proceso extrae la energía en forma de electrones de alto potencial de las moléculas de NADH y FADH2, regenerando NAD+ y FAD, gracias a lo cual el ciclo de Krebs puede continuar.

REACCIÓN CATALIZADA POR:

MÉTODO DE PRODUCCIÓN DE FOSFATOS

NÚMERO DE ATP FORMADOS

Isocitrato deshidrogenasa

Ox. del NADH en la Cad.Respiratoria

3

α-cetoglutarato deshidrogenasa

Ox. del NADH en la Cad.Respiratoria

3

Succinato tionasa Ox.a nivel del Sustrato

1

Succinato deshidrogenasa

Ox. del FADH en la Cad.Respiratoria

2

Malato deshidrogenasa

Ox. del NADH Cad.Respiratoria

3

TOTAL NETO 12 ATP / MOL Acetil CoA

� La glucosa origina 2 moléculas de piruvato y por ende 2 moléculas de AcetilCoA, lo que nos da lugar a 24 moléculas de ATP.

� Si hacemos un análisis de rendimiento de ATP por molécula de glucosa, tendríamos lo siguiente:� Glucólisis 8 ATP� Piruvato a AcCoA 6 ATP� Ciclo de Krebs 24 ATP

�TOTAL 38 ATP

GlucólisisREACCIÓN CATALIZADA POR:

MÉTODO DE PRODUCCIÓN DE FOSFATOS

NÚMERO DE ATP FORMADOS

Gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa

Ox. De 2 NADH en la Cad.Respiratoria

6

Fosfoglicerato cinasa

Ox. A nivel del Sustrato

2

Piruvato cinasa Ox.a nivel del Sustrato

2

TOTAL 10

Consumo de 2 ATP Nivel de Hexocinasa y fosfofructocinasa

-2

TOTAL NETO 8 ATP / MOL Glucosa

� En teoría solo trabajamos con un total de 2 ATP como ganancia neta, pero eso se debe a que se emplean estos, en la transformación de ácido pirúvico a ácido láctico, se pierden:-2 NADH = -6 ATP

Oxidación del Ácido pirúvico hasta Acetil Coenzima A

� Se forman 2 NADH, por lo tanto se tienen 6 ATP.

2

HH

H + H++

IMPORTANCIA BIOMÉDICA

� La función principal de Ciclo del Ácido Cítrico es actuar como vía común final de la oxidación de carbohidratos, lípidos y proteínas.

� Esto se debe a que estos son metabolizados a acetil-CoA o a intermediarios del ciclo.

� Interviene en forma principal en:� Gluconeogénesis� Transaminación� Desaminación� Lipogénesis

� Algunos de estos procesos se llevan a cabo en los tejidos pero el hepático es el único donde ocurren todos, por lo que una Cirrosis o una Hepatitis aguda afecta este proceso.

Hepar = Hígado