INGESTA RICA EN CARBOHIDRATOS

1) MOVILIZACIÓN DE GLUCOSA DEL TORRENTE SANGUÍNEO

2) METABOLISMO DE LA GLUCOSA

GLUCOSA

PIRUVATOGLUCÓLISIS

INGESTA RICA EN CARBOHIDRATOS

GLUCÓGENO

SÍNTESIS DE

GLUCÓGENO

DURANTE EL AYUNO

GLUCONEOGÉNESIS

NADPHRIBOSA 5-FOSFATO

RUTA DE LA

S

PENTOSAS FO

SFATO

METABOLISMO DE LA GLUCOSA

CONDICIONES AERÓBICAS

CICLO DEL ÁCIDOCÍTRICO FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

DESTINO DEL PIRUVATO EN CONDICIONES AERÓBICAS:

¿EN DÓNDE SUCEDE ESTO?

RESPIRACIÓN AERÓBICA: INCLUYE GLUCÓLISIS, CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

PARTE DEL PROCESO DE RESPIRACIÓN ES LLEVADO A CABO EN LA MITOCONDRIA

MATRIZ

MEMBRANA INTERNA MITOCONDRIAL

MEMBRANA EXTERNA MITOCONDRIAL

Espaciointermembranal

Membrana externaPermeable a moléculas pequeñas e iones

Membrana internaImpermeable a moléculas pequeñas e iones (H+)

Presenta:�Complejos I a IV�ADP-ATP translocasa�ATP sintasa (FoF1)�Otros transportadores de membrana

MatrizContiene:�Complejo piruvato deshidrogenasa�Enzimas del ciclo del ácido cítrico�Enzimas de la ββββ-oxidación�Enzimas de la oxidación de aa�DNA, ribosomas�ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+

VII. CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

I. GeneralidadesII. Fuentes del Acetil-CoA. Reacciones anapleróticasIII. RegulaciónIV. Importancia del ciclo como proveedor de esqueletos

carbonados para otras vías metabólicas

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS (CICLO TCA)

CICLO DE KREBS (Por su descubridor)

FORMA PARTE DEL PROCESO DE RESPIRACIÓN CELULAR

Procesos moleculares mediante los que las célulasconsumen oxígeno (O2) y producen dióxido de carbono (CO2)

GRASAS POLISACÁRIDOS PROTEÍNAS

ÁCIDOS GRASOSY GLICEROL

GLUCOSA YOTROS AZÚCARES

AMINOÁCIDOS

ACETIL CoA

CICLO DE

KREBS

CoA

FOSFORILACIÓN OXIDATIVAATP

CO2

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS (CICLO TCA)

CICLO DE KREBS (Por su descubridor)

Hans Krebs Lipmann

EL CICLO DE KREBS ES UN CICLO ANFIBÓLICO PORQUE:

A) ES CATABÓLICO (Se lleva a cabo la oxidación del carbono proveniente de otras vías)

B) ES ANABÓLICO (Es proveedor de esqueletos carbonadospara otras vías metabólicas)

CICLO DE

KREBS

Acetil-CoA

Proteínas GlucosaLípidos

CO2

SÍNTESIS

SE LLEVA A CABO EN LA MATRIZ MITOCONDRIAL

PARA PODER INICIAR EL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICOES NECESARIA LA PRODUCCIÓN DE

ACETIL-CoA(ACETATO ACTIVADO)

1. EL PIRUVATO SE OXIDA A ACETIL-CoA Y CO21. Es una reacción previa al ciclo de Krebs2. Es una reacción irreversible ∆G’0= -33.4 kJ/mol3. Es una reacción catalizada por el complejo de la PIRUVATO DESHIDROGENASA

(SON TRES ENZIMAS: E1 + E2 + E3)4. El complejo requiere de 5 COENZIMAS: el pirofosfato de tiamina (TPP), el flavinaadenina dinucleótido (FAD), el coenzima A (CoA-SH), el nicotinamida adeninadinucleótido (NAD) y el lipoato.

TIAMINA TPPRIBOFLAVINA FADNICOTINAMIDA NADPANTOTENATO CoA-SHV

ITAMINAS

5. Cataliza una DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA, proceso de oxidación irreversible, donde el piruvato pierde un grupo carboxilo en forma de molécula de CO2, mientras que los dos carbonos restantes se transforman en el grupo acetilo del Acetil-CoA

E1= PIRUVATO DESHIDROGENASA

E2= DIHIDROLIPOIL TRANSACETILASA

E3= DIHIDROLIPOIL DESHIDROGENASA

ESTRUCTURA DEL COMPLEJO DE LA PIRUVATO DESHIDROGENASA

E2

E1= PIRUVATO DESHIDROGENASAContiene TPP en su sitio activo

E2= DIHIDROLIPOIL TRANSACETILASAContiene 3 dominios: de unión a lipoilo, de unión a E1 y E3 yel dominio de aciltransferasa

E3= DIHIDROLIPOIL DESHIDROGENASAContiene FAD

LA PIRUVATO DESHIDROGENASA CONSTA DE 3 ENZIMASY CINCO COENZIMAS

Grupos prostéticos

y CoA-SH

y NAD

β-Mercapto-etilamina Ácido pentoténico

Adenina

Ribosa 3’-fosfato

3’-Fosfoadenosina difosfatoCoenzima A

Grupo tiolreactivo

EL COENZIMA CONTIENE UN GRUPO TIOL REACTIVO (-SH) DE IMPORTANCIAFUNDAMENTAL EN SU PAPEL COMO TRANSPORTADOR DE GRUPOS ACILO

EN DIVERSAS REACCIONES METABÓLICASLOS GRUPOS ACILO SE UNEN COVALENTEMENTE AL GRUPO TIOL FORMANDO

TIOÉSTERES QUE SON DE ELEVADA ENERGÍA LIBRE DE HIDRÓLISIS

EL LIPOATO TIENE DOS GRUPOS TIOL QUE PUEDEN SER OXIDADOS REVERSIBLEMENTE FORMANDO UN ENLACE DISULFURO

PUEDE TRANSPORTAR ELECTRONES Y GRUPOS ACILO

LOS NUCLEÓTIDOS DE NICOTINAMIDA

DESHIDROGENACIÓN

OXIDORREDUCTASAS“DESHIDROGENASAS”

260 nm

340 nm

NAD+ + 2e- + 2H+ NADH + H+

NADP+ + 2e- + 2H+ NADPH + H+

E’o

E’o

LOS NUCLEÓTIDOS DE FLAVINA

Se encuentran fuertemente unidos a las FLAVOPROTEÍNAS

GRUPOS PROSTÉTICOS

TIPO DE REACCIONES LLEVADAS A CABO DURANTE LA DESCARBOXILACIÓNOXIDATIVA DEL PIRUVATO:

1. Descarboxilación

2. Oxidación

3. Transferencia

.-El piruvato se combina con el TPP y se descarboxila formandoun hidroxietilo

.- El grupo hidroxietilo se oxida formando un grupo acetilo

.- El acetilo formado se transfiere al lipoato que está unido a un residuo de lisina en E2

E1

E2

DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO A ACETIL-CoA POREL COMPLEJO DE LA PIRUVATO DESHIDROGENASA

Piruvato Dihidrolipoil Dihidrolipoildeshidrogenasa transacetilasa deshidrogenasa

E1 E2 E3

Hidroxietil-TPP

Piruvato

DURANTE LA DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA, LOS INTERMEDIARIOS NUNCAABANDONAN LA SUPERFICIE ENZIMÁTICA

4 de las 8 reacciones son oxidaciones:requieren coenzimas que entran oxidadas y salen reducidas, lo que implica que los sustratos quedaron oxidados

En una vuelta del Ciclo hay dos descarboxilaciones que no tienen los CARBONOStransportados por la Acetil-Co-A

Los productos del Ciclo son CO2, ATP/GTP, NADH y FADH2

VISIÓN GENERAL DEL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

REACCIÓN 1. Formación de citrato

1. Primera reacción del ciclo de Krebs2. Es una reacción irreversible ∆G’0= -32.2 kJ/mol3. Es catalizada por la CITRATO SINTASA4. Cataliza la condensación de Acetil-CoA con oxalacetato para dar lugar a citrato

ESTRUCTURA DE LA CITRATO SINTASA

ES UN HOMODÍMERO

EL ENZIMA SIN SUSTRATOS

EL ENZIMA CON OXALACETATO YUN ANÁLOGO DEL ACETIL-CoA

LA UNIÓN DEL OXALACETATOINDUCE UN CAMBIO CONFORMACIONAL

COO-

MECANISMO CATALÍTICO DE LA CITRATO SINTASA

LA REACCIÓN CATALIZADA POR LA CITRATO SINTASA ES UNA CONDENSACIÓN MIXTA ALDÓLICA-CLAISEN

1. Formación de un intermediario enólico a través de una catálisis ácido-base (Asp375)y estabilizado por una His 274 (FORMACIÓN DE UN CARBANIÓN)

2. El carbanión realiza un ataque nucleofílico sobre el C-2 del oxalacetato3. El intermediario resultante (S-Citril-CoA) es hidrolizado, dando citrato

REACCIÓN 2. Formación de isocitrato vía cis-aconitato

1. Es una reacción reversible ∆G’o=13.3 kJ/mol2. Es catalizada por la aconitasa (aconitato hidratasa)3. Requiere de un centro ferro-sulfurado (no es una reacción redox)4. Cataliza la isomerización reversible del citrato y el isocitrato, con el cis-aconitato

como intermediario

LA ACONITASA CONTIENE UNA AGRUPACIÓN [4 Fe-4S]

MODELO PARA EL MECANISMO DE REACCIÓN CATALIZADA POR LA ACONITASA

Lloyd et al. (2008)Protein Science 8:2655

REACCIÓN 3. OXIDACIÓN DEL ISOCITRATO A αααα-CETOGLUTARATO Y CO2

1. Es una reacción irreversible2. Es catalizada por la isocitrato deshidrogenasa (IDH)3. Requiere de Mg2+ o Mn2+ y NAD+ o NADP+ (dependiendo de la especie)4. Cataliza la descarboxilación oxidativa del isocitrato dando lugar a la formación

de α-cetoglutarato

ES UN HOMODÍMERO

Ceccarelli et al. (2002)J. Biol. Chem. 277:43454

IDH (NADP+) de corazón de mamíferos

MECANISMO CATALÍTICO DE LA ISOCITRATO DESHIDROGENASA

EL ISOCITRATO PIERDE UN CARBONO POR DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA

1. El isocitrato se une al enzima y es oxidado a través de una transferencia de hidruro al NAD+ O NADP+ formando oxalosuccinato

2. El carbonilo resultante favorece el paso de descarboxilación junto con la interacción con el Mn2+

3. Reordenamiento del intermediario enol para generar α-cetoglutarato

REACCIÓN 4. OXIDACIÓN DEL αααα-CETOGLUTARATO A SUCCINIL-CoA Y CO2

1. Es una reacción irreversible ∆G’0= -33.5 kJ/mol2. Es catalizada por el complejo de la α-cetoglutarato deshidogenasa3. Cataliza la descarboxilación oxidativa del α-cetoglutarato liberando los

segundos CO2 y NADH del ciclo4. EL COMPLEJO ES ANÁLOGO AL DE LA PIRUVATO DESHIDROGENASA

E1 (α-cetoglutarato deshidrogenasa)E2 (dihidrolipoil transuccinilasa)E3 (dihidrolipoil deshidrogenasa) idéntica al de la piruvato deshidrogenasa

αααα-cetoglutarato Succinil-CoA

Complejo de laα-cetoglutaratodeshidrogenasa

Succinil- CoA sintetasa : Fosforilación a nivel de sustrato – Rotura tioester y formacion de GTP

REACCIÓN 5. CONVERSIÓN DE SUCCINIL-CoA EN SUCCINATO

Succinil-CoA Succinato

Succinil-CoAsintetasa

REACCIÓN 5. CONVERSIÓN DE SUCCINIL-CoA EN SUCCINATO

1. Es una reacción reversible ∆G’0= -2.9 kJ/mol2. Es catalizada por la succinil-CoA sintetasa (Succínico tiocinasa) indicando

la participación de un nucleósido trifosfato3. Es la hidrólisis del enlace tioéster favoreciendo la síntesis de un enlace fosfoanhídrido

del GTP (MAMÍFEROS) o del ATP (PLANTAS Y BACTERIAS)

Es un heterotetrámero

CoA

Wolodko et al. (1994)J. Biol. Chem. 269:10883

Las subunidades αααα contienen el residuo His246 y el sitio de unión para el CoA

Las subunidades ββββ confieren especificidad por ADP o GDP

MECANISMO CATALÍTICO DE LA SUCCINIL-CoA SINTETASA

1. El succinil-CoA reacciona con Pi formando succinilfosfato y CoA

2. El grupo fosforilo delsuccinil fosfato se transfierea un residuo de His delenzima

3. El grupo fosforilodel enzimase transfiere al GDP, formándose GTP

LA ENERGÍA LIBRE DE HIDRÓLISIS DEL SUCCINIL-CoA SE CONSERVAMEDIANTE LA FORMACIÓN SUCESIVA DE COMPUESTOS DE “ALTA ENERGÍA”

1 MOLÉCULA DE ACETIL-CoA

OXIDADO HASTA:2 MOLÉCULAS DE CO2

2 NADHs

1 GTP

PARA COMPLETAR EL CICLO EL SUCCINATO DEBE SER CONVERTIDO ENOXALOACETATO, LO CUAL SE CONSIGUE MEDIANTE LAS TRES REACCIONES

RESTANTES DEL CICLO

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

REACCIÓN 6. OXIDACIÓN DEL SUCCINATO A FUMARATO

Succinatodeshidrogenasa

Succinato Fumarato

REACCIÓN 6. OXIDACIÓN DEL SUCCINATO A FUMARATO

1. Es una reacción reversible ∆G’0= 0 kJ/mol2. Llevada a cabo por la succinato deshidrogenasa (COMPLEJO II: succinato:quinona

oxidoreductasa)Es una proteína unida a la membrana interna mitocondrial (en procariotas unida a la

membrana plasmática)

3. Requiere de FAD+ y de agrupaciones Fe-Sulfurados

Es un tetrámero

Agrupaciones Fe - S

FAD+ Y QUINONAS

Oyedotun y Lemire (2004)J. Biol. Chem. 279:9424

Oyedotun y Lemire (2004)J. Biol. Chem. 279:9424

La Succinato deshidrogenasa es una proteína unida a la

membrana interna mitocondrial

(en procariotas unida a la membrana plasmática)

LA SUCCINATO DESHIDROGENASA CATALIZA LA OXIDACIÓNDEL SUCCINATO PARA FORMAR FUMARATO

ESPECIE OXIDADA: SUCCINATO

ESPECIE REDUCIDA: FADH2

PASO DE ELECTRONES DESDE EL SUCCINATO A TRAVÉS DEL FAD Y LOSCENTROS Fe-S HACÍA LA CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES

REACCIÓN 7. HIDRATACIÓN DEL FUMARATO A MALATO

1. Es una reacción reversible ∆G’0= -3.8 kJ/mol2. Llevada a cabo por la Fumarasa (Fumarato hidratasa)3. Cataliza la hidratación del doble enlace del fumarato a través de un estado de

transición de un carbanión

Fumarato

Malato

Fumarasa

Fumarasa

REACCIÓN 8. OXIDACIÓN DE MALATO A OXALOACETATO

1. Última reacción del ciclo2. Es una reacción reversible3. Catalizada por la malato deshidrogenasa4. Requiere de NAD+

5. El enzima unido al NAD+ cataliza la oxidación del malato a oxalacetato,mediante la oxidación del grupo hidroxilo del malato para formar una cetona

Malato Oxaloacetato

Malatodeshidrogenasa

DESHIDRATACIÓN

HIDRATACIÓN

DESHIDROGENACIÓN

FOSFORILACIÓN ANIVEL DE SUSTRATO

DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA

DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA

CONDENSACIÓN

ISOMERIZACIÓN

GLUCOSA

PIRUVATO

ACETIL-CoA

CITRATO

OXALOACETATO ISOCITRATO

α-CETOGLUTARATO

MALATO SUCCINIL-CoA

FUMARATO SUCCINATO

REACCIONES IRREVERSIBLESÁCIDOS GRASOS AMINOÁCIDOS

PRODUCTOS DE UNA VUELTA DEL CICLO=

3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP Y 2 CO2

POR UNA VUELTA DEL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO SE PRODUCEN LAS SIGUIENTES TRANSFORMACIONES:

1. Un grupo acetilo es oxidado a dos moléculas de CO2, un proceso en el que participan 4 pares de electrones (los átomos de carbono del acetilo entrante al ciclo “Acetil-CoA” NO SE OXIDAN)

2. Tres moléculas de NAD+ son reducidas a NADH (3 pares de e-)

3. Una molécula de FAD+ es reducida a FADH2 (1 par de e-)

4. Se produce un grupo fosfato de “alta energía” en forma de GTP (o ATP)

8 electrones CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES

NADH (2 e-) rinde 3 ATP por lo tanto de 3 NADH se producen 9 ATP

FADH2 (2 e-) rinde 3 ATP

UNA VUELTA DEL CICLO DE KREBS GENERA 12 ATP

REGULACIÓN DEL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

REGULACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE ACETIL-CoA A TRAVÉS DEL COMPLEJO DE LA PIRUVATO DESHIDROGENASA

E1 + E2 +E3

1) POR ALOSTERISMO

ES INHIBIDA ALOSTÉRICAMENTEPOR LOS METABOLITOS QUE INDICAN UNASUFICIENCIA DE ENERGÍA METABÓLICA(ATP, Acetil-CoA, NADH y ácidos grasos)

ES ACTIVADA CUANDO LAS DEMANDASENERGÉTIAS SON MAYORES(AMP, CoA, NAD+, Ca2+

2) POR MODIFICACIÓN COVALENTEEL COMPLEJO ES INHIBIDO POR LA FOSFORILACIÓN DE E1

REGULACIÓN DEL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

ENZIMAS QUE CATALIZANLAS REACCIONESIRREVERSIBLES DELCICLO:CITRATO SINTASA

ISOCITRATODESHIDROGENASA

αααα-CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA

MECANISMOS DE REGULACIÓN DEL CICLO DE KREBS

3 MECANISMOS:

1) DISPONIBILIDAD DE SUSTRATO

2) INHIBICIÓN POR PRODUCTO

3) INHIBICIÓN COMPETITIVA POR RETROALIMENTACIÓN DE LOS INTERMEDIARIOS QUE SE LOCALIZAN MÁS ADELANTE A LO LARGO DEL CICLO

4) POR MODIFICACIÓN COVALENTE (ISOCITRATODESHIDROGENASA SE REGULA POR FOSFORILACIÓN)

REGULACIÓN DE LA CITRATO SINTASA

1) LA ACTIVIDAD DE ESTE ENZIMA VARÍA EN FUNCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE SUSTRATOS (OXALACETATO Y ACETIL-CoA)

DISPONIBILIDAD DE SUSTRATO

ES INHIBIDA POR NADH3)

2) EL CITRATO ES UN INHIBIDOR COMPETITIVO, ÁSÍ COMOEL SUCCINIL-CoA (POR RETROALIMENTACIÓN)

4) EL ATP

REGULACIÓN DE LA ISOCITRATO DESHIDROGENASA

1) POR MODIFICACIÓN COVALENTE:

LA FOSFORILACIÓN DEL RESIDUOSER113 (SITIO ACTIVO)INACTIVA EL ENZIMA

2) POR ALOSTERISMO

MODULADOR POSITIVO ES EL ADP

3) ES ACTIVADA POR Ca2+

REGULACIÓN DE LA αααα-CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA

1) ES INHIBIDA POR SU PRODUCTO EL SUCCINIL-CoA

2) POR NADH

3) ES ACTIVADA POR Ca2+

EL CICLO DE KREBS ES UN CICLO ANFIBÓLICO PORQUE:

A)ES CATABÓLICO (Se lleva a cabo la oxidación del carbono proveniente de otras vías)

B) ES ANABÓLICO (Es proveedor de esqueletos carbonadospara otras vías metabólicas)

CICLO DE

KREBS

Acetil-CoA

Proteínas GlucosaLípidos

CO2

SÍNTESIS

VÍAS QUE UTILIZAN INTERMEDIARIOS DEL CICLO:

1. LA BIOSÍNTESIS DE GLUCOSA (GLUCONEOGÉNESIS)SE UTILIZA EL MALATO

2. LA BIOSÍNTESIS DE LÍPIDOS (ÁCIDOS GRASOS Y ESTEROLES)SE UTILIZA CITRATO Y SUCCINIL-CoA

3. LA BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOSSE UTILIZA EL αααα-CETOGLUTARATO, EL OXALOACETATO

(POR TRANSAMINACIÓN)

4. LA BIOSÍNTESIS DE PORFIRINASUTILIZA EL SUCCINIL-CoA

EL CICLO ES PROVEEDOR DE ESQUELETOS CARBONADOS

REACCIONES QUE REPONEN LOS INTERMEDIARIOS DEL CICLO DE KREBS

DENOMINADAS REACCIONES ANAPLERÓTICAS (RELLENAR)

1)Piruvato carboxilasa

2) Fosfoenolpiruvato +CO2 + GDP Oxalacetato + GTP

3) FOSFOENOLPIRUVATO + HCO3- OXALACETATO + Pi

4) PIRUVATO + HCO3- + NAD(P)H MALATO + NAD(P)+

PEP carboxicinasa

PEP carboxilasa

Enzima málico

DIAGRAMA DEL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICOQUE INDICALASPOSICIONESEN LAS QUE SE RETIRANALGUNOS METABOLITOS (VÍAS ANABÓLICAS)

Y LOS PUNTOS EN LOSQUE LAS REACCIONESANAPLERÓTICASREPONEN LOS INTERMEDIARIOSDEL CICLO QUE SEHAN AGOTADO

malato

oxalacetato

Gluconeogénesis

CPO. PROTEÍCOProteasasaa libres

Transaminasas

CPO. LIPÍDICOTAG

LipólisisAc.grasos libres

β-oxidación

MS

MDH

αααα-cetogl DH

PEPK

ALMIDÓNAmilasasglucosa

α-cetoácidos

EL CICLO DEL GLIOXILATO ES ACTIVO EN LAS SEMILLAS EN GERMINACIÓNY CIERTOS MICROORGANISMOS

LA VÍA SE LLEVA A CABO EN LOS GLIOXISOMAS

ESTÁN VARIOS ENZIMAS DEL CICLO DE KREBS Y DOS ENZIMAS ADICIONALES:LA ISOCITRATO LIASA Y LA MALATO SINTASA

EVITA LAS DOS DESCARBOXILACIONES DEL CICLO DE KREBSPERMITIENDO LA FORMACIÓN NETA DE SUCCINATO, OXALACETATO, Y OTROSA PARTIR DE ACETIL-CoA