TEMA 5. Rutas centrales del metabolismo oxidativo (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura Bioseñalización y metabolismo
Año del apunte 2014
Páginas 21
Fecha de subida 17/11/2014
Descargas 20
Subido por

Descripción

Apuntes realizadas con el soporte de clase y con las explicaciones del docente.

Vista previa del texto

BIOSENYALITZACIÓ I METABOLISME Tania Mesa González 2º CURS BIOLOGIA TEMA 5: RUTES CENTRALS DEL METABOISME OXIDATIU.
DESTINS CATABÒLICS DEL PIRUVAT FORMAT A LA GLICÒLISI: ETAPES PRINCIPALS DE LA RESPIRACIÓ CEL·LULAR: UAB Les rutes centrals del metabolismes oxidatiu tenen lloc al mitocondris.
PRODUCCIÓ D’ACETIL-CoA: Descarboxilació oxidativa del piruvat: Acetil CoA:  El coenzim A té un grup -SH que uneix grups acil.
 Acetil CoA: Forma activada de l’acetat gràcies a l’enllaç tioéster.
El complex piruvat deshidrogenasa  localitzat en les cèl·lules eucariotes. La seva funció es realitzar la descarboxilació oxidativa del piruvat a l’acetat alliberant CO2.
Coenzim tiamina pirofosfat (TPP):  Tiamina: primera vitamina B descoberta.
 TTP participa en la descarboxilació de α-cetoàcids (piruvat descarboxilasa-fermetació alcohòlica, tranketolasas-via pentoses P).
Lipoamida:   Conté dos grups tiol que es poden oxidar de manera reversible.
Transporta H i grups acil.
Transport d’electrons especialitzats: NAD+ / NADH i NADP+ / NADPH:  Nicotinamida Adenina Dinucleòtid  Utilitzats com coenzim per deshidrogenases  Grup funcional: base nicotinamida, accepta un ió hidrur (2 e- i un H+)  NAD generalment funciona en oxidacions (CATABOLISME)  NADP sol actuar en reduccions (ANABOLISME) Transport d’electrons especialitzats: FAD+ / FADH2:  Derivats de la vitamina riboflavina  FAD: Flavin Adenina Dinucleòtid  Grup prostètic: unit permanentment a l’apoenzim  Grup funcional: anell isoaloxacina, accepta 2 e- i 2 H+  Màx absorció diferents segons si oxidat, completament o parcialment reduit. També diferent segons si és FMN o FAD PRODUCCIÓ D’ACETIL-CoA: Descarboxilació oxidativa del piruvat.
Complex piruvat deshidrogenasa: - Catalitza 5 reaccions:  Canalització del substrat: Els intermediaris dels múltiples passos mai deixen el complex enzimàtic, i la [S] local és molt elevada. Augmenta la velocitat de les reaccions.
 Evita que el grup acetil activat sigui captat per altres enzims d’altres vies metabòliques.
 Les reaccions del complex PDH: a) Descarboxilen el piruvat b) Activen l’acetat c) Generen poder reductor d) Impedeixen el retorn de l’acetat a piruvat Hi ha dos tipus de regulació que afecten al complex PDH: a) Inhibició per producte  NADH (inhibeix E3) i acetil-coA (inhibeix a E2) competeixen amb NAD+ i coA, de forma que relacions [NADH]/[NAD+] i [acetil-coA]/[coA] elevades fan anar les reaccions catalitzades per E2 i E3 a l’inversa (fletxes vermelles a la figura), de forma que mantenen a E2 en la seva forma acetilada, inhibint la descarboxilació del piruvat.
b) Control per fosfo/defosforilació  En eucariotes, el complex PDH té associats els enzims piruvat deshidrogenasa quinasa i piruvat deshidrogenasa fosfatasa. La activitat quinasa fosforila un residu de Ser i inactiva al complex, mentre que la activitat fosfatasa el reactiva.
Significat metabòlic de la reacció catalitzada pel complex piruvat deshidrogenasa:  La formació d’acetil-CoA des de piruvat és una etapa irreversible. Per tant, no es pot sintetitzar glucosa des de acetil-CoA a través del complex PDH.
 Donat que els animals no tenen els enzims que fan possible vies metabòliques per a sintetitzar piruvat des de acetil-CoA, no poden sintetitzar glucosa des de acetilCoA.
 La descarboxilaci ó oxidativa del piruvat a acetil-CoA, porta als C de la glucosa, ja sigui a CO2 amb la corresponent generació d’energia o a la seva incorporació a lípids.
CICLE DE L’ÀCID CÍTRIC = CICLE DE KREBS:  Proposat per Hans Krebs l’any 1937.
 A part cicle de Krebs, també se’l coneix com a cicle de l’àcid cítric (perquè el citrat és el primer compost que es forma) i també cicle dels àcids tricarboxílics (el citrat té tres grups carboxil).
 És una ruta catabòlica i també anabòlica (se la denomina ruta amfibòlica).
 Al cicle hi entren 2C (en forma d’acetil) i surten 2CO2 (No hi ha incorporació neta de C).
 Hi ha 4 reaccions redox, en les que resulten 4 transportadors d’electrons reduïts, que entraran en contacte amb la cadena de transport electrònic mitocondrial, el que finalment resultarà en síntesi d’ATP (per un procés conegut com fosforilació oxidativa).
 També s’obté una molècula de GTP (equivalent a ATP) directament en una reacció enzimàtica (en cada volta del cicle), el que s’anomena una fosforilació a nivell de substrat.
 Hi ha 8 reaccions:  Els intermediaris que estan entre claudàtors resten units als enzims corresponents i no estan en forma lliure.
 Si es marca isotòpicament el C-4 de l’oxalacetat, es recupera l’isòtop com CO2 en la reacció catalitzada per l’enzim α-cetoglutarat deshidrogenasa.
 Si es marca isotòpicament el C-1 de l’acetil coA l’isòtop es reparteix entre els C-1 i C-4 del succinat.
1. Reacció catalitzada per l’enzim citrat sintasa:  El mecanisme de reacció evita reaccions no desitjades com la hidròlisis de l’acetil-CoA.
 El mecanisme de reacció de l’enzim citrat sintasa és del tipus àcid-base amb la formació d’enolat.
2. Isomerització del citrat a isocitrat catalitzat per l’enzim aconitasa  La reacció catalitzada per l’enzim aconitasa és una reacció de deshidratació-rehidratació. L’enzim aconitasa té un centre Fe-S que actua tant en unir el substrat com en la reacció de catàlisis.
 Aconitasa té un centre actiu asimètric:  Reacció estereoespecífica.
 El citrat és una molècula proquiral  simètrica que reacciona amb un centre actiu asimètric i forma un producte quiral.
 Només es forma 2R,3S isocitrat 3. Descarboxilació oxidativa del isocitrat  donant α-cetoglutarat i CO2 catalitzada per l’enzim isocitrat deshidrogenasa.
4. Descarboxilació oxidativa del α-cetoglutarat a succinil CoA i CO2  catalitzada pel complex α-cetoglutarat deshidrogenasa.
Aquesta és una reacció molt semblant a la catalitzada pel complex piruvat deshidrogenasa: els components E1 i E2 són molt semblants als del complex PDH i els components E3 són idèntics. També es requereixen els cinc coenzims: CoA, àcid lipoic, TPP, NAD+ i FAD.
 E1  α-cetoglutarat deshidrogenasa  E2  dihidrolipoil trans succinilasa  E3  dihidrolipoil deshidrogenasa 5. Conversió del succinil CoA a succinat  catalitzada per l’enzim succinil CoA sintetasa.
 Aquesta reacció és una fosforilació a nivell de substrat en la que s¡obté GTP (anàleg a ATP).
 S’aprofita l’alliberament d’energia produït en trencar-se l’enllaç entre el CoA i el succinil per a generar GTP, mitjançant la formació d’una His fosforilada.
6. Oxidació del succinat a fumarat  catalitzada per l’enzim succinat deshidrogenasa.
7. Hidratació del fumarat a malat  catalitzada per l’enzim fumarasa.
8. Oxidació del malat a oxalacetat  catalitzada per l’enzim malat deshidrogenasa.
 ΔG > 0, però es dóna per l’eliminació contínua del producte de la citrat sintasa.
 Es regenera l’oxalatat, punt d’entrada al cicle de Krebs.
Les tres darreres reaccions (6,7,8) del cicle de Krebs il·lustren una estratègia metabòlica seguida en algunes vies com en la degradació i biosintesi d’àcids grassos i en la degradació d’alguns aminoàcids. Consisteix en la conversió d’un grup metilè (CH2) en un grup acetil (C=O) per tres reaccions: oxidació, hidratació i una segona oxidació.
Reconstrucció del cicle: Balanç global del cicle de Krebs: Balanç energètic global de l’oxidació de la glucosa: El cicle de Krebs és una via amfibòlica  serveix tant per a transformacions catabòliques com per a aquelles anabòliques como són la biosíntesis de diferents metabòlits des de intermediaris C4, C5 i C6.
Punts de control més importants  coincideixen amb les tres reaccions del cicle que es troben més lluny de l’equilibri.
Regulació del cicle de l’àcid cítric: Regulació per:  Disponibilitat de substrat  Mecanismes covalents i al·lostèrics de la PDH  Estat RedOx (NAD+/NADH)  Estat energètic (ADP/ATP)  Acumulació d’intermediaris  El complex piruvat deshidrogenasa regula el flux d’entrada: VIES ANAPLERÒTIQUES: Són vies que connecten amb el cicle de l’àcid cítric. Reconstrueixen els intermediaris del TCA utilitzats en reaccions biosintètiques.
 La taula indica les indicacions anapleròtiques més freqüents en diferents teixits i organismes que transformen piruvat o fosfoenol piruvat a oxalacetat o malat.
CICLE DEL GLICOXILAT: Permet convertir l’acetil CoA en glucosa  És un sistema de supervivència.
 L’acetat serveix de combustible i de font de fosfoenolpiruvat per la síntesi de glucosa.
 Té lloc a plantes, alguns invertebrats i microorganismes.
 El succinat pot ser transformat als mitocondris en fumarat i malat que arribaria al citosol i seria transformat en oxalacetat i posteriorment a fosfoenolpiruvat i ...més tard arriba a glucosa per la gluconeogènesis.
 Els vertebrats no tenen els enzims isocitrat liasa i malat sintasa i per tant, no poden obtenir sucres des de acetat (i en general des d’àcids grassos, de nombre parell d’àtoms de carboni).
Relació entre el cicle de Krebs i el del glicoxilat: ...