Tema 6 (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 2º curso
Asignatura Bioquímica II
Año del apunte 2013
Páginas 15
Fecha de subida 17/10/2014
Descargas 75
Subido por

Vista previa del texto

Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 RUTES DEL METABOLISME OXIDATIU VISIÓ INTEGRADA DE LES DIVERSES ETAPES D’OBTENCIÓ D’ENERGIA Fins ara el que hem estudiat han estat els aspectes més significatius del metabolisme de la glucosa de cara a la seva degradació i també de cara al seu emmagatzemament en forma de glicogen. Vam veure que la glucosa anava fins a piruvat i que a partir de piruvat podia seguir camins diferents: procés de fermentació làctica o alcohòlica, tot i que hi ha de més tipus, o bé seguir la via pel sistema oxidatiu passant cap a la formació de l’acetil CoA.
De fet, l'acetil Coa és una de les biomolècules centrals en el metabolismes ja que és en un dels punts on conflueixen vies metabòliques no només derivades de glúcids si no també de lípids, aminoàcids, àcids nucleics, etc. que poden acabar donant el Acetil Coa. Per tant, aquesta biomolècula jugar un paper clau dintre del metabolisme.
La procedència d’acetil CoA que hi hagi dintre de les cèl·lules d’un determinat teixit depèn de diversos factors, el més important és l’estat nutricional, és a dir, la quantitat de nutrients que li arriben. Els nutrients poden venir per part de la glucosa però també poden utilitzar com a font d’energia els àcids grassos que en degradar-se donaran directament acetil CoA. Per un altra banda, molts aminoàcids poden donar directament acetil CoA i d’altres que el seu esquelet carbonat pot ser utilitzat cap a gluconeogènesi (aminoàcids gluconeogènics) que si van per la via de la glucosa, acaben donant acetil CoA. Per tant, segons l'estat nutricional podem saber la procedència de l'acetil CoA. Cal tenir present que la procedència de l’acetil CoA també depèn de l’estat energètic de la cèl·lula en aquell determinat moment. Si estem en una situació pobre en energia, es mobilitzaran les reserves (àcids grassos) per donar acetil CoA. Si estem en una situació molt rica en energia, la glucosa podrà donar acetil CoA que anirà cap a la síntesi d’àcids grassos.
En el cas de la glucòlisi, hem vist que en el procés de la glucosa fins a piruvat obtenim dues molècules d’ATP (obtenció d’energia directa) però també obtenim coenzims reduïts en els quals hi ha hagut una transferència d’electrons (2 NADH  4 electrons). La transferència d’electrons no només es dóna en la degradació de glucosa sinó que també es produeix en la degradació d’aminoàcids i d’àcids grassos. Aquest flux d’electrons juntament amb l’acetil CoA s’utilitza per anar cap a les altres fases del metabolisme. De fet, els electrons s’obtenen en diferents fases però és en la última fase del metabolisme en el que s’utilitza el flux electrònic de cara a la formació d’ATP.
1 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 Trobem que el metabolisme el podem dividir en diferents nivells:  El conjunt de reaccions del metabolisme que van des dels compostos o nutrients inicials com són els aminoàcids o els àcids grassos fins a acetil CoA és el que s’ha definit com a nivell 1 del metabolisme. En aquest cas, a partir de diferents nutrients acaben donant acetil CoA i obtenint coenzims reduïts.
 A partir d’aquí ja comencen una sèrie de reaccions que venen totes canalitzades per l’acetil CoA on passem al que es coneix com nivell 2 del metabolisme. La ruta clàssica i principal que el composa és el cicle del citrat. En el nivell 2 es van produint descarboxilacions, s’obté algun nucleòsid trifosfat però el més característic és que s’obtenen una gran quantitat de coenzims reduïts, de manera que es produeix una transferència d’electrons. A partir d’aquesta fase els compostos carbonats es perden i l’únic que hi ha és gradient d’electrons.
 En el nivell 3 és en el que hi ha una síntesi més gran de nucleòsids trifosfat (ATP). Aquesta síntesi es produeix a base de la utilització del gradient electrònic i poder reductor que s’ha creat en fase 1 i 2.
Cal tenir en compte que, en el cicle del citrat i altres vies metabòliques hi ha punts d'entrada i sortida que no estan representats a l'esquema però el nucli principal és el que està representat.
EL COMPLEX DE LA PIRUVAT DESHIDROGENASA (PDH) Quan es degraden aminoàcids o àcids grassos, la degradació ja dóna directament acetil Coa. Quan es degrada glucosa no sobte directament sinó que primer obtenim piruvat. Per tant en la obtenció d’acetil CoA a partir de glucosa hi ha una etapa diferencial respecte al que és a la obtenció d’acetil CoA a partir d’aminoàcids i àcids grassos. Quan es degraden els àcids grassos es van trencant en subunitats de dos carbonis donant acetil CoA directament. A continuació explicarem quin és el procés per obtenir acetil CoA a partir de piruvat.
La reacció de conversió de piruvat a acetil CoA es produeix dins del mitocondri. Aquest fet representa una característica diferencial respecte les altres reaccions que hem vist de la glucòlisi. En el de la glucòlisi, els diferents enzims que intervenen es considera que són entitats aïllades dissoltes en el citosol, és a dir, no estan formant complex enzimàtics. En canvi, en el pas de piruvat fins a acetil CoA intervé el complex de la piruvat deshidrogenasa (PDH) un complex multienzimàtic que trobem dins del mitocondri, dissolt en la matriu mitocondrial. Cal recordar que no està associat a les crestes sinó que està present en la part soluble de la matriu mitocondrial.
2 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 Aquest complex multienzimàtic està format bàsicament per 3 tipus d’enzims (no exclusivament) que tradicionalment s’han designat com E1, E2 i E3. En cada complex trobem moltes còpies d’aquests enzims, on E1 i E2 són els més abundants. Aquest fet fa que el complex formi una estructura molt gran observable a microscòpia electrònica. L’enzim E1 és el que es coneix com a piruvat deshidrogenasa i és el que ha donat nom al complex.
Així doncs, en el pas des de piruvat fins a acetil CoA intervé el complex de la piruvat deshidrogenasa.
Mecanisme de funcionament de PDH Per tal d’entendre millor el mecanisme del complex de la piruvat deshidrogenasa farem una simplificació on suposem que només hi ha una unitat de cada enzim.
Pas 1 El procés d’actuació del complex de la piruvat deshidrogenasa (PDH) comporta l’entrada de piruvat cap a l’interior del mitocondri on era transformat en oxalacetat per la piruvat carboxilasa. Un cop entra el piruvat dins el mitocondri pot ser utilitzat pel primer enzim de la PDH: E1 (piruvat deshidrogenasa). La reacció que catalitza E1 és una reacció en la qual a partir del piruvat es produeix una descarboxilació i ens queda una unitat de dos carbonis que estarà unida al coenzim amb el que col·labora E1, el pirofosfat de tiamina. Aquesta és una reacció molt similar a la que donava la piruvat descarboxilasa (en fermentació alcohòlica) tot i que aquest enzim és soluble i la piruvat deshidrogenasa es troba en un complex, una altra diferència entre els dos enzims és que el cas de la piruvat deshidrogenasa no allibera el compost de dos carbonis sinó que passa a unir-se al següent enzim.
Algunes persones a la piruvat deshidrogenasa també la anomenen com piruvat deshidrogenasa descarboxilasa ja que provoca una descarboxilació.
3 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 Pas 2 i 3 El següent enzim produeix una transferència d’unitats de dos carbonis que capta del primer enzim i que cedeix al coenzim CoASH donant l’acetil CoA i dihidrolipoic. El que fa és transferir unitats de dos carbonis d’acetil i és per això que aquest enzim es coneix com transacetilasa. En el procés d’actuació d’aquest enzim cal la participació d’un coenzim específic: lipoic que està en la forma de dihidrolipoic i és per aquest motiu que a E2 es coneix també com dihidrolipoil transacetilasa.
El lipoic és una cadena hidrocarbonada en la que hi ha dos grups tiol que en la situació inicial estan en la forma oxidada (formant un pont disulfur) però que durant el procés de la reacció acaben tenint els grups SH lliures donant lloc al dihidrolipoic. El lipoic té una estructura formada per 8 carbonis y un pont disulfur que el podem trobar en la forma oxidada (àcid lipoic) , forma reduïda (dihidrolipic) o forma acetilada (acetil lipoic). El lipoic està unit covalentment a la cadena proteica de l’enzim, de manera que el que seria el grup carboxílic de l’àcid lipoic està unit amb el grup amino terminal d’una lisina formant el braç lipoil lisina. Aquest braç és una estructura llargada hidrocarbonada que serà important per la funció transacetilasa. En aquest cas, al final tenim la forma acetilada que transfereix l’acetil al Co ASH per formar l’acetil CoA.
Recordem que el coenzim A és una molècula llarga que té diversos components a la seva estructura com l’àcid pantotènic que deriva de vitamines i que s’obté de la dieta i la β- mercaptoetilamina.
L’acetil CoA té un enllaç ric en energia, concretament un tioéster, que és el mateix que es forma amb l’acetil lipoic. El fet que es formi aquest grup tioéster és el que permet que després hi hagi la energia per sintetitzar l’acetil CoA.
Pas 4 El dihidrolipoic reduït obtingut al pas anterior no pot tornar a entrar en el procés ja que per fer-ho ha d’estar oxidat. Per tant, cal que hi hagi una reoxidació del lipoic que és el que produeix l’enzim E3 (dihidrolipoil deshidrogenasa). Aquest enzim catalitza + + + una reacció que utilitza dos tipus de coenzims : NAD i FAD . En la primera reacció intervé el FAD que està unit fortament a l’enzim i que generarà FADH2. En el moment que s’ha produït aquesta reacció, el dihidrolipoic passa cap a lipoic. El FADH 2 queda unit al enzim, de manera que si aquest coenzim no passés a la seva forma oxidada no podria tornar a actuar. De manera que el NAD+ interacciona i passa a produir NADH. Amb això aconseguim que el procés pugui continuar.
4 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 + + + Així doncs, l’enzim E3 el que fa és que el FAD redueix al NAD . Recordem que el potencial de reducció del FAD és de -0,22 i el + del NAD+ de -0,32 de manera que esperaríem el contrari, és a dir, que el FAD es reduís i el NADH s’oxidés. Aquesta és una de les reaccions excepcionals que es donen en aquest sentit ja que recordem que els pKa, els canvis d’energia i les transferències electròniques no venen determinat només per les característiques físiques sinó que també per l’entorn on es produeix la transferència. Degut a les característiques estructurals del complex, concretament E3 fa possible que es pugui reduir el NAD+ a partir del FADH2 Si mirem globalment el procés podem dir que a la primera reacció entra piruvat i després entra el coenzim A i NAD+. Per cada volta es + perd un CO2, es forma un acetil CoA i s’obté un NADH i un H .
A A la imatge podem veure el balanç global del que hi hauria en cada voltar per cada piruvat que passa a acetil CoA mitjançant la PDH. El canvi d’energia lliure és bastant negatiu in vivo de manera que està bastant desplaçada Control de la piruvat deshidrogenasa.
El complex de la piruvat deshidrogenasa és un punt de les reaccions que es donen dins del mitocondri i que estan subjectes a diferents tipus de mecanisme de control. En aquesta assignatura només veurem els efectes a nivell dels efectors al·lostèrics tot i que no és l’únic nivell.
El complex de la piruvat deshidrogenasa és activat per la presència de AMP ja que el procés es posarà en marxa quan calgui + obtenir energia, quan hi ha molt CoA lliure ja que és un substrat del procés i NAD ja que és el que entra. També és activat per calci i això és una excepció ja que és un component que no intervé en la reacció. El calci i el AMP són un veritables efectors al·lostèrics. El calci té una altra funció molt important ja que actua com a senyal, per tant el complex de la piruvat deshidrogenasa està sotmesa a control tant pels components que hi ha a l’entorn com per mecanismes de senyalització.
El complex de la piruvat deshidrogenasa és blocat per nivells de poder reductor alts com ara si per una concentració elevada de NADH ja que és producte de la reacció, per àcids grassos ja que a partir de la seva degradació (dins del mitocondri) obtenim directament acetil CoA i també està comprovat que es bloqueja per canvis en la concentració d’ATP. Sempre hem dit que la concentració d’ATP es manté més o menys constant in vivo, aquí ens estàvem referint a la cèl·lula en general, però cal tenir present que dins del mitocondri la concentració d’ATP sí que varia. Per tant, si hi ha molt ATP no cal que es produeix acetil CoA per produir més energia.
5 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 EL CICLE DE L'ÀCID CÍTRIC El cicle de l’àcid cítric comença amb l’acetil CoA (2 C) i l’oxalacetat (4 C), cal tenir present que sense aquest no es pot produir. De manera que es produeix una condensació entre aquests dos components donant lloc a un compost de 6 carbonis: el citrat.
A partir del citrat comencen una sèrie de reaccions en les que en algunes d’elles es produeixen descarboxilacions, concretament es produeixen dues descarboxilacions de manera que tornem a obtenir un compost de quatre carbonis. Així doncs, es produeixen una sèrie de reaccions que tenen com a finalitat que un compost de 4 carbonis doni un altre de 4 carbonis: succinil CoA. A partir de la formació del nou compost de 4 C hi ha una reestructuració de la molècula de cara a donar el compost inicial.
El cicle del citrat no té només com a finalitat anar perdent carbonis sinó que és una etapa obligatòria en la producció i sortida del acetil CoA des del mitocondri cap al citosol on es produirà la síntesi del lípids. La conversió de glucosa en lípids implica el pas mitocondrial de piruvat a acetil CoA. L’acetil CoA no té transportadors per anar al citosol de manera que ha de ser transformat a citrat i un cop arribi al citosol ser trencat en acetil CoA, que anirà cap a la síntesi de lípids, i oxalacetat que retornarà al mitocondri. Aquí veiem una de les sortides en el cicle del citrat de manera que aquest no sempre ha de funcionar com a cicle.
6 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 REACCIONS INDIVIDUALS DEL CICLE DE L’ÀCID CÍTRIC Pas 1: Condensació En la primera reacció en el cicle de l’àcid cítric intervé l’enzim citrat sintasa que participa en la síntesi del citrat que es fa a partir d’acetil CoA i oxalacetat. Aquesta és una etapa irreversible del procés ja que té un canvi d’energia molt negatiu.
El citrat és una molècula que té 3 grups carboxílics. Sabem que en el cicle de Krebs es produeixen dues descarboxilacions però es podran perdre directament dos d’ells ja que sinó no acabaríem tenint la molècula uncial amb dos grups carboxílics, és a dir, l’oxalacetat.
Pas 2: Isomerització Un cop s’ha format el citrat hi ha una reacció d’isomerització de tal manera que a partir del citrat obtenim el isocitrat. En aquesta reacció no cal aportar energia i no hi ha cap addició o eliminació de carbonis sinó que simplement hi ha el canvi d’un grup funcional: el grup hidroxil passa d’estar del carboni 2 al carboni 3. El que es forma entremig és el compost conegut cis-Aconit, un intermediari, i que dóna nom a l’enzim: aconitasa.
Les reaccions de transferència d’un hidroxil dintre de les vies metabòliques segueixen un mecanisme determinat. El primer pas consisteix en la deshidratació i formació de doble enllaç. En la segona reacció es produeix una rehidratació però reorientant el lloc on entra el grup hidroxil. El substrat al unir-se al centre actiu de l’enzim pot treure-li l’aigua, és a dir, provocar deshidratació.
Aquesta és una reacció reversible de manera que pot anar a un costat o a l’altre depenent quina sigui la concentració de citrat o de isocitrat.
Pas 3: Descarboxilació I A l’etapa següent quan ja s’ha format l’isocitrat per actuació de la isocitrat deshidrogenasa es produeix la primera descarboxilació. En aquest pas obtenim un coenzim reduït: NADH.
7 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 El carboni que tenia un grup hidroxil passa a estar oxidat formant un grup ceto. Cal tenir present que dintre dels compostos orgànics, els que tenen estructura de beta cetoàcid són compostos inestables. Tot aquest procés que s’ha donat és per obtenir una estructura d’aquest tipus, de manera que el grup carboxílic té una tendència a carboxilar-se. El que ens queda és l’alfa ceto glutarat. Per tant, tots aquests canvis s’han donat per facilitar que es formi una estructura beta cetoàcid.
Aquesta reacció té un canvi d’energia negatiu no gaire gros però que en condicions cel·lulars no és reversible. En aquest procés cal que hi hagi manganès present durant aquestes etapes intermèdies.
Recordem que aquesta reacció és catalitzada per la isocitrat deshidrogenasa que de fet el que catalitza és el primer pas fins a la formació del oxalosuccinat que es descarboxilarà. La isocitrat deshidrogenasa és un dels pocs enzims que no expressa preferència pel tipus de coenzim de manera que pot utilitzar tant NAD+ o NADP+, així doncs pot donar lloc a NADH o NADPH. Es considera que la que intervé directament en el cicle de Krebs amb més freqüència a les cèl·lules és la que utilitza NAD+, de manera que als esquemes normalment veurem això representat.
Pas 4: Descarboxilació II En la següent etapa l’alfa cetoglutarat passa a donar el succinil CoA per l’actuació de la alfa cetoglutarat deshidrogenasa. En aquest cas no intervé únicament un enzim sinó que és un complex multienzimàtic i que rep aquest nom. En aquest complex entra NAD+ i també CoA-SH i a la vegada en aquella reacció es produeix una descarboxilació. Podem trobar un símil amb l’actuació de la piruvat deshidrogenasa.
Tots dos complexos s’assemblen molt tot i que no estan composats pels mateixos enzims. El mecanisme de la piruvat deshidrogenasa és aplicable a la alfa cetoglutarat deshidrogenasa.
Finalment acabem obtenint el succinil CoA mitjançant una reacció irreversiible.
8 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 Pas 5: Fosforilació a nivell de substrat En aquest pas intervé la succinil CoA sintetasa que provoca un trencament d’enllaç a nivell del CoA en l’acetil CoA. Aquest trencament proporciona energia que una part serà utilitzada per la síntesi d’un nucleòtid trifosfat: GTP. De manera que a partir d’aquesta etapa obtenim el primer compost de 4 carbonis que continuarà mitjançant una sèrie de reaccions fins a donar oxaloacetat. Aquesta reacció d’obtenció de succinat és reversible in vivo.
Pas 6: Deshidrogenació El succinat és un compost que ja s’assembla molt al oxalacetat i que haurà de ser transformat fins a arribar a formar-lo per tal de regenerar el cicle. L’oxalacetat es caracteritza per tenir un grup ceto en el segon carboni que el succinat no té. El mecanisme per forma aquest grup ceto és un procés força similar al que es dóna en altres reaccions de metabolisme en les quals es genera a partir d’un compost totalment saturat.
En aquesta etapa de deshidrogenació es produeix una reacció de oxido reducció a partir de la qual es crea un doble enllaç entre àtoms de carboni. En aquest procés intervé l’enzim succinat deshidrogenasa + que col·labora amb el coenzim FAD , en conseqüència aqeusta reacció no produeix NADH sinó que produeix FADH 2. Amb aquesta deshidrogenació obtenim el fumarat.
Es tracta d’una reacció reversibles en condicions fisiològiques.
Pas 7: Hidratació A partir del fumarat el procés continua de manera que pateix una reacció de hidratació per la actuació de l’enzim fumarasa. En - + aquest procés es produeix una entrada global d’aigua: primer entra un OH i després un H . En conseqüència d’aquesta entrada es genera un grup hidroxil. Aquesta reacció té un canvi d’energia lliure negatiu però és molt petit de manera que es considera una reacció reversible.
9 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 Pas 8: Deshidrogenació En aquesta etapa també intervé una altra oxidoreductasa. En aquest cas per l’acció de la malat deshidrogenasa i amb la col·laboració del NAD+ és capaç de produir una oxidació del L-malat convertint-lo en oxalacetat.
El pas on intervé la malat deshidrogenasa té un canvi d’energia estàndard positiu i gran, de manera que si ho mirem des del punt de vista estàndard la reacció estaria molt desplaçada i no seria reversible. Però tenint en compte les concentracions dels substrats se sap que a la cèl·lula és reversible. Per tant, si fem actuar l’enzim en un tub d’assaig només actuaria en un sentit: cap a la formació de malat, però in vivo es pot donar en tots dos sentits.
Un cop produït aquest pas hem regenerat una de les molècules inicials que intervenen en el cicle: l’oxalacetat.
Aquest procés d’oxidoreducció – hidratació – oxidoreducció és un dels mecanismes, com hem comentat anteriorment, que s’utilitzen per la formació de grups ceto en molècules que no tenien cap grup hidroxil ni ceto.
Un cop hem vist totes les reaccions que intervenen en el cicle, estudiarem quina és la seva finalitat, el balanç energètic, les aplicacions alternatives etc.
BALANÇ DEL CICLE DEL CITRAT Si mirem el cicle podem observar que hi ha una sèrie de reaccions en la primera part en les quals es produeixen descarboxilacions i després en la segona part hi ha una reorganització del compost per tal de passar de succinat fins a oxalacetat.
Si ens fixem en el rendiment energètic podem veure que el cicle de Krebs no és una via metabòlica que dóna lloc a la obtenció d’energia en forma de ATP ja que el cicle en sí no en genera cap. A partir del cicle del citrat obtenim un GTP que després podrà cedir el fosfat a un ADP per formar el ATP i també obtenim una gran quantitat de coenzims reduïts gràcies a les descarboxilacions que es donen en la primera part del cicle.
Sabem que per cada acetil CoA que entra al cicle es generen 4 coenzims reduïts: 3 NADH i 1 FADH 2 i un GTP. Aquests coenzims no tenen el mateix valor de cara a la capacitat per cedir electrons a la cadena de transport electrònic i que permetrà una síntesi d’ATP.
10 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 Per cada molècula de glucosa que es degrada per glucòlisi fins a piruvat que dóna acetil CoA i que entra al cicle obtenim únicament 4 ATP: 2 ATP provinents de la glucòlisi i 1 ATP per cada piruvat que prové del GTP del cicle de l’àcid cítric. També obtenim 8 coenzims reduïts: 6 NADH ( 3 NADH generats per cada acetil CoA durant el cicle de Krebs –en total 6 per molècula de glucosa – i altres 2 NADH provinents de la glucòlisi i uns altres 2 provinents del complex de la piruvat deshidrogenasa) i 2 FADH 2.
Els coenzims reduïts s’encarreguen de generar un gradient electrònic que posteriorment permetrà la síntesi d’ATP.
ESTEREOSPECIFICITAT EN EL CICLE DE L’ÀCID CÍTRIC Aquest cicle es dóna en molts altres processos bioquímics, en moltes altres vies. Si marquem acetat amb carboni 14, que recordem que passava a acetil CoA, quan funciona el cicle es va observar que en la primera descarboxilació el CO2 que es desprenia no era radioactiu. De manera que els carbonis radioactius quedavan incorporats en el succinil CoA. Això és degut a les característiques de la interacció de l’enzim amb el substrat.
En el cas de la isocitrat deshidrogenasa utilitza únicament un determinat substrat, el que podem veure a la part superior de la imatge. Aquest fet és degut que el carboni que trobem al substrat no és un carboni asimètric ja que hi ha dos substituents que són iguals. La interacció de l’enzim amb el substrat es produeix per 3 punts diferents que tenen una estructura definida a l’espai i el substrat únicament encaixarà quan estigui en la conformació de la figura a.
Es diu que l’isocitrat no és un compost quiral en sí mateix però sí que es comporta com si ho fos, per tant es denomina com compost proquiral. Aquest va ser un dels primers exemples de la estereospecificitat de la interacció entre substrat i enzim.
11 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 BALANÇ DE LA DEGRADACIÓ OXIDATIVA DE LA GLUCOSA EL CICLE DE L’ÀCID CÍTRIC El cicle de l’àcid cítric el podem dividir en dues parts: la primera fins la formació de succinat i la segona que faria referència a la transformació del succinat fins a oxalacetat. En la primera part del cicle trobem tres reaccions que són irreversibles, la catalitzada per: citrat sintasa, isocitrat deshidrogenasa i el complex alfa cetoglutarat deshidrogenasa. En la segona part del cicle totes les reaccions són reversibles.
Regulació del cicle de l’àcid cítric Trobem diversos punts de control en el cicle de l’àcid cítric i aquests se situen en els llocs on actuen els enzims que catalitzen les reaccions irreversibles.
La finalitat del cicle és obtenir coenzims reduïts que després seran utilitzats per l’obtenció de l’ATP. Al cicle hi ha una gran quantitat de intermediaris i els mecanismes que s’utilitzaran per controlar el cicle seran bàsicament les relacions que hi hagi entre coenzims oxidats i reduits. De manera que si hi ha molt coenzim oxidat o una concentració elevada d’ADP es posarà a funcionar el cicle.
Observem que els principals punts de control són el NADH¸ ATP i succinil CoA que són metabòlits que formen part del propi cicle i que són els que controlen el funcionament basal del cicle dels àcids tricarboxílics.
12 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 D’aquests mecanismes de control cal que tinguem en compte un altre factor que destaca respecte els altres: el calci que no es tracta de cap metabòlit intermediari i no té res a veure amb el poder reductor sinó que té com a funció la senyalització. En el cas del funcionament d’aquest cicle hi ha una coordinació amb el funcionament de la piruvat deshidrogenasa i en tots dos casos el calci activa el seu funcionament Connexions del cicle de l’àcid cítric.
Recordem que a la primera part del cicle trobem tant reaccions reversibles com irreversibles mentre que en la segona part són totes irreversibles. En el cicle dels àcids tricarboxílics hi ha alguns metabòlits que serveixen com a punt de partida cap a la síntesi d’altres molècules.
Per exemple, el succinil CoA el podem obtenir amb el sentit habitual del cicle però també es pot obtenir a partir d’oxalacetat ja que les reaccions de la segona part són reversibles. Per tant, tenim dos camins que donen lloc a la síntesi de succinil CoA, una molècula que és el punt de partida per la síntesi d’alguns aminoàcids, nucleòtids, grups hemo, etc. Si la cèl·lula necessita molt succinil CoA per fer aquesta síntesi, desviarà intermediaris per la formació d’aquest compost ja que si no es fes això el cicle quedaria buit en intermediaris.
Si per una banda s’utilitza el oxalacetat per formar succinil CoA, està clar que faltarà oxalacetat per fer el cicle en sentit habitual.
De manera que cal que els nivells l’oxalacetat es mantinguin constants per tal de garantir que el cicle generi energia, concretament poder reductor. Això s’aconsegueix gràcies a una sèrie de reaccions en les quals a partir d’altres metabòlits és possible formar oxalacetat. Per fer-ho hi ha dues vies: actuació de la piruvat carboxilasa, un enzim que vam veure en gluconeogènesi i que està present en fetge i ronyó en grans quantitats o mitjançant l’actuació de la PEP carboxiquinasa un enzim que trobem al citosol i mitocondri i que actua durant la gluconeogènesi. La PEP carboxiquinasa és una reacció molt important en el cor i el múscul esquelètic i el que fa és que a partir de PEP, CO2 i GTP genera oxalacetat i GDP. A les plantes, llevats i bacteris però no en mamífers actua la PEP carboxilasa que a partir de PEP i bicarbonat obtenim oxalacetat i Pi.
Aquestes tres reaccions donen directament oxalacetat però hi ha un altre enzim que està ampliament distribuït i que s’expressa tant en eucariotes com procariotes que genera un intermediari del cicle: el malat. Aquest enzim rep el nom d’àcid màlic i que en realitat és una malat deshidrogenasa descarboxilant capaç d’actuar en dos sentits, és a dir, que a partir de malat obtinguem + piruvat i bicarbonat o al contari. Aquesta és una reacció d’oxidoreducció en la qual es pot utilitzar tant el coenzim NAD com el + NADP .
13 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 Amb aquestes reaccions garantim que els nivells dels intermediaris del cicle es mantinguin. Aquestes reaccions no només funcionaran quan cal enviar metabòlits perquè es produeixi la síntesi d’altres molècules sinó que també es produiran quan volem augmentar la velocitat del cicle ja que els enzims responen a les concentracions dels metabòlits i per tant es pot augmentar el seu flux.
Es tracten de reaccions anapleròtiques, és a dir, reaccions que s’encarreguen d’omplir els intermediaris del cicle, en aquest cas del cicle dels àcids tricarboxílics.
Versatilitat del cicle de l’àcid cítric A part d’aquestes reaccions anapleròtiques el cicle també pot servir de cara a la transformació de determinats compostos en altres tipus de biomolècules, fins i tot generar glucosa en els teixits on es produeix la gluconeogènesi. Això és el que veiem a l’esquema i en blau observem el funcionament del cicle ideal. Cal tenir present que no necessàriament ha de funcionar com a cicle.
A partir del cicle obtenim el citrat que surt al citosol i que s’utlitza per la síntesi d’esterols i àcids grassos. Per una altra banda, a partir del succinil CoA es pot produir la síntesi de les porfirines i els grups hemo.
El cicle de Krebs també té un paper molt important de cara a la transformació d’esquelets carbonats provinents d’aminoàcids cap a precursors que poden donar la síntesi de glucosa. Un exemple és el glutamat que pot donar l’alfa cetoglutarat que continuarà pel cicle fins a donar oxalacetat que sortirà en forma de malat (normalment) i donaria PEP que acabaria donar glucosa. Per tant, els carbonis de l’esquelet carbonat quedarien incorporats en la glucosa. També es podria produir al revés, és a dir, que a la ingesta es prenguessin proteïnes que tenen poc glutamat i per tant cal sintetitzar-lo a partir del cicle.
Les rutes que poden seguir a partir del cicle de Krebs són molt àmplies que no si el considerem només com a cicle. Podríem pensar que amb aquestes rutes que surten del cicle es gasten intermediaris però cal tenir present que es poden recuperar. El fet que hi hagi poques reaccions irreversibles li dóna una major llibertat al cicle per funcionar d’una manera o una altre.
14 Judith Gonzàlez Gallego Bioquimica II T6 Els enzims que participen en el cicle de Krebs no formen un gran complex sinó que estan distribuïts en el medi. Degut a aquesta gran versatilitat del cicle de Krebs, tant per degradació com per generar metabòlits es diu que és una via amfibòlica, ja que la pots considerar tant anabòlica com catabòlica.
Observem a l’esquema que hi ha moltes reaccions d’interconversió entre els metabolisme cel·lular, de manera que els esquelets carbonats de moltes biomolècules es pot generar glucosa. Cal tenir present però, que no es pot generar de manera neta una molècula de glucosa a partir d’acetil CoA ja que no hi ha els mecanismes per fer-ho, han d’intervenir altres biomolècules. Per tant a partir de citrat tampoc podem obtenir glucosa ja que quan es degrada obtenim acetil CoA però a partir de glucosa sí que podem obtenir citrat.
EL CICLE DE GLIOXILAT Els cicle del glioxilat no es produeix en mamífers i és una excepció a l’explicat anteriorment. Aquest cicle permet la obtenció neta d’oxalacetat a partir de dos acetil CoA i per tant, permet la síntesi neta de glucosa a partir de la degradació dels àcids grassos.
En primer lloc es produeix la mateixa reacció que en el cicle de Krebs: citrat sintasa que transforma l’acetil en citrat. A la següent etapa intervé l’aconitasa amb la qual obtenim l’isocitrat. Seguidament intervé un nou enzim: malat sintasa que a partir de un glioxilat i un acetil CoA es produeixi la síntesi de malat que passarà a oxalacetat mitjançant la malat deshidrogenasa. Aquest fet permet que a partir de dos acetils es doni lloc a la síntesi neta de un succinat.
Aquest cicle no es dóna en el mitocondri sinó que es produeix en els glioxisomes, un altre orgànul que està present a les cèl·lules capaces de dur a terme aquesta via metabòlica.
A partir de l’àcid gras podem obtenir acetil CoA i el funcionament del cicle del glioxilat dóna lloc a la síntesi de succinat que sortirà dels glioxisomes, passarà al citosol i arribarà al mitocondri on serà transformat a malat. El malat serà exportat al citosol i allà tindrà lloc la síntesi de glucosa per la formació de sacarosa o dels glúcids que calguin. Per tant, cal la participació de dos orgànuls i dos cicles diferents.
Aquest cicle a part d’explicar perquè aquests organismes que tenen reserves lipídiques poden generar glucosa, també ens ensenya que el cicle de Krebs pot actuar en connexió amb altres processos especialitzats com ara el cicle del glioxilat. El cicle de Krebs podria contribuir a acabar processos que no es donen completament en el cicle del glioxilat.
15 ...