bq ciclo de Krebs (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2014
Páginas 9
Fecha de subida 06/11/2014
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1 Ciclo del ácido cítrico o Ciclo de Krebs Está formado por 8 reacciones diferentes catalizadas por enzimas diferentes. Por cada molécula que entra de acetil-CoA salen 2 moléculas de CO2 (el acetil tiene dos átomos de carbono), por lo que el balance neto de carbono es 0. Además genera poder reductor en forma de 3 NADH y 1 FADH, así como una molécula de GTP que se transforma en ATP. Se encuentran todas las reacciones en la matriz mitocondrial disueltas en ella.
1. Reacción de condensación: formación de citrato El acetil CoA reacciona con el OAA (oxaloacetato). La reacción está catalizada por la citrato sintasa, una de las enzimas principales de la vía. Obtenemos una molécula que tiene cuatro átomos más de carbonos, por lo que en total tiene seis. Al formarse el enlace sale el CoA porque ya no hace falta que esté activada. Debido a la rotura de este enlace se libera mucha energía, es muy exergónica. Tiene una sola dirección, es muy importante porque la concentración de OOA es muy baja, si no existiese un incremento de energía tan bajo no existiría la reacción 2 2. Deshidratación y rehidratación: isomerización del alcohol terciario a secundario Se trata de una reacción catalizada por la aconitasa que tiene átomos hierro-azufre capaces de intercambiar electrones (reacciones redox). Lo que hace es primero deshidratar el citrato (el carbono 3 y 4 pierden OH y H) y después la vuelve a hidratar pero no en la misma posición, hay un intercambio entre la posición de OH y H. En realidad es una isomerización del alcohol, pasa a ser un isocitrato. No sería una reacción favorable a menos que el producto fuese eliminado, que es lo que pasa, ya que el producto de esta reacción es rápidamente consumido por la siguiente enzima y por lo tanto se favorece la formación de producto (el equilibrio se desplaza a la derecha por la Ley de Chatelier).
La molécula de citrato en realidad es proquiral, es simétrica (el carbono con el grupo OH tiene los carbonos de arriba igual que los de abajo) pero su producto es asimétrico. La reacción es esteroespecifica, cuando se une al centro activo se puede posicionar de dos maneras diferentes. El centro activo es esteroespecifico, la molécula solo se puede posicionar de una manera específica aunque sea simétrica, por eso el producto será el especifico que queremos (no el otro que también es posible). Aunque tenga dos radicales similares, el Carbono por un lado tiene un OH y por el otro COO- y estos deberán estar orientados de la manera adecuada.
3 El citrato es una molécula proquiral simétrica que reacciona con un centro activo asimétrico y forma un producto quiral. Solo se forma 2R, 3S isocitrato. En el laboratorio si no ponemos enzima o es disfuncional vemos que la reacción genera una mezcla de los dos productos posibles derivados de cada molécula simetrica, pero a nivel fisiológicos solo hay uno porque la enzima es esteroespecifica.
3. Descarboxilación oxidativa: síntesis de NADH Está catalizada por la isocitrata deshidrogenasa que es la que realiza la primera descarboxilación del ciclo.
De hecho es una descarboxilación oxidativa (igual que el piruvato, que se descarboxilava y también se oxidaba). El átomo de carbono que pierde proviene del OAA (no del acetato que ha entrado). Se puede marcar radiactivamente para saber que siempre es el que se elimina uno de los carbonos que han entrado del OAA. Hay también una reacción de oxidación, por eso el producto pierde dos H. El poder reductor es captado por NAD, obteniendo el primer NAD reducido. El producto participa en reacciones de metabolismo de aminoácidos. NAD incorpora un hidruro (dos electrones y un único protón) por eso el hidrogeno se incorpora al C del medio.
4. Descarboxilación oxidativa: síntesis de NADH Se trata de otra descarboxilación oxidativa, se pierde otro CO2 que también proviene del OAA inicial. Lo que tenemos es una activación del producto por unión con el CoA mientras se obtiene poder reductor. El CoA se vuelve a unir. La enzima que cataliza esto es otro complejo multienzimático llamado complejo α-ketoglutarato deshidrogenasa, se cree que evolutivamente proviene de la piruvato quinasa porque es similar a esta: la E2 es muy parecida y la E3 es exactamente igual (E1 no es igual porque tiene otro sustrato). También tiene un brazo de lipolisina. El complejo contiene Mg que permite orientar el sustrato de manera que sea más fácil romper el enlace que permite la descarboxilación.
4 5. Fosforilación a nivel de sustrato: hidrolisis del enlace tioéster y síntesis de GTP El enlace con el CoA es un enlace muy rico en energía, se puede recuperar una parte en forma de GTP. Se trata de una fosforilación a nivel de sustrato como en la glucolisis, que es diferente a la fosforilación oxidativa. La energía se obtiene por la ruptura entre CoA y el Sucinil- CoA, generando tan solo sucinato. El GTP es equivalente al ATP.
6. Deshidrogenación: oxidación esteroespecifica y síntesis de FADH2 Se obtiene poder reductor en forma de FAD. El Succinato se oxida y se genera fumarato. La enzima es Succinato deshidrogenasa y la volveremos a ver en la cadena de transporte de electrones. Todos los enzimas están en solución excepto la Succinato deshidrogenasa que en eucariotas está en la membrana interna mitocondrial. La reacción también es esteroespecifica ya que el Succinato es una molécula simétrica pero solo nos interesa una forma.
7. Hidratación esteroespecifica 5 En este paso se produce la hidratación del fumarato y también es esteroespecifica de manera que el H siempre se coloca en el carbono 3 y el OH en el 2 para originar malato. El fumarato es una molécula simétrica, pero como es esteroespecifica siempre se hace así.
8.
Deshidrogenación: regeneración del oxaloacetato y síntesis de NADH Se regenera OAA, el malato se oxida en el carbono 2 (pasa a ser cetona) por eso se genera poder reductor, en el proceso pierde dos protones. La reacción es desfavorable, pero como la concentración de OAA es muy baja, por muy poco que haya será rápidamente captado por la citrato sintasa (primera enzima para volver a hacer el ciclo) la reacción se desplaza a la derecha por la Ley de Chatelier.
Balance global 6 En condiciones aeróbicas la glucosa se puede oxidar completamente obteniendo más energía, por eso el ciclo de Krebs es más eficiente. Se obtiene más poder reductor y más ATP. Se ha de tener en cuenta que además hay intermediarios del ciclo que pueden utilizarse para reacciones biosintéticas, por eso es anfibólico. Un ejemplo es el compuesto α-ketoglutarato que 7 interviene en la biosíntesis de aminoácidos. El OAA también lo hace, es un intermediario de la gluconeogénesis también, por eso también puede dar glucosa y aminoácidos. El ciclo de Krebs no solo permite obtener energía, sino que también da lugar a intermediarios necesarios para biosíntesis de compuestos. Esto requiere una coordinación muy importante.
Vías anapleróticas Son vías metabólicas que recuperan los niveles de los intermediarios del ciclo de Krebs cuando se han hecho servir para las diferentes vías de biosíntesis. La generación de OAA a partir del piruvato solo se encuentra en el hígado y en el riñón porque son los únicos que hacen gluconeogénesis, por lo que cuando gastan mucho OAA en esta via pueden regenerarlo a partir del piruvato. Todas estas reacciones sirven cuando necesitamos reconstruir OAA o malato (flechas rojas). El hígado para generar glucosa necesita intermediarios que provienen del ciclo de Krebs, y al sacarlos del ciclo necesitamos poner uno en su lugar.
R e g u l a c i ón del ciclo del ácido cítrico La producción de Acetil-CoA está muy regulada, se hace por fosforilación o por mecanismos alostéricos. Los tres primeros pasos del ciclo de Krebs están muy regulados. La regulación también se puede hacer por disponibilidad de sustrato o por estado RedOx (concentraciones relativas de NAD oxidado o reducido, si hay mucho reducido hay un exceso de energía y no hace falta más ciclo de Krebs). En la célula, las concentraciones de ATP y ADP son fijas, si tenemos mucho ADP quiere decir que hay poco ATP, por eso también sirve para regular el ciclo. La acumulación de intermediarios también es importante, si hay muchos satura la enzima. En la imagen podemos ver los reguladores positivos y negativos. Por tanto la regulación de la vía puede darse mediante:  Disponibilidad de sustrato 8     Mecanismos covalente y alostéricos de la PDH Estado RedOx (NAD/NADH) Estado energético (ADP/ATP) Acumulación de intermediarios.
La mayor regulación del ciclo se hace a la entrada, es decir a nivel de PDH. La piruvato deshidrogenasa se inhibe por fosforilación, es decir, se activa por desfosforilación. El ATP es el que modula la fosforilación, lo inhibe con ayuda de una kinasa que transfiere el fosfato, es el modulador negativo. Además hay inhibición alostérica, cuando hay mucha energía en la célula hay mucho ATP, aunque en este caso lo hace parcialmente, se unen todos los moduladores alostéricos y se suman las inhibiciones. Si hay poca energía hay poco ATP pero mucho ADP y NAD oxidado, por eso se activa más.
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