Tema 12 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2014
Páginas 13
Fecha de subida 02/11/2014
Descargas 21
Subido por

Vista previa del texto

12. RUTES CENTRALS DEL METABOLISME OXIDATIU DESTINS CATABÒLICS DEL PIRUVAT FORMAT A LA GLICÒLISI Totes les cèl·lules eucariotes fan metabolisme oxidatiu per adaptar el seu metabolisme a la presència d’oxigen. Aquest metabolisme aeròbic vol dir que A partir del piruvat i altres molècules procedents de la degradació de macromolècules més lípids o AA, obtenim una molècula de 2 carbonis que és l’Acetil Coenzim A perquè després, al cicle de Krebs, es pugui reciclar (transformació de poder reductor en energia gràcies a l’oxigen com a l’últim acceptor d’electrons).
Les etapes principals de la respiració cel·lular són: - - - Producció d’acetilCoA (citosol) – a partir de molècules complexes per oxidació obtenim Acetil-CoA, una molècula d’elevada energia.
Cicle de l’àcid cítric (mitocondri) – es poden continuar oxidant les molècules d’Acetil-CoA i obtenir poder reductor (NADH i FADH2) recollit per una sèrie de transportadors d’electrons.
Transport electrònic i fosforilació oxidativa (mitocondri) – els electrons es transfereixen a l’oxigen, l’acceptor final d’electrons, que es reduirà a aigua. És quan s’obté més energia emmagatzemada en forma d’ATP, la moneda de canvi de les vies biosintètiques.
Aquesta és la via final comuna per l’oxidació de les molècules energètiques.
El cicle de Krebs és un cicle amfibòlic; és a dir, poden entrar i sortir-ne substàncies. Hi participen molts intermediaris.
RESUMILLO: El primer pas és el d’obtenir acetil-CoA, molècula amb molta energia, de 2C i que pot entrar a Krebs. Es descarboxila el piruvat i s’activa unint-li un Coenzim A.
L’enzim (complex multienzimàtic format per E1, E2 i E3) que catalitza aquesta reacció és la piruvat deshidrogenasa.
Es tracta d’una reacció irreversible i dóna poder reductor en forma de NADH que després anirà a la cadena de transport d’electrons. Participen molts cofactors importants. La piruvat deshidrogenasa, en els eucariotes, es troba al mitocondris; en procariotes, al citosol.
Acetil-CoA: Les rutes centrals del metabolisme oxidatiu tenen lloc al mitocondri: PRODUCCIÓ D’ACETIL CoA – Complex piruvat deshidrogenasa A partir del piruvat obtenim la producció d’acetil-CoA. Per dur-ho a terme es necessita el complex piruvat deshidrogenasa, un conjunt de 3 enzims.
Aquest complex és més efectiu que els enzims separats. És un complex tan gran que a M.E. es pot veure. És 5 vegades la mida d’un ribosoma. El trobem localitzat en els mitocondris de les cèl·lules eucariotes i al citosol de procariotes.
L’enzim E1 té activitat piruvat deshidrogenasa, l’enzim E2 té una activitat dihidrolipoil transacetilasa, i l’enzim E3 té una activitat dihidrolipoil deshidrogenasa. Cada un dels 3 enzims conté un grup prostètic. A més, trobem també el NAD i el Coenzim A. Dels 5, 4 són derivats de vitamines.
L’E1 conté tiamina tirofosfat (deriva de la tiamina, TPP). Catalitza l’oxidació descarboxilativa del piruvat. L’E2 conté lipoamida que transfereix el grup acetil al CoA (aquest és l’únic que no deriva d’una vitamina). L’E3 conté FAD (deriva de riboflavina) i regenera la forma oxidada de la lipoamida.
COENZIM TIAMINA PIROFOSFAT (TPP) La tiamina és la primera vitamina B descoberta. TPP participa en la descarboxilació dels α-cetoàcids.
LIPOAMIDA Es pot trobar en 3 formes: oxidada, reduïda o unida a l’acetat. Això és gràcies a que conté dos grups tiol que es poden oxidar de manera reversible.
És a dir, que poden estar reduïts (-HS) o oxidats (S-S).
Transporta H i grups acil (acetat format gràcies a l’acció del 1r enzim i de la TPP).
S’uneix a E2 i a la cadena polipeptídica de l’enzim – el braç del residu de lisina d’E2 és un braç flexible que permet moure’s des del centre actiu de E1 cap al d’E3 (uneix el substrat i no el deixa anar mai).
Que sigui un complex multienzimàtic permet una major eficiència.
MECANISME DEL COMPLEX PIRUVAT DESHIDROGENASA 05/05/14 1. Entra el piruvat i es descarboxila (3C2C) pel carboni carboxílic. Això està catalitzat per l’activitat piruvat deshidrogenasa de l’enzim 1 (té com a cofactor la tiamina pirofosfat). La molècula de 2C s’uneix al centre actiu de l’enzim.
2. Després té lloc l’activitat dihidrolipoiltranacetilasa de l’enzim E2. Tenim els dos sofres reduïts, i el que fa el braç d’E2 és agafar el substrat del centre actiu d’E1 cap al d’E3. Per això, ha de reduir els sulfhidrils, i llavors ja es podrà unir el substrat a un d’ells. Abans de passar cap a E3, però, en el moment en que el braç uneix l’acetil, s’uneix el CoA a l’acetil. Aquesta reacció d’unió permet el trencament entre el lipoat i l’acetil (el carboni seguirà unit a un sofre però serà el del coenzim A – l’acetil es desenganxa d’E2 per mantenir-se unit al CoA). Així tenim format l’acetil CoA i ja pot anar al cicle de Krebs.
3. Ara cal reoxidar els sulfhidrils d’E2. Per això el braç d’E2 se situa al centre actiu d’E3, i per acció del cofactor d’E3 que és el FAD, la lipolisina s’oxida i el FAD es redueix. Seguidament, el FAD es reoxida (s’oxida donant el seu poder reductor al NAD) per acció d’una reducció de NAD.
Per tant tenim l’entrada de 3 molècules en el complex multienzimàtic i surten una molècula de CO2 per la descarboxilació del piruvat, el CoA que va Krebs i el NAD reduït. La resta queda igual.
Aquest complex el que fa doncs és: - Catalitzar 5 reaccions Canalitzar el substrat – els intermediaris dels múltiples passos mai deixen el complex enzimàtic, i la concentració de substrat local és molt elevada.
Augmenta la velocitat de les reaccions.
- Evitar que el grup acetil activat sigui captat per altres enzims d’altres vies metabòliques.
Les reaccions del complex PDH permeten: o Descarboxilar el piruvat o Activar l’acetat (en forma de CoA) o Generar poder reductor (en forma de NAD reduït) o Impedir el retorn de l’acetat a piruvat CICLE DE L’ÀCID CÍTRIC Està format per 8 reaccions diferents catalitzades per 8 enzims específics. Es dóna l’entrada de la molècula activada de CoA i sortiran dues molècules de CO2 (dues descarboxilacions); l’entrada de 2 àtoms de C està compensada (balanç de C = zero, per això és un cicle i no una via) i a més s’obté poder reductor en forma de 3 NADH reduït i 1 FADH2. A més també s’obté per cada molècula de CoA una molècula de GTP.
REACCIONS DE L’ÀCID CÍTRIC Els enzims els trobarem en els mitocondris, concretament a la matriu mitocondrial a excepció d’un.
REACCIÓ DE CONDENSACIÓ – Formació de citrat La primera reacció és una reacció de condensació catalitzada pel citrat sintasa.
Obtenim una molècula de citrat que té 2C més que l’OAA a partir de la unió d’un acetil CoA amb una molècula d’OAA. Degut al trencament de l’enllaç, s’allibera un CoA i la reacció és molt exergònica i favorable. La concentració d’OAA a la matriu és molt baixa, per tant és important que sigui favorable.
DESHIDRATACIÓ I REHIDRATACIÓ – Isomerització d’alcohol terciari a secundari La segona reacció és una deshidratació i una rehidratació. Consisteix en una isomerització d’alcohol terciari a secundari. Primer de tot, deshidratem el citrat (els carbonis 3 i 4 perden un hidroxil i un H respectivament) i després els rehidratem però hi ha un intercanvi; el C3 capta un H i el C4 capta un hidroxil. Està catalitzat per una aconitasa (tan un pas com l’altre). Hi ha un increment d’energia positiu; no és favorable però el producte és eliminat molt ràpidament.
El producte dóna lloc a una molècula asimètrica quan inicialment el citrat era simètric; l’aconitasa és un enzim que catalitza una reacció estereoespecífica. En el seu centre actiu podem posar el substrat de dues maneres diferents però en ser estereoespecífic només la podem situar d’una sola manera. Per tant dels dos productes que podria donar només en dóna un. El citrat és una molècula proquiral; és simètrica i reacciona amb un centre actiu asimètric tot formant un producte quiral.
Només es forma 2R,3S isocitrat.
DESCARBOXILACIÓ OXIDATIVA – Síntesi de NADH La tercera reacció és una descarboxilació oxidativa. L’isocitrat es descarboxila (perd un àtom de C; no és el mateix que en l’acetat, és un dels C de l’OAA – això es veu marcant radioactivament). L’αcetoglutarat perd 2H i es torna una cetona. El poder reductor que s’obté és captat pel NAD (obtenim el 1r NADH). És una reacció exergònica (etapa irreversible) i s’obtindrà l’αcetoglutarat. Està catalitzada per l’isocitrat deshidrogenasa.
DESCARBOXILACIÓ OXIDATIVA – Síntesi de NADH La quarta reacció és una altra descarboxilació oxidativa. Es forma el succinil-CoA que s’activa per l’enllaç que té unit el CoA (ric en energia) i obtenim poder reductor en forma de NADH. Està catalitzat per l’αcetoglutarat deshidrogenasa (complex multienzimàtic semblant al PDH – es creu que en deriva ja que també té tres activitats diferents i E2 i E3 uneixen substrats semblants). També participarà el FAD i també té un braç de lipoat; a més conté Mn, el qual serveix per orientar el substrat en el centre actiu. Reacció favorable.
FOSFORILACIÓ A NIVELL DE SUBSTRAT – Hidròlisi de l’enllaç tioèster i síntesi de GTP La cinquena reacció consisteix en una fosforilació a nivell de substrat. Està catalitzada per la succinil CoA sintetasa i permet obtenir succinat i un GTP tot trencant l’enllaç entre el CoA i el succinat. Reacció favorable.
DESHIDROGENACIÓ – Oxidació estereospecífica i síntesi de FADH2 La sisena reacció es tracta d’una deshidrogenació – una oxidació estereoespecífica del succinat. El poder reductor que s’obté és recollit en forma de FADH2. Tot gràcies a l’activitat del succinat deshidrogenasa que té el FAD com a cofactor. Tots els enzims del cicle de Krebs estan en solució en la matriu excepte aquesta succinat deshidrogenasa, que en eucariotes està unida a la membrana interna mitocondrial (forma part de la cadena de transport d’electrons). A part de FADH2 obtenim fumarat.
Aquesta reacció genera energia – 1’5ATPs per parell d’e- del FAD.
HIDRATACIÓ ESTEREOESPECÍFICA La setena reacció catalitzada per la fumarasa ens permet transformar el fumarat a malat. Reacció favorable.
DESHIDROGENACIÓ Per últim la vuitena reacció consisteix en la regeneració de l’OAA i la síntesi de NADH.
Està catalitzada per la malat deshidrogenasa. És una reacció desfavorable però com que la concentració d’OAA és molt baixa, es dóna. Es passa de malat a OAA (s’oxida un carboni del malat) i obtenim NADH.
Regenerem l’acceptor i el balanç final és: VISIÓ GENERAL DEL CICLE DE KREBS: BALANÇ ENERGÈTIC GLOBAL DE L’OXIDACIÓ DE LA GLUCOSA EL CICLE DE L’ÀCID CÍTRIC ÉS AMFIBÒLIC! CICLE AMFIBÒLIC – Pot ser catabòlic i anabòlic. A partir de certs punts (fletxes vermelles) es van catalitzant AA i altres compostos (permeten també la reconstitució de malat i d’OAA).
VIES ANAPLERÒTIQUES Són unes vies que connecten amb el cicle de l‘àcid cítric. Reconstitueixen els intermediaris del TCA utilitzats en reaccions biosintètiques.
REGULACIÓ DEL CICLE DE L’ÀCID CÍTRIC El cicle de Krebs té un punt on la regulació és molt important – l’obtenció d’Acetil CoA a partir de piruvat.
Es regula per: - Disponibilitat de substrat.
Mecanismes al·lostèrics i covalents de la PDH (fosforilacions) – regulació dels 3 primers enzims.
Mecanismes com l’estat redox del NAD/NADH – si hi ha molt NADH indica que no fa falta més cicle de Krebs i viceversa.
Estat energètic (ATP/ADP) de la cèl·lula. Si hi ha molt ATP, ens indica que tampoc fa falta fer més Krebs; i viceversa.
Acumulació d’intermediaris (s’atura l’enzim següent).
Alguns dels enzims al·lostèrics: concentració de Ca2+ (estimula la velocitat de la PDH i del cicle de Krebs). Els tres enzims encerclats estan activats per ADP o per NAD i seran inhibits per ATP o per NADH.
REGULACIÓ DEL FLUX D’ENTRADA – PDH INHIBICIÓ COVALENT La PDH està activa quan està desfosforilada i inactiva quan està fosforilada. Per això, quan hi ha molt ATP es promou la fosforilació i no es dóna Krebs.
INHIBICIÓ AL·LOSTÈRICA ...