quimica biologica lic. en biol. molec. e ing. en alim

• BOLILLA 4 (LBM): CICLO DE KREBS. Generalidades. Descarboxilación oxidativa: complejo de la piruvato deshidrogenasa. Regulación. Destino de la acetil CoA. Reacciones del ciclo. Balance energético. Regulación del ciclo. Función anfibólica Compartimentalización mitocondrial. Translocasas. Lanzadera malato-aspartato. VIA DE LAS PENTOSAS. Etapas. Función. Enzimas implicadas. Relación con la glucólisis. Importancia metabólica.

• BOLILLA 4 (IA y LCTA): DESCARBOXILACION OXIDATIVA DEL PIRUVATO. Complejo de la piruvato deshidrogenasa. Regulación. Destino de la Acetil-CoA. Ciclo de Krebs. Regulación. Balance energético. Compartimentación mitocondrial. Translocasas. Lanzaderas del glicerofosfato y del aspartato-malato. Función anfibólica. Reacciones anapleróticas. Vía de las pentosas fosfato. Etapas. Función. Enzimas implicadas. Relación con la glucólisis. Importancia metabólica.

QUIMICA BIOLOGICA Carreras: LBM, IA y LCTA

1 GLUCOSA

2 PIRUVATO

VG

AerobiosisO2

Anaerobiosis

O2

Fermentación Alcohólica

(levaduras, algunosvertebrados marinos)

Fermentación Láctica

(músculo en contracción

vigorosa, eritrocitos,

lactobacilos)

2 Etanol + 2 CO22 Lactato 2 Acetil-CoA + 2 CO2

4 CO2+ 4 H2O

CK

Células animales (excepción eritrocitos),

vegetales y muchos microorganismos.

¿Cuál es el destino del Piruvato según las condiciones celulares?

C. Transformación del piruvato en Acetil-CoA

El acetil-CoA se forma por descarboxilación oxidativa del piruvato, por la acción del complejo multienzimático: Piruvato deshidrogenasa (PDH).

H3C C C O

O O

C S

O

H3C CoA

HSCoA

NAD+ NADH

+ CO2

Piruvato deshidrogenasa

piruvato acetil-CoA

La PDH es un complejo, constituido por tres enzimas (E1, E2 y E3, Piruvato descarboxilasa, Dihidrolipoil transacetilasa y Lipoil deshidrogenasa) y 5 coenzimas (TPP, ac. Lipoico, Coenzima A, FAD+ y NAD+).

Mitocondria

Mitocondria

Piruvatodescar-boxilasa

Dihidrolipoiltransacetilasa

Lipoil deshidrogenasa

Piruvatodescarboxilasa

Dihidrolipoiltransacetilasa

Hidroxietil-PPT

El grupo acetilo esta unido al grupo sulfhidrilo del CoA por un enlace tioéster. La hidrólisis del enlace tioéster del acetil-CoA libera 31,5 kJ/mol y es, por lo tanto, un enlace rico en energía.

Mitocondria

http://www.iubmb-nicholson.org/pdh.htmlhttp://www.iubmb-nicholson.org/swf/e1_v7.swf

• La PDH está regulada por tres mecanismos superpuestos:

1)1) Por regulación alostPor regulación alostééricarica. Es inhibido por sus productos: NADH y Acetil-CoA, y por ATP.

2) Por modificación covalentePor modificación covalente (fosforilación-desfosforilación).

3) Por control hormonalPor control hormonal (Insulina-Glucagon).

Regulación del complejo PDHRegulación del complejo PDH

ATP

Regulación del complejo PDHRegulación del complejo PDH

GLUCOSA (6C)

2 PIRUVATO (3C)

VG

O2

4 CO2+ 4 H2O

Ciclo de

Krebs

2 PIRUVATO

2 Acetil-CoA

PDH2 NAD+

2 NADH+H+

CoA-SH

CO2

Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos

tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico

• Hans Krebs,1937.Hans Krebs,1937.

Reacción 1. La citrato sintasa cataliza la condensación entre acetil-CoA y oxalacetato para rendir citrato, que da nombre al ciclo.

Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos

tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico

1

2

2

Aconitasa

Aconitasa

Reacción 2. Las dos etapas siguientes conllevan la transformación del citrato en un isómero más fácilmente oxidable. Para ello, la aconitasa convierte el citrato en isocitrato mediante una deshidratación, produciéndose cis-aconitato unido al enzima, seguida de una hidratación.

Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos

tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico

1

2

2

Isocitratodeshidrogenasa

Isocitratodeshidrogenasa

Reacción 3. La isocitrato deshidrogenasa oxida el isocitrato a oxalosuccinato, con la reducción acoplada de NAD+ a NADH. Posteriormente, el oxalosuccinato es descarboxilado, rindiendo -cetoglutarato. Esta es la primera etapa en la que la oxidación se acopla a la producción de NADH, y también la primera en la que se genera dióxido de carbono.

O=C

Isocitratodeshidrogenasa

Cadena de transporte electrónico

3 ATP

Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos

tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico

1

2

2

α-cetoglutaratodeshidrogenasa

Reacción 4. El complejo enzimático -cetoglutarato deshidrogenasa descarboxila oxidativamente el -cetoglutarato a succinil-CoA.

CoA-SH

Cadena de transporte electrónico

3 ATP

Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos

tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico

1

2

2

Reacción 5. La succinil-CoA sintetasa o succinato tioquinasa convierte el succinil-CoA en succinato. La energía libre de la reacción se conserva aquí por la formación de GTP, a partir de GDP y Pi.

guanosina trifosfato (GTP) Guanosina difosfato (GDP)

GTP + ADP GDP + ATP

Nucleósido difosfato quinasa

Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos

tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico

1

2

2

Reacción 6. Las reacciones restantes suponen la preparación de otra vuelta del ciclo, y para ello completan la oxidación de succinato a oxalacetato. La succinato deshidrogenasa cataliza la oxidación del enlace sencillo situado en el centro de la molécula de succinato a un doble enlace trans, dando lugar a fumarato con la reducción simultánea de FAD a FADH2.

Succinatodeshidrogenasa

Cadena de transporte electrónico

2 ATP

Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos

tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico

1

2

2

Reacción 7. La fumarasa o fumarato hidratasa cataliza después la hidratación del doble enlace del fumarato para rendir malato

Fumaratohidratasa

Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos

tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico

1

2

2

Malato deshidrogenasa

H

Reacción 8. Finalmente, la enzima malato deshidrogenasa regenera el oxalacetato, oxidando el grupo alcohol secundario del malato a la correspondiente cetona, con la reducción de una tercera molécula de NAD+ a NADH.

Cadena de transporte electrónico

3 ATP

O=C

http://www.iubmb-nicholson.org/tca.html

Hemos dado hasta ahora una vuela completa al ciclo de Krebs en el cual:

2 átomos de carbono entraron al ciclo en forma de Acetil-CoA y se combinaron con el oxalacetato del ciclo anterior.

2 átomos de carbono salieron del ciclo en forma de CO2 en los procesos de oxidación del isocitrato y el alfa-cetoglutarato.

La energía de las oxidaciones se conservó con eficiencia en forma de 3 NADH, 1 FADH2 y 1GTP.

Finalmente se regeneró la molécula de oxalacetato para dar inicio a otra vuelta del ciclo.

Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos

tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico

1

2

2

Acil-CoA

Regulación del Ciclo de Krebs

- Citrato sintasa

- Isocitrato deshidrogenasa

- α-CG deshidrogenasa

1 GLUCOSA

2 PIRUVATO

VG

AerobiosisO2

Anaerobiosis

O2

Fermentación Alcohólica

(levaduras, algunosvertebrados marinos)

Fermentación Láctica

(músculo en contracción

vigorosa, eritrocitos,

lactobacilos)

2 Etanol + 2 CO22 Lactato 2 Acetil-CoA + 2 CO2

4 CO2+ 4 H2O

CK

Células animales (excepción eritrocitos),

vegetales y muchos microorganismos.

Destino del Piruvato según las condiciones celulares

¿Cuánta energía está contenida en un mol de piruvato que es degradado hasta CO2 y H2O en la mitocondria en condiciones de aerobiosis?

NAD+

NADH+H+

Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos

tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico

3 ATP

3 ATP

2 ATP

3 ATP3 ATP

PDH------- 1 NADH ----- 3 ATPIDH-------- 1 NADH ----- 3 ATPα-CGDH-- 1 NADH ---- 3 ATPSDH------- 1 FADH2 ---- 2 ATPMDH------- 1 NADH ---- 3 ATPSTQ-------- 1 GTP ------ 1 ATP

TOTAL -------------------15 ATP

¿Cuánta energía está contenida en un mol de glucosa que es degradada hasta CO2 y H2O en condiciones de aerobiosis?

Citosol

Mitocondria

Cad

ena d

e transp

orte electró

nico

Sistemas lanzadera

Sistemas lanzadera

Lanzadera del glicerofosfato

Lanzadera del malato-aspartato

-Músculo esquelético

-Cerebro

-Hígado

- Corazón

- Riñón

Lanzadera del glicerofosfato

2 ATP

1 GLUCOSA

2 PIRUVATO

VGG3PDHG3PDH

DHAPGA3P

2 ATP

Lanzadera del malato-aspartato

1 GLUCOSA

2 PIRUVATO

VGG3PDHG3PDH

DHAPGA3P3ATP

¿Cuánta energía está contenida en un mol de glucosa que es degradada hasta CO2 y H2O en condiciones de aerobiosis?

2 NADH 6 ATP

2 FADH2 4 ATP

6 ATP

18 ATP

4 ATP

2 ATP2 ATP

óó ó

36 ó 38 ATP

Efecto Pasteur

Louis Pasteur (1822-1895), químico francés cuyos descubrimientos tuvieron enorme importancia en diversos campos de las ciencias naturales.

Medio de cultivo(Glucosa)

24 hs30ºC

Glucosa Glucosa

AerobiosisAnaerobiosis

Vaselina

http://www.iubmb-nicholson.org/swf/epet.swf