tema 4. acetil-coa y ciclo de krebs
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8/18/2019 Tema 4. Acetil-CoA y Ciclo de Krebs.
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Tema 4. Acetil-CoA y ciclo de Krebs.
Estructura del Acetil-CoA.
El acetil-CoA es acetato activado. El coenzima A está formado por un beta-
mercaptoetilamina, por otro lado el ácido pantoténico, y un fosfoadenosin difosfato.
El ciclo de Krebs, ciclo de ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos
(TCA cycle).
Características esenciales:
1. Ocurre únicamente en condiciones aerobias.
2. Ocurre en la matriz mitocondrial.
Funciones:
Generar poder reductor. Los electrones se usarán en la cadena
respiratoria para la síntesis de ATP (si usamos el ciclo de Krebs para
degradar, función catabólica). A partir del poder reductor sintetizamos
energía.
Suministrar intermediarios a otras rutas biosintéticas (ruta anfibólica).
Los intermediarios son repuestos mediante reacciones anapleróticas.
(función anabólica).
Función reguladora.
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Reacciones del ciclo de Krebs.
Condensación del Acetil-CoA + OAA (oxalacetato) para formar citrato.
Cogemos el acetil-CoA (acetil tiene 2 carbonos) + OAA (4 carbonos) = 6 carbonos
(citrato).
2 descarboxilaciones que generan poder reductor.
Varias reacciones con las que vamos a ir quitando Carbonos (2, los quitamos en
forma de CO2 de forma simultánea, primero uno y luego el otro) con esto
conseguimos generar poder reductor en forma de NADH (una molécula de NADH
por cada descarboxilación).
Regenerar el oxalacetato (OAA) generando energía y poder reductor.
Regenerar el compuesto de cuatro carbonos en forma de oxalacetato (OAA),
generando GTP (que se puede reconvertir en ATP) y poder reductor (NADH).
El ciclo de Krebs está formado por 8 reacciones en total.
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En cada ciclo se nos producen 3 moléculas de NADH y 1 molécula de FADH2 ->
tenemos 4 reacciones de óxido reducción.
Tenemos 3 reacciones irreversibles (vamos a controlar o regular el flujo del
ciclo en estas reacciones); 2 descarboxilaciones; 1 fosforilación a nivel de
sustrato (generamos GTP); y 1 condensación aldólica.
Hay que saberse las reacciones del ciclo de Krebs y todos los nombres, tanto de los
compuestos como de las enzimas.
Diferencia entre sintasa y sintetasa: las sintasas no usan ATP.
Desglose de las distintas reacciones del ciclo de Krebs.
1. En la primera reacción del ciclo de Krebs, el Acetil-CoA reacciona junto al
oxalacetato, siendo coactivado por la enzima citrato sintasa y gastando una
molécula de agua, para dar citrato.
Las características más importantes de esta reacción son:
Es una reacción irreversible.
Es la reacción generadora de flujo (en condiciones estándar tiene
facilidad para que se produzca). Esto sucede a que desplaza hacia la
formación de oxalacetato a la última reacción (6) del ciclo de Krebs.
Es una reacción de condensación. También tiene un mecanismo de
ajuste inducido, lo que evita productos secundarios.
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2. La segunda reacción consiste en cambiar la posición del OH y H, pasando de
citrato a isocitrato.
Esto se hace deshidratando (quitamos agua) y luego rehidratando (entra agua)
con la enzima aconitasa.
3.
La tercera reacción consiste en pasar de isocitrato a -cetoglutarato. Participa
la enzima isocitratodeshidrogenasa.
Simultáneamente perdemos un CO2 y estamos rehidratando, de forma que vamos
a generar poder reductor (en forma de NADH o NADPH).
Características de esta reacción:
Es una reacción irreversible.
Es una descarboxilación.
Reacción de tipo óxido-reducción.
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4. En la cuarta reacción, pasamos del -cetoglutarato a succinato-CoA utilizando
la enzima complejo -cetogluratatodeshidrogenasa (formada por el complejo
E1, E2, E3, con varias actividades, 5 cofactores, hay que saber su mecanismo).
Características de esta reacción:
Es irreversible.
Se trata de una descarboxilación.
Generamos poder reductor.
Es una reacción óxido-reducción.
5.
En la quinta reacción, partimos del compuesto de 4 carbonos succinil-coA para
regenerar el succinato. La enzima que actúa es la succinato tioquinasa o
succinil-CoA sintetasa que genera GTP. Se trata de una fosforilación a nivel
de sustrato, es decir, hemos producido GTP en una reacción bioquímica.
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6. En la sexta reacción partimos de succinato y mediante la succinato
deshidrogenasa obtenemos fumarato. Generamos poder reductor en forma de
FADH2, menos energético que el NADH (tiene poder reductor, pero menos). Algenerar poder reductor hay que asociarlo a una reacción oxido-reducción.
La succionato dehidrogenasa es la que sirve de nexo de unión entre el ciclo
de Krebs y la cadena de transporte de electrones, que ocurre en la membrana.
La enzima está anclada en la membrana interna de la mitocondria, y por eso sirve
de unión.
El malonato es una molécula muy parecida al succinato va a actuar comoinhibidor competitivo de esta enzima, ya que tiene la estructura muy parecida
(competirá con el sitio activo de la enzima y puede inhibir).
7. En la séptima reacción, hidratamos el fumarato (trans) y obtenemos el L-
malato (la enzima es fumarato hidratasa, y es estereospecífica).
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8. Por último, en la octava reacción pasamos del L-Malato a oxalacetato con la
enzima malato-deshidrogenasa. Obtendremos poder reductor en forma de
NADH (luego es una reacción de tipo óxido reducción). Conseguimos así
regenerar el oxalacetato.
En condiciones estándar esta reacción es muy positiva, luego es necesario que
la concentración de producto no se acumule, por lo que debe suceder la primera
reacción del ciclo de Krebs y que se condensa rápidamente el oxalacetato con el
acetil-CoA.
La primera reacción es generadora de flujo porque está eliminando
oxalacetato con la primera reacción y está desplazando la sexta reacción
hacia la formación del oxalacetato que se ha eliminado.
Desplaza la reacción
hacia la formación del
oxalacetato eliminado.
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Balance energético.
Acetil-coA (2 carbonos) -> salen luego en forma de 2 CO2, (no hay aporte neto
de carbonos). Luego teníamos dos moléculas de agua, una en la reacción 1 y otra
en la 7, y esos oxígenos irán al CO2, y el otro en forma de protones.
Generamos poder reductor en forma de 3 NADH y 1 FADH2, y luego generamos
GTP luego de entrada de reacción tenemos GDP y un Pinorgánico.
Por cada NADH obtenemos 2,5 ATP, y de cada FADH2 se forman 1,5 ATP.
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Regulación.
Las reacciones donde se regulan las rutas metabólicas eran las reacciones
irreversibles.
Las reacciones que van a controlar la regulación del ciclo de Krebs son:
Reacción 1.
Reacción 3.
Reacción 4.
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El ciclo de Krebs tiene un carácter anfibólico: también nos puede suministrar
intermediarios para las rutas biosintéticas.
Del citrato se pueden sintetizar ácidos grasos y esteroles.
Del alfa cetoglutarato podemos obtener glutamato a partir del cual
podemos llegar a purinas.
Del succinil coA podemos obtener porfirinas, clorofilas…
A partir del oxalacetato podemos sintetizar aspartato, y a partir de éste
aminoácidos, purinas y pirimidinas.
Como del ciclo de Krebs sacamos intermediarios para formar otro tipo de
productos, el ciclo puede parársenos (y esto no le interesa a la célula) por eso
tenemos que reponerlos para que no pare el ciclo. De las 8 reacciones, la primera
es la generadora de flujo (oxalacetato condensación con acetilcoA obtenemos
citrato). Aunque quitemos otras moléculas en otros puntos del ciclo, lo más crítico
será reponer oxalacetato.
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Reacciones anapleróticas.
Estas 4 reacciones suelen caer en el examen y son las reacciones anapleróticas,que se llaman así porque se dedican a reponer los intermediarios del ciclo de
Krebs (oxalacetato o en su defecto el malato, que inmediatamente se va a
convertir en oxalacetato). La célula va a reponer en este tipo de reacciones o el
oxalacetato o su antecesor, que es el malato. Hemos estado quitando
intermediarios para hacer biosíntesis por si tenemos que reponer, ya que es la
reacción generadora de flujo.
A partir del fosfoenolpirutavo o PEP hay dos vías para reponer oxalacetato,
mediante la PEP carboxiquinasa y mediante la PEP carboxilasa. La reacción de
fosfoenolpiruvato puede realizarse por dos vías dependiendo de si la realizamos los
humanos o las plantas. Hay que saberse las reacciones enteras.
Otra vía es a partir de piruvato a oxalacetato mediante la piruvato
carboxilasa; y otra es de piruvato a malato mediante la enzima málica.
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Síntesis de azúcares a partir de ácidos grasos.
Sólo en plantas. Las plantas tienen el ciclo de glioxilato. Concepto importante: las
plantas son capaces de sintetizar azúcares a partir de ácidos grasos gracias al
ciclo del giloxilato.
El esquema general básicamente es: Partimos de ácidos grasos, un ácido graso
entra en el glioxisoma y se convierte en acetil-coA, y se convierte en citrato, y tras
una serie de rutas puede entrar en el ciclo de Krebs para acabar sintetizando
glucosa. El principio es el mismo, aportamos carbonos y al final sintetizamos
glucosa.
Ciclo del glioxilato.
Partimos de acetil-CoA con oxalacetato (esta parte es idéntica al ciclo de Krebs) y
sintetizamos citrato (con la citratro sintasa). Ahora obtenemos isocitrato, y a
partir de aquí vienen las diferencias.
Entra en juego la isocitrato liasa, que nos va a generar el glioxilato y un
succianto. Este succinato en el ciclo de Krebs forma fumarato, y luego
malato y oxalacetato. Eso por un lado.
Por el otro, al glioxilato se va a unir otro acetil-CoA (2 acetilCoA en el ciclo de
glioxilato en comparación con 1 del ciclo de Krebs). Ahora obtendremos malato, y
a partir de este volveremos a obtener oxalacetato. En este ciclo hay un balance
neto de ganancia de carbonos, que luego salen en forma de succinato, elcual podemos sacarlo fuera y obtener glucosa.
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Entendemos de esta forma que las plantas obtienen azúcares a partir de los acetil-
CoA que proceden de los ácidos grasos. (En el ciclo de Krebs perdíamos los
carbonos en forma de CO2 luego no había ganancia neta de carbonos, había
descarboxilaciones).
Cuando la célula tiene moléculas como ADP o AMP que le dicen que tiene poca
energía, apaga la biosíntesis del ciclo de glioxilato y fomenta la síntesis de energía.
Esto es la regulación conjunta. De la isocitrato quinasa, cuando está fosforilada está
inactiva. En caso de que haya poca energía, se activa una fosfatasa que quita un
fosfato a la deshidrogenasa, con lo cual ahora se activa. También inhibe a la
quinasa (que pega fosfatos) como ahora ya no puede pegar fosfatos, la quinasa no
es capaz de inhibir la fosfatasa.
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Ciclo del Glioxilato.
Regulación coordinada entre
el ciclo del Glioxilato y el
ciclo de Krebs.
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