CICLO DE KREBSOxidación del Acetil~CoA

Objetivos del Ciclo de KrebsLos objetivos del Ciclo de Krebs son:

• Oxidar acetil~CoA a CO2

• Generar equivalentes de reducción (NADH y FADH2).

• Suministrar intermediarios para la síntesis de otros compuestos (Aminoácidos, Ácidos grasos, Colesterol, Gluconeogénesis, Porfirinas).

• Vincular derivados de aminoácidos al proceso terminal de oxidación.

Coenzima A (CoA)La coenzima A, cuya función es activar ácidos grasos y transportar grupos acilo esta compuesta por:• Adenosina• Acido pantoténico• Cisteína

C CH2

H2C NH

C CH

CCH2

CH3H3C

OHO

O O

H2C

CH

O

CH

OH

CH

O

N

HC

NC

C

NH2

N

CHN

C

CH

C

H2C

OH

O

SHP O

OH

HO

PO

O

OH

P

O

OH

O

HN

Origen del Acetil~CoA• Por descarboxilación

del piruvato.• Por b oxidación de

los ácidos grasos. • A partir de

aminoácidos cetogénicos (L, K, F, Y, I, W, T)

CH3C

O

CoA

Fases del Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs, como todo proceso cíclico, se inicia con la condensación de un aceptor y el abastecedor del ciclo, seguida por una serie de reacciones para eliminar el abastecedor y otras que regeneran el aceptor.

Cond

ensa

ción

Reacciones generales del Ciclo de Krebs

Isomeriz

ación

OxidaciónDescarboxilante I

Oxidación

Descarboxilante II

Liberación de

energíaOx

idac

ión

No

Desc

arbo

xila

nte

Oxidación No Descarboxilante

Hidratación

2C

6C

6C

5C

4C

4C

4C

4 C

4C

CONDENSACIÓN• La reacción inicial del Ciclo de

Krebs es la condensación del oxalacético (aceptor de 4 carbonos) con el abastecedor, Acetil Coenzima A (2 carbonos) para formar un ácido tricarboxílico de 6 carbonos, ácido cítrico.

• La enzima que cataliza la reacción es la acetil-CoA : oxaloacetato C-acetiltransferasa, usualmente conocida como citrato sintasa o enzima condensadora del citrato.

C

H2C

C

O

C

O

OH

O

HO

CH3C

O

S-CoA-

C

CH2CHO

C

CH2

CO

OH

O OH

O

HO

Acetil-CoA

Oxalacético

Cítrico

Coenzima A

Preparación para la primera descarboxilación

• La posición del grupo OH en el ácido cítrico no permite la oxidación sin riesgo de romper el enlace formado en la condensación, por tal razón mes necesario cambiar la posición del OH y transformar el cítrico en isocítrico.

• La enzima encargada de esta reacción es la citrato (isocitrato) hidro-liasa EC 4.2.1.3, comúnmente conocida como aconitasa

C

CH2CHO

C

CH2

CO

OH

O OH

O

HO

C CH

OH

CH

C

CH2

C

O

HO

O

OH

O

HO

Isocítrico

Cítrico

Primera descarboxilación

• El ácido isocítrico es oxidado por NAD+, con eliminación de un átomo de carbono en forma de CO2.

• La reacción es catalizada por la enzima isocitrato : NAD+ oxidoreductasa (decarboxilanate), comúnmente conocida como isocítrico ceshidrogenasa

C CH

OH

CH

C

CH2

C

O

HO

O

OH

O

HO

Isocítrico

CC

CH2

H2C

C

O

OH

O

HO

O

a-cetoglutárico

NAD+

NADH + H+

CO2

Segunda descarboxilación• El a- cetoglutárico es oxidado por

NAD+, con eliminación de un átomo de carbono en forma de CO2. La oxidación genera suficiente energía para la formación de un tioéster entre el producto de oxidación y la coenzima A .

• La reacción es catalizada por el complejo enzimático 2-oxoglutarato deshidrogenasa (transferente de succinato). Consiste de tres enzimas: E1 (alfa-cetoglutarato deshidrogenasa, EC 1.2.4.2), E2 (dihidrolipoil transsuccinilasa, EC 2.3.1.61) y E3 (dihidrolipoil deshidrogenasa, EC 1.8.1.4)

CC

CH2

H2C

C

O

OH

O

HO

O

a-cetoglutárico

NAD+

NADH + H+

CO2

CoASH

CCH2

H2C

C

O

S -CoA

O

HO

Succinil-CoA

Formación de GTP

• La única fosforilación a nivel de sustrato en el Ciclo de Krebs, ocurre a expensas de la hidrólisis del tioéster de el succinil CoA. El nucleótido tri fosfato formado es GTP

• La reacción es catalizada por la enzima succinato -CoA ligasa (EC 6.2.1.4), conocida también como succinato quinasa

GDP + P

GTP

CoASH

CCH2

H2C

C

O

S -CoA

O

HO

Succinil-CoA

CCH2

H2C

C

O

OH

O

HO

Succinico

Recuperación del aceptor 1• La recuperación del aceptor se

realiza de acuerdo con el modelo general de oxidación, por lo tanto el primer paso es la formación de un doble enlace en una oxidación dependiente del FAD. El producto formado es el ácido fumárico

• La reacción es catalizada por la succinato : ubiquinona oxidoreductasa (EC 1.3.5.1) una flavoproteina (FAD), que contiene centros de azufre y hierro. Se conoce tambien con el nombre de scuccinico deshidrogenasa.

Ubiquinona FAD

Ubiquinol FADH2

CCH2

H2C

C

O

OH

O

HO

Succinico

CCH

HC

C

O

OH

O

HO

Fumárico

Recuperación del aceptor 2

• En el segundo paso se hidrata el fumárico para dar ácido málico.

• La reacción es catalizada por la malato hidroliasa (formadora de fumarato) EC 4.2.1.2 , también conocida como fumarato hidratasa

H2OCCH

HC

C

O

OH

O

HO

Málico

CCH

OH

H2C

C

O

HO

O

OH

Recuperación del aceptor 3

• La recuperación del aceptor termina mediante la oxidación del ácido málico a oxalacético, en una reacción dependiente de NAD+.

• La reacción es catalizada por la malato : NAD+ oxidorreductasa (EC 1.1.1.37), también conocida como malato deshidrogenasa.

Málico

CCH

OH

H2C

C

O

HO

O

OH

NAD+

NADH + H+C

H2C

C

O

C

O

OH

O

HO

Oxalacético

Resumen del Ciclo de Krebs

Cítrico 6C

Acetil CoA 2C

Isocítrico 6C

a-cetoglutárico 5C

Succinil CoA 4C

Succínico 4C

Fumárico 4C

Málico 4C

Oxalacético 4C

Ubiquinona FAD

NADH + H+

NADH + H+

NAD+

NAD+

Ubiquinol FADH2

H2O

NADH + H+

NAD+

CO2

CO2

GDP + PGTP

CoA-SH

CoA-SH

Integración con otros procesos

Cítrico 6C

Acetil CoA 2C

Isocítrico 6C

a-cetoglutárico 5C

Succinil CoA 4C

Succínico 4C

Fumárico 4C

Málico 4C

Oxalacético 4C

CoA-SH

Glicólisis

b oxidación

Gluconeogénesi s

ColesterolÁcidos grasos

Oxidación y síntesis de aminoácidos

Oxidación y síntesis de aminoácidosOxidación de

aminoácidos

Porfirinas

Ácidos grasos de cadena impar

Oxidación deaminoácidos

NADHFADH2

Fosforilación oxidativa

Cuerpos cetónicos

Localización del Ciclo de Krebs y la Fosforilación Oxidativa

I III IV

IIIIIVIIQ

Ciclo de

Krebs

NADHNAD+ + H+

c

O2

H2O

SuccinatoFumarato

O2H2O

ADP + P ATP

ATP sintasa

H+

H+ H+ H+

H+ H+

Membrana interna

Membrana interna

Espacio intermembranal

MATRIZ MITOCONDRIAL

Espacio intermembranal

cQ

Citocromo c

Ubiquinona

Complejo I

Complejo II

Complejo III

Complejo IV

Complejo I

• Es conocido como NADH : Ubiquinona – reductasa.• Esta compuesto por 16 o más cadenas polipeptídicas.• Tiene FMN como grupo prostético.• Presenta de 5 a 8 centros ferrosulfurados (Fe – S). • Es el complejo más grande de la cadena respiratoria.-

Puede ser inhibido por:- Amital (barbitúrico), Rotenona ( producto vegetal tóxico.)

• La Ubiquinona puede estar insertada en el complejo,o estar libre

Complejo II• Recibe el nombre de Succinato : UQ – reductasa.• Es la única enzima del ciclo de Krebs unida a la membrana mitocondrial

interna. • Consta de

• 4 cadenas polipeptídicas.• 1 citocromo.-• Una molécula de FAD como grupo prostético.• 2 a 3 centros Fe – S

Succinato Fumarato + 2H+

FAD FADH2

QQH2

2H+Centros F

-S

Hemo

Complejo III• Se conoce como Ubiquinona : citocromo c reductasa. • Contiene 2 tipos distintos de citocromo b. • Su función es transferir los equivalentes de reducción desde la

Ubiquinoina hasta el citocromo c.• El complejo es inhibido por la antimicina

QQH2

Q

Q

cox

cred

1 e-

1 e-

QH2 Q

cox

cred

1 e-

2H+

QH2

Q- 1 e-

2H+

2H+

Complejo IV

• Se conoce como citocromo c oxidasa. Recibe los electrones del citocromo c.

• El citocromo c oxidasa almacena los electrones para cederlos después al oxigeno.

• El complejo IV puede ser inhibido por:• Cianuro (CN-)• SH2

• CO• Azida (N3-)

cred

cox

Cu

Cu

Fe

Fe

4

4

4 e-

4 H+ + O2

2 H2O4 H+

4 H+

Ubiquinona• Su función es recoger electrones de los complejos I y II • Es liposoluble, por lo que puede desplazarse por el interior de las

dobles membranas lipídicas, para llegar al complejo III.- Puede ser reversiblemente reducida o pasar por estados de semi reducción:

• UQ (Ubiquinona)• UQH (Semiquinona)• UQH2 (Ubiquinol).

• Se puede encontrar libre o asociada a proteínas.-• Tiene una cadena lateral isoprenoide:

• n= 6-8 en microrganismos . • n=10 (Q10) en mamíferos

C C

C

CC

C

O

O

CH3

CH2

HC C

H2C H

H3C

H3C

O

O

CH3

6 - 10

Citocromos• Son componentes de la cadena respiratoria.-

• b• c • C1 presenta movilidad a través de la membrana llevando electrones del

complejo III al complejo IV• a• a3

• Son proteínas transportadoras de electrones• Contienen un grupo hemo que puede estar oxidado o reducido.• No pueden ser oxidadas por el oxigeno molecular, excepto el citocromo a3. Es el

único que puede ceder electrones al oxigeno.• Los citocromos actúan en forma secuencial

Flujo de electrones en la Cadena Respiratoria

FMN

FeS

ab

FeS

CoQHCoQ

FeSb

CC1 a3

NADHNAD+

½ O2+ 2 H+ H2O

H+H+ H+

H+

Integración en el Ciclo de Krebs

Monosacáridos Aminoácidos Ácidos grasos

Glicerol

Aminoácidos

Potenciales redox

Reacción Eo'(V)

O2 + 2H+ + 2 e-   H2O 0.816

Fe3+ + e -   Fe2+  0.771

Fotosistema P700  0.430

NO3-+2 H++2 e -   NO2

-+H2O 0.421

Citocromo f ( Fe3+)+ e -   citocromo f (Fe2+) 0.365

Citocromo a 3 ( Fe3+)+ e -   citocromo a 3 (Fe2+) 0.350

Citocromo a (Fe3+)+ e -   citohromo a (Fe2+)  0.290

Citocromo c ( Fe3+)+ e  -   citocromo c (Fe2+) 0.254

Citocromo c 1 ( Fe3+)+ e  -   citocromo c 1 (Fe2+)  0.220

UQH + H+ + e -   UQH2 (UQ=coenzima Q)                0.190

UQ + 2 H+ + 2 e -   UQH2                                 0.060

Citocromo bH(Fe3+) + e  -   citocromo bH(Fe2+)          0.050

Fumarato + 2 H+ + 2 e -   succinato                      0.031

UQ + H+ + e -   UQH                                    0.030

Citocromo b 5 ( Fe3+)+ e  -   citohromo b 5 (Fe2+)         0.020

FAD+2 H++2 e -  FADH2                       0.003-0.091

Citocromo b L ( Fe3+)+ e  -   citocromo b L (Fe2+)             -0.100

Oxaloacetato + 2 H+ + 2 e -   malato         -0.166

Piruvato + 2 H+ + 2 e -   lactato               -0.185

Acetaldehído+ 2 H+ + 2 e -   etanol       -0.197

FMN + 2 H+ + 2 e -   FMNH2         -0.219

FAD + 2 H+ + 2 e -   FADH2      -0.219

Glutatión (oxidado) + 2 H+ + 2 e -   2 glutatón (reducido) -0.230

Acido lipoico + 2 H+ + 2 e -   acido dihidrolipoico      -0.290

1 ,3-Bisfosfoglicerato + 2 H+ + 2 e -    gliceraldehído-3-fosfato+Pi             -0.290

NAD+ + 2 H+ + 2 e -   NADH + H+              -0.320

NADP+ + 2 H+ + 2 e -   NADPH + H+         -0.320

Lipoil dehydrogenasa [FAD ] +2 H++2 e -    lipoil dehidrogenasa [FADH2] -0.340

a-cetoglutarato + CO2 + 2 H+ + 2 e -   isocitrato               -0.3802

H+ + 2 e -   H2         -0.421

Succinato + CO2 + 2 H+ + 2 e -   a-cetoglutarato + H2O         -0.670

Potenciales de reducción en la adena respiratoria

Enzimas respiratorias y pares redox en eucariontes

Enzima respiratoria Par redox E (Voltios)

NADH deshidrogenasa NAD+ / NADH −0,32

Succinato deshidrogenasa FMN o FAD / FMNH2 o FADH2 −0,20

Complejo del citocromo bc1 Coenzima Q10 ox / Coenzima Q10 red +0,06

Complejo del citocromo bc1 Citocromo b ox / Citocromo b red +0,12

Complejo IV Citocromo c ox / Citocromo c red +0,22

Complejo IV Citocromo a red / Citocromo a red +0,29

Complejo IV O2 / HO- +0,82

Condiciones: pH = 7

.

Formación de ATP• El proceso de fosforilación del ADP

para formar ATP se realiza a expensas de la llamada fuerza protomotriz que es generado por un gradiente de protones a través de la membrana interna de la mitocondria.

• Los complejos de la cadena respiratoria bombean protones de la matriz mitocondrial al espacio inter membrana.

• Los protones regresan a la matriz gracias a la ATP sintasa, enzima que aprovecha la fuerza protomotriz para formar el ATP.

Esquema generaldelmetaboloismo