Ciclo de Krebs

BIOQUIMICA

1. MSc. LILY Salcedo Ortiz

2. Conocido también como ciclo de los
ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido
cítrico, es un ciclo metabólico de
importancia fundamental en todas las
células que utilizan oxígeno durante el
proceso de respiración celular.

3. * En los organismos aeróbicos, el ciclo
de Krebs es el centro de conjunción
de las rutas metabólicas responsables
de la degradación de los
carbohidratos, las grasas y las
proteínas en anhídrido carbónico y
agua, con la formación de energía
química, el ciclo de Krebs es una ruta
metabólica anfibólica, ya que participa
tanto en procesos catabólicos como
anabólicos.

4. El proceso de glucolisises la
conversión de glucosa en 2
piruvatos. En condiciones
anaérobicas el piruvato se
convierte en lactato y se
generan 2 moléculas de ATP.

5. En condiciones
aeróbicasel
piruvato continua
su oxidación al
convertirse en
acetil-CoA y
oxidarse en el ciclo
del ácido cítrico
produciendo en
total entre 36-38
ATPs

7. Este ciclo proporciona
muchosprecursores para la
producción de algunos
aminoácidos, como
ejemplo del acetoglutarato
se genera el glutamato y
del oxalacetato el aspartat.
Es la ruta oxidativa principal
por la cual todos los
nutrientes son
catabolizados en los
organismos y tejidos
aeróbicos.

8. Es una importante fuente de
intermediarios para rutas
anabólicasque llevan a la
síntesis de un gran número
de bio-moléculas.
Es la principal fuente de
energía metabólicaque se
deriva de las reacciones de
redox unidas al transporte
de electrones.

9. El ciclo de Krebs ocurre
en las mitocondrias de
las células eucariotas y
en el citoplasma de las
células procariotas.
El catabolismo glucídico
y lipídico (a través de la
glucolisis y la beta
oxidación), produce
acetil-CoA, un grupo
acetilo enlazado a la
coenzima A.

10. El acetil-CoAconstituye el
principal sustrato del ciclo.
Su entrada consiste en una
condensación con
oxalacetato, al generar
citrato.
Al término del ciclo mismo,
los dos átomos de carbono
introducidos por el acetil-
CoA serán oxidados en dos
moléculas de CO2,
regenerando de nuevo
oxalacetato capaz de
condensar el acetil-CoA.

11. La producción relevante desde el punto de
vista energético, es la producción de una
molécula de GTP (utilizada inmediatamente
para regenerar una molécula de ATP), tres
moléculas de NADH y una de FADH2.
Acetil-CoA + 3 NAD+ FAD + ADP + Pi => CoA-SH + 3 NADH
+ H+ + FADH2 + ATP + 2 CO2

12. El acetil CoA puede venir de
diferentes vías,
mayoritariamente viene del
piruvato, que no proviene sólo
de los glúcidos, a partir de la
rotura de proteínas obtendremos
aminoácidos a partir de los
cuales se produce piruvatoo
bien directamente acetil CoA, a
partir de los lípidos depende, ya
que del glicerol obtendremos
piruvato y de los ácidos grasos
por la oxidación bse obtiene
Acetil-CoA.
Oxidación b

13. Puesto que la membrana mitocondrial interna es muy
impermeable, debe haber en ella un transportador que
permita el paso del piruvato, ya que el piruvato se transforma
en Acetil-CoA en el interior de la mitocondria gracias a la
Piruvato Deshidrogenasa, que cataliza una descarboxilación
oxidativa, generando el Acetil-CoA.
La Piruvato deshidrogenasa cataliza la descarboxilación
oxidativa del piruvato a Acetil-CoA.

14. Ciclo de
Krebs

15. BALANCE ENERGÉTICO :
De la oxidación de un Acetil-CoA
La energía de las oxidaciones del ciclo se conserva
con eficiencia en coenzimas reducidas y 1 GTP.
Cada vuelta del ciclo, según el balance:
1 NADH en la mitocondria produce 3 ATP x 3 en el
ciclo = 9 ATP
1 FADH2 en la mitocondria produce 2 ATP x 1 en
el ciclo = 2 ATP
1 GTP es análogo a 1 ATP x 1 en el ciclo = 1 ATP
TOTAL por cada vuelta del ciclo 12 ATP

16. Muchas de las enzimas del ciclo de
Krebs son reguladas por
retroalimentación negativa, por unión
alostérica del ATP, que es un producto
de la vía y un indicador del nivel
energético de la célula. Son tres las
enzimas del ciclo que sustentan la
regulación de la velocidad del mismo:

17. Citrato sintasa: ésta como primera enzima de la
ruta es un punto importante de control. Soporta
retro inhibición por citrato, succinil-CoA y NADH
Isocitrato deshidrogenasa (alostérica): estimulada
por baja carga energética celular, ADP, e inhibida
por NADH.
α-cetoglutarato deshidrogenasa: complejo
enzimático de estructura y mecanismo análogos a
los de la piruvato deshidrogenasa y actúa con
idénticas coenzimas. Inhibida por succinil-CoA y
por NADH.

19. La velocidad de oxidación de
fragmentos dicarbonados (acetil-CoA)
por el ciclo también se reduce cuando
la célula tiene una alta carga
energética, es decir alta concentración
de ATP, y cuando hay baja
concentración o ausencia de O2
(si no puede funcionar el transporte
electrónico mitocondrial, tampoco lo
hará la fosforilación oxidativa).

21. Principales vías que
convergen en el ciclo de
Krebs
La mayoría de las vías
catabólicas convergen en
el ciclo de Krebs

22. En el anabolismo
tenemos las reacciones
que forman intermediarios
del ciclo que se conocen
como reacciones
anapleróticas que
reponen los
intermediarios del ciclo
del ácido cítrico mediante
las siguientes reacciones.

23. Ejemplos de reacciones anapleróticas

24. En el catabolismo de proteínas, los enlaces
peptídicos de las proteínas son degradados
por acción de enzimas proteasas en el tracto
digestivo liberando sus constituyentes
aminoacídicos.

25. Estos aminoácidos penetran en las células, donde
pueden ser empleados para la síntesis de proteínas
o ser degradados para producir energía en el ciclo
de Krebs. Para su entrada al ciclo deben eliminarse
sus grupos amino (terminales y laterales) por acción
de enzimas minotransferasas y desaminasas,
principalmente.
En el catabolismo de grasas, los triglicéridos son
hidrolizados liberando ácidos grasos y glicerol. En el
hígado el glicerol puede ser convertido en glucosa
vía dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-
fosfato, por la gluconeogénesis (ruta anabólica).

26. Función del Ciclo de Krebs en el catabolismo

28. La cadena respiratoriase trata básicamente de un
proceso oxidativo secuencial donde se van
utilizando un serie de compuestos que van
aceptando e-, se consideran equivalentes de
reducción H+ o e-. En las mitocondrias
encontramos un elevado número de proteínas
transportadoras de electrones que van actuando
secuencial mente desde el sustrato hasta el O2.

29. OXIDACIÓN
•Ganancia de oxígeno
•Pérdida de electrones
•Pérdida de hidrógeno
REDUCCIÓN
•Pérdida de oxígeno
•Ganancia de electrones
•Ganancia de hidrógeno
(en compuestos
orgánicos)

30. El flujo de electrones es irreversible porque se va
liberando energía que se usa para sintetizar ATP.
Durante la combustión de los sustratos los electrones
son captados por el NADH y el FADH2. El paso final del
proceso consiste en la re-oxidación de estas coenzimas
por el oxígeno molecular.

31. Flujo de electrones en la oxido-reducciones
biológicas

32. Las enzimas que intervienen en los
procesos redox
se denominan
OXIDORREDUCTASAS

33. Las mitocondrias son orgánulos muy móviles y
elásticos, en la membrana mitocondrial externa
podemos encontrar porina, que forma poros no
específicos, que permiten el paso de sustancias de
hasta 10 Kd, de la membrana mitocondrial interna
cabe decir que, el 75 % de su peso son proteínas, es
permeable a diversas sustancias como el CO2, H2O
y O2,es muy impermeable para otros.
En las células eucariontes la respiración se
realiza en la mitocondria

34. Podemos encontrar una serie de transportadores
que permiten el paso de ATP,ADP, Piruvato y Cu2+
En la matriz mitocondrial se encuentran contenidas
enzimas solubles del ciclo de Krebs, cofactores,
sustratos , ADN , ARN, ribosomas y proteínas.
El número de crestas que podemos encontrar
depende del estado energético de la mitocondria.

35. La mitocondria

37. El NADH+H y el FADH2, obtenidos en el ciclo de
Krebs, van a entrar en una cadena transportadora
de electrones o cadena respiratoria, donde
pasan los electrones, de una molécula reducida a
otra oxidada, hasta el aceptor final que será el
oxígeno molecular, que al reducirse formará agua.

38. CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO
•Los componentes de la cadena se encuentran
en la membrana mitocondrial interna.
•Reciben equivalentes de reducción de NADH Y
FADH
2producidos en la matriz.
•Los componentes actúan secuencialmente en
orden creciente según sus potenciales de
reducción.

40. Complejo enzimático Grupos prostéticos
Complejo I (NADH deshidrogenasa) FMN, FeS
Complejo II ( succinato deshidrogenasa) FAD, FeS
Complejo III (citocromo bc
1) Hemo, FeS
Citocromo c Hemo
Complejo IV (citocromo oxidasa) Hemo, Cu
Complejo V (ATP sintasa)


41. La Cadena de Transporte de Electrones
comprende dos procesos:
1.-Los electrones son transportados a lo largo
de la membrana, de un complejo de proteínas
transportadoras a otro.
2. Los protones son translocadosa través de
la membrana, desde el interior o matriz hacia
el espacio intermembranade la mitocondria.

42. Esto constituye un gradiente de protones
El oxígeno es el aceptor terminal del
electrón, combinándose con electrones e
iones H
+
para producir agua.

43. Complejo I de la cadena respiratoria es conocido
como NADH –UQ –oxidoreductasa
Tiene más de 16 cadenas polipeptídicas, podemos
encontrar una molécula de FMN como grupo
prostético, hay entre 20 y 26 átomos de hierro (Fe)
formando de 5 a 8 centros ferrosulfurados (Fe –S),
es el complejo más grande de la cadena
respiratoria, la mayor parte del complejo está
situada encarando la matriz, tiene el centro de unión
para el NADH mirando también en dirección a la
matriz.

44. Complejo II. recibe el nombre de Succinato –UQ –
reductasa, es la única enzima del ciclo de Krebs que
está unido a la membrana mitocondrial interna, consta
de 4 cadenas polipeptídicas, encontramos 1 citocromo,
hay una molécula de FAD como grupo prostético, los 8
átomos de Fe que podemos encontrar forman de 2 a 3
centros Fe –S, de los cuales uno tiene el centro de
unión al FAD y otro al succinato.

45. Ubiquinona. La ubiquinonatiene como función
recoger los electrones que vienen de los C.I y C.II,
se trata de un compuesto que se encuentra en
animales, plantas y microorganismos, es
liposoluble, por lo que puede moverse a través y por
el interior de las dobles membranas lipídicas, para
conseguir llegar al C.III, puede ser reversiblemente
reducida o pasar por estados de semireducción:
UQ (Ubiquinona) UQH2 (Ubiquinol).
Se la puede encontrar libre o asociada a proteínas,
tiene una cadena lateral isoprenoide, es decir, que
deriva del isopreno.

47. C) Complejo IIIse conoce como la Ubiquinona –
citocromo c –reductasa, contiene 2 tipos distintos de
citocromo b.
La función del complejo III es la de transferir los
equivalentes de reducción desde la UQ hasta el
citocromo c.
Citocromo c. es la única hemoproteína cuyo grupo
hemo está unido covalentemente con la proteína, es
hidrosoluble, el citocromo c puede viajar a través del
espacio intermembrana hasta llegar al C.IV, está
situado en la parte externa de la membrana
mitocondrial interna.

48. Complejo IV. se conoce como citocromo c
oxidasa, recibe los electrones del citocromo c., en
su interior podemos encontrar 2 átomos de Cu,
llamados A y B, que junto con los citocromos a y
a3 forman el complejo respiratorio.
Cu2+ Cu+
La reducción del O2 a H2O requiere el paso de 4
electrones, el citocromo c oxidasa almacena los
electrones para cederlos después al oxígeno.
4e-+ 4H+ + O2 2H2O

49. •La transferencia de electrones desde el NADH a través de la
cadena respiratoria hasta el O
2es un proceso altamente
exergónico.
•La mayor parte de esa energía se emplea para bombear
protones fuera de la matriz.
•Por cada par de electrones transferidos al O
2los
complejos I y III bombean 4 H
+
y 2 el complejo IV.
•El complejo II no transfiere H
+
ya que no atraviesa la
membrana interna como los demás.
•Así esta energía electroquímica generada por el gradiente
protónico impulsa la síntesis de ATP.

50. Flujo de electrones a través de los complejos de cadena
respiratoria, que muestra los puntos de entrada de equivalentes
reductores desde sustratos importantes. Q y cit son componentes
móviles del sistema según se indica por las flechas punteadas. El flujo a
través
del complejo III (el ciclo Q) se muestra con mayor detalle en la figura
13-6. (Fe-S, proteína hierro-azufre; ETF, flavoproteína transferidora de
electrón; Q, coenzima Q o ubiquinona; cit, citocromo.)

51. Si no almacenase y los fuese liberando según le
van llegando, si liberase de 2 en 2:
2e
-
+ 2H
+
+ O
2
H
2
O
2
Si liberase de 1 en 1:
e
-
+O
2
O
2
-
(Estosonradicalessuperóxidos)

52. Catalasa o peroxidasa:
2H
2O
2 2H
2O + O
2
El complejo IV puede ser inhibido por, cianuro
(CN-) ,SH2 , CO y azida N3.
Los radicales superóxidos son muy tóxicos, ya
que atacan a los ácidos grasos insaturados de
la membrana, para protegerse de estos
efectos, la célula tiene varios sistemas de
protección:
superóxido dismutasa:
2O
2
-
+ 2H
+
H
2
O
2
+ O
2

54. Fosforilación oxidativa o fosforilación de la cadena
respiratoria
Desde 1950 se sabe que la energía que se produce
mediante el transporte de electrones desde el NADH
hasta el oxígeno es la energía que se usa para sintetizar
ATP en la mitocondria.
NADH + H+ + 3ADP + 3Pi + ½O2 NAD+ + 4H2O + 3ATP

55. La teoría quimiosmótica de la fosforilación oxidativa. Los complejos II, III y
IV actúan como bombas de protón, lo que crea un gradiente de protón a través
de la membrana, que es negativa en el lado de la matriz. La fuerza motriz de
protón generada impulsa la síntesis de ATP conforme los protones fluyen de
regreso hacia la matriz por medio de la enzima ATP sintasa (figura 13-8). Los
desacopladores aumentan la permeabilidad de la membrana a iones, lo que
colapsa el gradiente de protón al permitir que el H+ pase sin atravesar la ATP
sintasa y, así, desacopla el flujo de electrón a través de los complejos
respiratorios, de la síntesis de ATP. (Q, coenzima Q o ubiquinona; cit,
citocromo.)

56. Si no hay O2 en el medio, o hay ausencia de ADP, la
velocidad de la respiración es muy baja, este punto se
conoce como estado 4, estado α, reposo o perezoso, si
incrementamos la concentración de ADP, este se
fosforilará, consumiendo en el proceso oxígeno, este
estado se conoce como estado 3 o activo, si se acaba el
ADP o bien el oxígeno, se vuelve al estado 4.
Al fenómeno de control de la cadena respiratoria por las
concentraciones de ADP se le conoce como control por el
aceptor, la afinidad del ADP por la mitocondria es
elevada, pero para que se realice la cadena respiratoria
han de estar todos los elementos presentes.

57. Los desacopladoresque permiten el flujo de electrones,
pero inhiben la síntesis de ATP, debido a que desacoplan
las reacciones que gastan energía de las que la producen,
estimulan el consumo de oxígeno y la hidrólisis de ATP, la
mayor parte de los desacopladores son sustancias
liposolubles, que suelen llevar algún grupo ácido y/o
cadenas aromática, incrementan la permeabilidad de
membrana mitocondrial interna a los protones y los
trasladan al interior de la mitocondria, provocan un aumento
del calor.
En el tejido adiposo marrón podemos encontrar una
proteína desacopladora que provoca que el tejido aumente
su temperatura, que es la que se conoce como Uncopling
protein o termogenina.

58. InhibidoresInhiben el consumo de oxígeno, así como la
fosforilación oxidativa, son inhibidores específicos de la
ATP –sintasa ejemplos: oligomicina o rutamicina.
Ionóforos son liposolubles, son sustancias capaces de
transportar cationes específicos en el interior de la
mitocondria, ya sean K+ o bien Na+, utilizan la energía
que se ha generado para bombear cationes al interior.
Ejemplos valinomicina: K+, Gramicidina: Na+ o K+

59. Los sistemas de fosforilación de ADP a ATP se pueden
agrupar en 3 categorías, fotofosforilación, con energía que
proviene de la luz solar.
Fosforilación oxidativa, en la que se utiliza la energía libre
generada por coenzimas reducidos como el NADH o el
FADH2. Fosforilación a nivel de sustrato:
Se combina la pérdida de un fosfato de alta energía con la
fosforilación de ADP a ATP, en la degradación de los
nutrientes se producen compuestos de súper alta energía,
que pueden ceder sus fosfatos para fosforilar ADP a ATP,
las enzimas encargados del transporte son las quinasas:
Clase 2 transferasas , clase 7 transfieren P.

60. Al ATP le puede ceder su P para compuestos
fosforilados, todos los demás nucleótidos tienen la misma
ΔG0´que el ATP, con lo que son intercambiables:
UTP, que se utiliza en la síntesis de polisacáridos, GTP,
que se utiliza en la síntesis de proteínas, CTP, que se
utiliza en la síntesis de lípidos.