Ciclo de krebs

Visión rápida del Ciclo de Krebs

1. CICLO DE KREBS Oxidación del Acetil ~ CoA

2. Objetivos del Ciclo de Krebs Los objetivos del Ciclo de Krebs son: Oxidar acetil ~ CoA a CO 2 Generar equivalentes de reducción (NADH y FADH 2 ). Suministrar intermediarios para la síntesis de otros compuestos (Aminoácidos, Ácidos grasos, Colesterol, Gluconeogénesis, Porfirinas). Vincular derivados de aminoácidos al proceso terminal de oxidación.

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

4. 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)

5. 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.

6. Condensación Reacciones generales del Ciclo de Krebs Isomerización Oxidación Descarboxilante I Oxidación Descarboxilante II Liberación de energía Oxidación No Descarboxilante Oxidación No Descarboxilante Hidratación 2C 6C 6C 5C 4C 4C 4C 4C 4C

7. 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.   Acetil- CoA Oxalacético Cítrico Coenzima A

8. 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 Isocítrico Cítrico

9. Primera descarboxilación El ácido isocítrico es oxidado por NAD + , con eliminación de un átomo de carbono en forma de CO 2 . La reacción es catalizada por la enzima isocitrato : NAD + oxidoreductasa ( decarboxilanate ), comúnmente conocida como isocítrico ceshidrogenasa Isocítrico a - cetoglutárico NAD + NADH + H + CO 2

10. Segunda descarboxilación El a - cetoglutárico es oxidado por NAD + , con eliminación de un átomo de carbono en forma de CO 2 . 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) a - cetoglutárico NAD + NADH + H + CO 2 CoASH Succinil-CoA

11. 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 Succinil-CoA Succinico

12. 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 FADH 2 Succinico Fumárico

13. 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 H 2 O Málico

14. 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 NAD + NADH + H + Oxalacético

15. 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 FADH 2 H 2 O NADH + H + NAD + CO 2 CO 2 GDP + P GTP CoA-SH CoA-SH

16. 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 Colesterol Ácidos grasos Oxidación y síntesis de aminoácidos Oxidación y síntesis de aminoácidos Oxidación de aminoácidos Porfirinas Ácidos grasos de cadena impar Oxidación de aminoácidos NADH FADH 2 Fosforilación oxidativa Cuerpos cetónicos

17. Localización del Ciclo de Krebs y la Fosforilación Oxidativa I III IV I III IV II Q Ciclo de Krebs NADH NAD + + H + c O 2 H 2 O Succinato Fumarato O 2 H 2 O ADP + P ATP ATP sintasa H + H + H + H + H + H + Membrana interna Membrana interna Espacio intermembranal MATRIZ MITOCONDRIAL Espacio intermembranal c Q Citocromo c Ubiquinona Complejo I Complejo II Complejo III Complejo IV

18. 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

19. 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 FADH 2 Q QH 2 2H + Centros F-S Hemo

20. 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 Q QH 2 Q Q c ox c red 1 e - 1 e - QH 2 Q c ox c red 1 e - 2H + QH 2 Q - 1 e - 2H + 2H +

21. 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 - ) SH 2 CO   Azida  ( N 3- ) c red c ox Cu Cu Fe Fe 4 4 4 e - 4 H + + O 2 2 H 2 O 4 H + 4 H +

22. 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 

23. Citocromos Son   componentes  de la cadena respiratoria .-   b   c C 1 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

24. Flujo de electrones en la Cadena Respiratoria FMN FeS a b FeS CoQH CoQ FeS b C C1 a 3 NADH NAD + ½ O 2 + 2 H + H 2 O H + H + H + H +

25. Integración en el Ciclo de Krebs Monosacá ridos Aminoácidos Ácidos grasos Glicerol Aminoácidos

26. Potenciales redox

27. Potenciales de reducción en la adena respiratoria

28. Enzimas respiratorias y pares redox en eucariontes Enzima respiratoria Par redox E  ( Voltios )   NADH deshidrogenasa NAD + / NADH − 0,32   Succinato deshidrogenasa FMN o FAD / FMNH 2  o FADH 2 − 0,20 Complejo del citocromo bc1 Coenzima Q 10 ox  / Coenzima Q 10 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 O 2  / HO - + 0,82 Condiciones: pH = 7 .

29. 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.

30. Esquema generaldelmetaboloismo