4.3 y 4.4 Destinos del Piruvato + Ciclo de los ácidos tricarboxílicos

Destinos del piruvato & Ciclo de los ácidos tricarboxílicos

Destinos del piruvato & Ciclo de los ácidos tricarboxílicos

Elaborado por: Márquez SalinaS aLEJANDRO

Organización de la clase

Regulación del ciclo de Krebs

Destinos del piruvato

• Citrato sintasa
• Isocitrato deshidrogensasa
• Complejo de la alfa cetoglutarato deshidrogenasa
• Malato deshidrogenasa

• Condiciones aneróbicas y aeróbicas

Generalidades del ciclo

• Termodinámica + coenzimas
• Vías generadoras de acetil-CoA
• Esquema general del ciclo

Ciclo de Krebs como vía anfibólica

• Intermediarios biosintéticos del ciclo de Krebs
• Reacciones anapleróticas
• Piruvato carboxilasa
• PEP carboxicinasa
• PEP carboxilasa
• Enzima málico
• Síntesis de succinil CoA

Reacciones del ciclo de Krebs

• Síntesis de citrato e isocitrato
• Descarboxilaciones oxidativas
• Sintesis de succinil-CoA y GTP
• Oxidación de succinato y regeneración del oxaloacetato

Objetivos de la clase

Señalar localización subcelular y precisar su papel en el prceso general de la síntesis de ATP

Conocer las reacciones enzimáticas del ciclo y los metabolitos que intervienen en la regulación de la vía

Identificar el papel anfibólico de la vía y el destino de sus intermediarios: citrato, succinil-CoA, malato y oxaloacetato

Definir concepto de reacción anaplerótica e identificar las enzimas involucradas en dichas reacciones

Conocerá el balance energético de la vía mencionando el número de NAD+ y FAD reducidos en la oxidacion de una molécula de Acetil-CoA

Destinos del piruvato

El piruvato, producto de la glucólisis, puede tener tres rutas catabólicas (destinos) dependiendo de la presencia y/o ausencia de oxígeno

Condiciones anaeróbicas / hipóxicas

• Fermentación láctica
• Fermentación alcohólica

Condiciones aeróbicas

• Formación de acetil-CoA → Ciclo de los ácidos tricarboxílicos → Cadena de transporte de electrones → Fosforilación oxidativa

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Destinos del piruvato: fermentación láctica

• La reducción del piruvato al lactato se lleva a cabo cuando los tejidos tienen un bajo aporte de oxigeno

• Los eritrocitos no poseen mitocondrias, por lo que su fuente de energía principalmente proviene de esta vía

• También puede también ser sintetizado por los músculos altamente activos o en la retina

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Efecto Warburg

2-fluoro-desoxiglucosa

Destinos del piruvato: fermentación alcohólica

• En las levaduras y otros microorganismos el piruvato puede transformarse a etanol y CO2 en una serie de 2 reacciones:
• La primera de ellos requiere a la tiamina pirofosfato (TPP) como coenzima y al Mg2+ como cofactor
• La segunda regenera el NAD+ que permite la activación de la glucólisis

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Destinos del piruvato: formación de acetil-CoA

Complejo de la piruvato deshidrogenasa (PDH)

Complejo multienzimático: tres enzimas (E1, E2, E3) Requiere de 5 coenzimas:

• Tiamina pirofosfato
• Lipoato
• FAD
• CoASH
• NADH

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Destinos del piruvato: formación de acetil-CoA

Regulación:

• Alostérica: ácidos grasos, AMP, CoA, NAD+
• Covalente: mediada por la fosforilación de E1 lo cuál lo inactiva
• PDH cinasa - activada por ATP
• Fosfatasa - ejerce su acción cuando PDH cinasa no está activa, es decir, en concentraciones altas en ADP

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Contenido en energía libre (G)

Es la cantidad de energía de un sistema que puede usarse para realizar trabajo, puede definirse con base en tres magnitudes: la entropía, la entalpía y la temperatura (T) absoluta en grados Kelvin

DEFINICIÓN

La variación de la energía libre se expresa como

Es decir ΔH es negativa (se rompieron enlaces) y ΔS es positiva (aumenta el desorden). Es una reacción espontánea, exergónica (libera energía), irreversible

∴ Termodinámicamente favorable

Es decir ΔH es positiva (se generan enlaces) y ΔS es negativa (disminuye el desorden). Es una reacción no espontánea, endergónica (requiere energía), reversible

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Acoplamiento de reacciones químicas

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Acoplamiento de reacciones químicas

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Nicotinamida adenina dinucléotido NAD

Nicotinamida

Ribosa

Adenina

Fosfatos

Ribosa

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Flavina adenina dinucléotido FAD

Flavina

Ribosa

Adenina

Fosfatos

Ribosa

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Flavina adenina dinucléotido FAD

Flavina

Ribosa

Adenina

Fosfatos

Ribosa

Martínez F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. Editorial Manual Moderno // Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Vías generadoras de acetil-CoA

• El acetil-CoA es el principal metabolito de encrucijada, se genera como producto de la oxidación de aminoácidos, ácidos grasos y carbohidratos.

• El acetil-CoA (compuesto de 3 carbonos) se condensa con el oxaloacetato (4 carbonos) para la formación de citrato, entrando así al ciclo de Krebs

• Durante el ciclo de Krebs se genera poder reductor en forma de NADH+H y FADH2 que entran a la cadena de transporte de electrones → Fosforilación oxidativa

Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Generalidades del ciclo de los ácidos tricarboxílicos

• Nombres de la vía: Ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ATC), ciclo de Krebs (CK) o cíclo del ácido cítrtico

• Características generales: vía anfibólica (tanto catabólica como metabólica), se lleva a cabo en la matriz mitocondrial

• Enzimas involucradas:

• Citrato sintasa
• Aconitasa
• Isocitrato deshidrogenasa
• α-cetoglutarato deshidrogenasa
• Succinato tiocinasa // succinil-CoA sintetasa
• Succinato deshidrogenasa
• Fumarasa
• Malato deshidrogenasa

Generalidades del ciclo de los ácidos tricarboxílicos

• El acetil-CoA dona 8 electrones al ciclo del ATC (rojo) + dos carbonos

• El enlace sulfhidrilo es altamente energético lo que permite la primera reacción del ciclo (condensación de una molécula de oxaloacetato + acetil)

• Es la molécula que proporciona los electrones para reducir un FAD y tres moléculas de NAD + la salida de dos moléculas de CO2

NOTA: sus átomos y carbonos que entran no salen en la primera vuelta del ciclo

Acetil CoA

Nelson, D. L. (2017). Lehninger principles of biochemistry (7th ed.). W.H. Freeman.

Reacciones del ciclo

¿QUÉ ENTRA AL CICLO DEL ATC?

¿QUÉ SALE AL CICLO DEL ATC?

Reacciones del ciclo

¿QUÉ ENTRA AL CICLO DEL ATC?

• Acetil-CoA

• 2H2O
• 3NAD+
• CoASH
• GDP + Pi
• FAD+

¿QUÉ SALE AL CICLO DEL ATC?

• 2CoASH

• 2CO2
• 3(NADH + H+)
• GTP

• FADH2

NOTA: todo lo que sale de alguna manera debe recuperarse para mantener la vía

Reacción #1 - Formación del citrato

Reacción #1 - Formación del citrato

• En esta reacción de incorpora el primer oxígeno de la vía (color azul)
• Uno de los H permite la reducción de la CoA-S para formar CoA-SH

Reacción #2 - Isomerisación del citrato

La isomerización "prepara" a la moléculas para las siguientes reacciones de descarboxilación oxidativa La aconitasa posee centro ferro-sulfurado (Fe-S) que permite la reacción

Reacción #3 - Descarboxilación del isocitrato

• Primero se realiza una oxidación del isocitrato formando oxalosuccinato y posteriormente se lleva a cabo la descarboxilación (descarboxilación oxidativa)

• Existen dos isoenzimas, una que se encuentra exclusivamente en la matriz mitocondrial que acepta NAD, y una segunda isoforma que se encuentra en la matriz mitocondrial y el citosol que acepta NADP

Reacción #4 - Descarboxilación alfa-cetoácido

Complejo de la alfa-cetoglutarato deshidrogenasa

Succinil-CoA

Reacción #5 - Formación de succinato

La succinil-CoA sintetasa / Succinato tiocinasa posee dos subunidades

• alfa: Sitio de unión a la CoA y posee la Histidina
• beta: confiere especifidad a ADP o ATP

Se incorpora segundo oxígeno en la vía

Reacción #6 - Oxidación del succinato

Características de la succinato deshidrogenasa:

• Contiene 3 grupos Fe-S para el transporte de e-
• Tiene acoplado una molécula de FAD+
• Se localiza en membrana mitocondrial interna
• Una vez reducido (FADH2) se incorpora a la cadena de transporte de electrones

Reacción #7 - Hidratación del fumarato

1. Se incorpora OH- de la molécula del agua (recuerde ionización del agua)
2. Formación de carbanión (carbono concarga negativa, en rojo)
3. Incorporación de H+ (también de la molécula del agua)

Nota: se incorpora 3er oxígeno en la vía

Reacción #8 - Regeneración del oxalacetato

Se regenera grupo carbonilo que permite la condensación con la acetil-CoA

Reacciones del ciclo

¿QUÉ ENTRA AL CICLO DEL ATC?

• Acetil-CoA

• 2H2O
• 3NAD+
• CoASH
• GDP + Pi
• FAD+

¿QUÉ SALE AL CICLO DEL ATC?

• 2CoASH

• 2CO2
• 3(NADH + H+)
• GTP

• FADH2

NOTA: todo lo que sale de alguna manera debe recuperarse para mantener la vía

Regulación de la vía

Se tienen 3 reacciones irreversibles, altamente exergónicas

Regulación de la vía

Ciclo de Krebs como vía anabólica

Reacciones anapleróticas

Reacciones que producen intermediarios de vías críticas para el funcionamiento celular (Ciclo de Krebs)

Ciclo de Krebs como vía anabólica

Reacciones anapleróticas

Reacciones anapleróticas

Las dos rutas anapleróticas principales son 1) y 3) (flechas rojas).

1. Piruvato Carboxilasa
2. El glutamato es transformado reversiblemente en α-cetoglutarato por las transaminasas (TA) y la glutamato deshidrogenasa (GDH) en muchos tejidos.
3. Esqueletos de carbonos de valina e isoleucina, unidad de tres carbonos procedentes de la oxidación de ácidos grasos de cadena impar entran al ciclo del ATC en el nivel de la succinil-CoA.

¿Cómo entra el poder reductor?