Bioenergética II - Parte 1 - Ciclo de Krebs y Fosforilación Oxidativa - parte 1

A L L YO U N E E D T O K N O W

B Y

B R . C A R L O S P E D R O Z A

Unidad II

Universidad Central de Venezuela

Facultad de Medicina

Escuela “José María Vargas”

Cátedra de Bioquímica

Br. Carlos Pedroza

BIOENERGÉTICACiclo de Krebs y Fosforilación Oxidativa

Unidad II

BioenergéticaParte I

A L L YO U N E E D T O K N O W

B Y

B R . C A R L O S P E D R O Z A

Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

Bioenergética

“Especialidad de la termodinámica que estudia las transformaciones de la

energía en los organismos vivos”1.- Estudia los mecanismos mediante los cuales los organismos adquieren, almacenan, utilizan y liberan energía2.- Estudia los procesos físicos y químicos relacionados con el flujo de la energía en la biosfera.


Respiración celular

Moléculas combustibles

+O2

CO2+

H2O



Etapa 1Triglicéridos

Glucosa

Aminoácidos (cetogénicos)

Acetil-CoA

Ácidos Grasos

Piruvato

Lipólisis

Glicólisis

Desaminación y oxidación

Oxidación

β- oxidación

NADH++H+

NADH++H+NADH++H+



Ciclo de

Krebs

1

Glicólisis

Oxidación

β-oxidación

NADH++H+

NADH++H+

FADH2

NADH++H+

NADH++H+

NADH++H+

NADH++H+

Etapa 2

Ciclo de KrebsAcetil-CoA



Ciclo de

Krebs

1

Glicólisis

Oxidación

β-oxidación

CTē NADH++H+

NADH++H+

FADH2

NADH++H+

NADH++H+

NADH++H+

NADH++H+

Etapa 3



Etapas

1 Conversión de moléculas combustibles en Acetil CoA

2Ingreso del Acetil CoA al Ciclo de Krebs y su oxidación

hasta CO2 más NADH+ y FADH2

3Transferencia de ē desde NADH+ y FADH2 a la CTē y de

ésta al O2 con liberación de energía y síntesis de ATP.


Esquema

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Reacciones de

Oxidorreducción

Mitocondria- Generador de

energía -

Reacciones del

Ciclo de Krebs

Transporte

electrónico y

Fosforilación

oxidativa

Rendimiento de

una molécula de

Glucosa


Reacciones de

Oxidorreducción


energía -

Reacciones del

Ciclo de Krebs

Transporte

electrónico y

Fosforilación

oxidativa

Rendimiento de

una molécula de

Glucosa

Esquema

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato


Descarboxilación oxidativa del Piruvato

A.- Complejo multienzimático.

B.- Modelo de regulación → Mecanismos de regulación por modificación

covalente y alostérico.

1.- Complejo Piruvato Deshidrogenasa

PDH

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10



2.- Lugar en la célula

PDH

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10



A.- Piruvato Deshidrogenasa (E1)

B.- Dihidrolipoil Transacetilasa (E2)

C.- Dihidrolipoil Deshidrogenasa (E3)

3.- Enzimas del Complejo

PDH

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10


FAD+NAD+Coenzima AÁcido lipoicoPirofosfato de

Tiamina


4.- Coenzimas del Complejo

PDH

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10



5.- Reacción global

PDH

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10



6.- Subreacciones

PDH

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10



7.- Regulación

PDH

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10

*

P Inactiva

Activa


Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato


energía -

Reacciones del

Ciclo de Krebs

Transporte

electrónico y

Fosforilación

oxidativa

Rendimiento de

una molécula de

Glucosa

Esquema

Reacciones de

Oxidorreducción


Reacciones de Oxidorreducción

Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+

Hierro

Forma ferrosa→ Fe+2

Forma férrica → Fe+3

Cobre

Forma cuprosa→ Cu+

Forma cúprica → Cu++

Fe+3 + ↔ Fe+2 Cu++ + ↔ Cu+



Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+

Reducción Gana o acepta electrones

-Disminuye su estado de oxidación-

Oxidación Cede o dona electrones

-Aumenta su estado de oxidación-

Fe+3 + ↔ Fe+2 Cu++ + ↔ Cu+



Se oxidó Se redujo

Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+

LeyendaReducido

Oxidado



Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+

Fe2+ ↔ Fe3+ +

Cu2+ + ↔ Cu+Semirreacciones o

Hemireacciones

Se oxidó

Se redujo



Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+

Fe2+ ↔ Fe3+ +

Cu2+ + ↔ Cu+

Fe2+ → Donó electrones

Cu2+ → Aceptó electrones



Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+

LeyendaReducción

Oxidación

+2 → +3

+2 → +1



Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+

Par redoxDonador de electrones ↔ Aceptor de electrones + e-

Fe2+ ↔ Fe3+ +

Cu2+ + ↔ Cu+



Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+

Potencial de Reducción o de Oxidorreducción ( E’º )

Mide la afinidad del aceptor de electrones de un par redox por

sus electrones. Se mide en condiciones estándar.

Fe2+ ↔ Fe3+ +

Cu2+ + ↔ Cu+



NAD+ ↔ NADH + H+



FAD+ ↔ FADH2



“Cuanto más reducido sea un compuesto más energía liberará al oxidarse”

H H H O H

H C C C C C COH

O O O H O

H

H H H H

Glucosa: C6H12O6

+ 6 O2

G’0 = – 2.840 kJ/mol

6 CO2 + 6 H2O

H H H H H

H C C C C C

COOH

H H H H H Ácido caproico: C6H12O2

+ 10 O2 6 CO2 + 6 H2O

G’0 = – 3.750 kJ/mol


Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Reacciones de

Oxidorreducción

Reacciones del

Ciclo de Krebs

Transporte

electrónico y

Fosforilación

oxidativa

Rendimiento de

una molécula de

Glucosa

Esquema


energía -


Mitocondria


Mitocondria

Ciclo de

KrebsOxidación de las moléculas

combustibles

Síntesis de ATP → Fosforilación

oxidativa

Procesos anapleróticos


Mitocondria


Estructura de la Mitocondria

Teoría

endosimbiótica




1 Membrana interna

2 Membrana externa

3 Espacio intermembrana

4 Matriz


Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Reacciones de

Oxidorreducción


energía -

Transporte

electrónico y

Fosforilación

oxidativa

Rendimiento de

una molécula de

Glucosa

Esquema

Reacciones del

Ciclo de Krebs


Ciclo de Krebs

Ciclo de KrebsPropósito/Función Acetil CoA → CO2 + H2O

Localización Todos los tejidos, excepto en eritrocitos

Zona Matriz mitocondrial

Secuencia de

acontecimientos

Acetil CoA → Citrato → Isocitrato → -

cetoglutarato → Succinil CoA → Succinato →

Fumarato → Malato → Oxalacetato

Regulación Reacciones 1, 3 y 4.


Ciclo de Krebs


Reacción Enzimas y cofactores

Adición aldólicaUna sintasa forma un enlace C-C atacando nucleofílicamente el resto

carbonilo de un –oxoácido.

Isomerización

Una isomerasa desplaza un grupo hidroxilo en una reacción

estereoespecífica de dos etapas, donde se obtiene un doble enlace por

deshidratación.

Descarboxilación

oxidativa

Dos deshidrogenasas/descarboxilasas eliminan oxidativamente CO2 de

sus sustratos y transfieren al mismo tiempo electrones al NAD+

Transferencia de

grupos fosfatos

Una sintetasa cataliza la transferencia de un grupo fosfato al GDP, con

lo que genera GTP – Fosforilación a nivel de sustrato

HidrataciónUna hidratasa adiciona una molécula de agua estereoespecíficamente a

un doble enlace con lo que se obtiene un alcohol ópticamente activo.

OxidaciónDos deshidrogenasas catalizan la transferencia de electrones del

sustrato al NAD+ o al FAD+

Ciclo de Krebs


Ciclo de Krebs

Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato

1

2

3

4

5

6

7

8


Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8

Citrato sintasa


Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8

Citrato sintasaAconitasa

(Aconitato hidratasa)


Aconitasa(Aconitato hidratasa)

Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8


Aconitasa(Aconitato hidratasa)

Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8

Isocitrato

Deshidrogenasa


Isocitrato

Deshidrogenasa

Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8


Isocitrato

Deshidrogenasa

Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8

Complejo α-

cetoglutarato

deshidrogenasa


Complejo α-

cetoglutarato

deshidrogenasa

Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8

Succinil CoA

Sintetasa


Succinil CoA

Sintetasa

Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8


Succinil CoA

Sintetasa

Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8

Succinato

deshidrogenasa


Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8

Succinato

deshidrogenasa


Succinato

deshidrogenasaFumarasa

Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8


Fumarasa

Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8


FumarasaMalato

deshidrogenasa

Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8


Malato

deshidrogenasa

Ciclo de Krebs


1

2

3

4

5

6

7

8


Rendimiento energético del Ciclo de Krebs

“Para calcular el Rendimiento Energético del Ciclo, debemos tener presente dos aspectos:

1.- El número de NADH+, FADH2 y GTP

formados → Número de ATP.2.- El ΔG’º de cada una de las 8 reacciones del Ciclo”


Reacciones

Citrato sintasa

Aconitasa

Isocitrato deshidrogenasa

Complejo α-cetoglutarato

deshidrogenasa

Succinil CoA sintetasa

Succinato deshidrogenasa

Fumarasa

Malato deshidrogenasa

Ciclo de Krebs – Rendimiento energético

Reacciones

Citrato sintasa -32,2

Aconitasa 13,3

Isocitrato deshidrogenasa -20,9

Complejo α-cetoglutarato

deshidrogenasa-33,5

Succinil CoA sintetasa -2,9

Succinato deshidrogenasa 0

Fumarasa -3,8

Malato deshidrogenasa 29,7

Total → -50,3



3 4 8

5

6



x2,5

x1

x1,5

Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + 2H2O → 2CO2 + 3NADH + H+ + FADH2 + GTP + HSCoA



x30,5 kJ/mol


1

2

3

45

6

7

8



ΔG’ = -2840 kJ/molΔG’ = -355,3 kJ/mol

100%X12,51%

Porcentaje de energía liberada de la glucosa por la glicólisis anaeróbicaC6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

ΔG’ = -2840 kJ/mol



ΔG’ = -355,3 kJ/molΔG’ = -305 kJ/mol

100%X85,84%

Porcentaje de energía liberada en una vuelta del ciclo que es almacenada como ATP


Regulación del Ciclo de Krebs

P Inactiva

Activa

Regulada por

-Disponibilidad de Sustrato

-Inhibición por productos acumulados

-Retroinhibición alostérica

Modulación AlostéricaNegativa → ATP, AcetilCoA, NADH + H+,

Ácidos Grasos

Positiva → AMP, CoA, NAD+ y Ca++

Modulación CovalenteFosforilada → Inhibida

Defosforilada → Activa

Fuera del Ciclo Dentro del Ciclo


Reacciones anapleróticas y Naturaleza anfibólica del Ciclo de Krebs

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