Ciclo de Krebs

Ciclo de KrebsCICLO DE LOS CIDOS TRICARBOXLICOS CICLO DEL CIDO CTRICOConvergencia de las vas Catablicas en el ciclo de KrebsEl ciclo de Krebs (de los cidos tricarboxlicos o del cido ctrico) esuna va metablica presente en todas las clulas aerobias, es decir, lasque utilizan oxgeno como aceptor final de electrones en la respiracincelular. En los organismos aerobios las rutas metablicas responsablesde la degradacin de los glcidos, cidos grasos y aminocidosconvergen en el ciclo de Krebs, que a su vez aporta poder reductor a lacadena respiratoria y libera CO2.

Convergencia de las vas Catablicas en el ciclo de Krebs

Ciclo de KrebsEl ciclo del cido ctrico, considerado el embudo del metabolismo,consiste ocho reaccionesenzimticas, todas ellasmitocondrialesen los eucariontes. En muchas clulas la accin acoplada del ciclo del cido ctrico y lacadena de transporte de electrones son responsables de la mayora de la energa producidaHistoriaLa historia comienza a principios de la dcada de los 30s con el descubrimiento de que al agregarsuccinato,fumaratoymalatoa msculos machacados incrementa la velocidad del consumo de Oxgeno. El oxaloacetato se incorpor a la lista de cidosdicarboxlicoscuando se descubri que se poda formar en condiciones aerbicas a partir del piruvato.HistoriaEn 1935 A.Szent-Gyrgyipropuso que ciertos pares de cidosdicarboxilicoseraninterconvertidospor la accin dedeshidrogenasasy que este proceso estaba relacionado con la respiracin.

HistoriaEl cido ctrico fue descubierto en 1784porCarlWilhelmScheeleen el jugo de limn, y no fue hasta 1937 que los cientficos entendieron su participacin metablica.HistoriaCarlMartiusyFranzKnoop mostraron que el cido ctrico es convertido en alfa-cetoglutaratopor medio delisocitrato. Se supo tambin que el alfa-cetoglutaratopuede ser oxidado asuccinato.

HistoriaEn 1937 se supo tambin que el alfa-cetoglutaratopuede ser oxidado asuccinato.La formacin del citrato era la pieza faltante para poder armar completamente el rompecabezas metablico

HistoriaEl descubrimiento que resolvi este rompecabezas y unific el metabolismo fue hecho en 1937 por SirHansKrebs yW.A.Johnson: ellos mostraron que el citrato es derivado del piruvato y del oxaloacetato completando lo que se conoce como el ciclo del cido ctricoHistoriaSe necesit de una dcada para demostrar que elAc-CoA, derivado del piruvato, es la fuente intermediaria de los fragmentos de dos Carbonos que se combinan con el oxaloacetato para formar citrato.

HistoriaEn 1948E.P. Kennedy y A.Lenhingerdescubrieron que en mitocondrias aisladas dehomogenadosdehgadode rata, se llevaban a cabo la oxidacin del piruvato y de todos los intermediarios del ciclo de Krebs a expensas de O2, por tanto contienen todas las enzimas necesarias para catalizar las reacciones del ciclo y del transporte energticoReaccin 1. : condensacin del oxalacetato con la acetil CoALa enzima citrato sintasa condensa a la acetil-CoA (2C)con eloxalacetato (4C)para dar una molcula de citrato(6C).

Como consecuencia de esta condensacin se libera la coenzimaA(HSCoA). La reaccin es fuertemente exergnica: es irreversible.

Reaccin 2. Isomerizacin del citrato a isocitratoLa isomerizacin del citrato en isocitrato ocurre por dos reacciones, que se resumen en una.

Reaccin 3.Oxidacin y decarboxilacin del isocitratoEl isocitrato es sustrato de la isocitrato deshidrogenasa,enzima quetiene como cofactor un NAD, que forma partede la cadenarespiratoria. Esta reaccin se resume con dos reacciones a partir de lascuales el isocitrato forma -cetoglutarato (5C). Para lograr eseproducto ocurre una decarboxilacin, es decir la liberacin de unamolcula de CO2, y la reduccin de un NAD que permite la formacinde 3 ATP.

Reaccin 4: el -cetoglutarato se transforma en succinil-CoA Este paso implica la segunda decarboxilacin oxidativa,catalizada por la -cetoglutarato deshidrogenasa, que llevaa la formacin de succinil-CoA (4C). El NAD es lacoenzima de la deshidrogenasa, de manera que seformarn 3 ATP como consecuencia de la actividad decadena respiratoria.

Reaccin 5.La succinil-CoA rinde succinato y GTPLa succinil-CoA, es un tioster de alta energa con unG de hidrlisis de -33.5 KJ.mol-1 aproximadamente.La energa liberada por la ruptura de ese enlace se utiliza para generar un enlace fosfoanhidro entre un fosfato yun GDP para dar 1GTP porfosforilacin a nivel de sustrato.En la reaccin se libera HSCoA.

El GTP se puede convertir en ATP segn la siguiente reaccin: GTP + ADP GDP + ATP G = 0 KJ.mol- 1

Reaccin 6.El succinato se transforma en fumaratoEl succinato es oxidado a fumarato por la succinadodeshidrogenasa, enzima que tiene como cofactor al FAD: seproducen 2ATP en la cadena respiratoria. La enzima usa FADporque la energa asociada a la reaccin no es suficiente parareducir al NAD.

El complejo enzimtico de la succinato deshidrogenasa es elnico del ciclo que est asociado a la membrana mitocondrial deeucariotas, y en la membrana plasmtica de procariotas.

Reaccin 7.El fumarato se hidrata y genera malatoLa fumarasa cataliza la adicin de agua, es decir la hidratacin del fumarato. El producto de la reaccin es el malato.

Reaccin 8.El malato se oxida a oxalacetatoDada la naturaleza cclica de la va, las reacciones en su conjunto conducen a la regeneracin del oxalacetato. La malato deshidrogenasa cataliza la oxidacin del malato a oxalacetato, con la reduccin de un NAD: se forman 3 ATP en la cadena respiratoria.

Papel de las mitocondriasEn el espacio Inter membranal de las Mitocondrias, el producto final de la Gluclisis(cido Pirvico) sigue degradndose hasta ser convertido en Acetil-CoA, este compuesto de 2 tomos de C pasa del espacio inter membranal hacia la Matriz mitocondrial para combinarse con el cido Oxalactico de 4 tomos de C formando cido Ctrico de 6 tomos de C dando inicio al Ciclo de Krebs. En la Matriz mitocondrial y en condiciones aerbicas, el cido Ctrico es Descarboxilado y degradado en coenzimas reducidas como NADH, FADH2, que participarn en la Cadena Oxidativa o respiratoria donando los protones y electrones por medio de una serie de aceptores de E- intermedios hasta ser conducidos hacia el O2(ltimo aceptor de electrones). En la Matriz mitocondrial se encuentran las enzimas y complejos multienzimticos cuya funcin es degradar al cido Ctrico en Coenzimas reducidas importantes para la donacin de Protones H y electrones en la Cadena Oxidativa. Solamente la Gluclisis se realiza en el Citoplasma en condiciones anaerobias porque es la 1 va degradativa de la Respiracin celular aerobia, las otras 2 vas degradativas (Ciclo de Krebs y Cadena oxidativa) se realizan dentro de las Mitocondrias.

Papel de las mitocondriasEn lamembrana internaestn los sistemas dedicados al transporte de los electrones que se desprenden en las oxidaciones anteriores y un conjunto de protenas encargadas de acoplar la energa liberada del transporte electrnico con la sntesis de ATP, estas protenas le dan un aspecto granulado a la cara interna de la membrana mitocondrial.Tambin se encuentran dispersas por lamatrizuna molcula deADNcircular y unos pequeosribosomasimplicados en la sntesis de un pequeo nmero de protenas mitocondriales.

El metabolismo aerobio del piruvatoEn los organismos anaerobios o en las clulas aerobias que estn realizando unas tasas de gluclisis muy elevadas, el NADH generado en la gluclisis no puede reoxidarse en las mitocondrias. Cuando es esta la situacin el NADH se utiliza para impulsar la reduccin de un sustrato orgnico que es el propio piruvato.

El piruvato tiene numerosos destinos alternativos en los microorganismos anaerobios: Fermentacin del cido lctico y Fermentacin alcohlica levadura 1.- Microorganismos anaerobios

Fermentacin Lcticapiruvato + NADH + H+-------> cido lctico + NAD+

Glucosa + 2ADP + 2Pi 2 Lactato + 2ATP + 2H2O

Se produce en bacterias (bacterias lcticas), tambin en algunos protozoos y en el msculo esqueltico humano.

Es responsable de la produccin de productos lcteos acidificados ---> yoghurt, quesos, crema cida, etc. Fermentacin Alcohlica piruvato --------> acetaldehido + CO2 acetaldehido + NADH + H+ -------> etanol + NAD+

Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2H+ 2 Etanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2O

Se lo encuentra en levaduras , hongos y algunas bacterias.

La fermentacin alcohlica es la base de las siguientes aplicaciones en la alimentacin humana: pan, cerveza, vino y otras.

El metabolismo oxidativo se puede subdividir en tres etapas:Generacin de un fragmento activado de dos carbonos Acetil-CoAOxidacin de estos dos tomos de carbono en el ciclo del cido ctricoTransporte electrnico y la fosforilacin oxidativa, en donde los transportadores electrnicos reducidos que se generan en el ciclo, vuelven a oxidarse junto con la sntesis de ATP2.- Microorganismos aerobios

El piruvato difunde hasta la matriz de la mitocondria, cruzando ambas membranas. Dentro de la mitocondria, este es descarboxilado por oxidacin a Acetil-CoA.ETAPA 1. Oxidacin del piruvato

Coenzima A

Enzima piruvato deshidrogenasaE1 = piruvato deshidrogenasaE2 = dihidrolipoil transacetilasaE3 = dihidrolipoil deshidrogenasa Inhibido por ATP Inhibido por acetilCo A y NADH (productos) Inhibido por la fosforilacin de E1 (piruvato deshidrogenasa).

Activada por la desfosforilacin de E1. Activada por AMP y NAD+Este ciclo acta en dos fases principalmente:Fase 1. Introduccin y perdida de dos tomos de carbonoFase 2. Regeneracin del oxalacetato

El punto de partida es Acetil-CoA, obtenindose CO2 y transportadores de electrones reducidos (NADH y FADH2).

ETAPA 2. Ciclo del cido ctrico

1. Introduccin de dos tomos de carbono en forma de Acetil-CoA

Fase 1:

2. Isomerizacin del citrato

3. Generacin de CO2 por una deshidrogenasa ligada a NAD+

4. Generacin de un segundo CO2 por un complejo multienzimtico.

5. Fosforilacin a nivel de sustrato

Fase 2:

6. Deshidrogenacin dependiente de la Flavina

7. Hidratacin de un doble enlace carbono-carbono

8. Deshidrogenacin que regenera el oxalacetato

En resumen se tiene que en el ciclo del cido ctrico por cada vuelta:

Acetil-CoA + 3H2O + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi

2CO2 + 3NADH + FADH2 + CoA-SH + ATPRegulacin del ciclo de krebs

Inhibida por ATP, NADH, succinil-coA. Inhibida por citrato (producto) Activada por AMP

Inhibida por ATP Activada por ADP

Inhibida por NADH Inhibida por succinil-CoA (producto)

Si se consideran las tres etapas hasta el momento:GluclisisGlucosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ 2Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H2O + 4H+Complejo piruvato deshidrogenasa2Piruvato + 2NAD+ + 2CoA-SH 2Acetil-CoA + 2NADH +2CO2Ciclo del cido ctrico (incluyendo la conversin de GTP en ATP)2Acetil-CoA + 6H2O + 6NAD+ + 2FAD + 2ADP + 2Pi 4CO2 + 6NADH + 2FADH2 + 2CoA-SH + 2ATP

Resultado Neto:Glucosa + 10NAD+ + 2FAD + 4H2O + 4ADP + 4Pi 6CO2 + 10NADH + 4H+ + 2FADH2 + 4ATP