Fosforilación Oxidativa. Ciclo de Krebs

Dr. Jorge Huamán Saavedra

2021

Objetivos educacionales

1. Diferencia la fosforilación a nivel del sustrato de la fosforilaciónoxidativa

2. Explica la síntesis de ATP según la Teoría Quimiosmótica de Mitchell

3. Explica como funcionan los desacopladores

4. Describe las enzimas y coenzimas del Ciclo de Krebs

5. Señala la importancia del Ciclo de Krebs

6. Explica como se regula el Ciclo de Krebs

Cuestionario

1. ¿ Cuál es la diferencia entre fosforilación al nivel del sustrato y la fosforilación oxidativa?

2. ¿Cómo la teoría quimiosmótica explica la síntesis de ATP?

3. ¿Cuál es la estructura y función de F1-ATP sintetasa?

4 . ¿ Cuál es el efecto de la oligomicina ?¿Qué es un desacoplador?

5. ¿ Cuál es la importancia del Ciclo de Krebs o de los Ácidos Tricarboxílicos?

6 . ¿Cuáles son las enzimas del Ciclo de Krebs y sus cofactores?

7. ¿ Cómo se regula el Ciclo de Krebs?

FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO

• Este proceso consiste en transferir un grupo fosfato de alta energía desde una molécula fosforilada hasta el ADP, formándose ATP.

• Se aprovecha la energía que se libera al hidrolizarse el grupo fosfato de la molécula fosforilada, para transferir dicho grupo fosfato al ADP y formar ATP.

• Este tipo de fosforilación se da en la glucólisis y, también, en alguna de las etapas del ciclo de Krebs

Cárabes A, Julián A, Riveros H . Metabolismo de los carbohidratos en :Martinez F, Pardo J, Riveros H. eds. Bioquímica de Laguna y Piña 8 ed, 2018; 285

Ejemplo de fosforilación a nivel sustrato: gliceraldehido-3-P a1,3-difosfoglicérico a 3-fosfoglicérico.

Fosforilación Oxidativa . Teoría Quimiosmótica

Fosforilación Oxidativa

• Síntesis de ATP ligada a la cadena respiratoria

• La energía liberada por el paso de equivalentes reductores por la cadena respiratoria es utilizada para la síntesis de ATP

• Ocurre en la membrana interna mitocondrial

Rodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 31 ed. Mc Graw Hill 2018. Cap.7,8 y 9. Pg 113-118; 127-136

Liberación de energía por el transporte de e-

Bombeo de protones(H+) desde el la matriz al espacio intermembrana.

Generación de Gradiente electroquímico que ejerce una FUERZA PROTONMOTRIZ.

Los protones atraviesas la membrana interna mitocondrial, a través del SISTEMA ATP-sintetasa.

•ATP sintasa

Rodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 31 ed. Mc Graw Hill 2018. Cap.13 Pg 117-126;

Oligomicina

• Inhibidor de la fosforilación oxidativa

• Se une a Fo

AGENTE DESACOPLANTE

• Desacoplamiento: respiración sin síntesis de ATP

• Agentes desacoplantes: Ácidos débiles hidrofóbicos protonados en el

espacio intermembrana. Difunden rápidamente a través de la membrana,

entran en la matriz mitocondrial en donde se desprotonan.

Ejemplos: dinitrofenol

• Proteína desacoplante en la grasa parda

Rodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 30 ed. Mc Graw Hill 2016. Cap.13. Pg 127-136

Chavez E, Martinez F, Flores O. Oxidaciones biológicas y bioenergética en :MartinezF, Pardo J, Riveros H. eds. Bioquímica de Laguna y Piña 8 ed, 2018; 285

Transportadores de MIM

Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicoso Ciclo de Krebs

Destino del piruvato

• Citosol: Reducción del lactato por LDH

• Mitocondria:

Descarboxilación oxidativa: Acetil CoA: PDH .Producción

de energía

Transaminación: Alanina TGP o AlaAT . Síntesis de

aminoácidos

Carboxilación. Oxalacetato. Piruvato carboxilasa.

Gluconeogénesis

Metabolismo del Acetil CoA. Fuentes

• Glucógeno– Glucosa --Glucólisis----Piruvato---Acetil CoA

• Proteínas:----Aminoácidos---Desaminación y Oxidación

• Triglicéridos .---Lipólisis---Acidos Grasos----Beta oxidación

Metabolismo del Acetil CoA

Ciclo de Krebs

• Serie de reacciones que oxidan a la Acetil CoA y reducen coenzimas, que son reoxidadas por la cadena respiratoria

Importancia del Ciclo de Krebs

Vía común final de la oxidación áeróbica de carbohidratos , lípidos y proteínas: producen acetil CoA o intermediarios del Ciclo

NADH y FADH2 para cadena respiratoria: 11 ATP (9). Actual: 9

1 ATP por fosforilación a nivel de sustrato

Total ahora: 10

Gluconeogénesis

LipogénesisInterconversión de aminoácidos

Rodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 31 ed. Mc Graw Hill 2018. Cap.16; pg161-167

Citrato Sintasa y Aconitasa

• Citrato Sintasa: irreversible. Intermediario citroil

• Aconitasa: citrato a isocitrato. 2 pasos. Citrato a cis-aconitato y rehidratación a isocitrato. Reversible. Tiene complejo Fe-S.

El fluoroacetato se convierte en fluorocitrato que es inhibidor

de la enzima

Rodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 31 ed. Mc Graw Hill 2018. Cap.16 . Pg 161-167

Isocitrato Deshidrogenasa

• Isocitrato Deshidrogenasa: isocitrato --oxalosuccinato -- alfa cetoglutarato y reducción del NAD+ a NADH+H+. Decarboxilación : requiere Mg++ o Mn++

• 3 isoenzimas:

- NAD+ ligada a CR (mitocondrial)

- NADP+ mitocondrial

-NADP+ citosólica

Rodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 30 ed. Mc Graw Hill 2016. Cap.16 . Pg 161-167

Complejo de la CetoglutaratoDeshidrogenasa

• Complejo de la Cetoglutarato Deshidrogenasa: similar a la PDH. En la membrana interna mitocondrial.

• 5 coenzimas: difosfato de tiamina, lipoato, CoA, FAD y NAD+

• Enzimas: alfa cetoglutarato deshidrogenasa, dihidrolipoiltransscuccinilasa y la dihidrilipoil deshidrogenasa

• Unidireccional: formación de succinil CoA

• Rodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 31 ed. Mc Graw Hill 2018. Cap.16 . Pg161-167

Succinato tiocinasa

• Succinato tiocinasa (succinil CoA sintetasa): convierte el succinil CoA en succinato .Fosforilación a nivel del sustrato

• Isoenzimas: 2 en hígado y riñón, una específica para GDP y otra para ADP. El GTP se usa en la PEP carboxicinasa: gluconeogénesis. 1 que usa ADP en tejidos no gluconeogénicos

• Conexión con cetólisis: SuccinilCoA-acetoacetato-CoAtransferasa

Rodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 31 ed. Mc Graw Hill 2018. Cap.16 . Pg161-167

Succinato Deshidrogenasa, Fumarasay Malato DH

• Succinato DH: succinato a fumarato (CR)

• Fumarasa: fumarato a malato por adición de agua

• Malato Deshidrogenasa. Malato a Oxalacetato. Reduce NAD+. Equilibrio favorece a malato, pero va en dirección de oxlaacetato por consumo.

Rendimiento energético

• Por cada acetil CoA: 10 ATP

• 3 NADH----------7.5

• 1 FADH2---------1.5

• 1 FAS-------------1

Rol del Ciclo en el Metabolismo

Gluconeogénesis: fuente de oxalacetato

Reacciones anapleróticas. Proporcionan intermediarios al Ciclo:

- Piruvato Carboxilasa: oxalacetato

- Transaminasas: oxalacetato, alfacetoglutarato y piruvato

- Aminoácidos dan diversos intermediarios: piruvato, alfacetoglutarato, succinil CoA, fumarato

Rol del Ciclo de Krebs en la gluconeogénesisRodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 31 ed. Mc Graw Hill 2018. Cap.16 150-154

Vías anapleróticas: producción de intermediarios del Ciclo de Krebs

Rol del Ciclo en el Metabolismo

• Síntesis de ácidos grasos: acetil CoA a partir del citrato. Sale el citosol. Citrato Liasa

• Síntesis de aminoácidos

ATP Citrato Liasa: fuente de Acetil CoA

Regulación del Ciclo de Krebs

General y Principal: suministro de cofactores oxidados a través de control respiratorio por medio de la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa

Suministro de acetil CoA: PDH,BOxAgrasos

Particular de algunas enzimas:

Piruvato Deshidrogenasa

Citrato Sintasa

Isocitrato Deshidrogenasa

Alfacetoglutarato Deshidrogenasa

Regulación

Citrato Sintasa: inhibida por ATP y acil CoA de ácidos grasos de cadena larga. Concentración de oxalacetato ,su Km es próxima: que depende de (NADH/NAD) y de Malato DH

Isocitrato DH dep NAD: activación por ADP, inhibición por ATP y NADH

Complejo de la alfa Cetoglutarato DH, similar a la PDH: inhibida por ATP,GTP,NADH, Succinil CoA

Succinato DH: inhibida por oxalacetatoRodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 31 ed. Mc Graw Hill 2018. Cap16 150-154

Regulación del Ciclo de Krebs

Conclusiones

• La síntesis del ATP puede ocurrir por fosforilación a nivel del sustrato o por fosforilación oxidativa

• La Teoría Quimioosmótica señala que el funcionamiento de la cadena respiratoria lleva a la salida de protones por bombas en tres complejos y su regreso por Fo produce un cambio conformacional de F1

• El Ciclo de Krebs es un centro de generación de energía y de interrelaciones metabólicas

Referencias Bibliográficas

• Rodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 31 ed. Mc Graw Hill 2018. Cap.11 , 13,16 . Pg 107-112, ;117-126; 150-154

• Chávez E, Martínez F, Flores O. Oxidaciones biológicas y bioenergética :Martinez F, Pardo J, Riveros H. eds. Bioquímica de Laguna y Piña 8 ed, 2018; 393-416

• Da Poian A, Castanho M. Integrative Human Biochemistry. A textbookfor Medical Biochemistry .Springer, New York 2015; 194-2015