Fases de la respiración celular

Fase 1: los combustibles orgánicos (glucosa, ácidos grasos y algunos aminoácidos) son oxidados dando como producto compuestos de dos carbonos en forma de grupos acetilo o acetil-coenzima A. En condiciones aeróbicas, la vía glucolítica es la fase inicial del catabolismo de la glucosa, como lo es la beta oxidación del catabolismo de los ácidos grasos.

Fase 2: los grupos acetilos entran en el ciclo del ácido cítrico a través del cual se oxidan a CO2. La energía liberada por la oxidación se conserva en las coenzimas aceptoras NAD+ y FAD que se reducen a NADH y FADH2. El ciclo de los ácidos tricarboxílicos es el responsable de la oxidación total del acetil CoA.

Fase 3: Estos cofactores se reoxidan dando protones y electrones. Los electrones se transfieren desde el NADH y el FADH2 (las coenzimas se reoxidan) al oxígeno a través de la cadena de transporte de electrones. Este proceso genera un gradiente de protones (potencial electroquímico) a través de la membrana mitocondrial interna, que puede utilizarse para la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. -La cadena de transporte de electrones: necesaria para la reoxidación de las moléculas de coenzimas a expensas del oxígeno. - la fosforilación oxidativa de ADP a ATP como consecuencia de un gradiente de protones que se genera durante la cadena de transporte de electrones.

Þ El metabolismo respiratorio puede considerarse como dos procesos separados pero íntimamente relacionados:

1- el metabolismo oxidativo, en el cual electrones y protones se transfieren desde sustancias orgánicas a coenzimas oxidadas, con la consiguiente reducción de las mismas. (Fases 1 y 2)

2- la reoxidación de las coenzimas reducidas por transferencia de los electrones al O2 acompañada indirectamente por la formación de ATP. La transferencia de electrones desde las coenzimas reducidas hasta el oxígeno requiere la participación de moléculas transportadoras de electrones, este proceso se llama Cadena respiratoria. (Fase 3)

METABOLISMO OXIDATIVO: FASES 1 Y 2

FASE 1: FASE INICIAL

Las vías catabólicas hacen que los combustibles macromoleculares ingeridos o almacenados sean degradados para obtener energía. Las reacciones catabólicas resultan en:

a) La conversión de moléculas grandes y complejas a pequeñas (y finalmente CO2 y H2O).

b) Producción de energía almacenable o conservable.

c) Consumo de O2.

Las vías catabólicas que tienen como objetivo la obtención (FUENTES) de acetil CoA son: Glucólisis de la glucosa, b-oxidación de ácidos grasos libres y la desaminación y oxidación de proteínas.

Los ácidos grasos son el principal combustible y su exceso se convierte en triacilglicéridos que se depositan y a su vez de estos depósitos se liberan ácidos grasos libres que realizan b-oxidación y se oxidan a acetilCoA.

La glucosa, mediante la glucólisis aeróbica (en el citosol) produce PIRUVATO que es oxidado por la piruvato deshidrogenasa dando acetil-CoA y CO2 en una decarboxilación oxidativa. Esta reacción ocurre en la mitocondria. Además de producir acetilCoA por decarboxilación oxidativa, el PIRUVATO puede sufrir transaminación a alanina, carbocilación a oxaloacetato y reducción a lactato.

La piruvato deshidrogenasa es un complejo multienzimático y se localiza exclusivamente en mitocondrias especialmente en músculo cardíaco y riñón. La reacción que cataliza es de un DG°´ muy negativo por lo que es esencialmente irreversible.

ØTiene 3 tipos de Subunidades catalíticas (tres actividades enzimáticas diferentes):

ØCinco coenzimas o grupos prostéticos participan de esta reacción: pirofosfato de tiamina, ácido lipoico, coenzima A, FAD y NAD+.

FASE 2: CICLO DE KREBS

Es la vía final de oxidación de los combustibles y también provee intermediarios para los procesos anabólicos. El destino principal del Acetil CoA es oxidarse completamente a CO2 en este ciclo. Una de las funciones principales del ciclo es la generación de equivalentes de reducción (que luego se utilizan para generar ATP en la cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa).

1)OXOLOACETATO A CITRATO POR CITRATO SINTASA.

Condensación del grupo acetilo con la función alfa ceto del oxaloacetato.

Muy exergónica (-9), desplazada a la formación de citrato.

El citrato además es fuente de equivalentes de reducción para procesos de síntesis citosólicos, es regulador de actividad enzimática y es fuente de carbonos para la biosíntesis citosólica de pacidos grasos y esteroles.

2)CITRATO A ISOCITRATO POR ACONITASA.

Se transfiere un grupo OH a un carbono adyacente produciéndose isocitrato previa formación de un intermediario el cis-aconitato que está unido a la enzima.

3)ISOCITRATO A a-CETOGLUTARATO POR ISOCITRATO DESHIDROGENASA. (REDOX)

Es la primera reacción de deshidrogenación del ciclo.

Es una decarboxilación oxidativa.

Se produce el primer CO2.

Se genera el primer NADH.

Está muy desplazada hacia el a-cetoglutarato (-5).

Es un punto de fuga del ciclo de Krebs. El a-cetoglutarato puede producir glutamato por una reacción catalizada por la glutamato deshidrogenasa (reacción de aminación).

La enzima se activa por ADP y se inhibe por ATP, por lo que se inhibe en condiciones de alta energía. En situaciones de baja energía se estimula para acelerar la generación de energía por el ciclo.

a-CETOGLUTARATO A SUCCINIL COA POR COMPLEJO MULTIENZIMÁTICO a-CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA.4) (REDOX)

ØTiene 3 actividades enzimáticas diferentes:

Alfa cetoglutarato deshidrogenasa

Dihidrolipoil transuccilinasa

Dihidrolipoil deshidrogenasa

ØCinco coenzimas o grupos prostéticos participan de esta reacción: pirofosfato de tiamina, ácido lipoico, coenzima A (CoASH), FAD y NAD+. No está regulada por fosforilación. ATP, GTP, NADH y succinil CoA inhiben al complejo y el calcio lo activa.

El equilibrio está desplazado hacia la formación de succinil CoA. (-8).

Se produce el segundo CO2.

Se genera el segundo NADH.

El succinil CoA es un tioéster rico en energía parecido al acetil CoA.

Es un punto de fuga del ciclo de Krebs. El Succinil CoA es otro punto de ramificación metabólica porque los intermediarios pueden entrar o salir del ciclo a partir de este intermediario. Puede formarse a partir de alfa cetoglutarato o a partir de metilmalonilCoA.

Su destino metabólico incluye su conversión a succinato, su condensación con glicina da lugar a la formación de d-aminolevulinato.

5)DE SUCCINIL COA A SUCCINATO POR SUCCINILCOA SINTETASA O SUCCINATO TIOQUINASA.

La energía del enlace tioéster del Succinil CoA se conserva en una reacción de fosforilación a nivel del sustrato en este paso del ciclo. Es una reacción en la que se forma un nuevo enlace de fosfatode alta energía sin participación del oxígeno. Se forma un enlace de alta energía del GTP.

6)DE SUCCINATO A FUMARATO POR SUCCINATO DESHIDROGENASA. (REDOX)

Oxidación en la que se transfiere un electrón de cada grupo metileno adyacente del succinato al FAD unido a la succinato deshidrogenasa, formándose el donle enlace del fumarato.

El FAD reducido pasa a la cadena de transporte de electrones.

7)FUMARATO A L-MALATO POR FUMARASA.

Hidratación: Un OH y un H+ del agua se agragan al doble enlace del trans fumarato.

El malato es un punto de fuga del ciclo de Krebs. Puede ser transportado al citosol, donde genera oxaloacetato por la malico deshidrogenasa citosólica.

8)L-MALATO A OXALOACETATO POR MALATO DEHIDROGENASA. (REDOX)

Se genera el tercer NADH.

En el equilibrio predomina el malato (+7) es endergónica en la formación del oxaloacetato.

Balance Final:

1)El Grupo acetilo de dos carbonos del acetil CoA se oxida generando 2 CO2.

2)El Grupo acetilo es fuente de electrones para la transferencia a las coenzimas.

3)El rendimiento completo en compuestos que contienen energía es: 3 NADH, 1FADH2 y 1GTP. La oxidación de cada NADH dará 3 ATP y la de FADH2 2 ATP. Entonces la ganancia neta para la oxidación de cada mol de acetilCoA en el ciclo de Krebs es de 12 moles de ATP.