Post on 23-Jan-2016
Dr. Juan Pablo DamiánÁrea de Bioquímica
Facultad de Veterinaria, Montevideo, Uruguay. UdelaR
Ciclo de Krebs(Ciclo del ácido cítrico)
Hans Adolf Krebs
Alemania
Inglaterra
En 1932, se traslada a laUniversidad de Friburgo, y en conjunto con el bioquímicoKurt Henseleit, descubre las reacciones involucradas en el
ciclo de la úrea
Urea synthesis in mammalian liver [5], Krebs, H.A. 1943 . Nature 151 (3818), pp. 23
Premio Nobel de Fisiología y Medicina, 1953Krebs y Lipmann
THE INTERMEDIATE METABOLISM OF CARBOHYDRATES Krebs, H.A. 1937 The Lancet 230 (5952), pp. 736-738
Citedby
1) Introducción- Fuentes de acetato.- Ubicación del ciclo en el mapa metabólico y en la célula. - Condiciones energéticas 2) Reacciones del ciclo 3) Balance global4) Regulación5) Funciones anabólicas6) Reacciones anapleróticas
Objetivos:
Comprender la importancia del Ciclo de Krebs en el metabolismo.Conocer las reacciones del Ciclo de Krebs y su regulación.
1) Producción de
Acetil-CoA
3) Transferencia e-
y fosforilación oxidativa
2) Oxidación de
Acetil-CoA
Modificado Fig. 16-1 de Lehninger
Ubicación del Ciclo de Krebs Ubicación del Ciclo de Krebs en la respiración celularen la respiración celular
Ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico) es una ruta cíclica constituida por una secuencia de 8 reacciones.
O
CH3-C-S-CoA
Acetil-CoA:
La entrada de casi todos los “combustible” al Ciclo de Krebs es como Acetil-CoA (grupo acetilo activado).
¿En que ruta se oxida Acetil-CoA?
O
CH3-C-S-CoA
que es el Acetil-CoA?
1) producto de la degradación de los carbohidratos, lípidos y aminoácidos.
2) compuesto de “alta energía”, ∆G’o = -31.5 kJ/mol (hidrólisis del enlace tioester, más exergónica que la del ATP que es -30.5 KJ/mol).
3) Es el principal combustible del ciclo de Krebs.
Es en la mitocondria donde se realizan todas las reacciones del Ciclo de Krebs
Lehninger (1917-1986)
¿Donde se realiza el ciclo de Krebs?
Fases o Etapas de la respiración
Mitocondria
Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico): es una ruta cíclica constituida por una secuencia de 8 reacciones, mediante el cual se oxida el AcetilCoA y se conserva la energía de oxidación en forma de coenzimas reducidos.
Localización: mitocondriaLocalización: mitocondriaCiclo de Krebs
Lehninger (1917-1986)
1948 - Kennedy & Lehninger;1948 - Kennedy & Lehninger; Todas las reacciones del ciclo de Krebs se ubican en la mitocondriaTodas las reacciones del ciclo de Krebs se ubican en la mitocondria
Membrana externa
Membrana interna
Matriz
Crestas
Complejo de la Piruvato Deshidrogenasa
Enzimas del Ciclo de Krebs (7 matriz y 1 membrana
interna)
Citosol
Membrana externa
Membrana interna
Matriz
Cara externa
Cara externa
Cara interna
Cara interna
Donde se producen la mayor parte de las reacciones oxidativas que liberan energía y se acoplan a la síntesis de ATP.
Cte- y FOx
AG a AcetilCoADegradación Ox de aas
Membrana externa
Membrana interna
mitocondria
Matriz
Membrana interna
Membrana externa
Es en la mitocondria donde se realizan todas las reacciones del Ciclo de Krebs
Lehninger (1917-1986)
1948 - Kennedy & LehningerEN LA MITOCONDRIA, ¿DONDE SE LOCALIZAN LAS ENZIMAS DEL CICLO DE KREBS?
1 en membrana mitocondrial interna
7 en matriz mitocondrial
Complejo Piruvato Deshidrogena también en matriz mitocondrial
Reacciones
del Ciclo de Krebs
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
OCH2
COO-
CH2
C SCoA
O
CH3 C SCoA
O
COO-
CH2
CH2
COO-
COO-
CH
CH
COO-
COO-
C ―H
HC ―H
COO-
HO
CO2
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
Descarboxilaciónoxidativa
Fosforilación a nivel de sustrato
Deshidrogenación
Hidratación
Deshidrogenación
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Forma abierta Forma cerrada
Unión al OA
Enzima homodiméricacada subunidad tiene 2 dominios, Grande y rígidoY otro pequeño y flexible, el sitio activo se sitúa entre los dos.
CH3 C S-CoA
O
HO
CH2 C
C COO-
O C COO-
CH2 COO-
CH2 COO-
O
O-
Citrato sintasaOxalacetato
Citrato
CoA-SHH2OAcetil CoA
1
∆G’o = -32.2 kJ/molGrupo carbonílico C2
Condensación
Citrato sintasa: se cristalizo y se dedujo su estructura por difracción con rayos X
Forma abierta
Forma cerrada
Cada subunidad: dos dominios 1 rígido y otro mas pequeño flexible, SA situado entre los dos
Unión de OA induce cambio conformación en el flexible, aparición de sitio de unión para Acetil coA
1er sustrato
El oxalacetato, primer sustrato que se une al enzima, induce un cambio conformacional en el dominio flexible, que provoca la aparición de un sitio de unión para el segundo sustrato, el acetil-CoA.
El AcetilCoA al perder o ceder un protón al Asp 375 seConvierte en un intermediario enolato, este interm. se estabiliza por formación de puentes de hidrógeno conla His274.
El enolato se reordena para atacar el carbono carbonílico del oxalacetato, la Hist 320 actúa comoUn ácido gral.La condensación restante genera citril-CoA
El tioéster se hidroliza a continuación, regenerando CoA-SH y produciendo citrato.
Se forma “citril-CoA” (intermediario) cuya hidrolisis hace que la reacción sea muy exergonica.
unión tioéster del Acetil-CoA activa los H metilicos y Asp capta protón del grupo metilo dando un intermediarioEnolato estabilizado por puentes de H y/o protonización de His
El enolato se reordena y ataca el C carbonilo del oxalacetato con la His en posición de captar el protón que había cedido (His actúa como un ácido general) La condensación resultante genera citril CoA
3 cadenas laterales se orientan p/catalisis
flechas=movimiento de e-
Hidrólisis del tioéster regenerando CoA-SH y dando citrato
Unión al OA
CH3 C S-CoA
O
HO
CH2 C
C COO-
O C COO-
CH2 COO-
CH2 COO-
O
O-
Citrato sintasaOxalacetato
(OA) Citrato
CoA-SHH2OAcetil CoA
1
∆G’o = -32.2 kJ/mol
Unión de OA induce cambio conformacional, provoca aparición del sitio de unión para acetil-CoA. Se forma “citril-CoA” (intermediario) cuya hidrolisis hace que la reaccion sea muy exergonica.
Reacción fundamental para el funcionamiento global del ciclo debido a la baja concentración de oxalacetato (<10-6M).
1) Condensación de OA (4 C) y acetil-CoA (2 C) para dar citrato (6 C).
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH3 C SCoA
O
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
Aconitasa (aconitato hidratasa)
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
Isomerización
CH2 C
C COO-
C COO-
O-
H
H
Citrato Isocitrato
O
HO
CH2 COO-
C COO-
C COO-
H
cis-Aconitato
H2O
aconitasa aconitasa
2
La aconitasa hidratasa cataliza la transformación reversible del citrato en isocitrato a través de la formación intermedia de ác tricarboxílico cis-aconitato. Que normalmente no se disocia del centro activo
∆G’o = 13.3 kJ/mol
En la célula la reacción transcurre a la derecha gracias a la rapidez del consumo de isocitrato en el siguiente paso del ciclo, entonces disminuye su concentración
Aconitasa cambia OH del C2 al C3 (se forma el intermediario “Cis-aconitato”que no se desprende de la enzima).
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
Isomerización
CH2 C
C COO-
C COO-
O-
H
H
Citrato Isocitrato
O
HO
CH2 COO-
C COO-
C COO-
H
cis-Aconitato
H2O
aconitasa aconitasa
2
∆G’o = 13.3 kJ/mol
La aconitasa contiene unCentro ferro-sulfurado que actúa como centro de fijación de sustratos en el centroactivo, catalítico y como en la adición o eliminación de agua.
Centro ferro-sulfurado
Aconitasa
Residuo básico de Ecolabora (posiciona Citrato en sitio activo)
3 Residuos de Cys unidos a Fe, 1 al carboxilo (también interactúa con OH) del citrato
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NAD+
Isocitrato deshidrogenasa
se oxida el isocitrato y se reduce el NAD+, un grupo carboxilo sale como CO2.
3) Descarboxilacion oxidativa
3. Oxidación del isocitrato a -cetoglutarato y CO2
Existen dos formas diferentes de isocitrato deshidrogenasa:• NAD dependiente (matriz mitocondrial)• NADP dependiente (matriz mitocondrial y citosol)
Isocitrato deshigrogenasa
Mn2+
H
CH2 COO-
CH COO-
C HHO
Isocitrato
CH2 COO-
C COO-
C O
C
∆G’o = -20,9 kJ/mol
H
O-O
Mn2+
CH2 COO-
C H+
C O-
C
H
O-O
CH2 COO-
C H
C O-
C
H
O-O
NAD+ NADH + H+
O-O
C
CO2
Descarboxilación oxidativa del isocitrato
Oxalosuccinato -cetoglutarato
1 2 3
intermediario enol
OxidaciónTransferencia deIon hidruro
Eliminación de e- por Mn2+ unido facilita descarboxilación
Reordenamiento del intermediario enol genera α-cetoglutarato
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
4
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O Succinil-CoA
CoA-SHCO2
4. Oxidación de -cetoglutarato a succinil-CoA y CO2
CH2 COO-
C H
C O-
C
H
O-O
-cetoglutarato
CH2 COO-
C H
C S-CoA
O
H CO2+
NAD+ NADH + H+CoA-SH
Succinil-CoA
Descarboxilación oxidativa del -cetoglutarato
∆G’o = -33.5 kJ/mol
Complejo multienzimático de la “α-cetoglutarato deshidrogenasa”
Paso 4: Descarboxilación oxidativa
Posee 3 enzimas homólogos a (E1, E2, E3) de la piruvato desh
5 Cofactores (TPP, lipoato, FAD, CoA y NAD)
El complejo de la α-cetoglutaratodeshidrogenasa es muy parecido alcomplejo piruvato deshidrogenasa,tanto en estructura como en función
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
4
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
COO-
CH2
CH2
COO-
Fosforilación a nivel de sustrato
Succinil-CoASuccinato
CoA-SHCO2
GDP
5Succinil-CoA sintetasa
5. Conversión del Succinil-CoA e Succinato
Succinil-CoA sintetasa
La formación acoplada de GTP (o ATP) aexpensas de la energía liberada por la decarboxilación oxidativa del α-ceto ceto-glutarato glutarato es otro ejemplo de fosforilación a nivel del sustrato
CH2 COO-
C H
C S-CoA
O
H
Succinil-CoA
COO-
C H
C H2
H
COO-
GTPGDP + Pi CoA-SH
∆G’o = -2,9 kJ/mol
Fosforilación a nivel de sustrato
Succinato
5. Conversión del Succinil-CoA en Succinato
Succinil-CoA sintetasa
La formación acoplada de GTP (o ATP) aexpensas de la energía liberada por la decarboxilación oxidativa del α-ceto ceto-glutarato glutarato es otro ejemplo de fosforilación a nivel del sustrato
CH2 COO-
C H
C S-CoA
O
H
Succinil-CoA
GTPGDP + Pi CoA-SH
∆G’o = -2,9 kJ/mol
El succinil-CoA tiene un enlace tioéster con una energía libre de estándar de Hidrólisis que es altamente negativa (∆G’o = -36 kJ/mol). La energía liberada enLa rotura de este enlace se utiliza para promover la síntesis de un enlace Fosfoanhídrido del GTP o del ATP con una variación neta de ∆G’o = -2,9 kJ/mol
Succinato
COO-
C H
C H2
H
COO-
Succinil-CoA sintetasa
En tres pasos:1)El sucinil-CoA se une al enzima, y un grupo fosforilo
sustituye al CoA del succinil-CoA, y se forma un acil fosfato de alta energía.
2)El succinil fosfato dona el grupo fosforilo a un residuo de His del enzima, y se forma un fosfohistidil enzima de elevada energía
2)El grupo fosforilo es transferido desde el res His al fosfato terminal de GDP formando GTP.
5. Conversión del Succinil-CoA e Succinato
Succinil-CoA sintetasa
CH2 COO-
C H
C S-CoA
O
H
Succinil-CoA
GTPGDP + Pi CoA-SH
∆G’o = -2,9 kJ/mol
Fosforilación a nivel de sustrato
Nucleosido difosfatasa quinasa
GTP + ADP GDP + ATP ΔG´°= 0 kJ/mo
Succinato
COO-
C H
C H2
H
COO-
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
4
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
COO-
CH2
CH2
COO-
Fosforilación a nivel de sustrato
Succinil-CoASuccinato
CoA-SHCO2
GDP
COO-
CH
CH
COO-
5
6Fumarato
Succinato deshidrogenasa membrana mitocondrial interna
6) Oxido-reducción.
6. Oxidación del Succinato a Fumarato
Succinatodeshidrogenasa
Succinato Fumarato
COO-
C H2
C H2
COO-
FAD FADH2
∆G’o = 0 kJ/mol
COO-
C H
CH
COO-
6. Oxidación del Succinato a Fumarato
Succinatodeshidrogenasa
Succinato Fumarato
COO-
C H2
C H2
COO-
FAD FADH2
∆G’o = 0 kJ/mol
Citosol
Membrana externa
Matriz
Cara externa
Cara externa
Cara interna
Cara interna
COO-
C H
CH
COO-
Complejo II: Succinato Deshidrogenasa
Ciclo de Krebs
Complejo II: Succinato Deshidrogenasa
FumaratoSuccinato
FADH2 + Q FAD + QH2
6. Oxidación del Succinato a Fumarato
Succinatodeshidrogenasa
Succinato
CH2 COO-
C H
CH
COO-
Fumarato
COO-
C H2
C H2
COO-
FAD FADH2
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
4
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
COO-
CH2
CH2
COO-
Fosforilación a nivel de sustrato
Succinil-CoASuccinato
CoA-SHCO2
GDP
COO-
CH
CH
COO-
5
6Fumarato
Succinato deshidrogenasa
COO-
COO-
Malonato (análogo succinato) CH2 inhibidor competitivo
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
4
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
COO-
CH2
CH2
COO-
Fosforilación a nivel de sustrato
Succinil-CoASuccinato
CoA-SHCO2
GDP
COO-
CH
CH
COO-
5
6
COO-
C ―H
HC ―H
COO-
HO
Hidratación
7
Fumarato
L-Malato
Fumarasa (fumarato hidratasa),estereoespecífica
7. Hidratación del Fumarato a Malato.
Esta enzima es específica para el fumarato y el L-malato
COO-
C H
CH
COO-
Fumarato
COO-
C H
CH
COO-
HO
H
L-Malato
H2O
∆G’o = -3,8 kJ/mol
Fumarasa
Cataliza la hidratación del doble enlace en trans del fumarato
CisTrans
7. Hidratación del Fumarato a Malato.
Esta enzima es específica para el fumarato y el L-malato
COO-
C H
CH
COO-
Fumarato
COO-
C H
CH
COO-
HO
H
L-Malato
H2O
∆G’o = -3,8 kJ/mol
Fumarasa
COO-
C H
CH
COO-
Fumarato
COO-
C H
CH
COO-
HO
H
L-Malato
OH-
Fumarasa
COO-
C H
CH
COO-
HO
H+
Estado de transicióncarbanión
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
4
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
COO-
CH2
CH2
COO-
Fosforilación a nivel de sustrato
Succinil-CoASuccinato
CoA-SHCO2
GDP
COO-
CH
CH
COO-
5
6
COO-
C ―H
HC ―H
COO-
HO
Hidratación
7
Deshidrogenación
8
L-Malato
Fumarato
NAD+
8. Oxidación del malato a oxalacetato
COO-
C
CH
COO-
Oxalacetato
COO-
C H
CH
COO-
HO
H
L-MalatoL- Malato deshidrogenasa
O
H
∆G’o = 29,7 kJ/mol
NAD+ NADH + H+
El Oxalacetato es eliminado continuamente por la reacción altamente exergónica de la citrato sintasa. Esto mantiene la concentración de oxalacetato relativamente baja <106M, lo que empuja la reacción de la malato deshidrogenasa hacia la formación de oxalacetato
1 sola molécula de Oxalacetato es usada para catalizar un gran número de Acetil
CoA
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
4
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
COO-
CH2
CH2
COO-
Fosforilación a nivel de sustrato
Succinil-CoASuccinato
CoA-SHCO2
GDP
COO-
CH
CH
COO-
5
6
COO-
C ―H
HC ―H
COO-
HO
Hidratación
7
Deshidrogenación
8
L-Malato
Fumarato
NAD+ ∆G’o = -32.2 kJ/mol
∆G’o = 29,7 kJ/mol
• equilibrio de reacción desplazado a la formación de malato• [oxalacetato] (<10-6M) si es utilizado continuamente (citrato sintasa) • empuja la reacción a la formación de oxalacetato
1) Introducción- Fuentes de acetato.- Ubicación del ciclo en el mapa metabólico y en la célula. - Condiciones energéticas 2) Reacciones del ciclo 3) Balance global4) Regulación5) Funciones anabólicas6) Reacciones anapleróticas
Objetivos:
Comprender la importancia del Ciclo de Krebs en el metabolismo.Conocer las reacciones del Ciclo de Krebs y su regulación.
proteínas
aminoácidos
glucógeno
glucosa
triacilglicéridos
ácidos grasos
Acetil CoA
piruvato
Ciclo de Krebs
CO2
CO2
Descarboxilación oxidativadel Piruvato
4C +2C6 C4 C
1 sola molécula de Oxalacetato es usada para catalizar un gran número de Acetil-CoA
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
4
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
COO-
CH2
CH2
COO-
Fosforilación a nivel de sustrato
Succinil-CoASuccinato
CoA-SHCO2
GDP
COO-
CH
CH
COO-
5
6
COO-
C ―H
HC ―H
COO-
HO
Hidratación
7
Deshidrogenación
8
L-Malato
Fumarato
NAD+
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
4
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
COO-
CH2
CH2
COO-
Fosforilación a nivel de sustrato
Succinil-CoASuccinato
CoA-SHCO2
GDP
COO-
CH
CH
COO-
5
6
COO-
C ―H
HC ―H
COO-
HO
Hidratación
7
Deshidrogenación
8
L-Malato
Fumarato
NAD+
Balance global
del Ciclo de Krebs
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
Condensación
Isomerización
DescarboxilaciónOxidativa
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
4
NAD+
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
COO-
CH2
CH2
COO-
Fosforilación a nivel de sustrato
Succinil-CoASuccinato
CoA-SHCO2
GDP
COO-
CH
CH
COO-
5
6
COO-
C ―H
HC ―H
COO-
HO
Hidratación
7
Deshidrogenación
8
L-Malato
Fumarato
NAD+
Entradas salidas
1) Oxalacetato + Acetil-CoA + H2O
Citrato + CoA
2) Citrato + H2O Isocitrato + H2O
3) Isocitrato + NAD+ α-cetoglutarato + NADH + H+ + CO2
4) α-cetoglutarato
+ NAD+ + CoA
Succinil-CoA + CO2
+ NADH + H+
5) Succinil-CoA + GDP + Pi Succinato + GTP + CoA
6) Succinato + FAD Fumarato + FADH2
7) Fumarato + H2O L-malato
8) L-malato + NAD+ Oxalacetato + NADH + H+
Ecuaciones igualadas para cada reacción del Ciclo de Krebs
Entradas salidas
1) Oxalacetato + Acetil-CoA + H2O
Citrato + CoA
2) Citrato + H2O Isocitrato + H2O
3) Isocitrato + NAD+ α-cetoglutarato + NADH + H+ + CO2
4) α-cetoglutarato
+ NAD+ + CoA
Succinil-CoA + CO2
+ NADH + H+
5) Succinil-CoA + GDP + Pi Succinato + GTP + CoA
6) Succinato + FAD Fumarato + FADH2
7) Fumarato + H2O L-malato
8) L-malato + NAD+ Oxalacetato + NADH + H+
Ecuaciones igualadas para cada reacción del Ciclo de Krebs
Entradas: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2OSalidas: 3 NADH + 3 H+ + FADH2 + 2 CO2 + GTP + CoA
Isocitrato (6 C)
-cetoglutarato(5 C)
Succinil CoA (4 C)
Succinato (4 C)
Fumarato (4 C)
L-Malato (4 C)
Oxalacetato(4 C)
Citrato (6 C)
Acetil CoA (2 C)
Balance Global
CoA + 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP NAD+
NADH +H+
CO2
CO2
CoASHNAD+
NADH +H+
H2O
GTP GDP + Pi
CoASH
NADH +H+
NAD+
Acetil CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O
FADH2
FAD
Energía3 NADH + FADH2 + GTP
O C
COO-
CH2
COO-
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
CH3 C SCoA
O
CO2
Acetil CoA
oxalacetato HO
CH2 C
C COO-
C COO-
O
O-
H
H
Panorámica del ciclo de Krebs
Citrato
Isocitrato
α-cetoglutaratoCH2
COO-
CH2
C SCoA
O
4CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
COO-
CH2
CH2
COO- Succinil-CoASuccinato
CO2
COO-
CH
CH
COO-
5
6
COO-
C ―H
HC ―H
COO-
HO
7
8
L-Malato
Fumarato
Destino de los Carbonos del Acetil CoA
Los 2 C del Acetil CoA salen en una vuelta del ciclo?
3) Transferencia e-
y fosforilación oxidativa
2) Oxidación de
Acetil-CoA
Modificado Fig. 16-1 de Lehninger
Respiración celularRespiración celular
produceNADH FADH2
¿Donde se reoxidan?
Cadena de transporte de e-
produce ATP
Modelo quimiosmótico: e- del NADH, FADH2 y otros sustratos oxidables se reoxidan en la CT e-
e-e-
Rendimiento energético en cada vueltadel Cilo de Krebs
3 x 2.5 ATP + 1 x 1.5 ATP +1 ATP
10 ATP
3 NADH + 1 FADH2 +1 GTP
En la Fosforilación Oxidativa:
1 NADH 2,5 ATP
1 FADH2 1,5 ATP
Reducción de CoE y formación de ATP en oxidación aeróbica de la glucosa (glucólisis, descarboxilación oxidativa del pir., CK, Cte y FO)
Reacción ATP/Co E ATP
Glucosa a G-6-P - 1 ATP -1
F-6-P a F1,6BP - 1 ATP -1
2) GAP a 2) 1,3BPG 2 NADH 5 (3)
2) 1,3BPG a 2) 3PG 2 ATP 2
2) Fosfoenolpiruvato a 2) piruvato 2 ATP 2
2) Piruvato a 2) acetil-CoA 2 NADH 5
2) Isocitrato a 2) α-cetoglutarato 2 NADH 5
2) α-cetoglutarato a 2) succinil-CoA 2 NADH 5
2) succinil-CoA a 2) succinato 2 ATP (2GTP) 2
2) Succinato a 2) fumarato 2 FADH2 3
2) Malato a 2) oxalacetato 2 NADH 5
Total 30-32
10 ATP/vuelta
C. K.
X 2=20 ATP
PDH
Glucólisis
5 o 7 ATP
Fases o Etapas de la respiración
Mitocondria
Lactato
Sin Oxígeno, el piruvato no entra en la mitocondriaOxidándose de forma incompleta a lactato.
ATP ATP
Fases o Etapas de la respiración
ATPATP
ATP
ATPATP
ATP
ATPATP
ATPATP
ATPATP
ATPATP
ATPATP
ATPATP
ATPATP
ATP
ATPATP
ATPATP
ATPATP
ATPATP
ATPATP
ATPATP
En presencia de Oxígeno….
Partiendo de glucosa se generan 32-30 ATP
¿Qué porcentaje de la “energía de la glucosa” se conserva en forma de ATP?
Datos: glucosa a CO2 y H2O en calorímetro ∆G’o = - 2840 kJ/mol
Hidrólisis de ATP a ADP + Pi ∆G’o = - 30.5 kJ/mol
34 % en condiciones estándar
Síntesis de 1 ATP ….. 30.5 kJ/mol 32 ATP …… X = 976 kJ/mol 2840 kJ/mol ….. 100%
976 kJ/mol …... X = 34 %
65 % en condiciones fisiológicas
energía de oxidaciones de C K se conserva eficientemente!!
Regulación
del Ciclo de Krebs
Variaciones de energía libre (kJ/mol)en condiciones estándar y fisiológicas de las reacciones
del Ciclo de Krebs Enzima ∆G’o ∆G’
1 citrato sintasa -31.5 negativo
2 aconitasa +5 0
3 isocitrato deshidrogenasa -21 negativo
4 complejo α-cetoglutarato deshidrogenasa
-33 negativo
5 succinil-CoA sintetasa -2.1 0
6 succinato dehidrogenasa +6 0
7 fumarasa -3.4 0
8 malato deshidrogenasa +29.7 0
Reacciones 1, 3 y 4 son irreversibles reacciones de control del flujo
Isocitrato (6 C)
-cetoglutarato(5 C)
Succinil CoA (4 C)
Succinato (4 C)
Fumarato (4 C)
L-Malato (4 C)
Oxalacetato(4 C)
Citrato (6 C)
Acetil CoA (2 C)
CO2
CO2
NADH
NADH
NADH
FADH2
GTP
1
2
3
4
5
6
7
8
Citrato Sintasa
Aconitasa
Isocitrato desidrogenasa
Complejo de la Cetoglutaratodeshidrogenasa
Succinil CoA Sintetasa
Succinato Deshidrogenasa
MalatoDeshidrogenasa
Fumarasa
Reacciones alejadas del equilibrio
3 reacciones irreversibles
5 reacciones reversibles
∆G’ negativo
Regulación estricta pero sencilla
• Consumo de O2• reoxidación del NADH están acopladas • producción de ATPMecanismo de regulación por retroalimentación quecoordina producción de NADH con consumo energético.
• Regulación por:- disponibilidad de sustrato
- inhibición por producto - inhibición competitiva por intermediarios del ciclo
Acetil-CoA y oxalacetatoNADHNADH
Citrato, succinil-CoA, ATP
[acetil-Coa] y [oxalacetato][acetil-Coa] y [oxalacetato] normalmente normalmente no saturan la citrato sintasa
Reacción 1, E Citrato sintasa: inhibida por: alta [NADH], [ATP], [citrato], [succinil-CoA]
inhibidores competitivos: citrato de oxalacetato succinil-CoA de CoA
aumenta actividad por: [acetil-CoA] y [ oxalacetato] (sustratos, no saturan E)
Reacción 3, E Isocitrato deshidrogenasa: inhibida por: alta [NADH], [ATP] (- producto)activada por: alta [ADP], [Ca2+]
Reacción 4, E Complejo α-cetoglutarato deshidrogenasainhibida por: alta [NADH] y [succinil-CoA] (- producto) activada por: alta [ADP], [Ca2+].
Estas enzimas constituyen puntos en los que se regula el flujo a través del ciclo
E2E1 E3
PI
II
Protein kinasa
Protein fosfatasa
-cetoglutarato
Succinil CoA
L-Malato
Oxalacetato Citrato
Acetil CoA
NADHNADH
FADH2
Isocitrato
Succinato
Fumarato
GTP
ATPCoA,NAD+, AMP, Ca2+
NADH, ATP,Succinil CoA, citrato
ATP,
Succinil CoA, NADH
Citrato sintasa
Isocitrato deshidrogenasa
cetoglutarato deshidrogenasa
Regulación covalente
Regulación alostérica Piruvato
Complejo de la PiruvatoDeshidrogenasa
NADH, Acetil CoA
ADP, Acetil CoA, Oxalacetato
ADP, Ca2+
ADP, Ca2+
NADH
E2E1 E3
OH
I
II
Protein kinasa
Protein fosfatasa
Inactiva E1Activa E1
Canalización de sustratos contribuye a la catálisis
Elevada concentración de E favorece su asociación
Extracto de células rotas la dilución en buffer disminuye la 100 a 1000 veces
En C de K Puede darse canalizaciónde sustratos
Por que es tan complicada la oxidación del Acetato a CO2?
• Ciclo de Krebs es el núcleo del metabolismo intermediario.
No representa la vía más corta de Acetato a CO2 pero es la que a través del tiempo ha conferido mayores ventajas selectivas.
• Productos de muchos procesos catabólicos alimentan el Ciclo.
• Intermediarios del ciclo son utilizados como precursores en distintas vías metabólicas!!!!
Ciclo de Krebs• Involucra procesos de degradación y conservación de
energía
• Intermediarios del ciclo solo se requieren en concentraciones catalíticas para mantener la función degradativa del Ciclo
• Varias vías biosintéticas utilizan intermediarios del ciclo como material de inicio en la biosíntesis
Sin embargo…
(anabolismo)
(catabolismo)
Vía Anfibólica
tiene funciones catabólicas y anabólicas
Ciclo de KrebsLas reacciones que utilizan (“agotan”) intermediarios del ciclo se denominan catapletoricas (del griego “cata” = descendente “pletorikos”= llenar)
• Gluconeogénesis (OA): biosíntesis de glucosa implica la conversión de OA en
malato o aspartato para transportarse al citosol
Citrato liasa
•Biosíntesis de porfirinas (succinil-CoA):succinil-CoA es intermediario en síntesis del anillo de porfirina de los grupos hemo, importantes en transporte de O2 y electrones
• Biosíntesis de amino ácidos (α-cetoglutarato y OA):son iniciadores de la síntesis, desaminación de
α-cetoglutarato+NADH+H + +NH4+
Glu+NAD +
+H2OGlu deshidrogenasa
OA + Ala Asp. + Piruvatotransaminación
Reacciones Anapleróticas
Los intermediarios que “salen” del ciclo de Krebs, se deben reponer!!!!Las reacciones que reponen intermediarios del ciclo se denominan anapleróticas
ReacciónReacción Tejido/organismoTejido/organismo
Piruvato Piruvato carboxilasacarboxilasa
Hígado, RiñonHígado, Riñon
Entrada Entrada PropionatoPropionato
Hígado (rumiantes)Hígado (rumiantes)
PEP PEP CarboxiquinasaCarboxiquinasa
Corazón, Músc. Corazón, Músc. esqueléticoesquelético
Enzima MálicoEnzima Málico Todos,hepatocitos, Todos,hepatocitos, adipocitosadipocitos
HCO3-
ATP
ADP Pi
+
4 subunidades idénticasCada una tiene Biotina (vit) como grupo prostético
Biotina: transportadorespecializado de grupos monocarbonados en su forma más oxidada
La PC tiene 4 subunidades idénticas, cada una tiene una molécula de biotina unida covalentemente a través de un enlace amida al grupo e-amino de un residuo específio de Lys en el sitio activo del enzima.
biotina (grupo prostetico de la E, transporta CO2)
Bicarbonato es activado por ATPformandoCarboxifosfato
Anclaje de Biotina a E
Los grupos carboxilo son activados en una reacción que rompe el ATP y une CO2 (del bicarbonato) a la biotina ligada al enzima
La carboxilación del piruvato tiene lugar en dos pasos: 1) un grupo carboxilo proveniente del bicarbonato se une a la biotina
Este CO2 (activado) se transfiere entonces al aceptor (piruvato) en un a reacción de carboxilación.
Y 2) a continuación el grupo carboxilo se transfiere al piruvato para formar oxalacetato. Estos dos pasos tienen lugar en sitios activos diferentes.
.
Se formar oxalacetato.
Glucosa
Neoglucogénesis
RUMENGlucosa
PiruvatoGlucólisis
LactatoLactato deshidrogenasa
Lactil-CoA
Acrilil-CoA
Propionil-CoA
Propionato
oxalacetato
malato
fumarato
succinato
Hígado
Propionato
Propionato
Propionil-CoACoASH
ATP
AMP
D-Metilmalonil-CoA
CO2ATP
AMP
Succinil-CoA
Reorganización C.K.
oxalacetato
Glucosa
sangre
sangre
1
1Tiocianasa, o Acil-CoA sintetasa2
2Propionil-CoA carboxilasa-Metilmalonil-CoA 3
3
Metilmalonil-CoA racemasa4Metilmalonil-CoA mutasa4
Vía malato
Otrostejidos
L-Malato
Todos,hepatocitos, adipocitos
TAGTAG
AGAG
OH
CH2 C
C COO-O C
COO-
CH2
COO-
C COO-
O
O-
H
H
H
CH2 COO-
CH COO-
C COO-
H
HO
Isocitrato
-cetoglutarato
CH2 COO-
CH2
C COO-
O
Succinil CoA
CH2
COO-
CH2
C SCoA
O
CH3 C SCoA
O
Succinato
COO-
CH2
CH2
COO-
COO-
CH
CH
COO-
Fumarato
COO-
C ―H
HC ―H
COO-
HO
L-Malato
OxalacetatoCitrato
CO2
CO2
Ciclo de Krebs
Hepatocito
Gotas de lípidos
C de Krebs
Ácidos grasos Acetil-CoA
Oxalacetato
Glucosa
Exportada: combustible para cerebro y otros tejidos
Formación de cuerpos cetónicos
AcetoacetatoΒ-hidroxibutiratoAcetona
ExportadosFuente de energía: CorazónMúsculo esqueléticoRiñóncerebro
Alta [CC] en:InaniciónDiabetesOveja gestación múltipleVaca posparto(gran demanda energética)
Si el Acetil CoA no es utilizado en el ciclo de Krebs
Glucosa
Glucosa-6-P
Fructuosa-6-P
Fructuosa -1,6-BP
Gliceraldehído-3-PDHAP
1,3-B-P
3-PG
2-PG
PEP
PiruvatoOXA
PC
PEPCK
F16Pasa
G6Pasa
Proteínas
aminoácidos
aminoácidos
Intermediarios del C. K.
Propionato
Lactato
TAGTAG
AGAG
GlicerolGlicerol
Músculo
Lactato
Producto
-cetoglutarato
Succinil CoAL-Malato
Oxalacetato
Citrato
Acetil CoA
Piruvato
PiruvatoCarboxilasa
Aminoácidos
Glutamato
Aminoácidos
Fumarato
Aminoácidos
Aminoácidos
Propionato
LeucinaLeucinaLisinaLisinaTirosina Tirosina FenilalaninaFenilalaninaTriptófanoTriptófano
Leucina Leucina Isoleucina Isoleucina TriptófanoTriptófano
Acetoacetil-CoAAcetoacetil-CoA
Ciclo Ciclo de de
KrebsKrebs
GlucosGlucosaa
IsocitratoIsocitratoFumaratoFumarato
AlaninaAlaninaCisteínaCisteínaGlicinaGlicinaSerinaSerinaTriptófanoTriptófano
-Cetoglutarato-Cetoglutarato
Piruvato Acetil-CoAAcetil-CoA
Oxaloacetato Oxaloacetato AsparaginaAsparaginaAspartatoAspartato
AspartatoAspartatoTirosinaTirosinaFenilalaninaFenilalanina
Succinil-CoASuccinil-CoA
MetioninaMetioninaValinaValinaTreonina Treonina IsoleucinaIsoleucina
ArgininaArgininaHistidinaHistidinaGlutaminaGlutaminaProlinaProlina
CitratoCitrato
GlutamatoGlutamato
Cuerpos Cuerpos cetónicocetónico
ss
El ayuno conduce al catabolismo de aminoácidos glucogénicos.El ayuno conduce al catabolismo de aminoácidos glucogénicos.
CO2
CO2
Los aminoácidos estándar entran al ciclo de Los aminoácidos estándar entran al ciclo de Krebs para ser oxidados.Krebs para ser oxidados.
El piruvato para ser oxidado en el ciclo de Krebs.
•Debe ser convertido primero a oxaloacetato.•Es convertido primero a acetil-CoA por descarboxilación oxidativa.•Requiere bajos niveles de NAD porque este compuesto va inhibir el proceso.•Es realizado por una enzima que lo convierte a Acetil CoA•Requiere solamente TPP como cofactor•Requiere de un Complejo Multienzimatico ubicado en la matriz mitocondrial•Debe ser transportado desde el citosol a la mitocondria•Requiere el “Complejo de la Piruvato Deshidrogenasa” que tiene TPP, Lipoato, FAD, NAD y CoA como cofactores.•Debe ser descarboxilado en una reacción que en condiciones fisiológicas es reversible
El ciclo de Krebs:
•produce acetil-CoA•consume GTP•produce ATP indirectamente•es catalizado por un único complejo multienzimático•se realiza por E mitocondriales y citosolicas•produce 3 NADH por cada vuelta del ciclo•Salen 2 CO2 por vuelta del ciclo•la conversión de succinato a fumarato es la única reacción catalizada por una enzima unida a la MMI•Produce un GTP por fosforilación oxidativa•es inhibido por altas concentraciones de NADH y de ATP•Solo tiene funciones catabólicas•Es una vía Anfibólica •Es estimulado por altas concentraciones de Acetil-CoA, ADP y OA
El ciclo de Krebs:
•produce intermediarios biosintéticos•no requiere reposición de los intermediarios biosintéticos•la conversión de piruvato en oxalacetato es catalizada por la piruvato deshidrogenasa•la principal forma de reponer intermediarios es transaminación de aa•La piruvato carboxilasa es estimulada por altas concentraciones de acetil-CoA•la piruvato carboxilasa no requiere cofactores
Síntesis
• Se realiza en la mitocondria (7 E matriz, 1 MMI).• Oxida intermediarios para dar coenzimas reducidas
necesarias para la síntesis de ATP.• Por cada vuelta del ciclo se producen 3 NADH, 1
FADH2 y 1 GTP (ATP) por fosforilación a nível de sustrato.
• Por cada vuelta del ciclo salen 2 carbonos como CO2.
• 3 (de 8) reacciones son irreversibles, 3 puntos de control de flujo a través del ciclo.
El ciclo de Krebs es el centro del metabolismo
Síntesis
• altas [acetil-CoA] y [ oxalacetato] [ADP], [Ca2+] son estimuladoras del ciclo
• Altas [NADH], [ATP], [citrato], [succinil-CoA] son inhibidoras del ciclo
• Intermediarios son utilizados en la biosíntesis de constituyentes vitales para la célula: vía anfibólica.
• Reacciones anapleróticas reponen intermediarios.• Principal reacción anaplerótica: Piruvato carboxilasa.
El ciclo de Krebs es el centro del metabolismo