QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.
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• BOLILLA 4 (LBM): CICLO DE KREBS. Generalidades. Descarboxilación oxidativa: complejo de la piruvato deshidrogenasa. Regulación. Destino de la acetil CoA. Reacciones del ciclo. Balance energético. Regulación del ciclo. Función anfibólica Compartimentalización mitocondrial. Translocasas. Lanzadera malato-aspartato. VIA DE LAS PENTOSAS. Etapas. Función. Enzimas implicadas. Relación con la glucólisis. Importancia metabólica.
• BOLILLA 4 (IA y LCTA): DESCARBOXILACION OXIDATIVA DEL PIRUVATO. Complejo de la piruvato deshidrogenasa. Regulación. Destino de la Acetil-CoA. Ciclo de Krebs. Regulación. Balance energético. Compartimentación mitocondrial. Translocasas. Lanzaderas del glicerofosfato y del aspartato-malato. Función anfibólica. Reacciones anapleróticas. Vía de las pentosas fosfato. Etapas. Función. Enzimas implicadas. Relación con la glucólisis. Importancia metabólica.
QUIMICA BIOLOGICA Carreras: LBM, IA y LCTA
1 GLUCOSA
2 PIRUVATO
VG
AerobiosisO2
Anaerobiosis
O2
Fermentación Alcohólica
(levaduras, algunosvertebrados marinos)
Fermentación Láctica
(músculo en contracción
vigorosa, eritrocitos,
lactobacilos)
2 Etanol + 2 CO22 Lactato 2 Acetil-CoA + 2 CO2
4 CO2+ 4 H2O
CK
Células animales (excepción eritrocitos),
vegetales y muchos microorganismos.
¿Cuál es el destino del Piruvato según las condiciones celulares?
C. Transformación del piruvato en Acetil-CoA
El acetil-CoA se forma por descarboxilación oxidativa del piruvato, por la acción del complejo multienzimático: Piruvato deshidrogenasa (PDH).
H3C C C O
O O
C S
O
H3C CoA
HSCoA
NAD+ NADH
+ CO2
Piruvato deshidrogenasa
piruvato acetil-CoA
La PDH es un complejo, constituido por tres enzimas (E1, E2 y E3, Piruvato descarboxilasa, Dihidrolipoil transacetilasa y Lipoil deshidrogenasa) y 5 coenzimas (TPP, ac. Lipoico, Coenzima A, FAD+ y NAD+).
Mitocondria
Mitocondria
Piruvatodescar-boxilasa
Dihidrolipoiltransacetilasa
Lipoil deshidrogenasa
Piruvatodescarboxilasa
Dihidrolipoiltransacetilasa
Hidroxietil-PPT
El grupo acetilo esta unido al grupo sulfhidrilo del CoA por un enlace tioéster. La hidrólisis del enlace tioéster del acetil-CoA libera 31,5 kJ/mol y es, por lo tanto, un enlace rico en energía.
Mitocondria
http://www.iubmb-nicholson.org/pdh.htmlhttp://www.iubmb-nicholson.org/swf/e1_v7.swf
• La PDH está regulada por tres mecanismos superpuestos:
1)1) Por regulación alostPor regulación alostééricarica. Es inhibido por sus productos: NADH y Acetil-CoA, y por ATP.
2) Por modificación covalentePor modificación covalente (fosforilación-desfosforilación).
3) Por control hormonalPor control hormonal (Insulina-Glucagon).
Regulación del complejo PDHRegulación del complejo PDH
ATP
Regulación del complejo PDHRegulación del complejo PDH
GLUCOSA (6C)
2 PIRUVATO (3C)
VG
O2
4 CO2+ 4 H2O
Ciclo de
Krebs
2 PIRUVATO
2 Acetil-CoA
PDH2 NAD+
2 NADH+H+
CoA-SH
CO2
Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
• Hans Krebs,1937.Hans Krebs,1937.
Reacción 1. La citrato sintasa cataliza la condensación entre acetil-CoA y oxalacetato para rendir citrato, que da nombre al ciclo.
Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
1
2
2
Aconitasa
Aconitasa
Reacción 2. Las dos etapas siguientes conllevan la transformación del citrato en un isómero más fácilmente oxidable. Para ello, la aconitasa convierte el citrato en isocitrato mediante una deshidratación, produciéndose cis-aconitato unido al enzima, seguida de una hidratación.
Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
1
2
2
Isocitratodeshidrogenasa
Isocitratodeshidrogenasa
Reacción 3. La isocitrato deshidrogenasa oxida el isocitrato a oxalosuccinato, con la reducción acoplada de NAD+ a NADH. Posteriormente, el oxalosuccinato es descarboxilado, rindiendo -cetoglutarato. Esta es la primera etapa en la que la oxidación se acopla a la producción de NADH, y también la primera en la que se genera dióxido de carbono.
O=C
Isocitratodeshidrogenasa
Cadena de transporte electrónico
3 ATP
Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
1
2
2
α-cetoglutaratodeshidrogenasa
Reacción 4. El complejo enzimático -cetoglutarato deshidrogenasa descarboxila oxidativamente el -cetoglutarato a succinil-CoA.
CoA-SH
Cadena de transporte electrónico
3 ATP
Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
1
2
2
Reacción 5. La succinil-CoA sintetasa o succinato tioquinasa convierte el succinil-CoA en succinato. La energía libre de la reacción se conserva aquí por la formación de GTP, a partir de GDP y Pi.
guanosina trifosfato (GTP) Guanosina difosfato (GDP)
GTP + ADP GDP + ATP
Nucleósido difosfato quinasa
Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
1
2
2
Reacción 6. Las reacciones restantes suponen la preparación de otra vuelta del ciclo, y para ello completan la oxidación de succinato a oxalacetato. La succinato deshidrogenasa cataliza la oxidación del enlace sencillo situado en el centro de la molécula de succinato a un doble enlace trans, dando lugar a fumarato con la reducción simultánea de FAD a FADH2.
Succinatodeshidrogenasa
Cadena de transporte electrónico
2 ATP
Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
1
2
2
Reacción 7. La fumarasa o fumarato hidratasa cataliza después la hidratación del doble enlace del fumarato para rendir malato
Fumaratohidratasa
Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
1
2
2
Malato deshidrogenasa
H
Reacción 8. Finalmente, la enzima malato deshidrogenasa regenera el oxalacetato, oxidando el grupo alcohol secundario del malato a la correspondiente cetona, con la reducción de una tercera molécula de NAD+ a NADH.
Cadena de transporte electrónico
3 ATP
O=C
http://www.iubmb-nicholson.org/tca.html
Hemos dado hasta ahora una vuela completa al ciclo de Krebs en el cual:
2 átomos de carbono entraron al ciclo en forma de Acetil-CoA y se combinaron con el oxalacetato del ciclo anterior.
2 átomos de carbono salieron del ciclo en forma de CO2 en los procesos de oxidación del isocitrato y el alfa-cetoglutarato.
La energía de las oxidaciones se conservó con eficiencia en forma de 3 NADH, 1 FADH2 y 1GTP.
Finalmente se regeneró la molécula de oxalacetato para dar inicio a otra vuelta del ciclo.
Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
1
2
2
Acil-CoA
Regulación del Ciclo de Krebs
- Citrato sintasa
- Isocitrato deshidrogenasa
- α-CG deshidrogenasa
1 GLUCOSA
2 PIRUVATO
VG
AerobiosisO2
Anaerobiosis
O2
Fermentación Alcohólica
(levaduras, algunosvertebrados marinos)
Fermentación Láctica
(músculo en contracción
vigorosa, eritrocitos,
lactobacilos)
2 Etanol + 2 CO22 Lactato 2 Acetil-CoA + 2 CO2
4 CO2+ 4 H2O
CK
Células animales (excepción eritrocitos),
vegetales y muchos microorganismos.
Destino del Piruvato según las condiciones celulares
¿Cuánta energía está contenida en un mol de piruvato que es degradado hasta CO2 y H2O en la mitocondria en condiciones de aerobiosis?
NAD+
NADH+H+
Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico
3 ATP
3 ATP
2 ATP
3 ATP3 ATP
PDH------- 1 NADH ----- 3 ATPIDH-------- 1 NADH ----- 3 ATPα-CGDH-- 1 NADH ---- 3 ATPSDH------- 1 FADH2 ---- 2 ATPMDH------- 1 NADH ---- 3 ATPSTQ-------- 1 GTP ------ 1 ATP
TOTAL -------------------15 ATP
¿Cuánta energía está contenida en un mol de glucosa que es degradada hasta CO2 y H2O en condiciones de aerobiosis?
Citosol
Mitocondria
Cad
ena d
e transp
orte electró
nico
Sistemas lanzadera
Sistemas lanzadera
Lanzadera del glicerofosfato
Lanzadera del malato-aspartato
-Músculo esquelético
-Cerebro
-Hígado
- Corazón
- Riñón
Lanzadera del glicerofosfato
2 ATP
1 GLUCOSA
2 PIRUVATO
VGG3PDHG3PDH
DHAPGA3P
2 ATP
Lanzadera del malato-aspartato
1 GLUCOSA
2 PIRUVATO
VGG3PDHG3PDH
DHAPGA3P3ATP
¿Cuánta energía está contenida en un mol de glucosa que es degradada hasta CO2 y H2O en condiciones de aerobiosis?
2 NADH 6 ATP
2 FADH2 4 ATP
6 ATP
18 ATP
4 ATP
2 ATP2 ATP
óó ó
36 ó 38 ATP
Efecto Pasteur
Louis Pasteur (1822-1895), químico francés cuyos descubrimientos tuvieron enorme importancia en diversos campos de las ciencias naturales.
Medio de cultivo(Glucosa)
24 hs30ºC
Glucosa Glucosa
AerobiosisAnaerobiosis
Vaselina
http://www.iubmb-nicholson.org/swf/epet.swf