Tema 10. Respiració Cel·lular i Cicle de Krebs

El procés metabòlic que implica l'oxidació de biomolècules (com ara sucres, greixos i proteïnes) en diòxid de carboni (CO2) i aigua (H2O), alliberant energia en forma d'ATP. Aquest serveix com a la principal font d'energia per a les cèl·lules.

Un conjunt de reaccions bioquímiques que tenen lloc en 3 fases i permeten l'oxidació de carbohidrats, greixos i aminoàcids per a la producció d'energia en forma d'ATP. Aquestes fases són: fase 1 – conversió de biomolècules a AcetilCoA, fase 2 – oxidació d'AcetilCoA al cicle de Krebs, i fase 3 – cadena de transport d'electrons i fosforilació oxidativa.

Un procés cíclic que té lloc a la matriu mitocondrial i on l'AcetilCoA s'oxida a CO2, generant el poder reductor (NADH i FADH2) i ATP

Un procés que ocorre a la membrana mitocondrial interna i implica el transport d'electrons, generant un gradient de protons (H+) que condueix a la producció d'ATP; també coneguda com a fosforilació oxidativa.

Un procés que utilitza el gradient de protons (H+) generat per la cadena de transport d'electrons per a la producció d'ATP. Això s'aconsegueix mitjançant l'ATP sintetasa, una complexa proteïna que facilita la fosforilació de l'ADP a ATP.

Conversió del piruvat a AcetilCoA, un metabolit essencial per a la funció del Cicle de Krebs. Aquest procés es realitza en el mitocondri i implica l'eliminació d'un àtom de carboni del piruvat.

Aquests metabòlits proporcionen les unitats de carboni per a la regeneració dels intermediaris del Cicle de Krebs, permetent que el cicle segueixi operant. Alguns exemples inclouen el α-cetoglutarat i l'oxalacetat, que poden provenir del metabolisme dels aminoàcids o del glicerol.

Aquest procés transfereix l'energia de la hidròlisi del CoA a la producció de GTP (fosfat de guanosina). El GTP és molt similar a l'ATP i pot transferir el seu grup fosfat a l'ADP per formar ATP.

La reacció catalitzada per l'enzim succinil-CoA sintetasa transforma el succinil-CoA en succinat, alliberant energia que s'utilitza per a la fosforilació a nivell de substrat.

L'energia despresa en la hidròlisi del succinil-CoA s'usa per generar GTP (guanina trifosfat).

El GTP pot transferir el seu grup fosfat a l'ADP per a formar ATP, un procés conegut com a fosforilació a nivell de substrat.

L'única reacció del Cicle de Krebs que genera ATP directament en el cicle.

L'enzim succinat deshidrogenasa, enllaçat a la membrana interna mitocondrial, oxida el succinat a fumarat, generant FADH2.

FADH2 és una coenzima reduïda que es generarà en la reacció de Succinat a Fumarat i que actua com a portador d'electrons en la cadena respiratòria.

En aquesta reacció, s'afegeix aigua al doble enllaç del fumarat per a formar L-malat.

L'enzim malat deshidrogenasa, enllaçat a la membrana interna mitocondrial, oxida el L-malat a oxalacetat, regenerant NADH.

El complex I, també conegut com a NADH deshidrogenasa, és un enzim que participa en la cadena de transport d'electrons. Actua com a pont entre el NADH (un transportador d'electrons) i l'ubiquinona.

L'ubiquinona, també coneguda com a CoQ, és una molècula lipídica que actua com a transportador d'electrons mòbil en la cadena de transport d'electrons. Es troba integrada a la membrana interna del mitocondri.

El complex II, també conegut com a succinat deshidrogenasa, és un complex enzimàtic que forma part del Cicle de Krebs i de la cadena de transport d'electrons. El complex II transfereix electrons des del succinat a l'ubiquinona (CoQ).

El complex III, també conegut com a citocrom bc1 complex, és un enzim que transfereix electrons des de l'ubiquinona (CoQ) al citocrom c. Participa en el Cicle Q, que bombea protons a l'espai intermembrana.

El complex IV, també conegut com a citocrom c oxidasa, utilitza els electrons transportats pel citocrom c per reduir l'oxigen a aigua. Aquest procés es troba molt associat a la síntesi d'ATP.

El procés de conversió de L-Malat a Oxalacetat, un pas crucial en el Cicle de Krebs, que requereix energia i s'aconsegueix mitjançant l'enzim malat deshidrogenasa. L'oxalacetat és un component essencial per iniciar el cicle.

La conversió de L-Malat a Oxalacetat implica l'ús de NAD+ com a acceptador d'electrons i la producció de NADH com a producte secundari. Aquesta reacció requereix energia i té un valor de G positiu.

El procés de la formació del citrat a partir de l'acetil-CoA i l'oxalacetat. La reacció és exergònica i requereix l'enzim citrat sintetasa. Aquesta reacció és un pas essencial en el Cicle de Krebs.

Un enzim clau en el Cicle de Krebs que catalitza la condensació de l'acetil-CoA i l'oxalacetat per formar citrat. Aquesta reacció té un valor de G negatiu, és exergònica i allibera energia.

L'alumini en forma de Al3+ és tòxic per a les plantes. Les plantes resistents a l'Al3+ produeixen més Citrat i Malat per a atrapar-lo i facilitar el seu creixement.

El CK té Naturalesa amfibòlica: Els principals intermediaris del CK que juguen un paper en l'anabolisme són: 1. Oxalacetat: Generació d'AA i Glucosa Gluconeogènesi a partir de PEP 2. 𝛂𝛂-cetoglutarat: Àcid Glutàmic i altres AA 3. Citrat: Síntesi d'àcids grassos 4. SuccinilCoA: síntesi de porfirines que donaran lloc als grups Hemo del citocrom i l'Hb.

La regulació es produeix a dos nivells: 1. Disponibilitat de l'AcetilCoA 2. Regulació enzimàtica: Algunes enzims del CIK es troben en un punt d'equilibri subtil entre l'activitat i la inactivitat, regulant així el fluix del cicle.

El cicle de Krebs només funciona en condicions aeròbiques, la presència d'oxigen és essencial per al funcionament de la cadena de transport electrònic, que està relacionada amb el cicle de Krebs.

És el principal factor que regula les cadenes respiratòries i determina la seva activitat. La seva presència indica una necessitat d'energia per part de la cèl·lula.

Intermediari del Cicle de Krebs que participa en la regulació de l'activitat del cicle. La seva presència indica una abundant energia disponible.

Responsable de la conversió de succinil-CoA a succinat. Aquesta reacció allibera energia que s'utilitza per a la fosforilació a nivell de substrat, generant GTP.

Els electrons del NADH+H+ s'alliberen i s'utilitzen per formar NAD+, acompanyat de la pèrdua d'un àtom de carboni en forma de CO2. Aquest procés catalitza el complex enzimàtic -cetoglutarat deshidrogenasa.

L'AcetilCoA prové de dues fonts: el piruvat de la glicòlisi, que es converteix en AcetilCoA per la Piruvat DH, i de la beta oxidació dels àcids grassos.

En aquesta fase s'oxiden els 2 carbonis que van entrar al cicle de Krebs amb l'Acetil-CoA. S'han produït 2 molècules de CO2.

La regeneració del Citrat és crucial per mantenir el cicle de Krebs en funcionament. La resta de reaccions treballen per transformar el Succinil-CoA en oxalacetat.

La piruvat deshidrogenasa (Piruvat DH) és l'enzim que converteix el piruvat en AcetilCoA i està regulada per diversos factors. Activadors: AMP, CoA, NAD+. Inhibidors: AcetilCoA, ATP, NADH i àcids grassos.

El Succinil-CoA es converteix en Succinat, alliberant energia que s'utilitza per fosforilar el GDP a GTP. GTP és similar a l'ATP i pot transferir el seu grup fosfat a l'ADP per formar ATP.

La citrat sintasa, la isocitrat deshidrogenasa i l'alfa-cetoglutarat deshidrogenasa són enzims clau en el cicle de Krebs. La seva activitat està modulada per diversos factors.

La citrat sintasa és el primer enzim del cicle de Krebs. Està activada per ADP i inhibida per ATP, Succinil-CoA, citrat i NADH.

L'isocitrat deshidrogenasa és un enzim del cicle de Krebs. Està activada per ADP i inhibida per ATP.

L'alfa-cetoglutarat deshidrogenasa és un enzim clau en el cicle de Krebs. Està activada per calci i inhibida per SuccinilCoA i NADH.

L'enzim citrat sintetasa catalitza la unió de l'Acetil-CoA i l'Oxalacetat, formant Citrat. Aquesta reacció és exergònica i té un G negatiu.

Les cadenes respiratòries són una sèrie de reaccions redox que tenen lloc a la membrana mitocondrial interna. Generen un gradient de protons que s'utilitza per a la producció d'ATP.

El NADH i el FADH2 són transportadors d'electrons que s’oxiden a les cadenes respiratòries, transferint els electrons a l'O2. Aquests electrons són transportats a través de 4 complexos proteics i un 5è complex format per la ATP sintasa.

Un complex proteic que actua com a catalitzador de la síntesi d'ATP, aprofitant l'energia alliberada en el transport d'electrons.

La part de l'ATP sintasa que funciona com a canal de protons, permeten el pas d'H+ des de l'espai intermembrana a la matriu mitocondrial.

La part de l'ATP sintasa que realitza la síntesi d'ATP a partir d'ADP i Pi.

Transport específic que permet l'entrada de Pi a la matriu mitocondrial.

Transport específic que intercanvia ADP per ATP a través de la membrana mitocondrial.

Un procés que desacobla la producció d'ATP del transport d'electrons, convertint l'energia alliberada en calor.

Regulació de la velocitat de la producció d'ATP en resposta a les necessitats energètiques de la cèl·lula.

La cèl·lula regula la seva producció d'ATP per a adaptar-se a la seva activitat o fase metabòlica.

Els greixos bru contenen mitocondris que desacoblen la producció d'ATP del transport d'electrons, produint calor.

El Complex I és un enzim que utilitza NADH per transportar electrons, els quals alliberen energia que es fa servir per bombanejar protons (H+) cap a l'espai intermembrana.

El Complex II és un enzim que participa en la transferència d'electrons des del Succinat a l'Ubiquinona (CoQ). No bombaneja protons.

El Complex III és un enzim que utilitza l'energia dels electrons per a transportar protons (H+) de la matriu cap a l'espai intermembrana mitjançant un procés anomenat Cicle Q.

Com a resultat del funcionament dels Complexos I, III i IV, es crea un gradient de protons a través de la membrana mitocondrial interna. La membrana mitocondrial interna és impermeable als protons, però la ATP sintetasa, un complex proteic, permet el pas dels protons a través de la membrana, fent girar la seva molècula i utilitzant l'energia per a transformar ADP en ATP.

L'Ubiquinona, també coneguda com a CoQ, és una molècula lipídica que actua com a transportador d'electrons mòbil en la cadena de transport d'electrons. Es troba integrada a la membrana interna del mitocondri.

El Complex IV, també conegut com a citocrom c oxidasa, utilitza els electrons transportats pel citocrom c per reduir l'oxigen a aigua. Aquest procés es troba molt associat a la síntesi d'ATP.

El citocrom c, una proteïna transportadora d'electrons, s'uneix al Complex III i el Complex IV en la cadena de transport d'electrons. El citocrom c porta un electró a la vegada.

El cicle de Krebs és un cicle de reaccions que transcorre a la matriu mitocondrial, en el qual s'oxida l'acetil-CoA i s'allibera energia en forma de NADH, FADH2 i GTP. Aquest cicle és essencial per a la producció d'energia en les cèl·lules.

El Complex I, Complex III i Complex IV són complexos enzimàtics presents a la membrana interna del mitocondri que actuen com a bombes de protons, transportant protons de la matriu a l'espai intermembrana. Aquest transport de protons crea un gradient de protons que alimentarà la síntesi d'ATP.

La fosforilació oxidativa, que té lloc a la membrana interna del mitocondri, utilitza el gradient de protons creat pels complexos de la cadena respiratòria per a generar ATP. L'ATP sintetasa permet el pas dels protons a través de la membrana, fent girar la seva molècula i utilitzant l'energia per a transformar ADP en ATP.