Formación de acetil-CoA y el ciclo del ácido cítrico PDF

Asignatura: Bioquímica BIOG1024 Paralelo Docente Paralelo 1 Dra. Ana Tirapé Bajaña [email protected] Paralelo 2 Dra. Nardy Diez García [email protected]...

Asignatura: Bioquímica BIOG1024 Paralelo Docente Paralelo 1 Dra. Ana Tirapé Bajaña [email protected] Paralelo 2 Dra. Nardy Diez García [email protected] Paralelo 3 Dr. Pablo Chong Aguirre [email protected] Formación de acetil-CoA y el ciclo del ácido cítrico RESPIRACIÓN CELULAR Descarboxilación Glicólisis oxidativa del piruvato Ciclo de Krebs Fosforilación oxidativa Desdoblamient Oxidación del Se forman Se genera ATP o de la glucosa piruvato en NADH y FADH2 en la cadena de en el citosol. acetil-CoA en en la electrones de la la mitocondria mitocondria membrana interna de la mitocondria (cresta). DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO ✓ Es la conversión del acido pirúvico o piruvato y otros α-cetoácidos en derivados de la CoA. ✓ Esta serie de reacciones ocurren en la matriz mitocondrial ✓ La conversión es catalizada por el complejo piruvato deshidrogenasa, compuesto por 3 enzimas que funcionan en cooperación en la presencia de 5 coenzimas ✓ TPP (Tiamina pirofosfato) ✓ Ácido lipóico ✓ FAD (Flavín adenín dinucleótido) ✓ NAD+ (Nicotinamida adenina) ✓ CoA DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO ✓ El piruvato, formado en el citosol, es transportado hacia la mitocondria mediante un simportador (symporter) de protón. ✓ El piruvato es descarboxilado por la piruvato deshidrogenasa hacia un derivado hidroxietilo del anillo tiazol de tiamina difosfato unido a la enzima que, a su vez, reacciona con lipoamida oxidada, el grupo prostético de la dihidrolipoil transacetilasa, para formar acetil lipoamida ✓ La tiamina o vitamina B1 es muy importante para este proceso cuando hay deficiencia, el metabolismo de la glucosa es alterado, y se producen acidosis láctica y pirúvica importantes. DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO ✓ La acetil lipoamida reacciona con la coenzima A para formar acetil-CoA y lipoamida reducida. ✓ La reacción se completa cuando la lipoamida reducida se vuelve a oxidar mediante una flavoproteína, la dihidrolipoil deshidrogenasa, que contiene FAD. ✓ Por último, la flavoproteína reducida se oxida mediante NAD que, a su vez, transfiere equivalentes reductores a la cadena respiratoria. 2Piruvato + 2NAD+ + 2CoA → 2Acetil-CoA + 2NADH + H+ + 2CO2  DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO Este complejo de enzimas, en el cual los sustratos pasan desde una enzima hacia la siguiente, aumenta el índice de reacción y previene reacciones colaterales, lo que aumenta la eficiencia general. 2piruvato + 2NAD++ 2coA → 2acetil-coA + 2NADH + H+ + 2CO2 REGULACIÓN DE LA PIRUVATO DESHIDROGENASA ✓ La piruvato deshidrogenasa es inhibida por sus productos, acetil-CoA y NADH ✓ También está regulada por fosforilación (catalizada por una cinasa) de tres residuos serina sobre el componente piruvato deshidrogenasa del complejo de múltiples enzimas, lo que da como resultado decremento de la actividad. ✓ La cinasa se activa por incrementos de las proporciones [ATP]/[ADP], [acetil-CoA]/[CoA], y [NADH]/[NAD+]. De este modo, la piruvato deshidrogenasa y, por ende, la glucólisis, son inhibidas cuando se dispone de ATP adecuado (y coenzimas reducidas para la formación de ATP), y también cuando los ácidos grasos se están oxidando. ✓ En cambio, su desfosforilación (catalizada por una fosfatasa) causa un aumento de la actividad. ✓ En el tejido adiposo, donde la glucosa proporciona acetil-CoA para lipogénesis, la enzima se activa en respuesta a insulina. RESPIRACIÓN CELULAR Glicólisis Descarboxilación Ciclo de Krebs Fosforilación oxidativa del piruvato oxidativa Desdoblamiento Oxidación del Se forman NADH Se genera ATP de la glucosa en piruvato en y FADH2 en la en la cadena de el citosol. acetil-CoA en la mitocondria electrones de la mitocondria. membrana interna de la mitocondria (cresta). CICLO DE KREBS ✓ Descrito por Hans Adolf Krebs (Nobel de Medicina, 1953) ✓ Conocido también como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos. ✓ Es una serie reacciones que oxidan: acetil-CoA → CO2, H2O y reducen a acarreadores de H2 que Hildesheim, Alemania, 25 de se oxidaron en la cadena respiratoria agosto de 1900 - Oxford, Inglaterra, 22 de noviembre de ✓ Este proceso ocurre en la mitocondria. 1981 CICLO DE KREBS ✓Es la vía común final para la oxidación de carbohidratos, lípidos y proteínas porque la glucosa, los ácidos grasos y casi todos los aminoácidos se metabolizan hacia acetil-CoA o intermediarios del ciclo. ✓Tiene una función fundamental en la gluconeogénesis, lipogénesis e interconversión de aminoácidos. ✓Muchos de estos procesos ocurren en casi todos los tejidos, pero el hígado es el único tejido en el cual todos suceden en un grado significativo. CICLO DE KREBS ✓ Es una serie cíclica de 8 reacciones que oxidan el acetil-CoA a CO2. ✓ Se forma ATP, NADH y FADH2. ✓ En ausencia de O2 el ciclo de Krebs se inhibe y no se produce. VISIÓN GLOBAL CICLO DE KREBS ✓ Empieza con la reacción entre la porción acetilo de la acetil-CoA y el oxaloacetato, lo que forma un ácido tricarboxílico de seis carbonos, el citrato. ✓ En las reacciones subsiguientes, se liberan dos moléculas de CO2, y se regenera el oxaloacetato. ✓ Requiere una pequeña cantidad de oxaloacetato para la oxidación de una gran cantidad de acetil-CoA; puede considerarse que desempeña una función catalítica, ya que es regenerada al final del ciclo. ✓ El ciclo del ácido cítrico proporciona la principal vía para la formación de ATP enlazada a la oxidación de combustibles metabólicos. ✓ Durante la oxidación de acetil-CoA, las coenzimas se reducen y después se reoxidan en la cadena respiratoria, enlazadas a la formación de ATP. ✓ Este proceso es aerobio; requiere oxígeno como el oxidante final de las coenzimas reducidas CICLO DE KREBS ✓ La reacción inicial entre la acetil-CoA y el oxaloacetato para formar citrato está catalizada por la citrato sintasa, que forma un enlace de carbono-carbono entre el carbono metilo de la acetil- CoA y el carbono carbonilo del oxaloacetato. ✓ El enlace tioéster de la citril-CoA resultante se hidroliza, lo que libera citrato y CoASH (una reacción exotérmica). ✓ La enzima aconitasa (aconitato hidratasa) isomeriza el citrato hacia isocitrato; la reacción ocurre en dos pasos: deshidratación hacia cis-aconitato, y rehidratación hacia isocitrato. ✓ Aun cuando el citrato es una molécula simétrica, con la aconitasa reacciona de manera asimétrica, de modo que los dos átomos de carbono que se pierden en reacciones subsiguientes del ciclo no son los que se añadieron provenientes de la acetil-CoA CICLO DE KREBS ✓ El isocitrato pasa por deshidrogenación catalizada por la isocitrato deshidrogenasa para formar, en un inicio, oxalosuccinato, que permanece unido a enzima y pasa por descarboxilación hacia α-cetoglutarato. ✓ La descarboxilación requiere iones Mg2+ o Mn2+ ✓ La isocitrato deshidrogenasa tiene tres isoenzimas. Una, que usa NAD+, sólo se encuentra en mitocondrias; las otras dos usan NADP+ y se ubican en las mitocondrias y en el citosol. ✓ El α-cetoglutarato pasa por descarboxilación oxidativa en una reacción catalizada por un complejo de múltiples enzimas similar al involucrado en la descarboxilación oxidativa del piruvato CICLO DE KREBS ✓ El complejo de α-cetoglutarato deshidrogenasa requiere los mismos cofactores que el complejo de piruvato deshidrogenasa —difosfato de tiamina, lipoato, NAD+, FAD y CoA— y origina la formación de succinil-CoA. ✓ El equilibrio de esta reacción favorece a tal grado la formación de succinil-CoA, que debe considerarse unidireccional desde el punto de vista fisiológico. ✓ La succinil-CoA se convierte en succinato mediante la enzima succinato tiocinasa (succinil-CoA sintetasa); único ejemplo en el ciclo del ácido cítrico de fosforilación en el ámbito de sustrato. ✓ Los tejidos en los cuales ocurre gluconeogénesis (el hígado y los riñones) contienen dos isoenzimas de succinato tiocinasa, una específica para difosfato de guanosina (guanosín difosfato; GDP) y la otra para ADP. ✓ El trifosfato de guanosina (guanosín trifosfato; GTP) formado se usa para la descarboxilación de oxaloacetato hacia fosfoenolpiruvato en la gluconeogénesis, y proporciona un enlace regulador entre la actividad del ciclo del ácido cítrico y el retiro de oxaloacetato para la gluconeogénesis. ✓ Los tejidos no gluconeogénicos sólo tienen la isoenzima que usa ADP. CICLO DE KREBS ✓ Cuando los cuerpos cetónicos se están metabolizando en tejidos extrahepáticos, hay una reacción alternativa catalizada por la succinil-CoA-acetoacetato-CoA transferasa (tioforasa), que comprende transferencia de CoA desde la succinil-CoA hacia el acetoacetato, lo que forma acetoacetil-CoA y succinato ✓ Por cada vuelta del ciclo del ácido cítrico se forman 10 ATPs. ✓ Como resultado de oxidaciones catalizadas por las deshidrogenasas del ciclo del ácido cítrico, se producen tres moléculas de NADH y una de FADH2 por cada molécula de acetil-CoA catabolizada en una vuelta del ciclo. ✓ Estos equivalentes reductores se transfieren hacia la cadena respiratoria, donde la reoxigenación de cada NADH origina la formación de ~2.5 ATP, y de FADH2, ~1.5 ATP. ✓ Además, 1 ATP (o GTP) se forma mediante fosforilación en el ámbito de sustrato catalizada por la succinato tiocinasa. CICLO DE KREBS TOTAL DE ATP FORMADO Productos directos Generación de Etapa (neto) ATP (neta) 2 ATP 2 ATP Glicólisis 2 NADH 3-5 ATP Oxidación del piruvato 2 NADH 5 ATP 2 ATP/GTP 2 ATP Ciclo del ácido cítrico 6 NADH 15 ATP 2 FADH2 3 ATP Total 30-32 ATP