NUT - Quimica Ciclo de Krebs y Cadena Respiratoria

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Química – ciclo de Krebs y cadena respiratoria.
Ciclo de Krebs: es la vía final común para la oxidación de acetatos activos, principal vía catabólica y su funcionamiento depara a las células un importante rédito energético.
El acetil-CoA es intermediario clave en el metabolismo oxidativo, no sólo se forma por descarboxilación del piruvato, sino también por oxidación de ácidos grasos y de la cadena carbonada de aminoácidos. Además, es utilizado para síntesis de colesterol, ácidos grasos y otros compuestos. 
El resto acilo es oxidado en las células hasta CO2 y H2O a través de este ciclo metabólico. El acetil-CoA actúa como alimentador del ciclo e inicia las reacciones combinándose con axaloacetato. Al final, se regenera el oxaloacetato (autocatalítico).
Reacciones
1. Formación del ácido cítrico: se condensa acetil CoA y oxaloacetato para formar citrato. Es una reacción irreversible, catalizada por la enzima citrato sintasa, que requiere una molécula de H2O; se inhibe por ATP. Los productos son: citrato, CoA libre y H+. Reacción exgergónica.
2. Formación del isocitrato: es una isomerización que se da en 2 fases: en la primera, el citrato se convierte en cisaconitato mediante en una deshidratación catalizada por la enzima aconitasa; luego, se vuelve a hidratar mediante la misma enzima, pero la molécula se agrega en una posición distinta, y se forma isocitrato. Reacción reversible.
3. Oxidación del isocitrato: se deshidrogena para formar oxalosuccinato. Catalizado por isocitrato deshidrogenasa, que utiliza NAD como cofactor y requiere Mg+ o Mn+. Es estimulada por ADP, e inhibida por ATP y NADH principal sitio de regulación del ciclo. Reacción irreversible.
4. Descarboxilación del oxalosuccinato: catalizada por la isocitrato deshidrogenasa, se forma a-cetoglutarato. Se libera la primera molécula de CO2. Reacción irreversible.
5. Descarboxilación oxidativa del a-cetoglutarato: catalizado por a-cetoglutarato deshidrogenasa, que requiere NAD, ácido lipoico, pirofosfato de tiamina, FAD y CoA. Se forma succinil-CoA. Reacción irreversible. Exergónica.
6. Formación de succinato: el succinil-CoA se convierte en succinato mediante la enzima succinato tioquinasa, que requiere GDP y Pi. Se libera CoA y GTP (que puede convertirse en ATP mediante la nucleósido difosfato quinasa). Reacción irreversible.
7. Deshidrogenación de succinato: es oxidado a fumarato por la succinato deshidrogensa, que requiere FAD. Es inhibida por oxaloacetato.
8. Hidratación del fumarato: se adhiere H2O a través de la enzima fumarato hidratasa o fumarasa, y se convierte en malato. Reacción irreversible.
9. Oxidación del malato: se deshidrogena y se convierte en oxaloacetato a través de la enzima malato deshidrogenasa. Reacción reversible y exergónica.
El ciclo se cierra con oxaloacetato, sustrato inicial y producto final (junto 2 CO2, 3 NADH y 1 FADH).
Es una vía EXERGÓNICA, su ΔG es negativa.
Como los intermediarios del ciclo se regeneran en cada vuelta, se puede decir que es autocatalítico, provee sus propios sustratos. 
	INTERMEDIARIOS
	ALIMENTADORES
	Oxaloacetato
	NAD
	Citrato
	FAD
	Isocitrato
	Acetil-CoA
	Oxalosuccinato
	H2O
	a-cetoglutarato
	Acido lipoico
	Succinil-CoA
	Pirofosfato de tiamina
	Succinato
	Coenzima A
	Fumarato
	Mg+/Mn+
	Malato
	H+
El ciclo es un mecanismo ANFIBÓLICO: algunos de sus intermediarios participan tanto en reacciones de síntesis, como de catabolismo. Aquellas vías que generan intermediarios o “alimentadoras” (ejemplo: la piruvato carboxilasa que produce oxaloacetato a partir de piruvato) se denominan ANAPLERÓTICAS. Existen otras que sacan intermediarios y se denominan CATAPLERÓTICAS (ejemplo: la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa, que sustrae oxaloacetato).
Balance energético: 3 NADH (9 ATP), 1 FADH (2 ATP) y 1 GTP (1 ATP) 12 ATP por acetil CoA (la descarboxilacion oxidativa del piruvato da 2 moléculas de acetato activo, por lo tanto son 24 ATP). 
Cadena respiratoria: es la vía final común de todos los equivalentes de reducción sin importar procedencia. Es un proceso EXERGÓNICO, con disminución de ΔG. 
Oxido-reducción: si un compuesto recibe e-, se reduce. Si pierde e-, se oxida. 
Oxidaciones biológicas: las transferencias de e- se efectúan en distintas etapas donde participan aceptores de e- de potencial de reducción creciente. La energía se libera de forma gradual y captable por la célula. 
Transferencia de equivalentes de reducción: son aceptores de H+ y/o e- asociados a enzimas que catalizan la transferencia. Se encuentran en membrana interna de mitocondria. 
· NAD: en matriz. Cede h+ a cadena respiratoria.
· NADH: en matriz. Cede h+ para síntesis de compuestos. Puede convertirse en NAD.
Componentes de la cadena respiratoria:
· Equivalentes de reducción y sus transportadores.
· Flavoproteínas: FMN o FAD, en matriz.
· Centros Fe-S: con Fe no hemínico, unido a S. Puede ser Fe2S2 o Fe4S4. Cada Fe capta e-.
· Coenzima Q: ubiquinona, en membrana interna. Es un portador móvil de e-.
· Citocromos: son hemoproteínas aceptoras de e-. 3 tipos: a (asociados a Cu), b y c.
Ubicados en 4 complejos: 
1. Complejo I: NADH-ubiquinona-reductasa: recibe NADH y toma e- del sustrato oxidado, entrega los e- a ubiquinona. Posee 5-8 centros Fe-S y FMN. Atraviesa la membrana.
2. Complejo II: succinato-ubiquinona-reductasa: posee FAD y 3 centros Fe-S. Transfiere los equivalentes de reducción desde succinato a CoQ. 
3. Complejo III: ubiquinona-citocromo c-reductasa: contiene citocromos b, c y un centro Fe-S. Transfiere e- desde CoQ a citocromo c. Atraviesa la membrana.
4. Complejo IV: citocromo oxidasa: contiene citocromo a y Cu. Cataliza la reducción de O2 a H2O. O2 aceptor final de e-, capta 4e-, se une a 4h+ y forma 2 H2O. Atraviesa la membrana.
Fosforilación oxidativa: es la producción de ATP utilizando energía liberada en el transporte de e- en cadena respiratoria. La energía es acoplada a la transferencia de fosforilos. Es un proceso endergónico, ΔG+.
 Se explica a través de la hipótesis quimio-osmótica la energía del flujo es utilizada para bombear protones desde la matriz a la membrana interna. La expulsión se realiza a través de los complejos I,III y IV ya que atraviesan toda la membrana. Se crea un gradiente de p+ entre ambas caras de la membrana (pH -, potencial+positivo del lado externo). Es un proceso exergónico.
Los gradientes de H+ y potencial eléctrico creado por el bombeo, tienden a hacer fluir protones espontáneamente hacia el interior. Como la membrana es impermeable a H+, su regreso a la matriz sólo puede hacerse a través de los canales F0.
ATPsintasa: es un complejo formado por complejos más chicos F1 y F0.
· F0: está anclado a la membrana mitocondrial interna, la atraviesa y es el “motor” del complejo. Formado por 3 subunidades a, b (une F0 a F1) y c (muchas subunidades que se unen para formar el anillo c).
La entrada de protones a través del anillo, lo hace girar y éstos son bombeados a la matriz. El giro produce ATP.
· F1: formado por subunidades α, β, γ (unida a F0, gira cuando lo hace el anillo c), δ y ε. Las α y β forman 3 dímeros. La formación del ATP propiamente dicha está dada por la subunidad β (entra ADP y PiATP). Puede adoptar 3 estados: 
· Estado libre: se unen ADP y Pi. Cuando gira la subunidad γ, pasa al:
· Estado tenso: se produce una condensación de ADP y Pi y se forma ATP. Cuando vuelve a girar γ:
· Estado abierto: el ATP se libera por apertura de la subunidad. 
Cada vuelta de F0 produce 3 ATP.
Principal regulador: el nivel de ADP. Cuando no hay ADP, las oxidaciones se detienen. Los ADP y Pi son introducidos en la matriz por intercambiadores ADP/ATP y Pi/OH.
NADH y FAH dejan los equivalentes de reducción en los complejos, con cada equivalente se bombea un protón a través del complejo. Dado que NADH deja su h+ en el complejo I, se bombean 3 protones; FADH libera su equivalente en el complejo II, por lo que sólo libera 2 protones. Esos protones que liberan, equivalen a los ATP que producen.
Fosforilación a nivel del sustrato: genera ATP en reacciones en las cuales el potencial de transferenciade grupos fosforilo a ADP es provisto directamente por metabolitos de alta energía. No requiere presencia de oxígeno.
Sistema de conmutadores de hidrógeno: existen reacciones catalizadas por oxidorreductasas dependientes de NAD que tienen lugar en el citosol. El NADH formado no puede transferir directamente sus equivalentes de reducción a la cadena respiratoria, la membrana interna es impermeable, lo que exige la existencia de sistemas lanzadera:
· Conmutador glicerofosfato: en músculo esquelético y cerebro. El aceptor de h+ es dihidroxiacetonafosfato. En reacción catalizada por glicerofosfato deshidrogenasa, ligada a NAD, los h+ del NADH son transferidos al dihidroxiacetonafosfato para formar glicerol-3-fosfato; éste atraviesa la membrana externa. En la cara externa de la membrana interna, existe una glicerolfosfato deshidrogenasa ligada a FAD, por lo tanto, el glicerol no necesita penetrar en la matriz para ser oxidado. El FADH cede los equivalentes de reducción a ubiquinona, por lo tanto se generan 2 ATP.
· Conmutador aspartato-malato: en hígado, riñón y corazón. Por transaminación entre aspartato y a-cetoglutarato, catalizado por aspartato aminotransferasa, se forma glutamato y oxaloacetato. El oxaloacetato, por malato deshidrogenasa, acepta 2 h+ de NADH; se forman NAD y malato. El malato penetra en la matriz. Dentro de la mitocondria, el malato es oxidado a oxaloacetato por malato deshidrogenasa, cediendo sus h+ a NAD. El NADH transfiere equivalentes de reducción a cadena respiratoria, se generan 3 ATP.