NUT - Quimica ciclo de krebs y cadena respiratoria - Camila Bertoli

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Mitocondrias
Organelas donde se producen la transferencia ordenada de electrones y la captación de la energía generada por el flujo de electrones.
Poseen una membrana externa permeable, en contacto con el citosol, gracias a la presencia de poros o canales formados por una proteína transmembrana llamada porina. Dentro de esta membrana separado de ella por un espacio intermembrana, se encuentra un segundo saco cerrado, constituido por la membrana interna, que contiene un espacio central o matriz mitocondrial. La membrana interna posee invaginaciones llamadas crestas, más abundantes en mitocondrias de células con intensa actividad respiratoria. En la membrana interna que mira hacia la matriz presenta gran número de formaciones esferoidales (partículas submitocondriales) implantadas en un corto tallo; está compuesta por cardiolipina, rica en proteínas. En la matriz hay gran cantidad de enzimas integrantes de las vías centrales del metabolismo oxidativo. La membrana interna contiene los integrantes de la cadena respiratoria, las estructuras y enzimas responsables de la captación de energía y síntesis de ATP y distintos sistemas de transporte. 
 Ciclo de Krebs: vía final común para la oxidación de acetatos activos de diversos orígenes
 Cadena respiratoria: vía final común de todos ls equivalentes de reducción sin importar la procedencia
 Fosforilación oxidativa: producción de ATP utilizando energía liberada en el transporte de electrones en la cadena respiratoria.
Ciclo de Krebs: proceso AEROBICO –
Acetil-CoA: alimentador del ciclo. inicia las reacciones combinándose con OXALOACETATO.
Es una encrucijada metabólica ya que es la vía final común de distintas vías. Se obtiene a partir de la descarboxilacion del piruvato, la oxidación de AG y de la cadena carbonada de Aa.
Se utiliza para la síntesis del colesterol, ácidos grasos y otros compuestos
ALIMENTADORES: sustancias que ingresan al ciclo y permiten su adecuado funcionamento. 
EJ: Acetil CoA: proveniene de glucolisis, degradación oxidativa de AG y cadena carbonada de Aa y otras sust
 Pi y H2O: abundante en celula
 GDT: se genera en mitocondria. Se forma por la fosforilación a nivel del sustrato (GTP+ADPGDP + ATP)
 NAD+ Y FAD+ reducidas a NADH y FADH2 se reoxidan y ceden equivalentes de reducción a la cadena resp. 
INTERMEDIARIOS: compuestos que se van regenerando a lo largo del ciclo. EJ: oxaloacetato.
El primer intermediario es el oxaloacetato (4C) que se une al Acetil-CoA (2C).
El ciclo se cierra con la formación de oxaloacetato, compuesto final e inicial de la serie de reacciones. Durante una vuelta completa se liberan dos moléculas de CO2 (que pertenecen al oxaloacetato) y ocho átomos de hidrógenos, de los cuales, tres pares son cedidos a NAD y el par restante, a FAD. En la cadena respiratoria esos cuatros pares de hidrógenos formaran, uniéndose a O2, cuatro moléculas de H2O.
La suma algebraica de los ΔG° de todas las etapas da valor negativo (exergonica), ya que termodinámicamente favorece el funcionamiento unidireccional. Es una vía autocatalítica, pues provee sus propios sustratos, pero participan compuestos no intermediarios como Acetil-SCoA, NAD, FAD, GDP, Pi y H2O (alimentadores). No existen limitaciones en el abastecimiento de H2O, Pi y acetil-SCoA, ya que siempre abundan en la célula. 
En cuanto a las coenzimas NAD+ y FAD, deben ser reoxidadas. Como NADH y FADH2 ceden sus equivalentes de reducción a la cadena respiratoria, es indispensable que esta funcione para la normal operación del ciclo. Esta vía es netamente aeróbica. La localización de todas las enzimas del ciclo en las mitocondrias es una disposición muy conveniente, ya que de esta manera las coenzimas entregan fácilmente sus H a la cadena de transporte electrónico incluida en la membrana interna.
 	El otro compuesto que debe proveerse es GDP, que se genera dentro de la mitocondria en reacción catalizada por nucleósido difosfato quinasa. 
Es anfibolico, ya que tiene dos sentidos; un sentido catabólico, por la reacción del ciclo se obtiene energía, y anabólico, porque los intermediarios del ciclo pueden utilizarse para la formación de otros compuestos. 
También existen reacción aumentadoras del ciclo para proveer intermediarios, reacciones anapletoricas. O reacciones que sacan intermediarios, reacciones catapleroticas. El ciclo es una vía final para la oxidacion de acetatos activos. 
En las reacciones de oxidacion del ciclo, las coenzimas reducidas ceden sus H a la cadena respiratoria, en el cual el flujo de electrones se acopla con el bombeo de protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana y se crea un gradiente electroquímico. El retorno de los H a través del canal de la ATP sintasa a favor de gradiente provee la energía para la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi. Cada par de H transferidos a partir de NAD genera de 2,5 a 3 moleculas de ATP; los que ingresan desde flavoproteinas (FAD) producen 1,5 a 2 ATP.
BALANCE ENERGETICO DE LA OXIDACION DE ACETATO EN EL CICLO DE KREBS:
· 3 ATP de NADH
· 3 ATP de NADH
· 2 ATP de FADH2 12 ATP
· 3 ATP de NADH
· 1 ATP de GTP
Cadena respiratoria
VÍA AEROBICA. Es el conjuntos de aceptores y transportadores de equivalentes de reducción incluidos en la membrana interna de la mitocondria
Los equivalentes de reducción son 2H+ cedidos en una reacción redox que representan la suma de dos protones y dos electrones. 
Solo la presencia de enzimas específicas asegura el cumplimiento de las etapas y la liberación de energía en forma gradual y controlable. Los H+ no pasan directamente de un sustrato dado al oxigeno o a cualquier otro aceptor si no existen enzimas que catalicen la transferencia. 
Transferencia de equivalentes de reducción: numerosos sustratos oxidables (piruvato, cetoglutarato, malato, etc) son deshidrogenados en la matriz mitocondrial en reacciones catalizadas por enzimas especificas cuya coenzima es un nucleótido de nicotinamida, de la cual existen dos tipos: NAD y NADP, que en estados reducidos se encuentran unidas a un hidrogeno y a un electrón; de los dos H cedidos por el sustrato queda un protón en el medio.
Las deshidrogenasas ligadas a NAD o NADP no forman parte de la cadena respiratoria. La coenzima NAD reducida cede equivalentes de reducción al primer aceptor de la cadena de transporte de electrones y de este modo vuelve a quedar oxidada.
Existen también deshidrogenasas unidas a NAD y NADP en el citosol, pero como la membrana interna de las mitocondrias no es permeable a los nucleótido de adenina, NADH y NADPH formados en el citosol no pueden ceder directamente sus H a la cadena. Su oxidacion se realiza mediante sistemas lanzadera o conmutadores, con capacidad para transferir hidrógenos desde el citosol hacia la cadena respiratoria en las mitocondrias.
Complejos de la cadena respiratoria: formados por cuatro complejos multimoleculares que ocupan todo el espesor de la membrana interna, a excepción del complejo II, que se encuentra libre en el interior de la doble capa lipídica, y del citocromo C, cuya molecula esta adosada en la cara externa de la membrana interna. 
· Complejo I: recibe por intermedio de NAD, los H de los sustratos oxidados por deshidrogenasas unidas a esa coenzima, y entrega los H a ubiquinona o Coenzima Q.
· Complejo II: no atraviesa la membrana, recibe los H de los sustratos oxidados por intermedio de FAD y transfiere equivalentes a la coenzima Q.
· Complejo III: transfiere los electrones desde la coenzima Q a citocromos C.
· Complejo IV: los equivalentes de reducción pasan desde el citocromo C hasta este complejo donde son captados por el O2 y forman H20, por medio de la citocromo oxidasa que atraviesa todo el espesor de la membrana y es el único componente del sistema de transporte de electrones con capacidad para reaccionar directamente con oxígeno. Una molecula de oxígeno, capta cuadro electrones y se une a cuatro protones para formar dos moléculas de agua. 
El recorrido seria:
COMPLEJO CoE COMPLEJOCitocromo COMPLEJO 
1 (NADH)o 2 (FADH) Q 3 C 4
Hipótesis sobre el mecanismo de fosforilación oxidativa: hipótesis quimio-osmótica de Mitchell: en la cadena respiratoria se produce transferencia de protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio exterior de la membrana interna. El transporte de e- se acopla con el bombeo unidireccional de protones, produce acumulación de H+ en el lado externo de la membrana y crea un gradiente electroquímico. La concentración de H+ es mayor afuera de la membrana interna que en la matriz. Esto genera una diferencia de potencial eléctrico entre ambas caras de la membrana, con el lado externo relativamente más positivo que el interior. El resultado es la creación de un potencial protón-matriz que tiende a hacer regresar los protones hacia la matriz. Como la membrana interna es impermeable a los H, estos solo pueden volver a través la ATP sintasa. El retorno de protones al interior de la mitocondria a favor de gradiente es la fuerza impulsadora de la síntesis de ATP. 
En síntesis: la cadena respiratoria dispuesta asimétricamente en la membrana interna, utiliza la energía liberada por la transferencia de electrones para bombear protones al exterior y crear un gradiente. Los protones tienen solo la vía que les ofrece el complejo F0F1 para regresar a la matriz. La corriente de regreso provee la energía que permite generar ATP a partir de ADP y Pi. El retorno de los H de NAD (complejos I, III, IV) generan más diferencia de potencial que si vienen del FAD (complejo III, IV).
Fosforilación oxidativa
La unión de ADP con Pi es una reacción endergonica que ocurre cuando es acoplada a procesos que suministran la energía necesaria. Produce ATP utilizando energía liberada durante el transporte de electrones en la cadena respiratoria 
Cuando un sustrato es oxidado en reacciones catalizadas por enzimas que utilizan NAD, este transfiere los equivalentes de reducción al primer componente de la cadena por acción de la NADH deshidrogenasa; desde allí recorren todos los aceptores intermedios hasta producir finalmente una molecula de agua. Tres de estas etapas producen suficiente liberación de energía como para acoplar a cada una la formación de un enlace fosfato de alta energía: a) la transferencia de H de NADH a CoQ, es decir, a nivel de la NADH-ubiquinona reductasa o complejo I, b) la cesión de electrones en el complejo III y la reacción de la citocromo-oxidasa o complejo IV.
Mecanismo: ATP sintasa: la mayor parte del ATP es sintetizada por la actividad de la ATP sintasa localizada en la membrana mitocondrial interna, constituida por dos complejos proteicos llamados F1 (integra las partículas submitocondriales, compuesta por subunidades proteicas que miran a la matriz) y F0 (está inserta en la membrana y esta formadas por subunidades proteicas en formas de bastones, que conforma el canal para el paso de los electrones).
Sistemas de lanzaderas o conmutadores: 
El NADH formado en el citosol, no puede transferir directamente sus equivalentes de reducción a la cadena respiratoria, ya que la membrana interna de la mitocondria no es permeable NAD.
La impermeabilidad de la membrana mitocondrial interna al NADH exige la existencia de sistemas de transferencia indirecta, llamados sistemas lanzaderas o conmutadores, que hagan llegar los equivalentes de reducción a la cadena respiratoria. 
Conmutador glicerofosfato: presente en musculo esquelético y cerebro. 
El sustrato aceptor de los hidrógenos es la dihidroxiacetonafosfato. En reacción catalizada por la glicerofosfato deshidrogenasa, enzima citosólica ligada a NAD,
1. los hidrógenos del NADH son transferidos a dihidroxiacetonafosfato para formar G-3-P.
2. En la cara externa de la membrana interna de mitocondrias existe una glicerofosfato deshidrogenasa ligada a FAD. 
3. El G-3-P formado es oxidado a dihidroxiacetonafosfato y transfiere sus hidrógenos a FAD sin ingresar a la matriz
4. El FADH2 cede los equivalentes de reducción al complejo II, ingresando en la cadena respiratoria 
razón por la cual el rendimiento en términos de ATP será de 2 moléculas por cada par de electrones.
Conmutador aspartato-malato: es muy activo en hígado, riñón y corazón, la lanzadera aspartato-malato. Están involucradas en la misma las isozimas citosolica y mitocondrial de aspartato aminotransferasa y malato deshidrogenasa. 
a. El oxalacetato, en reacción catalizada por malato deshidrogenasa citosolica, acepta dos H+ de NADH citoplasmático. Y genera NAD+ y malato. 
b. El malato penetra en la matriz por el sistema transportador malato-cetoglutarato de la membrana interna. 
c. Dentro de la mitocondria, el malato es oxidado a oxaloacetato por malato deshidrogenasa mitocondrial, cediendo sus hidrógenos a NAD de la matriz.
d. El NADH formado transfiere equivalentes de reducción al sistema transportador de electrones en membrana interna.
e. El oxalacetato participa en una reacción de transaminación con L-glutamato, catalizada por aspartato aminotransferasa mitocondrial, que forma L-aspartato y α-cetoglutarato. 
f. El aspartato y α-cetoglutarato disponen en la membrana interna de sistemas de transporte que les permiten salir hacia el citosol. A su vez, L-glutamato citosolico puede ingresar en la matriz. 
Se cierra asi un ciclo que permite transferir hidrógenos de NADH desde el citosol a la cadena respiratoria, con malato como intermediario portador. En este caso, los hidrógenos son recibidos en la matriz mitocondrial por NAD; por lo tanto, el par de equivalentes de reducción genera 3 moléculas de ATP cuando sea transferido a la cadena respiratoria. 
Rendimiento energético máximo, obtenido por la oxidación completa de la glucosa
	
	Producción de moléculas en:
	Proceso 
	Citosol
	Matriz mitocondrial
	Transporte electrónico
	
	Glucolisis
	2 ATP
2 NADH
	
	
Según lanzadera
4 o 6 ATP
	2 ATP
4/6 ATP
	Fase aerobia de la respiración
	Acido pirúvico a acetil-CoA 
	
	2 x (1NADH)
	2 x (3 ATP)
	6 ATP
	
	Ciclo de Krebs 
	
	2x (1ATP)
2x (3NADH)
2 x (1 FADH2)
	
2 x (9 ATP)
2 x (2 ATP)
	2 ATP
18 ATP
4 ATP
	Total:
	36/38 ATP