6 1 2-Metabolismo Oxidativo - Ciclo del ácido cítrico (C Krebs)

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Unidad 6. Metabolismo oxidativo
BIOQUIMICA
6.1.2 Ciclo del ácido cítrico (C. de Krebs)
Esteban A. Ferro B, PhD 
Facultad de Ciencias Médicas
Universidad Nacional de Asunción
1
Unidad 6. Metabolismo oxidativo
Contenido
Ciclo del ácido cítrico
	- Generalidades. 
	- Reacciones
	- Regulación
	- Rol sintético
	- Reacciones anapleróticas
	- Transportadores mitocondriales
 Generalidades 
El ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, o ciclo de Krebs es la ruta de oxidación de los intermedios que proceden de todos los combustibles metabólicos, y genera equivalentes de reducción como NADH y FADH2.
 
Constituye la etapa 2 del metabolismo oxidativo, y en él se descarboxila oxidativamente acetil-CoA procedente del catabolismo de diferentes sustratos.
 
La mayor parte del rendimiento energético de la oxidación de sustratos procede de la posterior re-oxidación de los transportadores electrónicos reducidos. 
 Generalidades 
Tres etapas en la oxidación metabólica:
Generación de fragmento activado de 2 carbonos: Acetil CoA.
A partir de piruvato se libera CO2 y se genera NADH 
 
Oxidación de fragmento de 2 C mediante el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (C. Krebs).
A partir de acetil-CoA se libera CO2 y se generan transportadores electrónicos reducidos (3 NADH y FADH2) y GTP (por vuelta).
Transporte electrónico mitocondrial y fosforilación oxidativa.
Se reoxidan los equivalentes de reducción aportados como NADH y FADH2 y se genera ATP.
 Glucógeno
 Glucosa
 Piruvato
 Aminoácidos
 2CO2
CO2
 Acidos grasos
Acetil CoA
Ciclo de Krebs
Glicólisis
 NADH + FADH2 
 NAD+ + FAD 
O2 
H2O 
ADP + Pi 
ATP 
Etapa 1
(Sólo deshidrogenaciones)
Etapa 2
Etapa 3
Metabolismo oxidativo
ß-oxidación
5
 Ciclo del Ácido Cítrico (C. Krebs)
Es una secuencia de reacciones que permite la descarboxilación de acetato, que se incorpora como acetil-CoA (AcCoA).
AcCoA procede de:
- La descarboxilación de piruvato glicolítico.
La oxidación de ácidos grasos
La oxidación de algunos esqueletos de aminoácidos
 El metabolismo de etanol 
Etapa 1 de las oxidaciones
(sólo deshidrogenaciones)
Glucosa
Glucógeno
glicólisis
Piruvato
Ác.grasos
Aminoácidos
Acetil-CoA
Ciclo del ácido cítrico
ß-oxidación
 Oxidaciones
Etapa 2 de las oxidaciones
(sólo deshidrogenaciones y descarboxilaciones oxidativas)
7
C2-CoA
C4
C6
CoASH
C6
C6
H2O
H2O
C4
C4-CoA
CO2
NAD+
CO2
CoASH
NAD+
NADH, H+
NADH, H+
CoASH + GTP
GDP+Pi
C5
C4
FAD
FADH2
C4
H2O
NAD+
NADH, H+
Flujo de carbono
Ciclo del ácido cítrico
C2-CoA
C4
C6
CoASH
C6
C6
H2O
H2O
C4
C4-CoA
CO2
NAD+
CO2
CoASH
NAD+
NADH, H+
NADH, H+
GDP+Pi
C5
C4
FAD
FADH2
C4
H2O
NAD+
NADH, H+
1
9
8
7
6
5
4
3
2
Reacciones
1-Condensación
2-Deshidratación
3-Adición de agua
4-Descarboxilación oxidativa
5-Descarboxilación oxidativa
6-Fosforilación a nivel de sustrato
7-Deshidrogenación
8-Adición de agua
9-Deshidrogenación
CoASH + GTP
Ciclo del ácido cítrico
C2-CoA
C4
C6
CoASH
C6
C6
H2O
H2O
C4
C4-CoA
CO2
NAD+
CO2
CoASH
NAD+
NADH, H+
NADH, H+
GDP+Pi
C5
C4
FAD
FADH2
C4
H2O
NAD+
NADH, H+
1
9
8
7
6
5
4
3
2
Enzimas
1-Citrato sintasa
2-Aconitasa
3-Aconitasa
4-Isocitrato deshidrogenasa
5-Alfa-cetoglutarato deshidrogenasa
6-Succinil-CoA sintetasa
7-Succinato deshidrogenasa
8-Fumarasa
9-Malato deshidrogenasa
CoASH + GTP
Ciclo del ácido cítrico
Glucosa
2 Piruvato
Ciclo del ácido cítrico
2C del acetato se liberan como CO2.
4 de las 7 reacciones son deshidrogenaciones.
3 de ellas generan NADH, H+ 
1 genera FADH2.
1 fosforilación a nivel de sustrato
GTP generado en hígado
ATP en músculo cardiaco
Todas las enzimas en la matriz mitocondrial, excepto succinato deshidrogenasa asociada a la membrana interna
Ciclo del ácido cítrico
12
Reacciones 1 a 4 oxidan el acetato a CO2.
Reacciones 5 a 8 sirven para regenerar el oxalacetato. 
Ciclo del ácido cítrico
13
 Relación estequiométrica de una vuelta del ciclo
AcCoA + 3 NAD+ + FAD + H2O+ GDP + Pi
2 CO2 + 3 NADH, H+ + FADH2+ GTP + CoASH
14
 Variaciones de energía libre estándar y fisiológica para las reacciones del ciclo
15
Citrato sintasa
16
 Síntesis de citrato
Oxalacetato
Citrato
Citril-CoA
Acetil-CoA
17
 Síntesis de citrato
18
 Síntesis de citrato
19
 Síntesis letal – F-citrato
Fluoroacetato es un agente tóxico.
F-CH2-CO2-
Se activa formando F-acetilCoA y en presencia de citrato sintasa genera fluorocitrato.
F-citrato se liga a aconitasa (metaloenzima), inhibiéndola fuertemente.
 El ciclo se detiene. 
Aconitasa
(Ferroproteína)
 Isomerización de citrato
Citrato		 cis-Aconitato		Isocitrato
(OH terciario)				 (OH secundario)
21
Isocitrato deshidrogenasa 
 Descarboxilación oxidativa de isocitrato
Isocitrato Oxalosuccinato	 α-Cetoglutarato
22
Alfa-cetoglutarato deshidrogenasa 
(Complejo multienzimático)
 Descarboxilación oxidativa de α-KG
α-Cetoglutarato Succinil-CoA
23
Succinil-CoA sintetasa
 Fosforilación a nivel de sustrato
24
 Fosforilación a nivel de sustrato
Succinil-fosfato
Succinil-CoA
25
 Fosforilación a nivel de sustrato
Succinato
Enzima-His
3-Fosfo-His
26
 Fosforilación a nivel de sustrato
GTP + ADP  GDP + ATP
En el hígado se requiere GTP para activar acetato
27
Succinato deshidrogenasa
(Asociada a la membrana interna mitocondrial, complejo II de la CTE)
 Deshidrogenación de succinato
Fumarato
Succinato
28
Inhibidor competitivo de succinato deshidrogenasa
Malonato
Succinato
29
Fumarasa
Hidratación de fumarato
Malato
Fumarato
Intermedio carbanión
30
Malato deshidrogenasa
(Existen 2 isoenzimas: mitocondrial y citosólica)
 Deshidrogenación de malato
Oxalacetato
Malato
31
Regulación
1- Por disponibilidad de sustratos.
2-Por efectos alostéricos
NADH inhibe descarboxilaciones
Succinil-CoA inhibe síntesis de citrato y descarboxilación de α-KG
ATP inhibe descarboxilación de isocitrato
ADP activa la descarboxilación de isocitrato
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Rol sintético del ciclo
Ácidos grasos
Colesterol
Porfirinas
Glucosa
Aminoácidos Glu, Gln
Aminoácidos
Asp, Asn
Ile Met Val
Acidosgrasos de C impar
Asp Phe Tyr
Ala
Purinas
Pirimidinas
Hemo
33
ANAPLEROSIS
- Reposición del C retirado del ciclo como intermedios con fines biosintéticos.
 
- No puede reponerse con AcCoA
Son reacciones anapleróticas las catalizadas por:
 - Piruvato carboxilasa (mitocondrial)	
 - Glutamato deshidrogenasa (mitocondrial)
 - Aminotransferasas (citosólicas/mitocondriales)
 - Enzima málica (citosólica)
 Reacciones anapleróticas
34
 Reacciones anapleróticas
Piruvato carboxilasa
. 
Malato + NADP+  Piruvato + CO2 + NADPH, H+
Enzima
 málica
Piruvato
Oxalacetato
35
 Reacciones anapleróticas
Glutamato deshidrogenasa
α-Cetoglutarato Glutamato
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Reacción de transaminación α-aminoácido  α-cetoácidos
Alanina 	 	Piruvato
Aspartato 	 	Oxaloacetato (OA)
Glutamato  	α-Cetoglutarato (αKG) 
 Reacciones anapleróticas
Amino transferasas
Oxalacetato Alanina Aspartato Piruvato
37
Transaminación
Carboxilación
Descarboxilación oxidativa
38
Translocasas de membrana interna mitocondrial
Citoplasma
Matriz
Piruvato
OH-
OH-
Fosfato
Acetato
ADP
ATP
Fosfato
Malato
Succinato
Malato
Citrato
Isocitrato
(PEP)
Malato
Glutamato
Aspartato
α-ceto-glutarato
No hay transportadores para AcCoA, oxaloacetato, fumarato, NAD+/NADH
En el genoma están codificadas 53 proteínas transportadores
Los rendimientos de la oxidación de NADH y FADH2 procedentes de oxidar glucosa se basan en relaciones P/O máximas.
 NADH  P/O = 3
 FADH2  P/O= 2
Ingreso de NADH citosólico por la lanzadera de malato-aspartato
Glucosa
2 Piruvato
2 Acetil-CoA
40
Unidad 6. Metabolismo oxidativo
Fin de la presentación 6.1.2
Ciclo del ácido cítrico
 (C. de Krebs)