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Oxidación de ácidos grasos y Oxidación de ácidos grasos y ciclo de ciclo de KrebsKrebs Departamento de Bioquímica Noviembre de 2005 U.T.I. Biología Celular Fases de la respiración celular 1. La oxidación de ácidos grasos, glucosa y algunos aminoácidos produce acetil-CoA 2. Los grupos acetilo se incorporan al ciclo de Krebs, se oxidan a CO2 y la energía liberada se conserva en forma de ATP y en las coenzimas reducidas NADH y FADH2 3. Los electrones transportados por el NADH y el FADH2 se transfieren a la cadena respiratoria, donde fluyen hacia el O2 para formar H2O y promueven la formación de ATP en el proceso de fosforilación oxidativa Anatomía bioquímica de la mitocondria ββ--Oxidación de ácidos grasosOxidación de ácidos grasos Los ácido grasos deben ser activados antes de su entrada a la mitocondria La ligasa específica para ácidos grasos de cadena larga es una enzima unida a membrana mitocondrial externa y al retículo endoplásmico El ciclo de la carnitina permite la entrada de los ácidos grasos a la mitocondria Translocasa Estrategia general de la β-oxidación Balance de la β-oxidación (C16) Palmitoil-CoA + 7CoA-SH + 7FAD + 7NAD+ + 7H2O 8 Acetil-CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+ Balance de la β-oxidación (C16) En el último ciclo de oxidación de un ácido graso de cadena impar el sustrato tiene 5 carbonos: la fragmentación tiolítica produce acetilacetil--CoACoA y y propionilpropionil--CoACoA Control de la oxidación de los ácidos grasos •En la mayoría de las células el control depende de la disponibilidad de sustrato •En animales superiores esta disponibilidad está determinada por acción de hormonas •En el hígado el malonil-CoA inhibe a la carnitina acil transferasa I y por tanto la β-oxidación El ciclo de El ciclo de KrebsKrebs La decarboxilación oxidativa del piruvato produce acetil-CoA, CO2 y NADH Complejo multienzimático: piruvato deshidrogenasa formado por 3 enzimas y 5 coenzimas diferentes implicadas en la reacción y dos enzimas adicionales implicadas en la regulación NADNAD FADFAD CoACoA Pirofosfato de tiaminaPirofosfato de tiamina LipoamidaLipoamida El complejo El complejo piruvatopiruvato deshidrogenasadeshidrogenasa utiliza utiliza 5 coenzimas diferentes5 coenzimas diferentes El complejo El complejo piruvatopiruvato deshidrogenasadeshidrogenasa está está formado por 3 enzimas diferentesformado por 3 enzimas diferentes EnzimaEnzima CoenzimaCoenzima NNoo/complejo/complejo E1 :E1 : piruvatopiruvato deshidrogenasadeshidrogenasa TPPTPP 2424 E2 :E2 : dihidrolipoildihidrolipoil transacetilasatransacetilasa LipoatoLipoato, , CoACoA 2424 E3 :E3 : dihidrolipoildihidrolipoil deshidrogenasadeshidrogenasa FAD, NADFAD, NAD 1212 Los productos intermedios permanecen Los productos intermedios permanecen unidos al complejo unidos al complejo piruvatopiruvato deshidrogenasadeshidrogenasa Panorámica del ciclo de Panorámica del ciclo de KrebsKrebs El ciclo de El ciclo de KrebsKrebs tiene tiene 8 pasos8 pasos 1.1. Formación de citratoFormación de citrato •• El El citroilcitroil--CoACoA es un es un intermeinterme-- diario transitorio de reaccióndiario transitorio de reacción •• La hidrólisis del enlace La hidrólisis del enlace tioéstertioéster del intermediario hace que la del intermediario hace que la reacción sea reacción sea exergónicaexergónica 2.2. Formación de Formación de isocitratoisocitrato vía vía ciscis--aconitatoaconitato La La aconitasaaconitasa contiene un contiene un centro hierrocentro hierro--azufre que azufre que actúa como centro de actúa como centro de fijación de sustratos y fijación de sustratos y centro catalíticocentro catalítico 3.3. Oxidación del Oxidación del isocitratoisocitrato a a αα--cetoglutaratocetoglutarato y COy CO22 Existen dos formas diferentes de isocitrato deshidrogenasa: • NAD dependiente (matriz mitocondrial) • NADP dependiente (matriz mitocondrial y citosol) 4.4. Oxidación del Oxidación del αα--cetoglutaratocetoglutarato a a succinilsuccinil--CoACoA y COy CO22 El complejo de la α-cetoglutarato deshidrogenasa es muy parecido al complejo piruvato deshidrogenasa, tanto en estructura como en función 5.5. Conversión del Conversión del succinilsuccinil--CoACoA en en succinatosuccinato La formación acoplada de GTP (o ATP) a La formación acoplada de GTP (o ATP) a expensas de la energía liberada por la expensas de la energía liberada por la decarboxilacióndecarboxilación oxidativa del oxidativa del αα--cetoceto--glutaratoglutarato es es otro ejemplo de otro ejemplo de fosforilación a nivel del sustratofosforilación a nivel del sustrato 6.6. Oxidación del Oxidación del succinatosuccinato a a fumaratofumarato En eucariotas, la En eucariotas, la succinatosuccinato deshidrogenasadeshidrogenasa se encuentra unida a la membrana se encuentra unida a la membrana mitocondrialmitocondrial interna, contiene tres centros hierrointerna, contiene tres centros hierro--azufre azufre diferentes y una molécula de FAD unida diferentes y una molécula de FAD unida covalentementecovalentemente. . El malonato es un fuerte inhibidor competitivo de esta enzima 7.7. Hidratación del Hidratación del fumaratofumarato y producción y producción de de malatomalato Esta enzima es Esta enzima es específica para el específica para el fumaratofumarato y el Ly el L--malatomalato 8.8. Oxidación del Oxidación del malatomalato a a oxalacetatooxalacetato Balance del Ciclo de Krebs Acetil-CoA + 3H2O + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + FADH2 + CoASH + GTP La energía de las oxidaciones del ciclo se La energía de las oxidaciones del ciclo se conserva con eficienciaconserva con eficiencia Los C de los ácidos grasos entran al ciclo de Los C de los ácidos grasos entran al ciclo de KrebsKrebs mayoritariamente vía mayoritariamente vía acetilacetil--CoACoA Los C de los aminoácidos entran al ciclo de Los C de los aminoácidos entran al ciclo de KrebsKrebs en diferentes puntosen diferentes puntos Los componentes del ciclo son importantes Los componentes del ciclo son importantes intermediarios intermediarios biosintéticosbiosintéticos (vía (vía anfibólicaanfibólica)) Las reacciones Las reacciones anapleróticasanapleróticas reponen los reponen los intermediarios del ciclo de intermediarios del ciclo de KrebsKrebs Regulación del Ciclo de Regulación del Ciclo de KrebsKrebs Regulación del ciclo de Regulación del ciclo de KrebsKrebs PiruvatoPiruvato deshidrogenasadeshidrogenasa 1.1. Regulación Regulación alostéricaalostérica: • Inhibidores: ATP, acetil-CoA, NADH y ácidos grasos de cadena larga • Activadores: AMP, CoA y NAD+ 2.2. Modulación covalenteModulación covalente: además de E1, E2 y E3 el complejo PDH contiene 2 enzimas reguladoras capaces de modificar covalentemente a E1 •• E1 E1 quinasaquinasa : al fosforilar a E1 la inactiva esta quinasa es activada por NADH y acetil-CoA •• E1 E1 fosfatasafosfatasa: al defosforilar a E1 la activa esta fosfatasa es activada por Mg++ y Ca++ 1.1. Disponibilidad de sustratosDisponibilidad de sustratos 2.2. Inhibición por acumulación de productos:Inhibición por acumulación de productos: 3.3. Regulación de las siguientes enzimas:Regulación de las siguientes enzimas: •• Citrato Citrato sintasasintasa Inhibidores: NADH, Inhibidores: NADH, succinilsuccinil--CoACoA, citrato, ATP, citrato, ATP Activadores: ADPActivadores: ADP •• IsocitratoIsocitrato deshidrogenasadeshidrogenasa Inhibidores: ATPInhibidores: ATP Activadores: Activadores: CaCa++++, ADP, ADP •• αα--cetoglutaratocetoglutarato deshidrogenasadeshidrogenasa Inhibidores: Inhibidores: succinilsuccinil--CoACoA, NADH, NADH Activadores: Activadores: CaCa++++ El factor regulador más importante es la relación El factor regulador más importante es la relación intramitocondrialintramitocondrial de [NAD+] / [NADH]de [NAD+] / [NADH] Regulación del ciclo de Regulación del ciclo de KrebsKrebs
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