T11 QB - Ciclo del Ácido Cítrico

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@rose.studygram_
Teórico 11
Ciclo del Ácido Cítrico
Respiración: fase aeróbica del catabolismo:
· Fase 1 : obtención de Acetil-CoA
· Fase 2: ciclo del ácido cítrico, es la degradación de Acetil-CoA hasta CO2 con obtención de varios compuestos reducidos (NADH y FADH2). Este ciclo SOLO OCURRE en condiciones aeróbicas.
· Fase 3: utilización de los compuestos reducidos en la fosforilación oxidativa para obtener ATP. Membrana interna mitocondrial. 
No solo es un ciclo para obtener energía sino también sus intermediarios son usados como compuestos para la síntesis de otras biomoléculas, por ello es una ruta anfibólica. Además se encuentra regulado finalmente en coordinación con otras rutas y su sentido metabólico es la obtención de e- de alta energía para poder producir ATP. 
¿Dónde ocurre el ciclo del ácido cítrico? en la matriz mitocondrial
Para que se forme Acetil-CoA desde piruvato, actúa un complejo enzimático. Luego ese Acetil-CoA ingresa en el ciclo del ácido cítrico ¿qué se obtiene? 2 CO2, 3 NADH, 1 FADH2 y un compuesto que transporta energía, GTP.
Complejo enzima piruvato deshidrogenasa
Este complejo cataliza una descarboxilación oxidativa IRREVERSIBLE, utiliza la actividad de 3 enzimas (E1, E2 y E3) y 5 cofactores (CoA-SH, TPP, lipoato y FAD2+). En esta descarboxilación también se obtiene NADH. 
Los cofactores son provenientes de vitaminas. 
· TPP: en su estructura posee una anillo de tiazoilo donde se produce la formación de un carbanión. Actúa como transportador de grupos -CHO activados, rompe generalmente uniones al lado de un grupo ceto. 
· CoA-SH: transfiere grupos acilos. 
· Ácido lipoico: dentro de su estructura tiene un puente S-S de manera que lo podemos encontrar en su forma oxidada, reducida entonces puede transferir e-; cuando esta reducido puede unir grupos acilo como la Acetil-CoA, entonces funciona en reacciones oxido-reducción y transfiriendo grupos acilo. Siempre se encuentra unido covalentemente a las enzimas, en este caso a la E2 por el grupo epsilon amino de una lys, no necesariamente en el sitio activo. 
· FADH2
E1 → (piruvato deshidrogenasa) es el componente piruvato deshidrogenasa ¿por qué? Posee TPP como cofactor y produce la descarboxilación oxidativa; luego actúa E2 que es el componente transacetilasa y tiene como cofactor la lipoamida y finalmente el componente E3, que posee a FAD como cofactor. 
El complejo puede observarse por microscopía electrónica, y se ve que no existe un único componente E1, E2 o E3 sino que hay gran cantidad de cada uno de ellos. El componente E1 se encuentra en la superficie del complejo, E2 es una comunicación entre E1 y E3 entonces hay una mezcla entre E2 y E3 con tal que E2 esté en contacto con ambos componentes enzimáticos. 
En humanos hay 60 copias E2, 30 E2 y 6 de E3. 
E2 → (dihidrolipoil transacetilasa) tiene en su estructura un dominio de unión para estas enzimas, en el C-terminal posee la actividad aciltransferasa y luego tiene un brazo largo donde se une el ácido lipoico al epsilon amilo (el brazo podrá moverse de E1 a E2). 
Mecanismo de acción de la piruvato deshidrogenasa
Supongamos que lo amarilo de la imagen es E1, en verde E2 y en rosa E3. 
E1 tiene al TPP como cofactor, de manera que el piruvato al entrar en contacto se descarboxila, y la TPP toma los carboxilos que quedaron como hidroxietil y se forma hidroxietil tiamina pirofosfato. 
Este hidroxietilo es tomado por un ácido lipoico que se encuentra oxidado, al reducirse y tomar el hidroxietilo, el hidroxi pasa a ceto y se forma la acetil lipoamida reducida. Luego entra en función el CoA-SH que toma el grupo acilo y se forma Acetil-CoA y el ácido lipoico que está reducido; para que vuelva a reacción debe oxidarse y esa es la función del componente E3 que tiene al FAD2+ como cofactor, se reduce a FADH2 y el ácido lipoico se oxida nuevamente.
El FADH2 hay que oxidarlo nuevamente, entra en juego el NAD+ (último cofactor), se obtiene NADH y se recupera el FAD2+ para que ocurra nuevamente la reacción. 
Reacción química 
Reacciones del ciclo del ácido cítrico
El oxalacetato NO se obtiene como producto del ciclo del ácido cítrico, si se vuelve a formar para que el ciclo continúe. Si cualquiera de los intermediarios son tomados por la célula, debe haber sí o sí reacciones que abastezcan al ciclo en algún punto → reacciones anapleróticas. 
1- Citrato sintasa
Es una reacción IRREVERSIBLE, y la enzima es un homodímero que une primero al oxalacetato produciendo un cambio en la conformación del dímero para que luego entre en acción el Acetil-CoA. Lo primero que se forma en las transferencias electrónicas es el citril CoA, luego hidroliza el CoA de este último; todo esto ocurre así porque la enzima es específica para hidrolizar citril CoA. 
2- La aconitasa
Cataliza primero una deshidratación y luego una hidratación pasando por el intermediario cis-aconitato ¿con que fin? nosotros pasamos de citrato con -OH en posición 3, y es necesario pasarlo a la posición 4 entonces al deshidratar forma un doble enlace y la hidratación me forma el -OH en posición 4. 
Reacción IRREVERSIBLE.
3- La isocitrato deshidrogenasa (regula la velocidad del ciclo)
Tiene al NAD(P)+ como cofactor, produce una oxidación obteniendo NADH o NADPH y se forma un compuesto cíclico con Mn2+, este compuesto hace que la enzima produzca la descarboxilación del C3 y se forma finalmente ⍺-cetoglutarato. 
1. oxidación: produce NADH o NADPH
2. descarboxilación
3. reordenamiento electrónico
Reacción IRREVERSIBLE.
4- Complejo de la ⍺-cetoglutarato deshidrogenasa
Tiene 3 componentes enzimáticos y 5 cofactores, da una descarboxilación oxidativa irreversible. En este paso se obtiene NADH y CO2. IRREVERSIBLE.
Los componentes E1, E2 y E3 pueden ser parecidos a los de la piruvato deshidrogenasa; en este caso: 
· E1 reconoce ⍺-cetoglutarato de manera que E1 es un poco diferente, 
· E2 reconoce los que se forma luego de la descarboxilación,
· E3 regenera al ácido lipoico oxidado no necesariamente es distinto, justamente es igual a la piruvato deshidrogenasa. 
5- La succinil CoA sintetasa
En este paso se obtiene GTP y se libera el CoA, esta reacción donde se produce GTP es una fosforilación a nivel de sustrato (igual que en la glucólisis). La reacción ocurre de la siguiente manera:
La enzima en su sitio activo posee una His, el succinil CoA primero antes de entrar al sitio activo hidroliza el CoA y en ese lugar se une Pi → succinil Pi en el sitio activo de la enzima. Luego, ese Pi es cedido a la His del sitio activo y se libera succinato, después la enzima es la encargada de pasar a formar GTP cediendo el Pi al GDP y recuperando la enzima. REVERSIBLE.
Por lo tanto, en un paso intermedio tengo a la enzima fosforilada. 
Obtener GTP es lo mismo que obtener ATP, ya que la enzima nucleósido difosfato quinasa es capaz de convertir el ADP a ATP desde GTP sin gasto de energía.
6- Succinato deshidrogenasa
Por acción de esta enzima, el succinato pasa a fumarato y FADH2. REVERSIBLE.
· Oxidación de alcano a alqueno
· Flavoproteína unida a la membrana mitocondrial interna (eucariotas) o a la plasmática (procariotas)
· Ferrosulfoproteina con tres centros hierro-azufre diferentes.
· FAD+ unido covalentemente: los electrones obtenidos pasan directamente a la cadena (complejo II de la cadena de transporte de electrones).
· Reacción estereoespecífica: solo se forma el isómero trans(fumarato) y no el cis(malonato)
· Reacción cercana al equilibrio 
7- Fumarasa
De fumarato pasamos a formar L-malato. La enzima cataliza ambos procesos y tiene como sustrato al L-malato y NO D-malato. Es una reacción altamente estereoespecífica y va de fumarato (trans) al L-malato. REVERSIBLE.
8- La malato deshidrogenasa
De la malato pasamos por acción de la L-malato deshidrogenasa a formar oxalacetato, este es el último paso donde se obtiene un compuesto reducido (NADH+). Reacción IRREVERSIBLE ya que el oxalacetato se encuentra en baja cc en la matriz mitocondrial.
Resumiendo:
· Paso 1: Formación de enlace C-C entre acetato (2C) y oxaloacetato (4C) para formarcitrato (6C)	
· Paso 2: Isomerización via deshidratación/rehidratación 
· Pasos 3–4: Descarboxilaciones oxidativas para dar 2 NADH y 2 CO2	
· Paso 5: Fosforilación a nivel de sustrato para dar GTP 
· Paso 6: Deshidrogenación para dar FADH2 
· Paso 7: Hidratación 
· Paso 8: Deshidrogenación para dar NADH				
Solo se genera un ATP (GTP) por vuelta pero los pasos oxidativos generan un gran flujo de electrones hacia la cadena respiratoria vía NADH y FADH2, obteniéndose un gran número de ATP.
Ciclo como vía anfibólica
En organismos aeróbicos el ciclo de Krebs funciona como una ruta anfibólica, es decir, sirve tanto para procesos anabólicos como catabólicos. Aparte de la oxidación de glúcidos, AG y AA, proporciona precursores de varias vías biosintéticas.
Ejemplo
· ⍺-cetoglutarato y oxalacetato pueden funcionar como precursores de AA como Aspartato y Glutamato por transaminación. 
· Succinil-CoA es un intermediario de la síntesis del anillo de porfirina de los grupos hemo, que actúan como transportadores de O2 y transportadores de e-. 
· Oxalacetato funciona como precursor para la síntesis de glucosa a partir de la gluconeogénesis.
En base a lo dicho cabe aclarar que el ciclo NO SE FRENA en condiciones aeróbicas, entonces si cualquiera de sus intermediarios son utilizados, el ciclo debe estar abastecido por las rutas anapleróticas. En condiciones normales, las reacciones por las que los intermediarios se dirigen a otras vías y aquellas que permiten reponerlos se encuentran en equilibrio dinámico, de manera que los intermediarios permanecen prácticamente ctes. 
La tabla 16-2 muestra las reacciones anapleróticas más comunes, donde se convierte al PEP o piruvato en oxalacetato o malato en los diversos tejidos del organismo. Dentro de las más importantes encontramos a la carboxilación REVERSIBLE del piruvato + CO2 → oxalacetato catalizado por la piruvato carboxilasa. 
Enzima piruvato carboxilasa: es un tetrámero de 4 subunidades, cada una tiene unido covalentemente biotina (grupo prostético de la enzima). Cada biotina pone en contacto 2 sitios activos diferenciales de cada sitio activo. La enzima está prácticamente inactiva en ausencia de Acetil-CoA, regulador alostérico positivo. 
Enzima PEP carboxilasa: es activada por el intermediario Fru 1,6 bisP, que se acumula cuando el ciclo de Krebs opera de manera lenta procesando el piruvato generado de la glucólisis. Cataliza la reacción PEP → oxalacetato.
Cofactores que forman largos brazos flexibles
Dentro de estos encontramos a la biotina, lipoato y pantotenato, donde los 3 entran a las células mediante el mismo transportadores y se unen de manera covalente a las proteínas mediante reacciones similares y los tres proporcionan un anclaje flexible que permite que los intermedios de reacción unidos se transporten de un sitio activo a otro dentro de un complejo enzimático sin disociarse del mismo (en la imagen lo que se encuentra marcado en rosa es el punto de unión del intermedio activo a la ligadura). 
Regulación del ciclo del ácido cítrico
Se regula en las etapas tempranas del ciclo.
· Etapa 1
· Etapa 3
· Etapa 4
3 factores gobiernan la vel. del ciclo → 
· Disponibilidad de sustratos,
· Inhibición por los productos acumulados
· Inhibición alostérica de las enzimas tempranas del ciclo.
Regulación de la piruvato deshidrogenasa 
Se encuentra regulada por fosforilación (regulación covalente) en el residuo de Ser en una de las 2 subunidades E1, cuando el complejo este fosforilada será inactivo y una fosfatasa que hidroliza el fosfato.
· Reguladores positivos: ADP, AMP, CoA y NAD+
· Reguladores negativos: ATP, Acetil-CoA y NADH
Regulación de las etapas exergónicas
Cada una de las 3 etapas catalizadas por:
	
	ACTIVADORES
	INHIBIDORES
	Citrato sintasa
	· ADP
· AMP
· NAD+
	· ATP
· NADH
· Succinil CoA
· Citrato
	Isocitrato deshidrogenasa
	· ADP
· AMP
· NAD+
· Ca2+
	· ATP
· NADH
	⍺-cetoglutarato deshidrogenasa
	· NAD+
· Ca2+
	· NADH
· succinil CoA
Pueden llegar a ser la etapa limitante de la velocidad en determinadas circunstancias. En condiciones normales, la velocidad de glucólisis y ciclo de Krebs están integradas de manera que solo se metaboliza a piruvato la glucosa necesaria para suministrar al ciclo de Krebs su combustible, grupos acetilo del acetil CoA
Ciclo del glioxilato				
Los vertebrados no pueden convertir el acetato (ácidos grasos o aminoácidos) en glúcidos (gluconeogénesis).		
En organismos no vertebrados, plantas y algunos microorganismos el ciclo de glioxilato produce energía y convierte acetato (Ac-CoA) en succinato u otro intermediario de 4 átomos de C del ciclo del ácido cítrico.
Cada vuelta de este ciclo consume 2 Ac-CoA y produce succinato y NADH. 	
2Ac-CoA + NAD+ + 2H2O → succinato + 2CoA + NADH + H+ 
En este ciclo si se genera un compuesto de 4 átomos de carbono, entonces se libera algo que puede utilizarse para formar glucos o puede entrar al ciclo del ácido cítrico para abastecer al mismo.
Los glioxisomas se encuentran en las semillas cerca de las mitocondrias ¿que sucede? cuando la semilla germina, requiere de celulosa para ello tiene alta cc de lípidos; de estos pasan al glioxisoma, pasa a formar Acetil CoA que entra en el ciclo del glioxilato dando grandes cantidades de succinato; el succinato sale del glioxisoma hacia la mitocondria abasteciendo el ciclo del ácido cítrico y el malato que sale del ciclo del ácido cítrico puede salir de la mitocondria para formar oxalacetato en el citosol y este por gluconeogénesis pasa a formar hexosas y HdeC que la planta necesite.