APUNTES CÁTEDRA-Metabolismo de HdC-2da parte

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QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
UNIDAD 3: METABOLISMO DE HIDRATOS DE CARBONO II 
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METABOLISMO DE HIDRATOS DE CARBONO II 
 
Descarboxilación oxidativa del piruvato 
 
Cuando hay buena provisión de oxígeno, el piruvato puede ser oxidado a CO2 y H2O. Este piruvato 
producido en el citoplasma de las células es degradado dentro de las mitocondrias y para ello 
atraviesa la membrana interna de la mitocondria por medio de un transportador. Una vez adentro 
se produce el 1° paso de la degradación que es la descarboxilación oxidativa perdiéndose el grupo 
carboxilo, liberando CO2 y quedando un resto de 2 carbonos llamado acetilo o acetato, catalizado 
por un complejo de 3 enzimas y 5 coenzimas llamado piruvato deshidrogenasa. Una de estas 
coenzimas, la coenzima A (Co-A) actúa como aceptora y transportadora de los restos acetilos que 
se unen a ella por una unión de gran energía libre de hidrólisis. 
 
El resto de 2 carbonos resultante queda unido por un enlace tioéster de alta energía a la coenzima- 
A formando acetil-CoA llamado acetato activo. 
 
El NADH + H+ generado, cede sus H+ a la cadena respiratoria donde se unen al O2 y forman H2O. 
Cada 2 H+ que se transfieren desde el NAD+, se generan 3 ATP a partir de ADP. 
 
 
 
 
 
Ciclo del ácido cítrico, de los ácidos tricarboxílicos o de Krebs 
 
La acetil-coenzima A no solo se forma por Descarboxilación del piruvato, sino también por oxidación 
de ácidos grasos, oxidación de aminoácidos, etc. Puede ser usada para el ciclo de Krebs (dentro de 
las mitocondrias), síntesis de colesterol, síntesis de ácidos grasos, etc. 
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Reacciones del ciclo de Krebs 
 
1- Formación del ácido cítrico (Condensación): la condensación de la acetil-coenzima A con 
oxalacetato dando citrato (un compuesto de 6 C y 3 grupos carboxílicos). El estado activado 
del resto acetilo permite la formación de una unión C-C entre el metilo del acetato y el 
carbonilo del oxalacetato, la reacción es catalizada por una sintetasa que es inhibida por 
ATP y debido a la liberación de energía del enlace tioéster del acetil coenzima A la reacción 
puede considerarse irreversible. 
2- Formación de isocitrato: el citrato se isomeriza por una isomerasa dando isocitrato. 
3- Oxidación del isocitrato: el isocitrato por una deshidrogenación da oxalosuccinato por 
medio de una deshidrogenasa que usa NAD+. La enzima es activada por ADP y es inhibida 
por ATP y NADH + H+. Se considera que esta etapa es el principal sitio de regulación. 
4- Descarboxilación oxidativa del alfa- cetoglutarato: por un sistema multienzimático llamado 
alfa cetoglutarato deshidrogenasa (3 enzimas y 5 coenzimas) se realiza la Descarboxilación 
dando CO2, NADH + H+ y succinil-coenzima A, que es un resto de 4C unidos a la coenzima A 
por un enlace de alta energía en una reacción prácticamente irreversible. 
5- Formación de succinato: la succinil coenzima A se convierte por una quinasa en succinato y 
CoA libre (coenzima A). Esta reacción necesita GDP y Pi que con la energía del enlace que se 
rompe genera GTP a partir de este ATP. 
6- Deshidrogenación del succinato: el succinato es oxidado a fumarato por una 
deshidrogenasa que necesita de FAD como aceptor de protones. Esta deshidrogenasa está 
firmemente unida a la membrana interna de la mitocondria y es inhibida por el oxalacetato. 
El resto de las enzimas están en la matriz mitocondrial. 
7- Hidratación del fumarato: el fumarato sufre adición de agua y da malato por una fumarasa. 
8- Oxidación del malato: el malato pierde 2 H+ y da oxalacetato por medio de una 
deshidrogenasa que usa NAD+ como coenzima. De esta forma se cierra el ciclo y se ha 
liberado 2 CO2 y 8 H+, de los cuales 3 pares se han crecido al NAD y 1 par al FAD. En la cadena 
respiratoria estos H+ formarán 4 moléculas de agua. 
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CICLO DE KREBS 
 
 
PAPEL FUNCIONAL DEL CICLO 
 
En él se degradan hasta CO2 y H2O todos los restos de 2 C en forma de acetil-Co A que se 
originan en el organismo, ya sea a partir de glúcidos, ácidos grasos, aminoácidos u otra 
sustancia, sin embargo hay otras vías y reacciones (llamadas anapleróticas) que producen 
compuestos intermediarios del ciclo y por lo tanto pueden alimentarlo. 
 
La cadena respiratoria es la vía final de todos los equivalentes de reducción, por ello el ciclo de 
Krebs es la principal vía catabólica y su funcionamiento le da a las células gran cantidad de 
energía. 
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Balance energético de la oxidación de la glucosa 
 
La producción total de energía a partir de un mol de glucosa, cuando es degradada completamente 
en el organismo hasta CO2 y agua es de 38 moles de ATP. 
 
GLUCÓLISIS: 
 
En anaerobiosis cada mol de glucosa ................................................. 2 MOLES DE ATP 
 
Cuando hay O2 el NADH + H+ de la oxidación del Gliceraldehído-3-fosfato ................ 2 x 3 MOLES DE 
ATP = 8 MOLES DE ATP 
 
DESCARBOXILACION DEL PIRUVATO: 
 
NADH+ + H+ en cadena respiratoria ....................................... 2 x 3 MOLES DE ATP = 6 MOLES DE ATP 
 
CICLO DE KREBS: 
 
Cada acetato: 3 NADH + H+ en cadena respiratoria………………………3 x 3 MOLES DE ATP 
 
1 FADH2 en cadena respiratoria ................................................... 2 MOLES DE ATP 
 
Succinil CoA----succinato ...............................................................1 MOL DE ATP = 12 MOLES DE ATP 
COMO HAY 2 ACETATOS = 24 ATP 
 
 
 
8 MOLES DE ATP + 6 MOLES ATP +24 MOLES DE ATP = 38 MOLES DE ATP 
 
Como la energía libre de la hidrolisis de ATP en el organismo es de 7.3 kcal/mol, la energía total 
captada en forma de ATP por mol de glucosa es de alrededor de 277 kcal, pero cuando un mol de 
glucosa es quemado en el calorímetro se libera 685 kcal. Del cálculo se deduce que el rendimiento 
de la vía oxidativa del organismo es de aproximadamente el 40%. 
38 MOLES DE ATP 
2 MOLES DE ATP 
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Cadena transportadora de electrones 
 
Aunque la molécula de glucosa, después de la glucólisis y del ciclo de Krebs, se ha oxidado 
completamente y ha producido energía en forma de ATP, la mayor parte de la energía se encuentra 
en los electrones que aceptaron el NAD+ y el FAD, que se redujeron a NADH y FADH2. 
 
El NADH y FADH2 tienen un gran poder reductor, y transfieren sus electrones al oxígeno molecular 
(O2) a través de una cadena de transporte de electrones o cadena respiratoria. En el transporte de 
estos electrones se libera gran cantidad de energía que se utiliza para formar ATP (fosforilación 
oxidativa). 
 
Transporte electrónico 
 
Los electrones de las moléculas de NADH y FADH2, con alto nivel energético, pasan por distintas 
moléculas transportadoras a favor de un gradiente de potenciales de oxidorreducción hasta llegar 
al O2, que es el aceptor final de electrones. 
 
Estas moléculas transportadoras, en la membrana mitocondrial interna, se reducen y oxidan, 
aceptando electrones y cediéndoselos a la molécula siguiente, descendiendo los electrones desde 
niveles energéticos altos a otros inferiores. Al bajar a otros niveles se libera energía que se empleará 
en la síntesis de ATP por fosforilación oxidativa. 
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Las moléculas transportadoras de electrones de la cadena respiratoria están agrupadas en cuatro 
grandes complejos supramoleculares situados en lamembrana mitocondrial interna: 
 
 Complejo I o Complejo NADH-ubiquinona reductasa 
 Complejo II o succinato-ubiquinona reductasa 
 Complejo III o ubiquinona-citocromo c reductasa 
 Complejo IV o Complejo citocromo c oxidasa. 
 
 
 
 
 
Fosforilación oxidativa: hipótesis quimiosmótica de Mitchell 
 
La cadena respiratoria, en las crestas mitocondriales, está constituida por una serie de moléculas, 
los transportadores de protones (H+) y los transportadores de electrones (e-). Los protones y 
electrones van pasando de una a otra, desde el sustrato hasta el O2, que se reduce obteniéndose 
agua. 
 
Al pasar los electrones de una molécula a la de menor nivel energético, se produce el paso de 
protones (H+) de la matriz mitocondrial al espacio intermembrana, creando una gran diferencia de 
potencial respecto al de la matriz. Después, los protones regresan a la matriz a través de los 
oxisomas, activando la ATP sintasa y formando ATP. A este proceso se le llama fosforilación 
oxidativa, y permite sintetizar ATP a partir de la energía obtenida en las moléculas de NADH y FADH2 
liberadas en la glucólisis y en el ciclo de Krebs. De cada NADH se obtienen 3 ATP y del FADH2, sólo 
2 ATP. 
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Para no perdernos en el proceso respiratorio, recordaremos que en la glucólisis se habían producido 
dos moléculas de NADH, la oxidación del ácido pirúvico a acetil CoA produjo dos moléculas de NADH, 
y el ciclo de Krebs produjo dos moléculas de FADH2 y seis moléculas de NADH por cada molécula de 
glucosa. 
 
Este mecanismo por el que se obtiene ATP fue explicado por la hipótesis quimiosmótica o teoría 
del acoplamiento quimiosmótico, propuesta por Peter Mitchell en 1961. 
 
Según esta hipótesis, la energía liberada al pasar los electrones a otra molécula de menor nivel 
energético se utiliza para bombear protones (H+) desde la matriz mitocondrial hacia el espacio 
intermembranal. Así se crea una diferencia de concentración de protones y de cargas eléctricas 
entre el espacio intermembrana y la matriz, el gradiente electroquímico. 
 
Las enzimas ATP sintasas de la membrana mitocondrial interna tienen un canal en su interior por 
el que vuelven los protones a la matriz mitocondrial, produciendo la fosforilación del ADP para 
sintetizar ATP.