1-CICLO DE KREBS

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Tomas Figuerero

13/3/2024

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Medicina

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1-Introducción al metabolismo y la respiración celular. El ciclo de Krebs RANDY MEJÍAS GONZÁLEZ
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METABOLISMO:
Conjunto de transformaciones químicas que ocurren en el organismo que permiten el
continuo intercambio de sustancias con el medio y mantener la vida.

FUNCIONES GENERALES DEL METABOLISMO:
• Suministro de precursores para la síntesis de macromoléculas y otras sustancias
necesarias al organismo.
• Interconversión de biomoléculas.
• Eliminación de sustancias de desecho.
• Obtención de energía metabólica.

VÍA METABÓLICA:
E1 E2 E3 E4 E5 E6
A --> B --> C --> D --> F --> G --> H

 Sustrato (s) inicial, alimentador o
precursor,
 Producto (s) final,
 Metabolitos intermediarios.

Metabolitos intermediarios: son los
sustratos, productos o reactantes
intermedios de una vía o ciclo metabólico.

Metabolitos de encrucijada: son aquellos que son comunes al menos a 2 vías
metabólicas diferentes.

El metabolismo celular está organizado por
procesos en los cuales una sustancia
experimenta transformaciones sucesivas que
la van modificando hasta obtener el producto
final.
Si la sustancia inicial (que llamaremos
sustrato de la vía) presenta una complejidad
estructural mayor que la del (o de los)
productos estamos en presencia de una vía
catabólica. Si al contrario es el producto el de
mayor complejidad la vía es anabólica. Los
compuestos que se generan entre el sustrato
y el producto reciben el nombre de
intermediarios.
• Secuencia de reacciones.
• Catalizadas por enzimas.
• Son reguladas.
• Tienen una determinada localización celular.
• Cumplen una determinada función.
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ANABOLISMO:
 Se combinan moléculas pequeñas para formar moléculas complejas (como la
combinación de aminoácidos para formar las proteínas).
 Es divergente (a partir de pocos tipos de moléculas simples se forma una amplia
variedad de productos complejos).
 Requiere energía, generalmente suministrada por la hidrólisis del ATP a ADP y
Pi.
 Se producen reducciones químicas (se requieren cofactores reducidos).

CATABOLISMO:
 Se degradan moléculas complejas a sus precursores y estos a moléculas tan
simples como CO2, H2O y NH3.
 Es convergente (pocos productos finales).
 Produce energía química en forma de ATP.
 Se producen oxidaciones químicas (se generan cofactores reducidos).

VÍNCULOS ENTRE EL ANABOLISMO Y EL CATABOLISMO:
1- Parte de la energía (ATP) que es liberada en las vías catabólicas es utilizada en las
anabólicas.
2- Los cofactores reducidos que se obtienen en las vías catabólicas pueden utilizarse en
las anabólicas como agentes reductores.
3- Los productos finales de las vías catabólicas son frecuentemente sustratos o
precursores iniciales de las vías anabólicas, y los productos finales de las anabólicas son
compuestos iniciales de las vías catabólicas.
4- Numerosas enzimas se usan en ambos tipos de vías, pero otras que catalizan
reacciones irreversibles son distintas.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL METABOLISMO (PRINCIPIOS):
 Las vías metabólicas se organizan en múltiples etapas, en cada una de las cuales
se produce un pequeño cambio (Cambios graduales).
 Acoplamiento energético entre los procesos endergónicos y exergónicos
 Existe una gran interrrelación entre las distintas vías metabólicas.
 Existe una gran integración y regulación de las vías en dependencia de las
necesidades de la célula y del organismo como un todo.

REGULACIONES DEL METABOLISMO:

Las vías metabólicas son reguladas: En organismos multicelulares:
1- Modificando la actividad catalítica de las enzimas. - Regulación hormonal
Modificación alostérica - Regulación del Sist Nervioso
Modificación covalente

2- Modificando la cantidad de enzimas.
Inducción genética.
Represión genética.
Degradación.

3- Accesibilidad de los sustratos.

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CONCLUSIONES PARCIALES:
El metabolismo es el conjunto de transformaciones químicas que ocurren en el
organismo que permiten el continuo intercambio con el medio y mantener la vida.
Presenta dos vertientes principales, el catabolismo y el anabolismo, que se relacionan
al ser los productos del catabolismo los sustratos del anabolismo.
Las reacciones químicas que constituyen el metabolismo se organizan en vías
metabólicas. Las vías metabólicas son secuencias de reacciones químicas catalizadas
por enzimas, en las que existe un sustrato iniciador (alimentador), productos y
metabolitos intermediarios. Pueden ser abiertas o cerradas.
Se organizan en múltiples etapas, produciéndose cambios graduales de un metabolito
a otro. Se encuentran interrelacionadas y son altamente reguladas.

OTROS ASPECTOS DEL CATABOLISMO:
La degradación puede ser analizada en tres etapas:
-Hidrólisis de moléculas complejas.
-Conversión de sus componentes en Acetil CoA.
-Degradación del Acetil CoA mediante la RESPIRACIÓN CELULAR.
RESPIRACIÓN CELULAR:
Conjunto de procesos mediante los cuales se produce la oxidación del grupo acetilo de
la Acetil CoA a CO2 y H2O, con consumo de oxígeno y producción de ATP.

Procesos que la integran:
Ciclo de Krebs (productos: CO2 + cof.
reducidos + 1 GTP=1ATP)
Cadena de transporte de electrones
(producto: H2O)
Fosforilación oxidativa (producto: ATP)

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EL CICLO DE KREBS OCURRE EN LA MATRIZ MITOCONDRIAL, LA CADENA DE
TRANSPORTES DE ELECTRONES Y LA FOSFORILACION OXIDATIVA OCURRE EN
LA MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA.

CICLO DE KREBS = CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS = CICLO DEL
ÁCIDO CÍTRICO:
 Vía degradativa (catabólica) final común del metabolismo de los glúcidos, los
aminoácidos y ácidos grasos.
 Es además una vía de interacción con muchos procesos anabólicos

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL CICLO DE KREBS COMO PROCESO
CATABÓLICO:
 Localización: matriz mitocondrial (todas las células con mitocondrias)
 El alimentador es el acetil CoA (origen fundamental = glúcidos).
 Vía metabólica cíclica.
 Formado por 8 reacciones catalizadas por enzimas
 Sus productos principales son: 2 CO2, 4 cofactores reducidos y 1 GTP=1ATP
 3 de sus reacciones son irreversibles, por lo que es una vía globalmente
irreversible.
 Las 3 reacciones irreversibles constituyen puntos de control.

FUNCIONES DEL CICLO DE KREBS:
El ciclo tiene dos funciones importantes; una de ellas es la formación de los cofactores
reducidos que serán sustratos de la cadena respiratoria y se emplea en la formación de
ATP. La segunda es que a partir de sus metabolitos intermediarios sintetizan compuestos
como son los aa, grupos hemo, ácidos grasos; esto hace que este ciclo tenga relación
con el metabolismo de proteínas, hemoproteínas, ácidos nucleicos, glúcidos y lípidos.
Además, es sumamente importante su relación con otros procesos de la cadena
respiratoria.
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1- El primer compuesto que se forma en el
ciclo por la condensación entre el acetil-
CoA con el ácido oxalacético es el ácido
cítrico y HS-CoA, reacción que es
catalizada por la citrato sintasa.
Pero este ácido no puede experimentar la
reacción principal del proceso, es decir, la
oxidación.

2- Entonces se produce una reacción
(catalizada por la acotinasa) de
isomerización que convierte al ácido
cítrico en ácido isocítrico que sí es
oxidable. (es una reacción reversible).
3- Esta reacción es irreversible y
catalizada por la isocitrato
deshidrogenasa, donde el ácido isocítrico
se oxida y se descarboxila. La enzima es
dependiente del NAD+ que debe estar
unido a la enzima para que ella pueda
realizar su acción. Los productos son el
CO2 y el alfa-ceto-glutarato. En esta
reacción ocurre la formación del primer
cofactor reducido, el NADH

4- La reacción es catalizada por la enzima
Alfa cetoglutarato deshidrogenasa
mediante una descarboxilación oxidativa
del Alfa cetoglutarato transformándose en
succinil-CoA. Aquí ocurre la formación del
segundo cofactor reducido, el NADH. La
reacción es irreversible. Se produce
también CO2.

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5- Esta reacción es totalmente reversible y
es catalizada por la enzima succinil-
tioquinasa o succinil CoA sintetasa, donde
se transfiere la energía contenida en el
enlace tíoester de la succinil-CoA al último
enlace anhídrico fosfórico del GTP. El tercer
fosfato del GTP puede ser transferido al
ADP y formar ATP. Es única reacción del
ciclo donde se forma un compuesto con
energía semejante al ATP, es una
fosforilación a nivel de sustrato. El otro
producto de la reacción es el ácido
succínico

.
6- Reacción reversible, catalizada por la
enzima succínico deshidrogenasa, la cual
es una flavo proteína, cuyo grupo prostérico
es el FAD. Es una proteína integral de la
membrana interna de la mitocondria.
Participa en 2 procesos, en el ciclo de Krebs
y lo relaciona con la cadena respiratoria.
Cataliza la oxidación del ácido succínico en
ácido fumárico, mientras que se forma el
tercer cofactor reducido, el FADH2

7- Reacción reversible catalizada por la
enzima fumarasa, donde una molécula de
agua se introduce en el doble enlace y se
forma el ácido málico.

8- Con esta reación se completa el ciclo y
su producto es el ácido oxalacético,
iniciador del ciclo. También es la última
reacción redox que se produce; se forma el
último cofactor reducido, el NADH.
Constituye una reacción reversible pero el
equilibrio está desplazado hacia la
formación del ácido málico. Sin embargo, la
propia marcha del ciclo, o lo que es lo
mismo, el consumo del ácido oxalacético
hace que esta reacción se desplace en el
sentido de la formación del ácido
oxalacético
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Carácter anfibólico del
ciclo de Krebs

- Vertiente catabólica: degradación de
acetil CoA a 2CO2, 3 NADH y 1 FADH2,
1GTP= 1 ATP.

- Vertiente anabólica: salida de
metabolitos intermediarios con fines
biosintéticos.

NOTAS SOBRE EL CICLO DE KREBS
- DE SUS OCHO REACCIONES LAS REDOX SON LA 3, 4, 6 y 8; EN LA REACCION 5 SE
FORMA EL GTP POR FOSFORILACIÓN A NIVEL DEL SUSTRATO
- ES UNA VÍA CÍCLICA PORQUE EL ÁCIDO OXALACÉTICO QUE ES EL PRODUCTO FINAL
DE LA ÚLTIMA REACCIÓN, LA 8, VUELVE A SER SUSTRATO DE LA PRIMERA REACCIÓN
- LAS REACCIONES 2, 5, 6, 7 y 8 SEN REVERSIBLES

RELACIÓN DEL CICLO DE KREBS CON OTROS PROCESOS:
Los cofactores reducidos que se generan en el ciclo de krebs son reoxidados en la CTE, por lo
que constituyen el vínculo entre estos dos procesos.
Consecuencias de la salida
de intermediarios del Ciclo
de Krebs con fines
anabólicos.
 Decrece la intensidad
del mismo.
 Pero existen
reacciones que compensan
estas salidas y rellenan el
ciclo (reacciones
anapleróticas).
 La principal reacción
anaplerótica es la catalizada
por la piruvato carboxilasa:
(+) acetil CoA

ANAPLEROSIS:
EN LAS REACCIONES DEL CICLO DE KREBS, AL PRODUCIRSE EL CATABOLISMO DE LA
ACETIL-CoA SE REGENERAN TODOS LOS INTERMEDIARIOS, PERO COMO ESTOS
ADEMÁS SE ESCAPAN DEL CICLO AL PARTICIPAR EN OTROS PROCESOS
METABÓLICOS, ENTONCES AL CICLO DE KREBS LE FALTARÍAN LAS CANTIDADES
NECESARIAS DE SUS METABOLITOS INTERMEDIARIOS PARA REALIZAR SUS
FUNCIONES. LAS CANTIDADES DE ÁCIDO OXALACÉTICO DISMINUIDAS NO SE
CORRESPONDEN CON LAS REQUERIDAS PARA SU CONDENSACIÓN CON LAS DE
ACETIL-CoA LO QUE IMPLICARÍA UN DEFICIENTE FUNCIONAMIENTO DE ESTE PROCESO.
POR ESTO ES QUE OCURREN REACCIONES ANAPLERÓTICAS:
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EN ESTA REACCIÓN EL ÁCIDO
PIRÚVICO SE CARBOXILA Y SE
TRANSFORMA EN ÁCIDO
OXALACÉTICO Y EL ATP APORTA
LA ENERGÍA NECESARIA PARA
QUE OCURRA LA REACCIÓN;
ESTA ENZIMA TIENE SU PROPIO
ACTIVADOR ALEOSTÉRICO, EL ACETIL-CoA. ESTO ES IMPORTANTE PARA QUE OCURRA
LA PRIMERA REACCIÓN DEL CICLO, EL APORTE DEL ÁCIDO OXALACÉTICO ES
SUFICIENTE PARA RELLENAR DE METABOLITOS EL CICLO, PUES ESTE ÁCIDO SE
TRANSFORMA EN LOS OTROS METABOLITOS EN LAS SUBSIGUIENTES REACCIONES.

¿Qué es una fosforilación a nivel del sustrato?
Se conoce como una fosforilación a nivel de sustrato a los ATP que se forman sin la intervención
de la cadena respiratoria. La fosforilación a nivel de sustrato ocurren en reacciones catabólicas
del proceso degradativo de proteínas, glúcidos o lípidos

ORÍGENOS Y DESTINOS DEL ACETIL-CoA:
El acetil-CoA deriva de la degradación de algunos aminoácidos y de la oxidación de los ácidos
grasos, pero proviene, principalmente, de los glúcidos (mediante el proceso de la glucólisis), entre
otras cosas por ser estos, por lo general, el tipo de compuestos más abundantes en la dieta. Es
un metabolito de encrucijada, porque además de provenir de diferentes vías, sus destinos son
varios. A partir de él se sintetizan ácidos grasos, cuerpos cetónicos, colesterol, o puede oxidarse
en el Ciclo de Krebs. Es el alimentador del Ciclo Krebs
El ácido pirúvico, producto de la degradación de los glúcidos, se convierte en Acetil-CoA
en la reacción catalizada por la enzima pirúvico deshidrogenasa. Esta reacción es
semejante a la descarboxilación oxidativa del alfa cetoglutarato

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CUADRO SOBRE ANABOLÍSMO Y CATABOLÍMO:
ANABOLISMO CATABOLISMO
Se combinan moléculas pequeñas para formar moléculas
complejas (como la combinación de aminoácidos para formar las
proteínas).
Se degradan moléculas complejas a sus precursores y estos a moléculas
tan simples como CO2, H2O y NH3.
Es divergente (a partir de pocos tipos de moléculas simples se
forma una amplia variedad de productos complejos).
Es convergente (pocos productos finales).
Requiere energía, generalmente suministrada por la hidrólisis del
ATP a ADP y Pi.
Produce energía química en forma de ATP.
Se producen reducciones químicas (se requieren cofactores
reducidos).
Se producen oxidaciones químicas (se generan cofactores reducidos).

SEMEJANZAS:
1. Permiten el continuo intercambio de sustancias con el medio y mantener la vida.
2. Eliminación de sustancias de desecho.
3. Obtención de energía metabólica
4. Secuencia de reacciones.
5. Catalizadas por enzimas.
6. Son reguladas.
7. Tienen una determinada localización celular.
8. Cumplen una determinada función.
VÍNCULOS ENTRE EL ANABOLISMO Y EL CATABOLISMO
1- Parte de la energía (ATP) que es liberada en las vías catabólicas es utilizada en las anabólicas.
2- Los cofactores reducidos que se obtienen en las vías catabólicas pueden utilizarse en las anabólicas como agentes reductores.
3- Los productos finales de las vías catabólicas son frecuentemente sustratos o precursores iniciales de las vías anabólicas, y los productos
finales de las anabólicas son compuestos iniciales de las vías catabólicas.
4- Numerosas enzimas se usan en ambos tipos de vías, pero otras que catalizan reacciones irreversibles son distintas.

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CUADRO RESUMEN SOBRE LAS REACCIONES DEL CICLO DE KREBS:
# de
etapas
SUSTRATOS TIPO DE
REACCION
ENZIMA
PARTICIPANTE
REVERSIVILIDAD PRODUCTOS FINALES
1

OXALACETATO
(sustr iniciador)

ACETIL-CoA
(sustr alimentador)

CONDENSACIÓN

CITRATO SINTASA

IRREVERSIBLE

CITRATO
2 CITRATO

ISOMERIZACIÓN

ACONITASA

REVERSIBLE

ISOCITRATO
3 ISOCITRATO