Ciclo de Krebs 1C 2014

CICLO DE KREBS2014

METABOLISMO:

Proceso global por el cual los organismo vivientes adquieren y usan la energa libre para llevar a cabo sus funciones.

CATABOLISMO

ANABOLISMO

Dnde ocurre el Ciclo de Krebs?

Funciones principales del Ciclo de Krebs:Produce casi todo el dixido de carbono fabricado en los tejidos humanosEs la fuente de muchas de las coenzimas reducidas que impulsan la produccin del ATP en la cadena respiratoriaDirige el exceso de energa y muchos intermediarios a la sntesis de cidos grasosProporciona algunos de los precursores utilizados en la sntesis de protenas y de cidos nucleicos

FASE I: INTRODUCCION Y PERDIDA DE DOS ATOMOS DE CARBONO (COMO CO2)Primer paso (extra ciclo de Krebs):Formacin de acetil-CoA a partir de piruvato.Complejo Piruvato deshidrogenasa (PM = 8 x 106).

Dihidrolipoil transacetilasa

Finalmente la dihidrolipoamida es reoxidada a lipoamida por FAD y el FADH2 que resulta es, a su vez, reoxidado a FAD por NAD+ para completar el ciclo cataltico.Dihidrolipoil deshidrogenasa

Pasos 1-2: El pirofosfato de tiamina (TPP) reacciona con piruvato para formar un producto de adicin que sufre descarboxilacin para dar HETPP.

Paso 3: La doble ligadura de la enamina ataca a un tomo de azufre de la lipoamida y produce un desplazamiento tipo SN2 del segundo azufre para dar un hemitioacetal.

Paso 4: La eliminacin de difosfato de tiamina del intermediario hemitioacetal produce acetil dihidrolipoamida

Paso 5: que reacciona con la coenzima A en una reaccin de sustitucin nucleoflica del acilo para intercambiar un tioster por otro y dar acetil-CoA y dihidrolipoamida.Piruvato deshidrogenasa

Envenenamiento y Krebs

Envenenamiento por mercurio y arsnico. Enfermedad por carencia de vitamina B1 (tiamina): beriberi.

Asesinado con arsnico?

Tnico de Fowler (siglo XIX): 10 mg de arsenito por ml

Etapas del Ciclo de Krebs:1era Etapa: Introduccin de dos tomos de carbono en forma de acetil-CoA (formacin de citrato)Actividad de la citrato sintasa (inhibida por citrato) .

Mecanismo secuencial ordenado.G = -31.5 kJ.mol-1

Condensacin aldlica seguida de hidrlisis

Voet Biochemistry 3e 2004 John Wiley & Sons, Inc.Page 783

Voet Biochemistry 3e 2004 John Wiley & Sons, Inc.

El grupo carboxilato de la cadena lateral del Asp-375 acta como una base y saca un protn acdico de la acetil-CoA, mientras el grupo N-H de la cadena lateral de la His-274 acta como un cido y dona un protn al oxgeno carbonlico, generando un enol.

La His-274 desprotona el enol acetil-CoA, que se adiciona al grupo carbonilo cetnico del oxalacetato en una reaccin tipo aldlica. Simultneamente, un protn N-H acdico de la His-320 protona al oxgeno carbonlico produciendo (S)-citril CoA

Luego de su formacin, (S)-citril CoA se hidroliza a citrato en una reaccin de sustitucin nucleoflica del acilo, catalizada por la misma enzima (citrato sintasa).

Notar: el C3 del citrato es un centro proquiral, con el brazo pro-S derivado del acetil-CoA y el brazo pro-R derivado del oxalacetato.

Reaccin de la citrato sintasa

2da etapa: Isomerizacin del citrato (formacin de cis-aconitato y, luego, isocitrato).Accin de la aconitasa.Nota: Un sustrato de la citrato sintasa, fluoroacetilo, se encuentra en las hojas de ciertas plantas (astrgalo-Plantaginetum subulatae) y produce fluorocitrato, inhibidor de la aconitasa (veneno Ten Eighty).

La aconitasa es una ferrosulfoprotena con hierrono hemnico.

El citrato es un alcohol terciario proquiral que se convierte en un alcohol secundario, quiral (2R,3S)-isocitrato. La isomerizacin ocurre en dos etapas, ambas catalizadas por la aconitasa.El paso inicial: deshidratacin de b-HO-cido para dar cis-aconitato.Segundo: adicin nucleoflica de agua al doble enlace que ocurre especficamente en el brazo pro-R.

El protn sale de la cara re del C2 pero se adiciona en la cara re del C3. Ambas caras re de C2 y C3 se encuentran a 180, en lados opuestos de la molcula. Por lo tanto, el cis-aconitato debe voltearse 180 entre los pasos, liberndose de la enzima, rotar y volver a unirse.

3era etapa: Generacin de CO2 por una deshidrogenasa ligada al NAD+ (formacin de a-cetoglutarato).Accin de la isocitrato deshidrogenasa.

El (2R,3S)-isocitrato, un alcohol secundario, se oxida con NAD+ para dar una cetona, oxalosuccinato, que pierde CO2 para dar a-cetoglutarato. Esta reaccin necesita de un catin divalente como cofactor, para polarizar el grupo ceto.

Reaccin de la isocitrato deshidrogenasa

4ta etapa: Generacin de la segunda molcula de CO2 por un complejo multienzimtico (formacin de succinil-CoA).Accin de la a-cetoglutarato deshidrogenasa (complejo a-cetoglutarato deshidrogenasa, trans-succinilasa y dihidrolipoilo deshidrogenasa)

Este complejo enzimtico es inhibido por mercurio y arsenito, que bloquean los grupos SH del cido lipoico. Tambin es inhibida por la falta de tiamina en la dieta, produciendo un acmulo de a-cetoglutarato, con inhibicin del ciclo de Krebs.

SEGUNDA FASE DEL CICLO: REGENERACION DEL OXALACETATO.

5ta etapa: Fosforilacin a nivel de sustrato (formacin de succinato).Actividad de la succinil-CoA sintetasa.

GTP + ADP GDP + ATPNuclesido difosfoquinasa

Plegamiento de Rossmann (Michael Rossmann)

Succinil-CoA recibe un in fosfato en una reaccin de sustitucin nucleoflica de acilo, generando un intermediario tetrahdrico

que expulsa CoA como grupo saliente y genera un acil fosfato.

Un residuo histidina de la enzima realiza una sustitucin nucleoflica sobre el fsforo, liberando succinato y dejando un fosfato unido a la enzima.

El difosfato de guanosina (GDP) realiza otra sustitucin nucleoflica sobre el fsforo, generando GTP.

6ta etapa: deshidrogenacin dependiente de flavina (formacin de fumarato).Accin de la succinato deshidrogenasa (ferro-sulfoprotena).

Reaccin estereoespecfica, sacando el H pro-S de un carbono y el pro-R del otro

7ma etapa: Hidratacin de un doble enlace carbono-carbono (formacin de malato).Accin de la fumarasa.

Adicin nucleoflica de agua a fumarato, para dar (S)-malato (L-malato). La reaccin ocurre a travs de la formacin de un carbanin, estabilizado por el grupo carbonilo adyacente. La protonacin tiene lugar en el lado opuesto al OH.

8va etapa: Deshidrogenacin que regenera al oxalacetato (formacin de oxalacetato).Accin de la malato deshidrogenasa.

G = +29.7 kJ.mol-1

En estas dos etapas se eliminantodos los carbonos carboxlicos marcados

ReaccinCoenzimasNmero de ATPMedioIsocitrato -cetoglutarato1 NADH2.5 ATPCadena respiratoria-cetoglutarato succinil-CoA1 NADH2.5 ATPCadena respiratoriaSuccinil-CoA succinato1 GTP1 ATPTransferencia directaSuccinato fumarato1 CoQH2 (FADH2)1.5 ATPCadena respiratoriaMalato oxalacetato1 NADH2.5 ATPCadena respiratoria

La sntesis de acetil-CoA por el complejo piruvato deshidrogenasa es una etapa clave e irreversible en el metabolismo de la glucosa.

La entrada en el ciclo de Krebs y sus reacciones estn controladas:

El complejo piruvato deshidrogenasa se regula alostricamente por inhibicin por producto y, adems, mediante una fosforilacin reversible.

Regulacin de la piruvato deshidrogenasaPEP, AMP

Puntos de control del ciclo:-ADP estimula alostricamente a la isocitrato deshidrogenasa.-La unin de NAD+, Mg2+ y ADP es mutuamente cooperativa.-NADH inhibe esta enzima desplazando al NAD+.-ATP es tambin inhibitorioEn general, la velocidad del ciclo se reduce cuando la clula dispone de un alto nivel de ATP

El ciclo de Krebs es una fuente de precursores biosintticos.

ANAPLEROSISPalabra que describe a los procesos metablicos que reaprovisionan de intermediarios en un ciclo bioqumico.Los ciclos metablicos son esenciales para la transferencia eficiente de energa en la clula.

Los sustratos que ingresan al ciclo como citrato (va la condensacin de acetil-CoA con oxalacetato), no causan un cambio neto en el tamao del pool del ciclo.Los dos carbonos de acetil-CoA se pierden como CO2 en las reacciones de la isocitrato deshidrogenasa y la a-cetoglutarato deshidrogenasa.Por el contrario, la anaplerosis provee de compuestos para el ciclo, por otras reacciones diferentes de la citrato sintasa.

El papel de la anaplerosis en el ciclo de Krebs es doble:Primero, a medida que los intermediarios se pierden en procesos biosintticos tales como gluconeognesis, glicerognesis y sntesis de aminocidos, la anaplerosis los restablece, permitiendo que el flujo en el ciclo contine sin impedimento.Segundo, la anaplerosis facilita la produccin de energa en rganos con alto grado de recambio energtico, tales como el corazn y el msculo.

Sustratos para anaplerosis:-Piruvato y alanina son los principales, aunque glutamato puede llegar a ser importante.-Adems, los aminocidos ramificados, tales como isoleucina y valina, cidos grasos de cadena impar y su producto de degradacin, propionato, sirven como sustratos anaplerticos.

Ingreso al ciclo va malato y oxalacetato:Aunque la mayora del piruvato es descarboxilado oxidativamente y entra al ciclo como acetil-CoA, una porcin es carboxilada e ingresa al ciclo.Esta reaccin es catalizada por la piruvato carboxilasa (formando oxalacetato) o por la enzima mlica dependiente de NADP (formando malato)

TABLA 16-2 Reacciones Anaplerticas

Ingreso va a-cetoglutarato:El -cetoglutarato deja el ciclo como glutamato. Esta reaccin es reversible cuando se forma glutamato va transaminacin con piruvato (dando alanina) u oxalacetato (formando aspartato).

Entrada va succinil-CoA:Este intermediario juega un papel importante en el metabolismo de cidos grasos y aminocidos porque es el punto de ingreso a partir de cidos grasos de cadena impar y de aminocidos con cadena lateral ramificada.Este ingreso se asocia a la produccin de compuestos de alta energa.

Interrelationship between the propionyl-CoA pathway and the CAC in liver and heart. Reszko A E et al. J. Biol. Chem. 2003;278:34959-349652003 by American Society for Biochemistry and Molecular Biology1, propionil-CoA carboxilasa; 2, metilmalonil-CoA racemasa; 3, metilmalonil-CoA mutasa.

Entrada va fumarato:Adems de los aminocidos fenilalanina y tirosina ingresando como fumarato, el ciclo de las purinas tambin enriquece al ciclo, por una reaccin entre aspartato y GTP para dar fumarato, amonaco, GDP y Pi.

Voet Biochemistry 3e 2004 John Wiley & Sons, Inc.Page 9921-carbamil P sintetasa2-OTC3-argininosuccinato sintetasa4-argininosuccinasa5-arginasa


Cmo estudiamos la anaplerosis?

Ciclo del glioxilato:Plantas y bacterias pueden crecer en presencia de acetato.

FIN DE KREBS

***************************************************************************************************Interrelationship between the propionyl-CoA pathway and the CAC in liver and heart. Numbered enzymes are: 1, propionyl-CoA carboxylase; 2, methylmalonyl-CoA racemase; 3, methylmalonyl-CoA mutase.***********

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