República Bolivariana de Venezuela

Universidad del ZuliaFacultad de Odontología

Unidad Curricular: Bioquímica

CICLO DE KREBSCICLO DE KREBS

MgSc. Ilya Casanova MgSc. Ilya Casanova RomeroRomero

MgSc. Mery Bell MgSc. Mery Bell Maldonado E.Maldonado E.

Dr. Alex Barboza M.Dr. Alex Barboza M.

Dr. Luis Sarmiento-Dr. Luis Sarmiento-

CICLO DE KREBSImportancia Biomédica

• Consiste en una serie de reacciones que se llevan a cabo en las mitocondrias que oxidan residuos acetilos (en forma de acetil-CoA) y reducen coenzimas que, en la reoxidación se relacionan con la formación de ATP.

• Es la vía común final para la oxidación aeróbica de carbohidratos, lípidos y proteínas, porque la glucosa, los ácidos grasos y la mayor parte de los AA se metabolizan a acetil-CoA o a intermediarios del ciclo.

• Estos procesos ocurren en la mayor parte de los tejidos, pero es en el tejido hepático donde ocurren en un grado importante. Por lo tanto, en una hepatitis aguda o en una cirrosis las repercusiones son profundas.

• Las mutaciones genéticas en las enzimas que intervienen en el ciclo son raras, y de presentarse serían incompatibles con la vida o con el desarrollo normal.

CICLO DE KREBSImportancia Biomédica

Oxalacetato

(C4)

Citrato

(C6)

CO2

CO2

Acetil-CoA

CoA

FUNCIÓN CATALÍTICA DEL OXALACETATO

CH- COO-

CH2- COO-

O

OH- C- COO-

CH2- COO-

CH2- COO-

Citrato

Cís-aconitato

Isocitrato

-cetoglutarato

Succinil-CoASuccinato

Fumarato

Malato

Oxalacetato

2H

2H

NAD2H CO2

CO2

H2O

H2OH2O

H2O

H2O

P~ Fp

Q

Cit b

Cit c

Cit aa3

-

H2O

½ O2

~

~

~

P

P

P

Fosforilaciónoxidativa

Anaerobiosis(hipoxia, anoxia)

Ciclo del ácido Cítrico

2H

Acetil-CoACarbohidratosLípidosProteínas

Ciclo del ácido cítrico: La vía catabólica principal para la acetil-CoA en los organismos aerobios.

El ciclo del ácido cítrico es una parte del proceso mediante el cual queda disponible una gran parte de la energía liberada durante la oxidación de nutrientes.

Durante la oxidación de la acetil-CoA, las coenzimas se reducen y luego se oxidan de nuevo en la cadena respiratoria, para producir ATP (fosforilación oxidativa).

Este proceso es aeróbico y requiere de oxígeno como oxidante final de las coenzimas reducidas. Las enzimas del ácido cítrico se localizan en la matríz mitocondrial, libres o unidas a la membrana mitocondrial interna, que también contiene a las enzimas de la cadena respiratoria.

CICLO DE KREBS

Acetil-CoAOxalacetato + Citrato

OH- C- COO-

CH2- COO-

CH2- COO-CoA-SH

H2O

Citrato sintasa

Citrato sintasa forma un enlace C-C entre el carbono metilo del acetil-CoA y el carbono carboxilo del oxalacetato. El enlace tioéster de la citril-CoA se hidroliza, por lo cual se libera citrato y CoA-SH; esta reacción es exergónica.

CH- COO-

CH2- COO-

O

CH2-CO ~ S -CoA+

Cis-aconitatoCitrato IsocitratoAconitasa

Aconitasa

CH- COO-

OH - CH - COO-

CH2- COO-

OH- C- COO-

CH2- COO-

CH2- COO-

H2O

Aconitasa Fe2+

C- COO-

CH - COO-

CH2- COO- H2O

Aconitasa Fe2+

La enzima aconitasa isomeriza al citrato a isocitrato, la reacción ocurre en dos pasos: deshidratación a Cis-aconitato, parte del cual permanece enlazado a la enzima y, rehidratación a isocitrato.

OH- C- COO-

CH2- COO-

CH2- COO-

OH- C- COO-

CH2- COO-

CH2- COO-

OH- C- COO-

CH2- COO-

CH2- COO-

El veneno fluoacetato es tóxico porque la fluoracetil CoA se condensa con el oxalacetato para formar fluorocitrato, que inhibe a la aconitasa , lo que causa acumulación de citrato.

CH - COO-

OH - CH - COO-

CH2- COO-

CH - COO-

O= C - COO-

CH2- COO-

CH2

O= C - COO-

CH2- COO-NADH+H+

NAD+

Isocitratodeshidrogenasa

CO2

Isocitratodeshidrogenasa

Mg2+

OxalosuccinatoIsocitrato -cetoglutarato

NADH+H+NAD+

Isocitratodeshidrogenasa

CO2

Isocitratodeshidrogenasa

Mg2+

El isocitrato experimenta una deshidrogenación catalizada por la isocitrato deshidrogenasa para formar, primero, oxalosuccinato, que permanece ligado a la enzima y que sufre una descarboxilación a -cetoglutarato. La descarboxilación requiere iones Mg2+ o Mn2+.

Hay tres isoenzimas de la isocitrato deshidrogenasa . Una, la que utiliza NAD+, se encuentra en las mitocondrias. Las otras dos utilizan NADP+ y se encuentran en las mitocondrias y el citosol. La oxidación de isocitrato ligada a la cadena respiratoria procede casi por completo a través de la enzima dependiente de NAD+.

-cetoglutarato succinil CoA

NADH+H+ NAD+

Complejo de la -cetoglutaratodeshidrogenasa

CO2CoA-SH

CH2

O= C - COO-

CH2- COO-

CH2

O= C ~ S - CoA

CH2- COO-NADH+H+ NAD+

Complejo de la -cetoglutaratodeshidrogenasa

CO2CoA-SH

El -cetoglutarato experimenta una descarboxilación oxidativa catalizada por un complejo multienzimático, el cual requiere cofactores como el difosfato de tiamina, lipoato, NAD+, FAD y CoA y da como resultado succinil CoA. El Arseniato inhibe la reacción, lo que ocasiona acumulación de -cetoglutarato.

CH - COO-

OH - CH - COO-

CH2- COO-

CH - COO-

OH - CH - COO-

CH2- COO-

CH - COO-

OH - CH - COO-

CH2- COO-

CH - COO-

OH - CH - COO-

CH2- COO-

succinil CoA succinato

ATP ADP+ Pi

Succinato Tiocinasa

CoA-SH

Mg2+

CH2–COO-

CH2- COO-

CH2

O= C ~ S - CoA

CH2- COO-

ATP ADP+ Pi

Succinato Tiocinasa

CoA-SH

Mg2+

La succinil CoA se convierte en succinato a través de la succinato tiocinasa. Éste es el único ejemplo de fosforilación a nivel de sustrato en el ciclo.El metabolismo hacia delante del succinato, que produce la regeneración del oxalacetato, tiene la misma secuencia de reacciones químicas que ocurren el la β oxidación de los ácidos grasos: deshidrogenación para formar el doble enlace C=C, adición de agua para formar el grupo hidroxilo y otra deshidrogenación para formar el grupo oxo del oxalacetato.

fumaratosuccinato

FAD FADH2

Succinato deshidrogenasa

CH2 – COO-

CH2 - COO-

-OOC - C - H

H - C - COO-

FAD FADH2

Succinato deshidrogenasa

En la primera reacción de deshidrogenación, con la formación de fumarato, se utiliza como catalizador a la succinato deshidrogenasa, la cual contiene FAD y centros hierro-azufre (Fe:S).

CH2–COO-

HO - CH - COO-

-OOC - C - H

H - C - COO-

H2O

Fumarasa

La fumarasa (fumarato hidratasa) cataliza la adición de agua sobre el doble enlace del fumarato, y produce malato.

L-malatofumarato

H2O

Fumarasa

-OOC - C - H

H - C - COO-

CH- COO-

CH2- COO-

O NAD+NADH+H+

Malatodeshidrogenasa

La malato deshidrogenasa convierte el malato en oxalacetato, una reacción que requiere NAD+. Aunque el equilibrio de esta reacción favorece mucho al malato, el flujo neto es en dirección del oxalacetato debido a la eliminación continua de oxalacetato (ya sea para formar citrato, como sustrato para la glucogénesis, o para experimentar una transaminación a aspartato) y también como resultado de la reoxidación continua de NADH.

oxalacetatoL-malato

NAD+NADH+H+

Malatodeshidrogenasa

POR CADA VUELTA DEL CICLO SE FORMAN DOCE MOLÉCULAS DE ATP

Como resultado de las oxidaciones catalizadas por las deshidrogenasas se producen:

Tres moléculas de NADH, cuyos equivalentes reductores son transferidos a la cadena respiratoria, donde la reoxidación de cada NADH produce tres ATP y la reoxidación de FADH2 produce dos ATP.

Además se forma un ATP (o GTP) en la fosforilación a nivel de sustrato catalizada por la succinato tiocinasa (a partir de la conversión de succinil-CoA a succinato).

PAPEL DE LAS VITAMINAS EN EL CICLO

Cuatro vitaminas B son esenciales en el ciclo:

1) La riboflavina en la forma de flavin adenin dinucleótido (FAD), un cofactor en el complejo de -cetoglutarato deshidrogenasa y en la succinato deshidrogenasa.

2) La niacina, en forma de nicotinamida adenin dinucleótido (NAD), la coenzima para tres deshidrogenasas del ciclo, isocitrato deshidrogenasa, -cetoglutarato deshidrogenasa y malato deshidrogenasa.

3) La tiamina (Vit B1) como difosfato de tiamina, la coenzima para la descarboxilación en la reacción de la -cetoglutarato deshidrogenasa.

4) El ácido pantoténico, como parte de la coenzima A, el cofactor unido a residuos de ácido carboxílico “activos”, como la Acetil-CoA y la succinil CoA.

PAPEL CICLO EN EL METABOLISMO

No es sólo una vía para la oxidación de unidades de dos carbonos, también es una vía importante para la interconexión de metabolitos que surgen de la transaminación y desaminación de los aminoácidos.

Proporciona los sustratos para la síntesis de aminoácidos por transaminación, así como para la gluconeogénesis y la síntesis de ácidos grasos.

Debido a que funciona tanto en procesos oxidativos como sintéticos es anfibólico.

Oxalacetato

Citrato

-cetoglutaratoSuccinil-CoA

Fumarato Aspartato

Piruvato

Lactato

Acetil-CoA

Glutamato

Fosfoenolpiruvato

Alanina

HidroxiprolinaSerina, CisteínaTreonina, Glicina

Triptófano

GLUCOSA

TirosinaFenilalanina

IsoleucinaMetionina

Valina

Propionato

HistidinaProlina, Arginina

Glutamina

CO2

CO2

Fosfoenolpiruvato

carboxinasa

Transaminasa

Transaminasa

Transaminasa

Piruvatocarboxilasa

RELACIÓN DEL CICLO CON LA TRANSAMINACIÓN Y LA GLUCONEOGÉNESIS

RELACIÓN DEL CICLO CON LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS

OXALACETATO

ACETIL CoA

PIRUVATO GLUCOSA ÁCIDOS GRASOS

ACETIL CoA

CITRATOCITRATO

CO2

CO2

OX

ALA

CETA

TO

MEMBRANA MITOCONDRIAL

RELACIÓN DEL CICLO CON LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS

La Acetil-CoA formada a partir del piruvato es el elemento básico para la síntesis de los ácidos grasos de cadena larga en los no rumiantes (en los rumiantes se obtiene directamente del acetato).

La piruvato deshidrogenasa es una enzima mitocondrial, y la síntesis de ácidos grasos es una vía citosólica, pero la membrana mitocondrial es impermeable a la acetil-CoA.

La acetil-CoA se obtiene en el citosol a partir de citrato sintetizado en la mitocondria, que se transporta al citosol y se fragmenta en una reacción catalizada por la ATP-citrato liasa.

RESUMEN

El ciclo de Krebs es la vía final para la oxidación de carbohidratos, lípidos y proteínas cuyo metabolito terminal común, la Acetil-CoA, reacciona con el oxalacetato para formar citrato. Mediante una serie de deshidrogenaciones y descarboxilaciones, el citrato se degrada, produciendo coenzimas reducidas, 2 CO2 y regulando al oxalacetato.

Las coenzimas reducidas se oxidan en la cadena respiratoria para dar lugar a la formación de ATP. Por lo tanto, el ciclo es la ruta principal para la generación de ATP, y se localiza en la matriz mitocondrial adyancente a las enzimas de la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa. Es anfibólico, puesto que además de la oxidación es importante en el suministro de estructuras de carbono para la gluconeogénesis, la síntesis de ácidos grasos y la interconversión de los aminoácidos.