Catabolismo de proteínas, grasas y carbohidratos en las tres etapas de larespiración celular

El piruvato es oxidado a acetil-CoA y CO2

Complejo piruvato-deshidrogenasa

Generalidades:

•Complejo multienzimático (3 enzimas) situado en mitocondria (eucariotas)o en citosol (procariotas)

•5 cofactores (4 son coenzimas derivadas de vitaminas)

•Regulación covalente y alostérica

•Prototipo de otros 2 complejos enzimáticos:

a-cetoglutarato-deshidrogenasa(en ciclo de Krebs),y a-cetoacido deshidrogenasa (oxidación de aminoácidos)

•Cataliza un proceso oxidativo irreversible en el que el grupo carboxilodel piruvato se remueve como CO2 y los 2 C remanentes se conviertenen el grupo acetilo del acetil-CoA

El complejo piruvato deshidrogenasarequiere 5 coenzimas

Tiamina pirofosfato (TPP)

Flavin adenin dinucleótido (FAD)

Coenzima A (CoA)

Nicotinamida adenina dinucleótido(NAD)

Lipoato

Componente vitamínico

Tiamina

Riboflavina

Pantotenato

Niacina

Lipoato: acarreador de electrones y grupos acilo en sus dos grupos tiol

Descarboxilación oxidativa de piruvato a acetil-CoA por elcomplejo piruvato deshidrogenasa

•NADH transfiereelectrones aloxígeno en lacadena respiratoria.Cada NADHproduce 2.5ATP/par deelectrones

•Intermediariospermanecen unidos ala superficie de laenzima

•Descarboxilación depiruvato a Acetil CoA(reacciones 1-3)

Descarboxilación oxidativa de piruvato a acetil-CoA por elcomplejo piruvato deshidrogenasa

•Regeneracióndel grupo lipoil(reacciones 4-5) portransferencia deelectrones de laE2 a FAD, y porultimo a NAD.

La conversión de una molécula de piruvato enacetil CoA produce 1 NADH

•Por molécula de glucosa:

2 piruvatos=2NADH= 5 ATP

Mutaciones de los genes que codifican por lassubunidades del complejo o deficiencia de

tiamina en la dieta evita la oxidación depiruvato, que es vital para el cerebro

Beriberi: enfermedad producida por ladeficiencia de tiamina, en donde hay

pérdida de la función neuronal(personas cuya alimentación consiste

básicamente en arroz blanco, o enalcohólicos)

Reacciones del ciclo del ácido cítrico

Reacciones del ciclo del ácido cítrico

•4 de los 8 pasos son oxidaciones. La energía esconservada en la formación de cofactores reducidosNADH y FADH2

•Ciclo central en el metabolismo productor de energía,también produce intermediarios de 4 y 5 carbonos quesirven como precursores en ciclos biosintéticos

•Para reemplazar los intermediarios removidos parabiosintesis las células emplean reaccionesanapleróticas

Sigue…

•Sucede en mitocondrias (eucariotasaerobios). Mitocondria principal sitio deproducción de ATP

•En eucariotas fotosintéticos ocurre enmitocondria (ciclo oscuro), pero en ciclo de luzocurre en cloroplastos (principal sitio deproducción de ATP)

•En procariotas ocurre en citosol. La membrana celulartiene rol análogo a membrana interna de la mitocondriaen síntesis de ATP

Reacciones del ciclo del ácido cítrico

Formación de citrato:

Oxaloacetato es el primer sustrato que se une a la enzima produciendoun cambio conformacional que crea el sitio de unión para el segundosustrato (acetil Co-A)

Oxidación de a-cetoglutarato a succinil Co-A

Fosforilación a nivel de sustrato: formación acoplada de ATP (GTP) a expensasde la energía liberada por la descarboxilación oxidativa del a-cetoglutarato

Conversión de succinil-CoA a succinato

GTP puede donar su grupo fosforilo al ADPpara formar ATP, sin pérdida o ganancia deenergía!

GTP + ADP GDP + ATP ∆G’°= 0 kJ/mol

La energía derivada de las oxidaciones en el ciclo esconservada eficientemente

En cada vuelta (1 piruvato) del ciclo de Krebs se producen:

3 NADH x 2.5= 7.5 ATP

1 FADH2 x 1.5= 1.5 ATP

1 GTP (o ATP)= 1 ATP

2 CO2

10 ATP x 2= 20 ATP

Cuantas vueltas dará elciclo de Krebs paracatabolizar una moléculade glucosa?

Cuántos GTP, NADH yFADH2 se producirán entotal por molécula deglucosa?

Cuántas moléculas netasde ATP se obtienen apartir de una molécula deglucosa al final de lafosforilación oxidativa?

32 ATP x 30.5 kJ/mol= 976 kJ/mol = 34% de la energía obtenible de laoxidación de glucosa. Con datos reales (∆G) la eficiencia es cercana al65%

Porqué la oxidación del acetato estan complicada?

Porque el cíclo del ácido cítrico es anfibólico:funciona tanto como ciclo catabólico que comoanabólico

Precursores biosintéticos producidos por un ciclo delácido cítrico incompleto en bacterias anaeróbicas

Reacciones anapleróticas que reponen los intermediarios del cíclo del ácido cítrico quehan sido depletados al ser usados como precursores en vías anabólicas

AcetilCoA

Piruvato carboxilasa: compuesta de 4 subunidades idénticas, cada una conuna biotina (grupo prostético) unida covalentemente

Reacciones anapleróticas que reponen los intermediarios del cíclo del ácido cítrico

Biotina:

Vitamina requerida en dieta humana,también es sintetizada por bacteria

intestinal. Su deficiencia ocurreprincipalmente cuando se consumen

grandes cantidades de huevo crudo quetiene avidina (proteína afín a la biotina), lo

cual impide su absorción intestinal

Regulación del ciclo del ácido cítrico

La producción de acetil-CoA por el complejo piruvatodeshidrogenasa está regulada por mecaismos

alostéricos y covalentes

a) Mecanismosalostéricos:

La actividad enzimática se apaga cuando hay altaconcentración de energéticos (combustible) en forma deácidos grasos y acetil CoA. También cuando laconcentración de ATP celular es elevada, y el radioNADH/NAD+ es alto

Se enciende cuando hay demanda energética y se requiere unmayor flujo de acetil CoA al ciclo. En ese momento el radioNADH/NAD+ es bajo

b) Regulacióncovalente:

El complejo enzimático es inhibido por fosforilación reversibledel residuo Serina en la E1

•En presencia de altas concentraciones de ATP: se fosforilala E1, inactivando el complejo

•En presencia de bajas concentraciones de ATP seremueve el grupo fosfato, activando al complejo E1

El ciclo del ácido cítrico está regulado en sus tres pasos exergónicos

El flujo de metabolitos a través del ciclo del ácido cítrico está regulada por:

1) Disponibilidad de sustrato

2) Inhibición por acumulación de producto

3) Inhibición alostérica por retroalimentación (feedback) de enzimasque catalizan reacciones tempranas en la vía

Las concentraciones de sustratos eintermediarios del ciclo del ácido cítricofijan el flujo a través de la vía a unavelocidad que provee concentracionesóptimas de ATP y NADH

La velocidad de la glucólisis y la del ciclo del ácidocítrico están integrados (bajo condiciones

normales)Se metaboliza tanta glucosa como se requiera por el ciclo del ácidocítrico (suple de grupos acetilo)

La velocidad de la glucólisis y del ciclo del ácido cítrico estáncoordinadas por medio de a) inhibición por altos niveles deATP y NADH (componentes comunes en ambos ciclos) y b) porla concentración de citrato (producto final del ciclo del ácidocítrico que inhibe la fosfofructoquinasa en la glucólisis)

Ciclo del Glioxilato: conversión de acetato a carbohidrato