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QUIMICA BIOLOGICA
Carreras: LBM, IA y LCTA
• BOLILLA 4 (LBM): CICLO DE KREBS. Generalidades.
Descarboxilación
oxidativa:
complejo
de
la
piruvato
deshidrogenasa. Regulación. Destino de la acetil CoA. Reacciones
del ciclo. Balance energético. Regulación del ciclo. Función
anfibólica Compartimentalización mitocondrial. Translocasas.
Lanzadera malato-aspartato. VIA DE LAS PENTOSAS. Etapas.
Función. Enzimas implicadas. Relación con la glucólisis.
Importancia metabólica.
• BOLILLA 4 (IA y LCTA): DESCARBOXILACION OXIDATIVA DEL
PIRUVATO. Complejo de la piruvato deshidrogenasa. Regulación.
Destino de la Acetil-CoA. Ciclo de Krebs. Regulación. Balance
energético.
Compartimentación
mitocondrial.
Translocasas.
Lanzaderas del glicerofosfato y del aspartato-malato. Función
anfibólica. Reacciones anapleróticas. Vía de las pentosas fosfato.
Etapas. Función. Enzimas implicadas. Relación con la glucólisis.
Importancia metabólica.
¿Cuál es el destino del Piruvato según las condiciones celulares?
1 GLUCOSA
VG
2 PIRUVATO
O2
Anaerobiosis
2 Lactato
2 Etanol + 2 CO2
Fermentación
Láctica
(músculo en
contracción
vigorosa,
eritrocitos,
lactobacilos)
Fermentación
Alcohólica
(levaduras, algunos
vertebrados marinos)
O2
Aerobiosis
2 Acetil-CoA + 2 CO2
CK
4 CO2+ 4 H2O
Células animales
(excepción eritrocitos),
vegetales y muchos
microorganismos.
C. Transformación del piruvato en Acetil-CoA
El acetil-CoA se forma por descarboxilación oxidativa del piruvato, por la
acción del complejo multienzimático: Piruvato deshidrogenasa (PDH).
Piruvato deshidrogenasa
H3C
O
O
C
C
piruvato
Mitocondria
HSCoA
O
NAD
O
H3 C
+
NADH
C
S
CoA
+ CO2
acetil-CoA
La PDH es un complejo, constituido por tres enzimas (E1, E2 y E3, Piruvato
descarboxilasa, Dihidrolipoil transacetilasa y Lipoil deshidrogenasa) y 5 coenzimas
(TPP, ac. Lipoico, Coenzima A, FAD+ y NAD+).
Mitocondria
Piruvato
descarboxilasa
Piruvato
descarboxilasa
Dihidrolipoil
transacetilasa
Dihidrolipoil
transacetilasa
Hidroxietil-PPT
Lipoil deshidrogenasa
Mitocondria
El grupo acetilo esta unido al grupo sulfhidrilo del
CoA por un enlace tioéster. La hidrólisis del enlace
tioéster del acetil-CoA libera 31,5 kJ/mol y es, por lo
tanto, un enlace rico en energía.
http://www.iubmb-nicholson.org/pdh.html
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Regulación del complejo PDH
• La PDH está regulada por tres mecanismos superpuestos:
1) Por regulación alostérica. Es inhibido por sus productos: NADH
y Acetil-CoA, y por ATP.
2) Por modificación covalente (fosforilación-desfosforilación).
3) Por control hormonal (Insulina-Glucagon).
Regulación del complejo PDH
ATP
GLUCOSA (6C)
O2
VG
2 PIRUVATO (3C)
2 PIRUVATO
CoA-SH
CO2
2 NAD+
PDH
2 NADH+H+
2 Acetil-CoA
Ciclo
de
Krebs
4 CO2+ 4 H2O
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
• Hans Krebs,1937.
Reacción 1. La citrato sintasa cataliza la condensación
entre acetil-CoA y oxalacetato para rendir citrato, que da
nombre al ciclo.
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 2. Las dos etapas siguientes conllevan la transformación del
citrato en un isómero más fácilmente oxidable. Para ello, la aconitasa
convierte el citrato en isocitrato mediante una deshidratación,
produciéndose cis-aconitato unido al enzima, seguida de una
hidratación.
Aconitasa
Aconitasa
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 3. La isocitrato deshidrogenasa oxida el isocitrato a
oxalosuccinato, con la reducción acoplada de NAD+ a NADH.
Posteriormente, el oxalosuccinato es descarboxilado, rindiendo cetoglutarato. Esta es la primera etapa en la que la oxidación se
acopla a la producción de NADH, y también la primera en la que se
genera dióxido de carbono.
Isocitrato
deshidrogenasa
O=C
Isocitrato
deshidrogenasa
Isocitrato
deshidrogenasa
Cadena de
transporte
electrónico
3 ATP
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 4. El complejo enzimático -cetoglutarato deshidrogenasa
descarboxila oxidativamente el -cetoglutarato a succinil-CoA.
α-cetoglutarato
deshidrogenasa
CoA-SH
Cadena de
transporte
electrónico
3 ATP
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 5. La succinil-CoA sintetasa o succinato tioquinasa
convierte el succinil-CoA en succinato. La energía libre de la
reacción se conserva aquí por la formación de GTP, a partir de GDP y
Pi.
Nucleósido difosfato
quinasa
GTP + ADP
guanosina trifosfato (GTP)
Guanosina difosfato (GDP)
GDP + ATP
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 6. Las reacciones restantes suponen la preparación de otra
vuelta del ciclo, y para ello completan la oxidación de succinato a
oxalacetato. La succinato deshidrogenasa cataliza la oxidación del
enlace sencillo situado en el centro de la molécula de succinato a un
doble enlace trans, dando lugar a fumarato con la reducción
simultánea de FAD a FADH2.
Succinato
deshidrogenasa
Cadena de
transporte
electrónico
2 ATP
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 7. La fumarasa o fumarato hidratasa cataliza después la
hidratación del doble enlace del fumarato para rendir malato
Fumarato
hidratasa
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 8. Finalmente, la enzima malato deshidrogenasa regenera
el oxalacetato, oxidando el grupo alcohol secundario del malato a la
correspondiente cetona, con la reducción de una tercera molécula
de NAD+ a NADH.
O=C
Malato deshidrogenasa
H
Cadena de
transporte
electrónico
3 ATP
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Hemos dado hasta ahora una vuela completa al ciclo de Krebs en el cual:
 2 átomos de carbono entraron al ciclo en forma de Acetil-CoA y se
combinaron con el oxalacetato del ciclo anterior.
 2 átomos de carbono salieron del ciclo en forma de CO2 en los procesos
de oxidación del isocitrato y el alfa-cetoglutarato.
La energía de las oxidaciones se conservó con eficiencia en forma de 3
NADH, 1 FADH2 y 1GTP.
 Finalmente se regeneró la molécula de oxalacetato para dar inicio a otra
vuelta del ciclo.
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Regulación del Ciclo de Krebs
Acil-CoA
- Citrato sintasa
- Isocitrato deshidrogenasa
- α-CG deshidrogenasa
Destino del Piruvato según las condiciones celulares
1 GLUCOSA
VG
2 PIRUVATO
O2
Anaerobiosis
2 Lactato
2 Etanol + 2 CO2
Fermentación
Láctica
(músculo en
contracción
vigorosa,
eritrocitos,
lactobacilos)
Fermentación
Alcohólica
(levaduras, algunos
vertebrados marinos)
O2
Aerobiosis
2 Acetil-CoA + 2 CO2
CK
4 CO2+ 4 H2O
Células animales
(excepción eritrocitos),
vegetales y muchos
microorganismos.
¿Cuánta energía está contenida en un mol de piruvato
que es degradado hasta CO2 y H2O en la mitocondria
en condiciones de aerobiosis?
3 ATP
3 ATP
NAD+
NADH+H+
PDH------- 1 NADH ----- 3 ATP
IDH-------- 1 NADH ----- 3 ATP
α-CGDH-- 1 NADH ---- 3 ATP
SDH------- 1 FADH2 ---- 2 ATP
MDH------- 1 NADH ---- 3 ATP
STQ-------- 1 GTP ------ 1 ATP
TOTAL -------------------15 ATP
2 ATP
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
3 ATP
3 ATP
¿Cuánta energía está contenida en un mol de
glucosa que es degradada hasta CO2 y H2O en
condiciones de aerobiosis?
Sistemas
lanzadera
Cadena de transporte electrónico
Lanzadera del
glicerofosfato
-Músculo esquelético
-Cerebro
Sistemas
lanzadera
-Hígado
Lanzadera del
malato-aspartato
- Corazón
- Riñón
1 GLUCOSA
Lanzadera del glicerofosfato
GA3P
DHAP
G3PDH
VG
2 PIRUVATO
2 ATP
Lanzadera del malato-aspartato
1 GLUCOSA
GA3P
DHAP
G3PDH
VG
2 PIRUVATO
3
A
T
P
¿Cuánta energía está contenida
en un mol de glucosa que es
degradada hasta CO2 y H2O en
condiciones de aerobiosis?
ó
2 NADH
6 ATP
ó
ó
2 FADH2
4 ATP
6 ATP
18 ATP
4 ATP
2 ATP
2 ATP
36 ó 38 ATP
Medio de cultivo
(Glucosa)
Vaselina
Aerobiosis
Louis Pasteur (1822-1895),
químico
francés
cuyos
descubrimientos
tuvieron
enorme
importancia
en
diversos campos de las
ciencias naturales.
Anaerobiosis
24 hs
30ºC
Glucosa
Glucosa
Efecto Pasteur
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