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CICLO DEL ÁCIDO TRICARBOXÍLICO Y CADENA
TRANSPORTADORA DE ELECTRONES
CÁTEDRA BIOQUÍMICA CELULAR
DOCENTE TM EULISES ZEPEDA
UST-ARICA
CICLO DE KREBS
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El ciclo de Krebs es la vía final sobre la que convergen los metabolismos
oxidativos de carbohidratos, aminoácidos y ácidos grasos.
•
Esta oxidación ofrece la energía para la formación de la mayor parte del
ATP.
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El ciclo ocurre en las mitocondrias, éste proceso requiere de oxígeno como
aceptor final de electrones.
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El ciclo de Krebs también es de importancia en la formación de glucosa a
partir de algunos aminoácidos.
CICLO DE KREBS
CICLO DE KREBS
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En el ciclo del ácido tricarboxílico el oxalacetato se condensa primero con
un grupo acetilo proveniente de la acetil-CoA.
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Por medio de un transportador presente en la membrana externa e interna
de la mitocondria, el piruvato ingresa.
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Una vez en la matriz el piruvato se convierte en acetil-CoA por acción del
complejo de deshidrogenasa de piruvato, que corresponde a un complejo
multienzimático.
CICLO DE KREBS
CICLO DE KREBS
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La deficiencia del complejo de deshidrogenasa de piruvato es la causa
bioquímica más común de acidosis láctica congénita.
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Produce incapacidad para convertir piruvato en acetil-CoA, lo que hace que
se convierta en ácido láctico, debido a la acción de la deshidrogenasa de
lactato.
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Se afecta principalmente el sistema nervioso debido a la incapacidad de la
síntesis del ATP.
CICLO DE KREBS
•
La condensación de acetil-CoA y oxalacetato para formar citrato es
catalizada por la enzima sintasa del citrato.
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La enzima es activada de manera alostérica por calcio y ADP, y la inhiben
ATP y NADH.
CICLO DE KREBS
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Isomerización del citrato: el citrato se isomeriza hasta isocitrato por acción
de una enzima denominada aconitasa.
CICLO DE KREBS
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Oxidación y descarboxilación del isocitrato: la deshidrogenasa de isocitrato
cataliza la descarboxilación oxidativa del isocitrato.
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Por lo tanto se proporcionan moléculas de NADH por el ciclo y la primera
descarga de CO2.
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Esta es una de las etapas limitantes del ciclo de Krebs. La enzima se
activa por la acción del ADP y el calcio. Se inhibe por el ATP y el NADH.
CICLO DE KREBS
CICLO DE KREBS
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Descarboxilación oxidativa del cetoglutarato alfa: la conversión de
cetoglutarato alfa en succinil-CoA es catalizada por el complejo de
deshidrogenasa de cetoglutarato alfa.
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El mecanismo es parecido al sufrido por el piruvato.
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En la reacción se descarga la segunda molécula de CO2 y se produce la
segunda de NADH.
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Las coenzimas requeridas son pirofosfato de tiamina, ácido lipoico, FAD,
NAD+ y coenzima A.
CICLO DE KREBS
CICLO DE KREBS
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Segmentación de la succinil-CoA: la sintetasa succinil-CoA segmenta un
enlace de alta energía de la succinil-CoA.
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La reacción está acoplada con la fosforilación de GDP hasta GTP.
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Tanto ATP como GTP son interconvertibles desde el punto de vista
energético.
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GTP + ADP
GDP + ATP
CICLO DE KREBS
CICLO DE KREBS
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Oxidación del succinato: la deshidrogenasa del succinato lo oxida hasta
convertirlo en fumarato y esto genera la producción de la coenzima
reducida FADH2.
CICLO DE KREBS
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Hidratación del fumarato: el fumarato se hidroliza hasta malato en una
reacción libremente reversible catalizada por la fumarasa.
CICLO DE KREBS
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Oxidación del malato: la deshidrogenasa de malato lo oxida hasta
oxalacetato.
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Esta reacción produce el tercer y último NADH del ciclo.
CICLO DE KREBS
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En el ciclo ingresan dos átomos de carbono en forma de acetil-CoA y lo
abandonan como CO2.
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El ciclo no abarca consumo o producción netos de oxalacetato o algún otro
intermediario.
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Cuatro pares de electrones se transfieren durante una vuelta del ciclo.
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Tres pares que reducen el NAD+ hasta NADH y un par que reduce el FAD
hasta FADH2
CICLO DE KREBS
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En contraste a la glicólisis que es regulada sobre todo por la PFK-1. el ciclo
de Krebs se encuentra bajo control de la actividad reguladora de diversas
enzimas.
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Las más importantes son: sintasa del citrato, deshidrogenasa de isocitrato
y el complejo de deshidrogenasa de cetoglutarato alfa.
CICLO DE KREBS
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Efectos de la elevación del ADP: el consumo de energía que resulta en
ciertas funciones produce hidrólisis de ATP hasta ADP y PI.
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El incremento resultante de en la concentración de ADP acelera las
reacciones que emplean este último para generar ATP.
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Efectos de la concentración baja de ADP: si hay ADP en concentraciones
limitadas, disminuye la formación de ATP por fosforilación oxidativa, como
resultado de la falta de aceptores de fosfato (ADP)
CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES
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Las moléculas ricas en energía, como la glucosa, se metabolizan por
medio e una serie de reacciones de oxidación que producen en última
instancia CO2 y agua.
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Los intermediarios metabólicos de estas reacciones donan electrones a
coenzimas específicas como el NAD+ y el FAD, para formar coenzimas
reducidas ricas en energía.
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Estas moléculas ricas en energía pueden donar los electrones a una
cadena transportadora.
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A medida que los electrones van pasando por esta cadena, pierden gran
parte de su energía libre.
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La cadena transportadora de electrones se encuentra en la membrana
interna de la mitocondria.
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Es la vía final común por la que fluyen los electrones derivados desde los
diferentes combustibles orgánicos.
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La membrana mitocondrial interna se puede desintegrar en 5 complejos
enzimáticos separados, designados con números romanos del I al V.
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Los complejos del I al IV contienen, cada uno, parte de la cadena de
transporte de electrones, en tanto el complejo V cataliza la síntesis de ATP.
CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES
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•
Con excepción de la coenzima Q, todos los miembros de la cadena son
proteínas.
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El NAD+ se reduce hasta NADH. Se transfieren ambos electrones pero sólo
un protón al NAD+ con lo que se forma el NADH + H.
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El protón libre más el ión hidrido transportados por el NADH se transfieren
a continuación a la deshidrogenasa del NADH, complejo I.
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El complejo I tiene una molécula firmemente unida de mononucleótido de
flavina (FMN) que acepta los dos átomos de hidrógeno (2 electrones y 2
H+)
•
Con lo que se convierte en FMNH2.existen centros de hierro y azufre que
son necesarios en la transferencia de átomos de hidrógeno al siguiente
miembro de la cadena, la coenzima Q.
CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES
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•
Coenzima Q: la coenzima Q se denomina también ubiquinona. Puede
aceptar átomos de hidrógeno tanto de la FMNH2, producida por la
deshidrogenasa del NADH, como del FADH2 (complejo II)
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Citocromos: cada uno contiene un grupo hem que tiene hierro. El átomo de
hierro del citocromo se convierte de manera reversible desde su forma
férrica en su forma ferrosa.
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Los electrones pasan a lo largo de la cadena desde la coenzima Q hasta
los citocromos b y c (complejo III) y a +a3 (complejo IV)
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Citocromo a +a3: este complejo del citocromo es el único transportador de
electrones en el que hierro del hem tiene un ligando libre que puede
reaccionar directamente con el oxígeno.
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El oxígeno molecular y los protones libres se unen entre si para producir
agua.
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Hipótesis quimioosmótica: la hipótesis quimioosmótica explica la manera
en que la energía libre que se genera por actividad de la cadena de
transporte de electrones se emplea para producir ATP.
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El complejo enzimático sintasa del ATP, se vale de la energía del gradiente
de protones.
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Una vez que se han transferido protones hacia el lado citosólico de la
membrana mitocondrial interna, éstos reingresan en la matriz pasando a
través de un canal en el complejo sintetasa del ATP