Ciclo de Krebs Importancia Fisiológica

Mitocondrias: organelosOrganelos del tamaño de una bacteria (1x2um) especia-lizados en mecanismos oxida-tivos y en síntesis de ATP. Una célula eucariota puede contener hasta 2000 mito-condrias, aproximadamente 25% de su volumen.Constan de una membrana externa, una interna y un espacio intermembranoso.La membrana interna tiene el más alto contenido proteico que ninguna otra membrana en la célula.

Membrana interna

Membranaexterna

Espacio intermembranoso

Matriz

¨La membrana externa se puede separar y asislar mediante la digitonina, shock osmótico o radiación ultrasónica seguida de centrifugación en gradiente de densidad.¨

Mitocondrias:membranasDiferentes tejidos tienen diferen- te número y cantidad de crestas, de acuerdo a la oxidación.La membrana externa tiene unas proteínas integrales llamadas po-rinas ,formando poros para el in-greso de moléculas menores de 10 000 de peso molecular. La membrana interna es imper- meable a la mayoría de molé-culas salvo agua, O2 o CO2. La membrana interna tiene 75% de proteínas como proteínas transportadoras, cadena respi-ratoria, ATP sintetasa. Transportador

ATP sintetasa

Cadena

respiatoria

Enzimas del

Metabolismo

oxidativo

Nucleótido

quinasas

Poro

Enzimas del

Metabolismo de

lípidos

Funciones metabólicas de la mitocondria

Piruvato

Piruvato

3 CO2

3 CO2

Acetil CoA

Krebs

NADFAD

Ca2+

Ca2+

nH+ nH+ nH+

4e(-)

O2

2H2O

P

AP P P

H+

H+

AP P+

AP P P

B-oxidación

Acil CoA

Acil CoA

Ciclo de la Urea

Urea

HCO3+NH3

Partes de la mitocondria

Membrana externa: Porosa y permeable a iones y pequeñas moléculas.Membrana interna: altamente impermeable. Las moléculas requieren de transportadores proteicos. Gracias a sus pliegues aumenta su superficie. En la membrana hay transportadores proteicos, deshidrogenasas FAD dependientes, y todas las enzimas de la Fosforilación Oxidativa. Espacio intermembranoso contiene dos enzimas fundamentales : la adenilatoquinasa y la nucleósido difosfato quinasa.

Matriz: contiene muchas enzimas, como las del Ciclo de Krebs, la pirúvico deshidrogenasa, la glutamato deshidrogenasa, y las de la oxidación.

AMPATPADP uinasaadenilatoq 2ATPXDPADPXTP uinasadifosfatoqmucleósido

Ciclo de Krebs y los macronutrientes

CARBOHIDRATOS PROTEÍNAS GRASAS

GLUCOSA AMINOÁCIDOS ÁCIDOS GRASOS

Acetil CoA

Ciclo de Krebs

CO2ATP

Ciclo de Krebs:energía

El Ciclo de Krebs es un conjunto de reacciones químicas que se efectúa en las mitocondrias, para catabolizar los residuos de Acetil CoA producidos en el metabolismo de carbohidratos y grasas.Este Ciclo libera energía que se guarda como ATP y moléculas de CO2 que se eliminan con la respiración.Esas funciones se llevan a cabo en todos los tejidos pero con más importancia en el hígado.Es responsable de 2/3 de la producción calórica del organismo.

Ciclo de Krebs: principio general

Oxalacetato(C4) Citrato(C6)

Acetil CoA(C2) CoA

CO2CO2

Ciclo de Krebs: valor calórico

Durante la oxidación del Acetil CoA se forman equivalentes reductores como H+ o electrones en la matriz mitocondrial adyacente a la membrana interna.Así, la transferencia a la cadena respiratoria que está en la membrana mitocondrial interna se realiza con facilidad.Todo el proceso es aeróbico, luego sin oxígeno se inhibe total o parcialmente.

Partes del Ciclo de Krebs

A partir de un acetil CoA se producen dos moléculas de CO2.

Se generan cuatro pares de hidrógenos que son captados por 3 NAD y 1 FAD.Además se produce una fosforilación a nivel del sustrato.

Piruvato

AcetilCoA

Citrato

Isocitrato

Alfa cetoglutarato

Succinato CoA

Oxalacetato

Malato

Fumarato

Succinato

GTP GDO +P

O=C--COO-

H--C--COO-

H

HO--C--COO-

H--C--COO-

H

H

H--C--COO-

H--C--COO-

OH--C--COO-

H

H

H--C--COO-

H--C--H

O=C--COO-

H

H--C--COO-

H--C--H

O=C~SCoA

H

H--C--COO- H--C--H

COO-

COO-

H--C--H

H--C

COO-

COO-

C--H

H--C--H

COO-

COO-

HO-C--H

H2O CoA-SH

Citrato sintetasa

Aconitasa

IsocitratodeshidrogenasaNAD+

NADH+H+

Cetoglutarato

deshidrogenasa

NAD+

NADH+H+

CO2

GDP+PiGTP

Succ

inat

otio

quin

asa

FAD

FADH2

Succinato

deshidrogenasa

H2O Fumarasa

Malatodeshidrogenasa

HH-C-CO~SCoA H +

NAD

NADH+H+

Oxalacetato Citrato

Isocitrato

cetoglutarato

Succinil CoA

Succinato

Fumarato

Malato

Ciclo de KrebsCiclo de KrebsCO2

Ciclo de Krebs: etapas 1 y 21.- Condensación inicial del Acetil CoA con el Oxalacetato con liberación de energía del enlace tioester por acción de la citrato sintetasa.

CoACitratoOHoOxalacetatAcetilCoA 2

2.- Conversión de citrato en isocitrato. Se forma transito-riamente cis aconitato. La realiza la enzima aconitasa.

IsocitratoaconitatoCisCitrato

H2O H2O

Ciclo de Krebs: etapas 3 y 4

3.- Dehidrogenación del isocitrato, formando oxalsuccinato. Existen tres isoenzimas: la NAD específica de las mitocondrias, y las NADP especí-ficas de mitocondrias y citosol. La NAD específica se acopla a la cadena respiratoria.

HNADHCOatocetoglutaratooxalsuccinNADIsocitratoenzimalaaunido

2

Esta reacción requiere Mg++ y genera 3ATP por Mol de acetilo

4.- El alfa ceto glutarato pasa por una decarboxilación oxidativa seme-jante a la del piruvato. Requiere los mismos cofactores y vitaminas tales como, difosfato de tiamina, ác.lipoico, NAD,FAD y CoA. La enzima es la cetoglutarato dehidrogenasa y forma Succinil CoA.

HNADHCOASuccinilCoCoANADatocetoglutar 2

Esta reacción genera 3ATP por Mol de acetilo.

Ciclo de Krebs: etapas 5 y 6

5.- La succinil CoA se convierte en succinato por acción de una tioquinasa. En esta reacción la energía liberada por la unión con la CoA permite la síntesis de una mol de ATP. A nivel del sustrato.

CoAATPsuccinatoADPPiAsuccinilCo

6.- El succinato es metabolizado por una deshidrogenasa, unida a la superficie interna de la membrana mitocondrial. En la única deshidrogenasa que transfiere hidrógeno al FAD sin pasar por el NAD. Genera fumarato.

2FADHFumaratoFADsuccinato

Esta reacción sólo genera 2 ATP en la cadena respiratoria.

Ciclo de Krebs: etapas 7 y 8

7.- La fumarasa cataliza la incorporación de una mol de agua para formar malato.Se elimina la doble ligadura anterior.

malatoOHfumarato 2

8.- El malato es convertido a oxalacetato por una deshidrogenasa en presencia de NAD.

HNADHooxalacetatNADmalato

Esta reacción genera 3ATP por mol de acetilo, en la cadena respi-ratoria y proporciona el oxalacetato necesario para reiniciar el ciclo con una molécula más de acetil CoA.

Ciclo de Krebs : balance calórico

Se producen tres moléculas de NADH y una de FADH2 por cada molécula de acetil CoA.En la membrana mitocondrial interna se recibe estos equiva-lentes reductores por la cadena respiratoria.Cada paso por la cadena genera 3 ATP a partir del NAD pero a partir de FAD sólo 2.Un enlace de alta energía se genera a nivel del sustrato.En total se forman 12 ATP por ciclo de Krebs.

Enzima ATPDeshidrogenasa isocítrica 3Deshidrogenasa del cetoglutarato 3Succinato tioquinasa 1Deshidrogenasa del succinato 2Malato deshidrogenasa 3Total 12

Generación de ATP por Ciclo

Vitaminas en el Ciclo de KrebsRiboflavina como FAD : cetoglutarato deshidrogenasa y succinato deshidrogenasa.Niacina como NAD: isocitrato cetoglutarato deshidrogenasa y malato deshidrogenasa hidrogenasa. Tiamina como difosfato de tiamina: para de-carboxilación y cetoglutarato deshidrogenasa.Ácido pantoténico como Coenzima A.

Control del ciclo de Krebs

Principal función del ciclo de Krebs : producción de ATP. Una dieta promedio genera 2000 a 3000 kcal por día. Si ello provee un 50% de generación de ATP, se debe pro-ducir aproximadamente 120 moles de ATP o 65 kg del mismo. Como el organismo sólo tiene 3 a 4 g de nucleótidos (ATP ADP,AMP ) cada molécula debe ser refosforilada miles de veces al día.Si una célula no usa el ATP no habrá ADP disponible, luego el NADH no podrá ser reoxidado y la relación NADH/NAD se elevará y esto detendrá al ciclo de Krebs.

Acción de la relación NADH/NAD sobre el ciclo de Krebs

El incremento de NADH inhibe a la: cetoglutarato deshidogenasa citrato sintetasa isocitrato sintetasa piruvato deshidrogenasa.

Estas enzimas también se inhiben por el producto.

Aprovechamiento de los NADH en la cadena respiratoria

El NADH producido en el citosol por efecto de la glicólisis (gliceradehido 3P deshidrogenasa) no puede atravesar la membrana mitocondrial.En condiciones anaeróbicas se aprovecha en la transforma-ción de piruvato a lactato.En condiciones aeróbicas se aprovecha por la cadena respiratoria.El ingreso a la mitocondria está regido por un mecanismo llamado de lanzadera de equivalentes reductores.

Lanzadera del glicerofosfato

NAD

NADH

FAD

FADH

Glicerol 3P Glicerol 3P

Dihidroxiacetona P Dihidroxiacetona P

Glicerol 3Pdeshidrogenasa

Glicerol 3Pdeshidrogenasa

Lanzadera del malato (1)El proceso de transaminación en el citosol genera gran cantidad de oxalacetato que se transforma en una vía de ingreso para más NADH.Sin embargo la membrana mitocondrial es imper-meable al oxalacetato por lo que el transporte lo hace bajo la forma de malato. Es este el que lleva los equivalentes reductores al interior. Dos transaminasas transforman al oxalacetato en cetoglutarato para permitir su paso de membrana.

Lanzadera del malato (2)

NAD

NADH

NAD

NADHoxalacetatooxalacetato

Malato Malato

Alfa KG Alfa KG

Aspártico AspárticoGlutamato Glutamato

H H

Transaminasa

Malato deshidrogenasa Malato deshidrogenasa

Transaminasa