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CICLO DE LOS ACIDOS TRICARBOXILICOS

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  1. Papel central del ciclo del ácido cítrico. Reacciones individuales. Estequiometría y rendimiento energético. Regulación. CICLO DE LOS ACIDOS TRICARBOXILICOS

  2. Citología Ultraestructural(ultracentrifugación y microscopía electrónica) Bioquímica Biología Celular • 1934 aislam. mitocondrias, pocos años después se ubicó allí la formación de ATP y la realización del ciclo de Krebs. • En 1949 De Duve y colaboradores descubrieron los lisosomas por fraccionamiento celular. • En 1945 Palade describió el retículo endoplásmico, pero, en general, los aportes de la ultramicrosocopía se realizarón a partir de 1950. En pocas décadas estaba consolidada la Biología Celular. • En 1974 Claude, De Duve y Palade recibieron el Premio Nobel por sus descubrimientos sobre la organización morfológica y funcional de la célula. • http://escuela.med.puc.cl/publ/historiamedicina/SigloXXBioquimica.html

  3. Glucólisis, Pentosas-P Sínt. Ács Nucleicos y regulación de la expresión Respiración - Sínt. ATP - Βeta-oxidación - Krebs Sínt. y secreción de Proteínas Nucleolo Núcleo Ribosoma (sínt. Prots.) Vesícula RER Golgi Citoesqueleto RELiso Mitocondria Vacuola Citoplasma Lisosoma Centríolo Imagen de Magnus Manske Glicosilación Acilación

  4. Las 3 Etapas de la Respiración Son las 3 etapas de la oxidación metabólica de sustratos orgánicos1. Generación de grupo acetilo del acetil-CoA, desde piruvato , acidos grasos(mitocondria), o aminoácidos(citoplasma/mitocondria).2. Oxidación de los carbonos del acetilo en el ciclo de Krebs (mitocondria).3. Pasaje de electrones de la oxidación en un segundo paso a través del sistema de transporte de electronespara obtener ATPen la fosforilaciónoxidativa.

  5. PROTEÍNAS POLISACÁRIDOS GLICÉRIDOS 1° Etapa GLICEROL + AG AMINOÁCIDOS GLUCOSA 2° Etapa PIRUVATO MITOCONDRIA ACETIL-CoA CO2 H+ 3° Etapa (NADH, FADH2) ADP + Pi Oxidación Fosforilativa ½O2 ATP H2O

  6. La metabolización de la Glc libera E que es capturada en moléculas de ATP 2 ATP 36-38 ATP

  7. TRENES DE H+ para NADH CITOPLASMÁTICO FAD+ Glicerol-3P-DH (Citosol) Di-HO-ACETONA-P Gli-3-P-DH (Mitocondrial) FADH2 NADH + H+ Malato OxalacetatoAspartato Ca++ [200mM] +K+ Acil-S-CoA (+) (-) ADP ATP Translocasas AA, Malato, Succinato, Piruvato NAD+, NADH, FAD HS-CoA NADH+H+ NAD+ Di-HO-ACETONA-P---------------> GLICEROL-3-P

  8. - O2 - O2 Fermentación a Lactato en esfuerzos musculares, eritrocitos, otras células y algunos microorganismos Fermentación a Alcohol en levaduras Animales, plantas y muchos microorganismos en condiciones aeróbicas + O2

  9. Triglicéridos Rutas Principales del Metabolismo de Lípidos Fosfolípidos Colesterol El acetil-CoA es un intermediario clave en el metabolismo de los lípidos y los hidratos de carbono

  10. Sólo Leu y Lys son puramente cetogénicos Cuerpos cetónicos Acidos grasos AA y Krebs

  11. Enzimasβ-oxidación,degrad. de aminoácidos, destinos del ácido pirúvicoy el ciclo de krebs o de los ácidos tricarboxílicos, o ciclo del ácido cítrico. ( Hans Krebs 1937, premio Nobel) 1 molécula de ADN circular dispersa y pequeños ribosomasp/la síntesis de un pequeño número de proteínas mitocondriales . C/sistemas Red-0x de transporte de electrones (crestas mitocondriales) y el sistema de la fosforilaciónoxidativa. Hay un conjunto de proteínas encargadas de acoplar la energía liberada del transporte electrónico con la síntesis de ATP, estas proteínas le dan un aspecto granuloso a la cara interna de la membrana mitocondrial.

  12. Piruvatoes el final de la glucolisis y un punto de inicio para la gluconeogénesis. En la fermentación el piruvatoes convertido a lactato , etanol…. AA que se degradan a Piruvato: alanina, cisteina, glicina, serina, treonina, y triptofano. Las Enzs que actúan s/ el Piruvato son: Piruvato Quinasa PiruvatoDescarboxilasa Piruvato Deshidrogenasa Lactato Deshidrogenasa PiruvatoCarboxilasa Transaminasas

  13. DescarboxilaciónOxidativa del Piruvato 1) Descarboxilaciónexergónica 2) Formación de sulfoester de alta E con Lipoato 3) Transtiolaciónisoergónica del acetilo desde el Lipoato al HS-CoA TIAMINA • Otras enzimas con igual mecanismo: • Alfa-cetoglutarato DH, • Alfa-cetobutirato DH, • cadena ramificada cetoácido DH

  14. Piruvato Deshidrogenasa Fuente de acetil-CoApara el ciclo del ácido cítrico Cataliza la descarboxilación oxidativa del piruvato. Piruvato + NAD+ + CoA-SH <-> Acetyl-CoA + NADH+ CO2 Energéticamente muy favorable ( ΔG= -33.5 kJ/mol) y esencialmente irreversible in vivo.

  15. Complejo: Piruvato deshidrogenasa Glc PIRUVATO E1:Pir-DH-TPP CO2 + Hidroxietil-TPP E2:Dihidrolipoiltransacetilasa-Lipoamida (reducción del grupo prostético: Lipoamida) + HS-CoA (oxidación del hidroxietilo a acetato y transf. Acetil-CoA) E2-Dihidrolipoamida + Acetil-SCoA E3:Dihidrolipoil-DH-FAD + NAD+ E2-Lipoamida + NADH + H+

  16. Arsenito Arsenical orgánico Todo el complejo puede inactivarse con compuestos con arsénico que se unen a sulfhidrilos (como en dihidrolipoamida) + S S OH HS HS -O As R´ -O As As S S OH HS HS R´-As=O + R R R R

  17. Descarboxilación Oxidativa del Piruvato 1) Descarboxilaciónexergónica 2) Formación de sulfoester de alta E con Lipoato 3) Transtiolaciónisoergónica del acetilo desde el Lipoato al HS-CoA • Otras enzimas con igual mecanismo: • Alfa-cetoglutarato DH, • Alfa-cetobutirato DH, • cadena ramificada cetoácido DH

  18. La actividad del complejo Pir-DH es coordinada por la proporción de Coenzima A acetilada y libre. E2 (componentetransacetilasa) Esinhibidaporacetil-CoA y activadaporCoA-SH. Regulación En mamíferos, E1del complejopiruvato dehidrogenasa es susceptible de modificación covalente. + Fosforilación de Ser en eucariotas Pir-DH-kinasa (+) y Pir-DH-Fosfatasa (-) E3 (componenteDihidrolipoamida-DH) Esinhibidapor NADH y activadapor NAD+. La actividad del complejo es coordinadapor lasrelaciones [NADH]/[NAD] y [acetil-CoA]/[CoA] ATP es un inhibidoralostérico del complejo.

  19. Acetil-CoA El enlace tioester posee una alta energía libre de hidrólisis Acetil-CoA aporta los dos C que se van a oxidar en el ciclo del ácido cítrico

  20. Vías principales del catabolismo y el anabolismo en la célula.

  21. Respiración aerobia y anaerobia

  22. Piruvato Bicarbonato PiruvatoCarboxilasa a

  23. EC 2.3.3.1. EC 4.2.1.3. EC 1.1.1.37. EC 1.1.1.41/42. E1- 1.2.4.2. E1- 2.3.1.12. E1- 1.6.4.3. EC 4.2.1.2. EC 1.3.99.1. EC 6.2.1.4.

  24. Glucosa + 2ATP + 4ADP + 2Pi + 2NAD+ 2 Ácido pirúvico + 2ADP + 4ATP + 2NADH + 2H+ + 2 H2O Balance

  25. Moléculas: Simétrica Asimétricas (quiral)

  26. Ciclo de Krebs ó de los ácidos tricarboxílicos 1 molécula de glucosa -> 2 de acetato (2 C), que se degrada en un proceso cíclico. Una serie de sustancias cede hidrógenos por pares (2H) a otra (NAD, FAD) reduciéndola (a NADH, FADH2). En cierta forma, el proceso equivale a tener átomos de H que se pueden unir con el O durante la respiración para formar agua. En el ciclo entra una molécula de acetato (dos átomos de C) salen dos moléculas de CO2 y cuatro pares de hidrógenos.

  27. Estrategia General del Ciclo del Acido Cítrico En cada vuelta se introducen 2 carbonos (Acetil-CoA), y su equivalente será totalmente oxidado. Se liberan 2 moléculas de CO2 La energía libre de la oxidación se conserva en forma de coenzimas reducidas (NADH y FADH2) Los intermediarios se reciclan

  28. Glucosa + Oxígeno => Dióxido de Carbono + Agua + Energíao bien, C6H12O6 + 6O2=> 6CO2 + 6H2O G = -686 kcal/mol

  29. Intercambio de metabolitos en la membrana mitocondrial Citrato Acetil-S-CoA Acil-carnitina Malato Oxaloacetato Aspartato Ibernantes ↑Acetil-S-CoA# ↓ Traslocasa ATP/ADP ↓ADP intramitocondrial ↓ Fosforilación Oxidativa Matriz Mitocondrial Ca++ [200mM] +K+ Acil-S-CoA# (+) (-) ADP ATP Translocasas AA, Malato, Succinato, Piruvato NAD+, NADH, FAD HS-CoA SimportePir-H+

  30. Balance del Ciclo del Acido Cítrico

  31. 180 g (1 mol) Glc son oxidados por 192 g (6 moles) de oxígeno y se forman 264 g (6 moles) de CO2

  32. Alostérica : Inhib x ATP Inhib. Citrato y fluorocitrato y Succinil-S-CoA (competición) c/Fe++ + Glutatión G (+) - (↑citrato) Malato hidroliasa H°= 6 isoenz IV +abundante UbiquinonareductasaC/4Fe++ no Hem (+) CoQH2 y ATP (-) Oxalato y Malonato (competitiva) + Mg++ NADH y Succinil-CoA (-) Alostérica = ADP(+) enz. tetramérica ATP(-) dímero (-) déficit de Tiamina – Presencia de Iones de Hg y arsenito (bloq. -SH del lipoato) C/nivel de E constante = Libremente reversible Inhib.=Malonato(competición)

  33. ViasAnapleróticas del Ciclo del Acido Cítrico

  34. Retiro de intermediarios hacia vías anabólicas Reposición anaplerótica de intermediarios agotados. Las reacciones de transaminación y desaminación de AA son reversibles, por lo que su dirección varía en función de la demanda metabólica.

  35. Ejercicio brusco ↑↑↑Acetil-S-CoA = va a haber insuf. Oxalacetato p/dar Citrato Estrés, Diabetes Reacciones Auxiliares o Anapleróticas Acetil-S-CoA (alostérico +) Carbonil-Pato -> Carboxi-Biotina-E Insulina (+) MDH(NADP+) + MDH NADPH + H+ NAD+ NADP+ NADH + H+

  36. Carácter Anfibólico del Ciclo del Acido Cítrico Algunos intermediarios del ciclo son precursores de otros compuestos

  37. Tips del Ciclo de Krebs • biosintético • ahorro de energía • Remoción de intermediarios • puedesaturarse. • Únicavíaenzimáticasaturable • azúcares • ácidosgrasos En la respiración aeróbica se conserva aprox. el 42 % de la energía de la glucosa en forma de ATP. 288 Kcal * mol-1 (1205 KJ* mol-1 ) Es una reacción fuertemente exergónica, con una energía libre ( G°) negativa. Se puede calcular el rendimiento de la siguiente forma: 288/ 686 x 100= 42 %.

  38. TERMODINAMICA Y BIOENERGÉTICA

  39. Bioenergética: leyes de la termodinámica -Estudia las transformaciones de energía que tienen lugar en la célula. -Naturaleza y función de los procesos químicos en los que se transforma la energía en seres vivos.

  40. Organismos vivos. Según la fuente de carbonos, son: • Autótrofos: Pueden utilizar el CO2 como fuente de C (bacterias, vegetales). • Heterótrofos: obtienen C de moléculas orgánicas complejas (animales, microorganismos).

  41. Metabolismo: suma de las reacciones químicas que ocurren en la célula (organizadas en series de reacciones catalizadas) = “rutas metabólicas” Fase de síntesis Fase de degradación ATP ADP NADPH+H+ NADP+ Anabolismo: moléculas pequeñas reaccionan para convertirse en otras más grandes y complejas. Catabolismo: Las moléculas nutrientes se convierten en otras mas pequeñas y simples.

  42. CÉLULAS Necesitan de energía p/sus actividades (desarrollo, crecimiento, renovación de estructuras, síntesis de moléculas, etc). CÉLULA ANIMAL Energía química para realizar trabajo proviene de la oxidación de sustancias incorporadas como alimentos (carbohidratos, grasas).