1. Unidad II
ALL YOU NEED TO KNOW
BY
BR. CARLOS PEDROZA

2. Universidad Central de Venezuela
Facultad de Medicina
Escuela “José María Vargas”
Cátedra de Bioquímica
BIOENERGÉTICA
Ciclo de Krebs y Fosforilación Oxidativa
Br. Carlos Pedroza
Unidad II

3. Bioenergética
Parte I
ALL YOU NEED TO KNOW
BY
BR. CARLOS PEDROZA

4. Bioenergética
“Especialidad de la termodinámica que
estudia las transformaciones de la
energía en los organismos vivos”
1.- Estudia los mecanismos mediante los cuales los
organismos adquieren, almacenan, utilizan y liberan
energía
2.- Estudia los procesos físicos y químicos relacionados
con el flujo de la energía en la biosfera.
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

5. Respiración celular
Moléculas CO2
combustibles +
+O2 H2O
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

6. Respiración celular
Etapa 1
Lipólisis β- oxidación
Triglicéridos Ácidos Grasos
NADH++H+
Glucosa
Glicólisis
Piruvato
Oxidación
Acetil-CoA
NADH++H+ NADH++H+
Desaminación y oxidación
Aminoácidos (cetogénicos)
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

7. Respiración celular
Etapa 2 NADH++H+ Glicólisis
NADH++H+ Oxidación
1 NADH++H+ β-oxidación
NADH++H+
Ciclo de
Acetil-CoA
FADH2
Ciclo de Krebs
Krebs
NADH++H+
NADH++H+
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

8. Respiración celular
Etapa 3 NADH++H+ Glicólisis
NADH++H+ Oxidación
1 NADH++H+ β-oxidación
NADH++H+
FADH2
Ciclo de
Krebs
CTē NADH++H+
NADH++H+
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

9. Respiración celular
Etapas
1 Conversión de moléculas combustibles en Acetil CoA
Ingreso del Acetil CoA al Ciclo de Krebs y su oxidación
2
hasta CO2 más NADH+ y FADH2
Transferencia de ē desde NADH+ y FADH2 a la CTē y de
3
ésta al O2 con liberación de energía y síntesis de ATP.
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10. Respiración celular
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

11. Respiración celular
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

12. Respiración celular
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

13. Esquema
Descarboxilación Mitocondria
Oxidativa del
Reacciones de
- Generador de
Piruvato Oxidorreducción energía -
Transporte
Rendimiento de
electrónico y Reacciones del
una molécula de
Fosforilación Ciclo de Krebs
Glucosa
oxidativa
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

14. Esquema
Descarboxilación Mitocondria
Oxidativa del
Reacciones de
- Generador de
Piruvato Oxidorreducción energía -
Transporte
Rendimiento de
electrónico y Reacciones del
una molécula de
Fosforilación Ciclo de Krebs
Glucosa
oxidativa
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

15. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
1.- Complejo Piruvato Deshidrogenasa
2 A.- Complejo multienzimático.
3
4
6 5
7
8
9
B.- Modelo de regulación → Mecanismos de regulación por modificación
10 PDH
covalente y alostérico.
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

16. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
2.- Lugar en la célula
2
3
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

17. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
3.- Enzimas del Complejo
2 A.- Piruvato Deshidrogenasa (E1)
3 B.- Dihidrolipoil Transacetilasa (E2)
C.- Dihidrolipoil Deshidrogenasa (E3)
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

18. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
4.- Coenzimas del Complejo
2 Pirofosfato de
Tiamina Ácido lipoico Coenzima A NAD+ FAD+
3
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

19. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
4.- Coenzimas del Complejo
2 Pirofosfato de
Tiamina Ácido lipoico Coenzima A NAD+ FAD+
3
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

20. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
4.- Coenzimas del Complejo
2 Pirofosfato de
Tiamina Ácido lipoico Coenzima A NAD+ FAD+
3
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

21. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
4.- Coenzimas del Complejo
2 Pirofosfato de
Tiamina Ácido lipoico Coenzima A NAD+ FAD+
3
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

22. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
4.- Coenzimas del Complejo
2 Pirofosfato de
Tiamina Ácido lipoico Coenzima A NAD+ FAD+
3
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

23. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
4.- Coenzimas del Complejo
2 Pirofosfato de
Tiamina Ácido lipoico Coenzima A NAD+ FAD+
3
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

24. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
4.- Coenzimas del Complejo
2 Pirofosfato de
Tiamina Ácido lipoico Coenzima A NAD+ FAD+
3
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

25. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
5.- Reacción global
2
3
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

26. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
6.- Subreacciones
2
3
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

27. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
6.- Subreacciones
2
3
4
6 5
7
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

28. Descarboxilación oxidativa del Piruvato
1
7.- Regulación
2
*
3
4
6 5 P Inactiva
7
Activa
8
9
10 PDH
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

29. Esquema
Descarboxilación Mitocondria
Oxidativa del
Reacciones de
- Generador de
Piruvato Oxidorreducción energía -
Transporte
Rendimiento de
electrónico y Reacciones del
una molécula de
Fosforilación Ciclo de Krebs
Glucosa
oxidativa
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

30. Reacciones de Oxidorreducción
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+
Hierro Cobre
 Forma ferrosa→ Fe+2  Forma cuprosa→ Cu+
 Forma férrica → Fe+3  Forma cúprica → Cu++
Fe+3 + ↔ Fe+2 Cu++ + ↔ Cu+
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31. Reacciones de Oxidorreducción
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+
Reducción Oxidación
 Gana o acepta electrones  Cede o dona electrones
-Disminuye su estado de oxidación- -Aumenta su estado de oxidación-
Fe+3 + ↔ Fe+2 Cu++ + ↔ Cu+
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

32. Reacciones de Oxidorreducción
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+
Se oxidó Se redujo
Leyenda
Reducido
Oxidado
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33. Reacciones de Oxidorreducción
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+
Se oxidó Fe2+ ↔ Fe3+ + Semirreacciones o
Se redujo Cu2+ + ↔ Cu+ Hemireacciones
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34. Reacciones de Oxidorreducción
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+
Fe2+ ↔ Fe3+ +
Cu2+ + ↔ Cu+
Fe2+ → Donó electrones
Cu2+ → Aceptó electrones
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

35. Reacciones de Oxidorreducción
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+
Leyenda
Reducción
Oxidación
+2 → +3
+2 → +1
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36. Reacciones de Oxidorreducción
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+
Fe2+ ↔ Fe3+ +
Cu2+ + ↔ Cu+
Par redox
Donador de electrones ↔ Aceptor de electrones + e-
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37. Reacciones de Oxidorreducción
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+
Fe2+ ↔ Fe3+ +
Cu2+ + ↔ Cu+
Potencial de Reducción o de Oxidorreducción ( E’º )
Mide la afinidad del aceptor de electrones de un par redox por
sus electrones. Se mide en condiciones estándar.
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

38. Reacciones de Oxidorreducción
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

39. Reacciones de Oxidorreducción
NAD+ ↔ NADH + H+
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40. Reacciones de Oxidorreducción
FAD+ ↔ FADH2
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

41. Reacciones de Oxidorreducción
H
H H H O H
HC C C C C COH + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O
O O O H O
H H H H G’0 = – 2.840 kJ/mol
Glucosa: C6H12O6
H H H H H
HC C C C C + 10 O2 6 CO2 + 6 H2O
COOH
H H H H H G’0 = – 3.750 kJ/mol
Ácido caproico: C6H12O2
“Cuanto más reducido sea un compuesto más energía liberará al oxidarse”
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

42. Esquema
Descarboxilación Mitocondria
Oxidativa del
Reacciones de
- Generador de
Piruvato Oxidorreducción energía -
Transporte
Rendimiento de
electrónico y Reacciones del
una molécula de
Fosforilación Ciclo de Krebs
Glucosa
oxidativa
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

43. Mitocondria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

44. Mitocondria
Ciclo de
Oxidación de las moléculas
combustibles Krebs
Síntesis de ATP → Fosforilación
oxidativa
Procesos anapleróticos
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45. Mitocondria
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

46. Estructura de la Mitocondria
Teoría
endosimbiótica
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

47. Estructura de la Mitocondria
Estructura de la Mitocondria
1 Membrana interna
2 Membrana externa
3 Espacio intermembrana
4 Matriz
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

48. Esquema
Descarboxilación Mitocondria
Oxidativa del
Reacciones de
- Generador de
Piruvato Oxidorreducción energía -
Transporte
Rendimiento de
electrónico y Reacciones del
una molécula de
Fosforilación Ciclo de Krebs
Glucosa
oxidativa
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

49. Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs
Propósito/Función Acetil CoA → CO2 + H2O
Localización Todos los tejidos, excepto en eritrocitos
Zona Matriz mitocondrial
Acetil CoA → Citrato → Isocitrato →  -
Secuencia de
cetoglutarato → Succinil CoA → Succinato →
acontecimientos Fumarato → Malato → Oxalacetato
Regulación Reacciones 1, 3 y 4.
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50. Ciclo de Krebs
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

51. Ciclo de Krebs
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

52. Ciclo de Krebs
Reacción Enzimas y cofactores
Una sintasa forma un enlace C-C atacando nucleofílicamente el resto
Adición aldólica
carbonilo de un –oxoácido.
Una isomerasa desplaza un grupo hidroxilo en una reacción
Isomerización estereoespecífica de dos etapas, donde se obtiene un doble enlace por
deshidratación.
Descarboxilación Dos deshidrogenasas/descarboxilasas eliminan oxidativamente CO2 de
oxidativa sus sustratos y transfieren al mismo tiempo electrones al NAD+
Transferencia de Una sintetasa cataliza la transferencia de un grupo fosfato al GDP, con
grupos fosfatos lo que genera GTP – Fosforilación a nivel de sustrato
Una hidratasa adiciona una molécula de agua estereoespecíficamente a
Hidratación
un doble enlace con lo que se obtiene un alcohol ópticamente activo.
Dos deshidrogenasas catalizan la transferencia de electrones del
Oxidación
sustrato al NAD+ o al FAD+
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

53. Ciclo de Krebs
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

54. Ciclo de Krebs
Citrato sintasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

55. Ciclo de Krebs
Citrato sintasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

56. Ciclo de Krebs
Aconitasa
Citrato sintasa
(Aconitato hidratasa)
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

57. Ciclo de Krebs
Aconitasa
(Aconitato hidratasa)
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

58. Ciclo de Krebs
Aconitasa
(Aconitato hidratasa)
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

59. Ciclo de Krebs
Isocitrato
Aconitasa
Deshidrogenasa
(Aconitato hidratasa)
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

60. Ciclo de Krebs
Isocitrato
Deshidrogenasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

61. Ciclo de Krebs
Isocitrato
Deshidrogenasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
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62. Ciclo de Krebs
Complejo α-
Isocitrato
cetoglutarato
Deshidrogenasa
deshidrogenasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
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63. Ciclo de Krebs
Complejo α-
Succinil CoA
cetoglutarato
Sintetasa
deshidrogenasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

64. Ciclo de Krebs
Succinil CoA
Sintetasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

65. Ciclo de Krebs
Succinil CoA
Succinato
deshidrogenasa
Sintetasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

66. Ciclo de Krebs
Succinato
deshidrogenasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

67. Ciclo de Krebs
Succinato
Fumarasa
deshidrogenasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

68. Ciclo de Krebs
Fumarasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

69. Ciclo de Krebs
Malato
Fumarasa
deshidrogenasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

70. Ciclo de Krebs
Malato
deshidrogenasa
1
8 2
7 3
6 4
5
Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato
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71. Rendimiento energético del Ciclo de Krebs
“Para calcular el Rendimiento
Energético del Ciclo, debemos
tener presente dos aspectos:
1.- El número de NADH+, FADH2 y GTP
formados → Número de ATP.
2.- El ΔG’º de cada una de las 8 reacciones del
Ciclo”
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72. Ciclo de Krebs – Rendimiento energético
Reacciones
Citrato sintasa -32,2
Aconitasa 13,3
Isocitrato deshidrogenasa -20,9
Complejo α-cetoglutarato
-33,5
deshidrogenasa
Succinil CoA sintetasa -2,9
Succinato deshidrogenasa 0
Fumarasa -3,8
Malato deshidrogenasa 29,7
Total → -50,3
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73. Ciclo de Krebs – Rendimiento energético
3 4 8
5
6
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74. Ciclo de Krebs – Rendimiento energético
Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + 2H2O → 2CO2 + 3NADH + H+ + FADH2 + GTP + HSCoA
x2,5
x1,5
x1
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75. Ciclo de Krebs – Rendimiento energético
Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + 2H2O → 2CO2 + 3NADH + H+ + FADH2 + GTP + HSCoA
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

76. Ciclo de Krebs – Rendimiento energético
Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + 2H2O → 2CO2 + 3NADH + H+ + FADH2 + GTP + HSCoA
1
8 2
7 3
6 4
5
x30,5 kJ/mol
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77. Ciclo de Krebs – Rendimiento energético
Porcentaje de energía liberada de la glucosa por la glicólisis anaeróbica
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
ΔG’ = -2840 kJ/mol
ΔG’ = -2840 kJ/mol 100%
ΔG’ = -355,3 kJ/mol X
12,51%
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78. Ciclo de Krebs – Rendimiento energético
Porcentaje de energía liberada en una vuelta del ciclo que es almacenada como ATP
ΔG’ = -355,3 kJ/mol 100%
ΔG’ = -305 kJ/mol X
85,84%
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79. Regulación del Ciclo de Krebs
Fuera del Ciclo Dentro del Ciclo
Modulación Alostérica
Negativa → ATP, AcetilCoA, NADH + H+,
P Inactiva Regulada por
Ácidos Grasos
Activa
Positiva → AMP, CoA, NAD+ y Ca++ -Disponibilidad de Sustrato
-Inhibición por productos acumulados
Modulación Covalente -Retroinhibición alostérica
Fosforilada → Inhibida
Defosforilada → Activa
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80. Reacciones anapleróticas y Naturaleza anfibólica del Ciclo de Krebs
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