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Ciclo de krebs
Este documento describe el ciclo de Krebs, incluyendo: 1) El ciclo de Krebs es una vía metabólica que ocurre en la matriz mitocondrial y oxida los átomos de carbono de la acetil CoA para producir energía en forma de ATP y moléculas reductoras como NADH y FADH2. 2) El ciclo consiste en 8 reacciones enzimáticas que regeneran el oxalacetato. 3) La regulación del ciclo asegura que se produzcan moléculas de acuerdo a las necesidades celul
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Ciclo de krebs
- 1. CICLO DE KREBS DO C E N T E : D R A . B E L É N R O M E R O M A R T Í N E Z A L U M N O S : • D I E G O D E L A R O S A M O R E N O • K E L L Y I N É S R U I Z V I T A L NUTRICION
- 2. Hans Adolf Krebs(1900-1981) constitución de la química orgánica aplicación al estudio de las funciones de los seres vivos - química fisiológica Dos fases en el origen de la bioquímica "Metabolismo" Conjunto de las reacciones químicas que se producen en el organismo, construyendo moléculas mayores a partir de otras menores (que denominamos, anabolismo) y descomponiéndolas en otras más pequeñas (o catabolismo).
- 3. Hans Adolf Krebs(1900-1981) o Nació en 1900 en la ciudad alemana de Hildesheim. o Estudios de medicina: Göttingen, Friburgo, Munich y Berlín o Entre 1926 y 1930 trabajó en el Kaiser Wilhelm Institut junto a Otto Warburg. o En 1932 en la Universidad de Friburgo junto con el también bioquímico Kurt Henseleit: CICLO DE LA UREA o Abandono la Alemania nazi en 1933 emigrando hacia Inglaterra para trabajar en Cambridge con Frederick Gowland Hopkins. o 1935 se trasladó a Sheffield Allí fue nombrado profesor y director del Departamento de Bioquímica, y comenzó sus trabajos sobre el metabolismo celular. o El grupo de Krebs, dos años más tarde, descubrió la acción catalizadora del citrato. De forma inmediata siguieron otros acontecimientos -entre ellos los de Martius y Knoop-, que condujeron al conocimiento definitivo del llamado "ciclo del ácido cítrico" o de Krebs. Fue Fritz Albert Lipmann quien, con su estudio sobre el coenzima A. Ambos, Krebs y Lipmann, recibieron por su labor el premio Nobel de fisiología y medicina en 1953.
- 4. El ciclo deKrebs (de los ácidos tricarboxílicos o del ácido cítrico) es una vía metabólica presente en todas las células aerobias, es decir, las que utilizan oxígeno como aceptor final de electrones en la respiración celular. En los organismos aerobios las rutas metabólicas responsables de la degradación de los glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos convergen en el ciclo de Krebs, que a su vez aporta poder reductor a la cadena respiratoria y libera CO2. ¿Qué es?
- 5. En células procarióticas,el ciclo de los ácidos tricarboxílicos ocurre en el citosol; y en células eucarióticas, en la matriz mitocondrial. ¿Dónde se lleva a cabo?
- 6. Reacciones del Ciclode Krebs Una visión general del ciclo de Krebs muestra una secuencia de reacciones que oxidan los dos átomos de carbono de una molécula de acetil CoA hasta rendir CO2. Paso 1 condensación Entre una molécula de acetil CoA (2c) y una molécula de oxalacetato (4c). Esta reacción es una condensación aldólica a la que sigue una hidrólisis que libera la CoA libre. Dicha reacción esta catalizada por la Citrato sintasa, dando como producto final el citrato (6c). Paso irreversible
- 7. COO C=O CH COO 2 Oxalacetato El oxalacetato es uncompuesto de 4 carbonos Tambien llamado ácido oxalacético
- 8. COO C=O CH COO 2 Oxalacetato Acetil - CoA Elgrupo acetilo o acetil proviene de la glucolisis o de la beta Oxidacion de acidos grasos y Contiene 2 carbonos
- 9. COO C=O CH COO 2 Oxalacetato Acetil - CoA Lacoenzima A es una coenzima especializada en el transporte de grupos de dos carbonos como es el caso del grupo acetil
- 10. COO C=O CH COO 2 Oxalacetato Acetil - CoACoA-SH Citrato sintasa La citrato sintasa es una enzima que actua sobre el acetil CoA Rompiedolo para que pueda salir la CoA y formar El citrato
- 11.
- 12. Enzima Citrato sintasa sustratooxalacetato o acido oxálico u oxalacético Tipo de Reacción sintesis, adición o acilación producto acido citrico o citrato
- 13. Paso 2 Transformación delcitrato en isocitrato Con esta reacción que sucede en dos pasos, una deshidratación seguida de una hidratación, se pasa de un sustrato con un alcohol terciario a una molécula con un alcohol secundario que resulta mas fácilmente oxidable. Esta reacción se lleva a cabo por la aconitasa formando un intermediario conocido como Cisaconitato.
- 14. COO CH 2 C CH COO COOHO 2 Citrato En estepaso el ácido cítrico experimenta una remodelación. El grupo Hidroxilo OH pasa del Carbono 3 al 2 COO CH 2 HO C CH COO COO Isocitrato El isocitrato es un isómero del ácido cítrico y la diferencia esta en el grupo hidroxilo OH que se encuentra en el carbono 2.
- 15. COO CH 2 C CH COO COOHO 2 Citrato COO CH 2 HOC CH COO COO cisaconitato 2 Aconitasa La aconitasa actua deshidratando al ácido citrico formando un subproducto llamado cis aconitato
- 16. COO CH 2 C CH COO COO HO Isocitrato COO CH 2 C CH COO COO cisaconitato 2 Aconitasa Despuesla aconitasa hidrata al cis aconitato cambiando el orden de los Hidrogenos y el Oxigeno
- 17. Enzima aconitasa sustrato ácidocítrico o citrato Tipo de Reacción isomerización producto ácido isocitrico o isocitrato Subproducto cis aconitato
- 18. Paso 3 Primera descarboxilaciónoxidativa Se Produce la trasformación del isocitrato (6c) a α- cetoglutarato (5c) reacción que conlleva la reducción de una molecula de NAD+ a NADH+𝐻+ y la eliminación de un átomo de carbono en forma de CO2. Esta reacción la cataliza la isocitrato deshidrogenasa y es la primera etapa en la que se produce NADH+𝐻+ y también la primera en la que se genera CO2. Paso irreversible
- 19. COO CH 2 C CH COO COO HO Isocitrato COO CH 2 C C COO COO Elgrupo hidroxilo (OH) del citrato es oxidado hasta un grupo carboxilo (C=O) O Oxalasuccionato Oxidasa NAD+ NADH+𝐻+ Tambien hay una perdida de 2 atomos de hidrogeno que son llevados por la coenzima NAD+
- 20. Enzima sustrato Tipo de Reacción producto Coenzima oxidasa ácidoisocitrico o isocitrato deshidorgenación y oxidacion oxalasuccinato o acido oxalasuccinico NAD
- 21. Paso 4 Segunda descarboxilaciónoxidativa Se produce la transformación del α-cetoglutarato (5c) a succinil CoA (4c) reacción que conlleva nuevamente a la generación de NADH+𝐻+ y la eliminación de un átomo de carbono. La reacción la efectúa el complejo multienzimatico α-cetoglutarato deshidrogenasa, que es bastante similar en su composición y actuación al complejo enzimático de la piruvato deshidrogenasa. Como resultado, se obtiene, además del succinil CoA la reducción de una segunda molécula de NAD+ a NADH+𝐻+ y la generación de una segunda molécula de Co2 , por lo que se ha completado la oxidación neta del grupo acetilo. Paso irreversible
- 22. COO CH2 C C COO COO O COO CH 2 C C COO O Oxalasuccionato Isocitrato deshidrogenasa H2 CO2 α-cetoglutarato Laenzima isocitrato deshidrogenasa debilita el enlace del grupo carbonilo central y el acido isocitrico lo pierde en forma de CO2 NAD+ NADH+𝐻+ El α-cetoglutarato es una molécula de 5 átomos de carbono
- 23. Enzima isocitrato deshidrogenasa sustrato Tipode Reacción producto oxalasuccinato descarboxilacion α cetoglutarato o ácido α cetoglutarico
- 24. COO CH2 C C COO O COO CH 2 C CO H2 α-cetoglutarato H2 α-cetoglutarato deshidrogenasa CO2 Gracias aun complejo multiensimatico “α cetoglutarato deshidrogenasa” el α cetoglutarato pierde un atomo de carbono liberado como CO2 De esta manera queda un compuesto de cuatro atomos de carbono A este compuesto de cuatro carbonos se le agrega denuevo la CoA para llevarlo hacia el proximo proceso CoA S- CoA Succinil CoA
- 25. Paso 5 Fosforilación anivel de sustrato En esta reacción se acopla la ruptura del enlace de alta energía del succinil CoA con la síntesis de una molécula GTP a partir de GDP y Pί, liberando succinato y CoA libre. Esta reacción la lleva a cabo la succinil CoA sintetasa.
- 26. COO CH2 C C S-CoA O H2 Succinil CoA Succinil CoAsintetasa H2O Gracias a la succinil CoA sintetasa, el succinil CoA se hidroliza liberando la CoA y una molécula de acido succinico CoA - SH GDP GTP La hidrólisis del succinil CoA libera la suficiente energia para que paralelamente el GDP capte una molécula de P y formen GTP, el cual dará origen al ATP COO CH CH COO Succinato 2 2
- 27. Enzima sustrato Tipo de Reacción producto succinilCoA sintetasa succinil CoA hidrólisis y sintesis ácido succinico o succinato
- 28. Paso 6 Oxidación delsuccinato a fumarato Es una reacción de des hidrogenación, en la cual se produce la oxidación del enlace sencillo situado en el centro de la molécula de succinato, dando lugar a un doble enlace TRANS. El hidrogeno eliminado se acopla a la síntesis de una molécula de FADH2 a partir de una molécula de FAD.
- 29. COO CH C COO CH HC COO Succinato Succinato Deshidrogenasa Esta enzimaes una oxidoreductasa y deshidrogenasa a la vez COO FAD FADH2 2 2H Deshidrogena al succinato Oxida al succinato Reduce al FAD Fumarato
- 30. Enzima sustrato Tipo de Reacción producto succinatodeshidorgenasa Coenzima FAD succinato o ácido succínico oxidacion, reduccion y deshidrogenacion ácido furámico o fumarato
- 31. Paso 7 Hidratación delDoble enlace de fumarato El fumarato se hidrata y genera malato La fumarasa cataliza la adición de agua, es decir la hidratación del fumarato. El producto de la reacción es el malato.
- 32. Las reacciones ensu conjunto conducen a la regeneración del oxalacetato. La malato deshidrogenasa cataliza la oxidación del malato a oxalacetato, con la reducción de un NAD: se forman 3 ATP en la cadena respiratoria. Paso 8 Oxidación de Malato a Oxalacetato
- 35. Regulación del Ciclode Krebs oLa regulación del ciclo hace posible la producción de moléculas de acuerdo a las necesidades celulares, y asegura que no ocurra sobre o sub producción. oLa regulación del ciclo se da en diferentes puntos, porque puede alimentarse o ser abastecido a través de cualquiera de sus intermediarios. oLa regulación se considerarán situaciones relacionadas al estado energético celular. oLa regulación se rige principalmente por la relación ATP/ADP y NADH.H/NAD, así como por las concentraciones de algunos intermediarios del ciclo.
- 36. Situación 1: regulaciónde la principal reacción abastecedora del ciclo El complejo piruvato deshidrogenasa (PDH) de vertebrados, cataliza la transformación de piruvato en acetilCoA, Es un punto de regulación clave porque la acetilCoA es la principal molécula abastecedora del ciclo. La regulación se logra por dos mecanismos: alosterismo y modificación covalente de la enzima
- 38. Cuando las relacionesATP/ADP, NADH.H/ NAD y acetil-CoA/ HSCoA son altas la enzima PDH es modulada negativamente. Cualquiera de las tres relaciones indican que en la célula hay un estado metabólico rico en energía. Cuando esas relaciones descienden la enzima se activa, se incrementa entonces la oxidación del piruvato y se sintetiza acetil CoA.
- 39. La regulación dela PDH a través de la subunidad E1 (figura 4) es por modificación covalente de la enzima A la que una quinasa fosforila y una fosfatasa desfosforila Para que la quinasa fosforile a E1 debe haber alta concentración de ATP, que es un modulador positivo de la quinasa, que está regulada entonces alostéricamente. Cuando aumenta la concentración de ADP la actividad quinasa desciende y se incrementa la fostatasa, que desfosforila a la enzima que pasa a su forma activa.
- 40. Situación 2: regulaciónde la enzima citrato sintasa La actividad de la citrato sintasa (reacción 1, figura 3) está regulada por disponibilidad de sus sustratos: la acetil-CoA y el oxalacetato, cuya concentración varía y determina la velocidad de formación de citrato.
- 41. El ATP esun modulador alostérico negativo de la citrato sintasa, que aumenta la KM de la enzima por el acetil CoA. Así, cuanto mayor sea la concentración de ATP menor será la actividad de la enzima.
- 43. Situación 3: regulaciónde las deshidrogenasas NAD Los pasos catalizados por las deshidrogenadas NAD dependientes (reacciones 3, 4 y 8,) regulan la velocidad del ciclo según la relación NADH.H/NAD Cuando la concentración de NADH.H aumenta la actividad de las deshidrogenasas desciende. El ATP tiene El ATP tiene el mismo efecto inhibidor sobre las enzimas, mientras el ADP es un activador
- 46. Un balance posiblede la degradación total de la glucosa Para calcular la energía que se obtiene de la glucosa se pueden establecer cuatro instancias en su degradación: glucólisis, decarboxilación oxidativa del piruvato, ciclo de Krebs y cadena respiratoria.