1. El documento describe las rutas anapleróticas y el ciclo de glioxilato, que son procesos metabólicos que ayudan a reponer intermediarios en el ciclo de Krebs. 2. Las rutas anapleróticas reponen los intermediarios oxalacetato y malato a través de la carboxilación del piruvato u oxalacetato en varios organismos. 3. El ciclo de glioxilato es una ruta alternativa al ciclo de Krebs que permite la síntesis de glucosa a partir de ácid

1. Universidad de Puerto Rico
Recinto Universitario de Mayagüez
Departamento de Biología
Biol4368-040
Dr. Carlos Ríos Velázquez
Integrantes:
Carlina Román Abrams
Angélica M. Olmo Fontánez
Eileen Soto Ruiz
Lillyann Asencio Zayas
Mariawy Riollano Cruz
Willie Bidot Rodríguez
Angélica Rivera González
Lourdes Alicea Rodríguez
Nayda Meléndez Cáceres

2. Tema: Rutas Anapleróticas y Ciclo de Glioxilato
Introducción:
La meta de todo organismo vivo es obtener energía para la regulación de las diversas
reacciones bioquímicas que permiten su funcionamiento óptimo. La fotosíntesis, la fermentación
y la respiración celular, son sistemas que se caracterizan por realizar reacciones catabólicas y
anabólicas para la producción de energía. Esta energía, permite que el organismo crezca, se
repoduzca, responda a estímulos y sintetice moléculas, entre otras. A esta unión de diversas
reacciones, se le conoce como metabolismo. En términos generales, la respiración celular de
microorganismos quimioheterótrofos en presencia de oxígeno, envuelve la oxidación de
compuestos orgánicos (carbohidratos, ácidos grasos, lípidos y aminoácidos) para la liberación de
CO2, agua, y eventualmente, energía en forma de ATP. La respiración celular se divide en tres
etapas: glucólisis, ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. El ciclo de Krebs es
uno de los procesos más importantes que forma parte del catabolismo en células aérobicas.
Existen dos rutas vinculadas a este ciclo: las rutas anapleróticas y el ciclo de glioxilato. En estas
rutas, se induce la síntesis de intermediarios del ciclo de Krebs, y se añade una versatilidad
metabólica a cada organismo, respectivamente.
Rutas Anapleróticas:
El ciclo de Krebs genera una serie de intermediarios con dos funciones principales:
metabolismo energético y precursores anabólicos. En su función de precursores energéticos,
cuatro de los ocho intermediarios se oxidan y la energía se conserva en coenzimas reducidas
NADH y FADH2. Lo que posibilita la formación de un gran número de moléculas de ATP, por
medio de la fosforilación oxidativa. (1). Por otra parte, en su función de intermediarios
biosintéticos, se emplean reacciones anabólicas como: síntesis de ácidos grasos, aminoácidos y
eventualmente nucleótidos, entre otros. Por ejemplo: alfa-cetoglutarato, sirve como precursor de
glutamato, mientras que succinil-CoA sirve como precursor de porfirinas de los grupos hemos.
Debido a la utilización de estos intermediarios para la síntesis de compuestos bioquímicos, se
necesitan enzimas catalíticas que generen nuevamente los mismos. Estas reacciones se conocen
como rutas anapleróticas.
Las rutas anapleróticas se encargan de
reponer los intermediarios oxalacetato y malato,
por medio de la carboxilación de: piruvato o
fosfoenolpiruvato. Las concentraciones de los
intermediarios del ciclo permanecen constantes
(2), manteniendo así un equilibrio metabólico.
Estas rutas actúan en organismos eucariotas:
animales (seres humanos), plantas, hongos como
Saccharomyces cerevisiae. También actúan en la
gran mayoría de organismos procariotas, como
por ejemplo: Pseudomonas aeruginosa,
Escherichia coli, Campylobacter jejuni y
Corynebacterium glutamicum. Este último se ha

3. demostrado que presenta las cuatro rutas
anapleróticas (3). La figura no. 1 resume las
rutas anapleróticas.
Las reacciones anapleróticas se
caracterizan en que pueden ser endergónicas.
La adición del grupo carboxilo al piruvato, es
una reacción endergónica catalizada por la enzima piruvato carboxilasa. Debido a este sistema de
relleno, el ciclo de Krebs se puede volver a restituir y las bio-moléculas producidas por los
intermediarios pueden eventualmente, formar parte de fuentes de energía catabolizable. Estas
reacciones ocurren bajo condiciones ambientales aerobias. Por otra parte, ya que, la ruta
incorpora compuestos orgánicos y no produce energía, la misma es una asimilativa. Aunque, en
la reacción donde PEP carboxiquinasa convierte a fosfoenolpiruvato en oxalacetato se genera
GTP, esta molécula energética no es fundamental para el metabolismo del microorganismo.
Ciclo de Glioxilato
El Ciclo de Glioxilato es una ruta anabólica asimilativa, donde: no se genera energía y se
incorpora la utilización de compuestos orgánicos. La misma es una modificación del Ciclo de
Krebs presente en: bacterias, algunas plantas y protozoas. En plantas, este ciclo ocurre en
organelos llamados: glioxisomas. Estos son necesarios para la germinación de las semillas en
acetato. En el caso de las bacterias, este ciclo se lleva a cabo cuando las fuentes de carbono son
muy limitadas. A diferencia del ciclo de Krebs, en el ciclo de glioxilato hay una serie de
reacciones, que a través de la eliminación de decarboxilaciones, forman un compuesto de cuatro
carbonos; el cual ayuda a la síntesis de glucosa. Este ciclo se caracteriza y se diferencia del
Ciclo de Krebs, en que en el mismo se produce glucosa mediante gluconeogénesis, partiendo
inicialmente, de ácidos grasos y acetatos El ciclo comienza de manera similar al Ciclo de Krebs:
ocurre la unión de dos moléculas de acetil-CoA con una molécula de oxaloacetato hasta producir
isocitrato a partir de citrato (Fig. 2). Es este el punto, en donde cada uno de estos ciclos alterna
sus vías, ya que el Ciclo de Glioxilato produce succinato y glioxilato a partir de isocitrato. El
glioxilato se une a acetil-CoA para producir malato, el cual a su vez, produce oxaloacetato,
siendo este último, el encargado de la síntesis de glucosa. Este ciclo tiene dos enzimas
características. Estas son: la isocitrato liasa, la cual está encargada de degradar el isocitrato en
succinato y glioxilato, y la malato sintasa, la cual cataliza la reacción donde se une glioxilato con
acetil-CoA, para producir malato.
La importancia de este ciclo recae en que le da la habilidad a ciertos organismos de crecer
en: etanol, acetato, ácidos grasos o compuestos constituído por únicamente dos carbonos. Este
ciclo es una manera alterna de sobrevivir en ambientes extremos con limitación de nutrientes, y
es regulado según las necesidades celulares de cada organismo. Algunos microoorganismos
aeróbicos como: Saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli, Haloferax volcanii (halofilico
extremo) y Debaryomyces hansenii, llevan a cabo este ciclo.
Resumen del Ciclo Glioxilato:

4. 1. Incorporación de fuentes de carbonos.
2. Citrato sintasa cataliza la unión de: Oxaloacetato y Acetil-CoA, para formar citrato.
3. Si la célula lo requiere, esta molécula continúa con el Ciclo de Glioxilato.
4. Isocitrato liasa, cataliza la conversión de Isocitrato en: Glioxilato y Succinato.
5. Succinato entra de nuevo al Ciclo de Krebs y Glioxilato, y Malato sintasa cataliza su
conversión a Malato.
6. Malato deshidrogenasa, cataliza la conversión de Malato, en Oxaloacetato.
Literatura Citada y Referencias:
• (1)
Nelson, D and Cox, M. 2008. Principles of Biochemistry. 5THED. Chaper 16.2: Reactions of
the Citric Acid Cycle, pp620. W.H. Freeman and Company.
• (2)
Nelson, D and Cox, M. 2008. Principles of Biochemistry. 5THED. Chaper 16.2: Reactions of
the Citric Acid Cycle, pp631. W.H. Freeman and Company.
• (3)
Shirai, T. Et al. 2007. Study on roles of anaplerotic pathways in glutamate overproduction
of Corynebacterium glutamicum by metabolic flux analysis. Microbial Cell Factories; 6:19.
Available from: http://www.microbialcellfactories.com/content/6/1/19
• Moat, A. Et al. 2002. Microbial Physiology; Chapter 8: MICROBIAL STRESS
RESPONSES. Copyright by Wiley-Liss, Inc.
• Moat, A. Et al. 2002. Microbial Physiology; Chapter 9 : ENERGY PRODUCTION AND
METABOLITE TRANSPORT Copyright by Wiley-Liss, Inc.
• Yang, C. Et al. 2003. Analysis of Escherichia coli anaplerotic metabolism and its regulation
mecanysm from the metabolic responses to altered dilution rates and phosphoenolpyruvate
carboxykinase knockout. Biotechnol Bioeng; 84(2):129-44
• Rojas, O. Et al.2006. Analisis de Rutas Metabolicas en Pseudomonas auriginosa para la
Producción de Polihidroxialcano a Partir de Glucosa Usando Modos Elementales. E-Gnosis
Vol4, Art 12
• Velayudhan, J. Et al. 2002. Analysis of gluconeogenic and anaplerotic enzymes in
Campylobacter jejuni: an essential role for phosphoenolpyruvate carboxykinase.
Microbiology (2002), 148, 685–694
• Campbell M. K., S. O. Farrell. (2004). El ciclo de glioxilato: una vía relacionada.
Bioquímica. 4ta edición. (16.6): 532-533.
• Cornah J. E., V. Germain, J. L. Ward, M. H. Beale, S. M. Smith. (2004). “Lipid
Utilization, Gluconeogenesis and Seedling Growth in Arabidopsis Mutants
Lacking the Glyoxylate Cycle Enzyme Malate Synthase”. Journal of Biological Chemistry
(279): 42916-42923.
• J. A. Serrano Gomicia. (2000). Ciclo del glioxilato en el arquea halófilo Haloferax volcanii:
análisis bioquímico, filogenético y transcripcional. Tesis doctoral de la Universidad de
Alicante. Alicante, Espana.
• R. Y. Stainer, J. L. Ingraham, M. L. Wheelis, P. R. Painter. Metabolismo microbiano:
reacciones de mantenimiento. Microbiología. (1992) Editorial Reverte, S. A. 2da
edición. (4): 96-99.
• White, D. 2007. The Physiology and Biochemistry of Prokaryotes. Oxford University Press.
New York, NY. 3th ed. 223-224.