CICLO DE KREBS DOCE NTE : DRA. BELÉN ROME RO MART ÍNEZALUM NOS :• DIEGO DE L A ROS A MORENO• KELLY INÉS RU IZ V ITAL

NUTRICION

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).

Hans Adolf Krebs (1900-1981)o Nació en 1900 en la ciudad alemana de Hildesheim.o Estudios de medicina: Göttingen, Friburgo, Munich y Berlíno 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 UREAo 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.

El ciclo de Krebs (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?

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?

Reacciones del Ciclo de 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 1condensación

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

COO

C=O

CH

COO2

Oxalacetato

El oxalacetato es un compuesto de 4 carbonos Tambien llamado ácido oxalacético

COO

C=O

CH

COO2

Oxalacetato

Acetil - CoA

El grupo acetilo o acetil proviene de la glucolisis o de la beta Oxidacion de acidos grasos y Contiene 2 carbonos

COO

C=O

CH

COO2

Oxalacetato

Acetil - CoA

La coenzima A es una coenzima especializada en el transporte de grupos de dos carbonos como es el caso del grupo acetil

COO

C=O

CH

COO2

Oxalacetato

Acetil - CoA CoA-SH La CoA se

retira con

un grupo

sulfuro

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

COO

C=O

CH

COO2

Oxalacetato

COO

CH 2

C

CH

COO

COOHO

2

Citrato

Citrato sintasa

Acetil - CoA Acetil - SH

Enzima Citrato sintasa

sustrato oxalacetato o acido oxálico u oxalacético

Tipo de Reacción sintesis, adición o acilación

producto acido citrico o citrato

Paso 2Transformación del citrato 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.

COO

CH 2

C

CH

COO

COOHO

2

Citrato

En este paso el ácido cítrico experimenta una remodelación.El grupo Hidroxilo OH pasa del

Carbono 3 al 2

COOCH 2

HOCCHCOO

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.

COO

CH 2

C

CH

COO

COOHO

2

Citrato

COOCH 2

HO CCHCOO

COO

cisaconitato

2

Aconitasa

La aconitasa actua deshidratando al ácido citrico formando un subproducto llamado cis aconitato

COO

CH 2

C

CH

COO

COO

HO

Isocitrato

COOCH 2

CCHCOO

COO

cisaconitato

2

Aconitasa

Despues la aconitasa hidrata al cis aconitato cambiando el orden de los Hidrogenos y el Oxigeno

Enzima aconitasa

sustrato ácido cítrico o citrato

Tipo de Reacción isomerización

producto ácido isocitrico o isocitrato

Subproducto cis aconitato

Paso 3Primera descarboxilación oxidativa

Se Produce la trasformación del isocitrato (6c) a α-cetoglutarato (5c) reacción que conlleva la reducción de una molecula de NAD+ a NADH+ 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+ y también la primera en la que se genera CO2.Paso irreversible

COO

CH 2

C

CH

COO

COO

HO

Isocitrato

COOCH 2

CCCOO

COO

El grupo hidroxilo (OH) del citrato es oxidado hasta un grupo carboxilo (C=O)

O

Oxalasuccionato

Oxidasa

NAD+ NADH+

Tambien hay una perdida de 2 atomos de hidrogeno que son llevados por la coenzima NAD+

Enzima

sustrato

Tipo de Reacción

producto

Coenzima

oxidasa

ácido isocitrico o isocitrato

deshidorgenación y oxidacion

oxalasuccinato o acido oxalasuccinico

NAD

Paso 4Segunda descarboxilación oxidativa

Se produce la transformación del α-cetoglutarato (5c) a succinil CoA (4c) reacción que conlleva nuevamente a la generación de NADH+ 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+ y la generación de una segunda molécula de Co2 , por lo que se ha completado la oxidación neta del grupo acetilo.Paso irreversible

COO

CH2

C

C

COO

COO

O

COOCH 2

CCCOO

O

Oxalasuccionato

Isocitrato deshidrogenasaH2

CO2

α-cetoglutarato La enzima isocitrato deshidrogenasa debilita el enlace del grupo carbonilo central y el acido isocitrico lo pierde en forma de CO2

NAD+ NADH+

El α-cetoglutarato es una molécula de 5 átomos de carbono

Enzima isocitrato deshidrogenasa

sustrato

Tipo de Reacción

producto

oxalasuccinato

descarboxilacion

α cetoglutarato o ácido α cetoglutarico

COO

CH2

C

C

COOO

COOCH 2

CCO

H2

α-cetoglutarato

H2 α-cetoglutaratodeshidrogenasa

CO2Gracias a un 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

Paso 5Fosforilación a nivel 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.

COO

CH2

C

C

S-CoAO

H2

Succinil CoA

Succinil CoA sintetasa

H2O

Gracias a la succinil CoA sintetasa, el succinil CoA se hidroliza liberando la CoA y una molécula de acido succinico

CoA - SH

GDP GTPLa 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

COOCHCHCOO

Succinato

2

2

Enzima

sustrato

Tipo de Reacción

producto

succinil CoA sintetasa

succinil CoA

hidrólisis y sintesis

ácido succinico o succinato

Paso 6Oxidación del succinato 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.

COO

CHC

COOCH

HC

COOSuccinato

Succinato Deshidrogenasa

Esta enzima es una oxidoreductasa y deshidrogenasa a la vez

COO

FAD FADH2

2

2H

Deshidrogena al succinato Oxida al succinato Reduce al FAD

Fumarato

Enzima

sustrato

Tipo de Reacción

producto

succinato deshidorgenasa

Coenzima FAD

succinato o ácido succínico

oxidacion, reduccion y deshidrogenacion

ácido furámico o fumarato

Paso 7Hidratación del Doble 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.

Las reacciones en su 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 8Oxidación de Malato a Oxalacetato

Regulación del Ciclo de 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.

Situación 1: regulación de 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

Cuando las relaciones ATP/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.

La regulación de la 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.

Situación 2: regulación de 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.

El ATP es un 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.

Situación 3: regulación de 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

Un balance posible de 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.