Tema 13 - Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, del ácido cítrico o de Krebs

Contexto y resumen de la ruta

Ciclo de Krebs, ruta central en el metabolismo (esquema Biomodel metabolismo integrado)

Resumen del ciclo, entrada y salida	Conexión con otras rutas

El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial, así como las rutas que le siguen:

• piruvato deshidrogenasa
• enzimas del CAT
• enzimas de oxidación de ácidos grasos
• enzimas del metabolismo de aminoácidos
• transportadores
• cadena transporte electrónico
• ATP sintasa

Resumen de la ruta y balance de energía

(esquema Biomodel metabolismo integrado) fig. 12-3

Acetil-CoA (ciclo de Krebs) 2 CO₂ + 8 e⁻ + 1 GTP

Estrategia de la oxidación:

CH3-COOH + 3 O2	combustión	2 CO2 + 2 H2O
CH3-COOH + 2 H2O	ciclo de Krebs	2 CO2 + 8 H+ + 8 e−

Dos fases:

• oxidación de los 2 carbonos
• regeneración del intermediario C4

Enzimas en reacciones de oxidación:

• Oxidación de acetato a CO₂
• Pérdida de electrones
  • Combinación con O₂ :: no aquí
  • Pérdida de H (H⁺ + e⁻) :: ¡sí! Siempre con un aceptor
• Enzimas:
  • oxidasas :: el O₂ es el aceptor de e⁻
  • oxigenasas :: reacción con O₂ (se combina)
  • deshidrogenasas :: los e⁻ se transfieren a un aceptor, no O₂
    • isocitrato-dh
      α-cetoglutarato-dh
    • succinato-dh
    • malato-dh
  • otras:
    citrato sintasa
    aconitasa
    succinil-CoA sintetasa
    fumarasa

¿Cómo se descubrió?

• Hans Krebs, 1937 -- Premio Nobel en Fisiología o Medicina 1953 con Fritz Lippmann
• Estudiando consumo de O₂ en músculo

1. Citrato, isocitrato o cis-aconitato ⇒ gran consumo de O₂ y oxidación del piruvato
   • efecto catalítico
2. Malonato (inhibidor de succinato-dh) ⇒ menor oxidación del piruvato
   • interviene la succinato-dh
3. Malonato ⇒ acumulación de citrato, α-CG y succinato
   1. son precursores del succinato
4. Piruvato y oxalacetato ⇒ acumulación de citrato
   1. son precursores del citrato

• Modelo inicial: Pyr + OAA → citrato

Balance

Reacción global:
acetil-CoA + 3 NAD + FAD + GDP + P_i 2 CO₂ + 3 NADH + FADH₂ + GTP

Balance conjunto con la fosforilación oxidativa: El CAT genera poder reductor (NADH) que se transfiere a la C.T.E.M. en la membrana interna mitocondrial y allí se acopla a la fosforilación del ADP

Balance de la oxidación de una molécula de glucosa, hasta CO₂ y agua ....(completar) Total: ≈30-32 ATP

Regulación

fig. 12-5 .

1. Regulación de la entrada al ciclo: actividad de la piruvato deshidrogenasa. Reacción irreversible
2. Regulación del ciclo:
   1. Enzimas reguladas:
      1. isocitrato deshidrogenasa (3)
         1. ADP efector positivo, alostérico
         2. ATP inhibidor
         3. NADH inhibidor competitivo
      2. α-cetoglutarato deshidrogenasa (4)
         1. inhibida por productos: NADH, succCoA
         2. ATP inhibidor
      3. Regulación por metabolitos
         1. piruvato, AcCoA, succCoA
      4. Regulación por la carga energética celular:
         1. NADH inhibe, ATP inhibe
         2. ADP activa

Efectos “colaterales”:

• citrato <===> isocitrato
• Acumulación de citrato: a citosol, inhibe PFK, detiene la glucolisis. También sustrato para AcCoA: síntesis de ácidos grasos.
• Acumulación de 2-cetoglutarato: precursor de varios aminoácidos y de bases purínicas.
• En bacterias: control en (1), ATP es inhibidor alostérico (aumenta K_m para AcCoA)

Reacciones anapleróticas

(Reacciones “de relleno”) El ciclo como fuente de precursores biosintéticos. Carácter anfibólico del ciclo. fig. 12-7, 12-8 .

Principal reacción anaplerótica: reposición del oxalacetato
piruvato + CO₂ + ATP --> oxalacetato + ADP + P_i [[ piruvato carboxilasa; coenzima: biotina ]]

• Es importante en gluconeogénesis; requiere acetil-CoA (activador alostérico)
• Alta carga energética: OAA → Glc -- Baja carga energética: OAA → ciclo de Krebs

2ª reacción anaplerótica: reposición del malato
piruvato + CO₂ + NADPH --> malato + NADP [[ malato deshidrogenasa dependiente de NADP ]]

Reacciones anapleróticas:

• De piruvato a oxalacetato:piruvato carboxilasa (mitocondrial).-En gluconeogénesis
• De fosfoenolpiruvato a oxalacetato:(en plantas y bacterias)fosfoenolpiruvato carboxilasa.- En la ruta C₄ de fijación fotosintética de CO₂
• De piruvato a malato:enzima málica.
• De aspartato a oxalacetato y de glutamato a α-cetoglutarato: transaminasas.
• (relacionada, pero no anaplerótica)De oxalacetato a fosfoenolpiruvato:fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (citosol).-En gluconeogénesis.

Detalle de las reacciones del ciclo de Krebs

Animaciones en Biomodel y en la página web de la asignatura ...

Reacciones: en el esquema maestro del ciclo. ... fig. 12-3

Sistemas de lanzadera

Lanzaderas citosol <-> mitocondria. Esquemas en Biomodel.

• Membrana mitocondrial interna es impermeable
• NADH de citosol (glucólisis) a mitocondria (para transporte electrónico y fosforilación oxidativa)
• Lanzadera de glicerol-P
  • NADH(cit) -> FADH₂(cit) -> QH₂(mb) -> complejo III .
  • 1,5 mol ATP / mol NADH
  • Cerebro, músculo
• Lanzadera de malato y aspartato
  • dos transportadores (antiporte); uno de malato y oxoglutarato, otro de aspartato y glutamato
  • NADH(cit) -> NADH(mt) -> complejo I .
  • 2,5 mol ATP / mol NADH
  • Hígado, corazón, riñón
• Otros transportadores mitocondriales
  • Translocasa de ATP por ADP

-(fin)-