Oxidación de ácidos grasos y ciclo de Krebs

U.T.I. Biología Celular
Oxidación de ácidos grasos y
ciclo de Krebs
Departamento de Bioquímica
Noviembre de 2005
Fases de la respiración celular
1. La oxidación de ácidos grasos, glucosa y
algunos aminoácidos produce acetil-CoA
2. Los grupos acetilo se incorporan al ciclo de
Krebs, se oxidan a CO2 y la energía liberada
se conserva en forma de ATP y en las
coenzimas reducidas NADH y FADH2
3. Los electrones transportados por el NADH y
el FADH2 se transfieren a la cadena
respiratoria, donde fluyen hacia el O2 para
formar H2O y promueven la formación de ATP
en el proceso de fosforilación oxidativa
Anatomía bioquímica de la mitocondria
β-Oxidación de ácidos grasos
Los ácido grasos deben ser activados
antes de su entrada a la mitocondria
La ligasa específica para ácidos grasos
de cadena larga es una enzima unida a
membrana mitocondrial externa y al
retículo endoplásmico
El ciclo de la carnitina permite la entrada
de los ácidos grasos a la mitocondria
Translocasa
Estrategia general de la β-oxidación
Balance de la β-oxidación (C16)
Palmitoil-CoA + 7CoA-SH + 7FAD + 7NAD+ + 7H2O
8 Acetil-CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+
Balance de la β-oxidación (C16)
En el último ciclo de oxidación de un ácido
graso de cadena impar el sustrato tiene 5
carbonos: la fragmentación tiolítica produce
acetil-CoA y propionil-CoA
Control de la oxidación de los ácidos grasos
•En la mayoría de las células el control depende
de la disponibilidad de sustrato
•En animales superiores esta disponibilidad está
determinada por acción de hormonas
•En el hígado el malonil-CoA inhibe a la carnitina
acil transferasa I y por tanto la β-oxidación
El ciclo de Krebs
La decarboxilación oxidativa del piruvato
produce acetil-CoA, CO2 y NADH
Complejo multienzimático: piruvato deshidrogenasa
formado por 3 enzimas y 5 coenzimas diferentes
implicadas en la reacción y dos enzimas adicionales
implicadas en la regulación
El complejo piruvato deshidrogenasa utiliza
5 coenzimas diferentes
Pirofosfato de tiamina
NAD
Lipoamida
FAD
CoA
El complejo piruvato deshidrogenasa está
formado por 3 enzimas diferentes
E1 :
E2 :
E3 :
Enzima
piruvato deshidrogenasa
dihidrolipoil transacetilasa
dihidrolipoil deshidrogenasa
Coenzima
No/complejo
TPP
24
Lipoato, CoA
24
FAD, NAD
12
Los productos intermedios permanecen
unidos al complejo piruvato deshidrogenasa
Panorámica del ciclo de Krebs
El ciclo de
Krebs tiene
8 pasos
1. Formación de citrato
•
El citroil-CoA es un intermediario transitorio de reacción
•
La hidrólisis del enlace tioéster
del intermediario hace que la
reacción sea exergónica
2. Formación de isocitrato vía cis-aconitato
La aconitasa contiene un
centro hierro-azufre que
actúa como centro de
fijación de sustratos y
centro catalítico
3. Oxidación del isocitrato a α-cetoglutarato y CO2
Existen dos formas diferentes de isocitrato deshidrogenasa:
• NAD dependiente (matriz mitocondrial)
• NADP dependiente (matriz mitocondrial y citosol)
4. Oxidación del α-cetoglutarato a
succinil-CoA y CO2
El complejo de la α-cetoglutarato
deshidrogenasa es muy parecido al
complejo piruvato deshidrogenasa,
tanto en estructura como en función
5. Conversión del succinil-CoA en succinato
La formación acoplada de GTP (o ATP) a
expensas de la energía liberada por la
decarboxilación oxidativa del α-ceto-glutarato es
otro ejemplo de fosforilación a nivel del sustrato
6. Oxidación del succinato a fumarato
El malonato es un
fuerte inhibidor
competitivo de
esta enzima
En eucariotas, la succinato deshidrogenasa
se encuentra unida a la membrana mitocondrial
interna, contiene tres centros hierro-azufre
diferentes y una molécula de FAD unida
covalentemente.
7. Hidratación del fumarato y producción
de malato
Esta enzima es
específica para el
fumarato y el L-malato
8. Oxidación del malato a oxalacetato
Balance del Ciclo de Krebs
Acetil-CoA + 3H2O + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi
2CO2 + 3NADH + FADH2 + CoASH + GTP
La energía de las oxidaciones del ciclo se
conserva con eficiencia
Los C de los ácidos grasos entran al ciclo de Krebs
mayoritariamente vía acetil-CoA
Los C de los aminoácidos entran al ciclo de Krebs
en diferentes puntos
Los componentes del ciclo son importantes
intermediarios biosintéticos (vía anfibólica)
Las reacciones anapleróticas reponen los
intermediarios del ciclo de Krebs
Regulación del Ciclo de Krebs
Regulación del ciclo de Krebs
Piruvato deshidrogenasa
1. Regulación alostérica:
alostérica
• Inhibidores: ATP, acetil-CoA, NADH y ácidos grasos
de cadena larga
• Activadores: AMP, CoA y NAD+
2. Modulación covalente:
covalente además de E1, E2 y E3 el complejo
PDH contiene 2 enzimas reguladoras capaces de modificar
covalentemente a E1
•
E1 quinasa : al fosforilar a E1 la inactiva
esta quinasa es activada por NADH y acetil-CoA
•
E1 fosfatasa:
fosfatasa al defosforilar a E1 la activa
esta fosfatasa es activada por Mg++ y Ca++
Regulación del ciclo de Krebs
1. Disponibilidad de sustratos
2. Inhibición por acumulación de productos:
3. Regulación de las siguientes enzimas:
•
•
•
Citrato sintasa
Inhibidores: NADH, succinil-CoA, citrato, ATP
Activadores: ADP
Isocitrato deshidrogenasa
Inhibidores: ATP
Activadores: Ca++, ADP
α-cetoglutarato deshidrogenasa
Inhibidores: succinil-CoA, NADH
Activadores: Ca++
El factor regulador más importante es la relación
intramitocondrial de [NAD+] / [NADH]