Ciclo del ácido cítrico

Ciclo del ácido cítrico
También denominado Ciclo de los ácido tricarboxílicos (TCA) o
Ciclo de Krebs.
Modo habitual de degradación oxidativa tanto en eucariotas como
procariotas.
Punto central en la oxidación de carbohidratos, ácidos grasos y
aminoácidos.
Genera numerosos precursores metabólicos, por tanto es
anfibólico.
Ocurre mayormente en presencia de Oxígeno.
Ciclo del ácido cítrico
Comienza con el
acetil-CoA,
Básicamente es la
oxidación de este
grupo a 2 moléculas
de CO2
Conserva la energía
liberada para producir
ATP.
Ciclo del ácido cítrico
Perspectiva histórica:
A principios de los ’30s se había dilucidado la glicólisis, sin
embargo, se desconocía su relación con la respiración celular.
Se sabía que el acetato, el α-cetoglutarato, el succinato y otros
se oxidaban rápidamente en tejido muscular durante la
respiración. Se había trabajado con inhibidores como el
malonato que inhiben la deshidrogenación y la respiración
celular.
En 1935 Szent-György dedujo que varias sustancias se
interconvertían y aceleraban el consumo de oxígeno:
Succinato fumarato malato
oxalacetato
Ciclo del ácido cítrico
Knoop y Martius habían demostrado que el citrato podía
convertirse en succinato.
Entonces Krebs formuló la hipótesis de que el oxalacetato
podía convertise en citrato y así cerrar un ciclo
?
Ciclo del ácido cítrico
1-La idea del ciclo se propuso porque el succinato podía formarse
tanto por fumarato, malato u oxalacetato en presencia del
inhibidor malonato
Malonato: inhibidor
competitivo
Ciclo del ácido cítrico
2-Krebs sugirió que el piruvato y oxalacetato podían formar
citrato con eliminación de un CO2.
3-Las velocidades de interconversión de estos intermediarios está
relacionada a la velocidad de consumo de oxígeno en músculo.
Si bien Krebs postuló el ciclo, la comprensión más acabada llegó
en 1951 con el descubrimiento que la condensación del acetilCoA con oxalacetato producen ácido cítrico por Severo Ochoa
Ciclo del ácido cítrico
La Coenzima A (CoASH o CoA)
Es capaz de transportar grupos
acetilos producto de la degradación
de carbohidratos , ácidos grasos y
aminoácidos.
La unión tioéster es de alta energía,
parecida a la del ATP
El precursor inmediato es el
piruvato, catalizado por la piruvato
deshidrogenasa
Ciclo del ácido cítrico
En condiciones aeróbicas el
piruvato entra a las mitocondrias
y se descarboxila por medio del
complejo enzimático piruvato
deshidrogenasa, complejo de 60
subunidades, 4600 kDa en E coli
y 10000 kDa en mitocondrias.
Formado por tres enzimas:
-Piruvato deshidrogenasa
-Dihidrolipoil transacetilasa
-Dihidrolipoil deshidrogenasa
24 DiTrans 24 PD + 12 DiD holoenzima
Ciclo del ácido cítrico
Cinco reacciones consecutivas.
Tiamina
pirofosfato
Piruvato + CoA +NAD
acetil-CoA + CO2 + NADH
El arsénico y sus derivados son venenosos porque se unen a lipoamida
Ciclo del ácido cítrico
Regulación de la piruvato deshidrogenasa
La descarboxilación del piruvato es irreversible por lo tanto debe ser
controlada: -inhibición por producto : NADH y acetil-CoA
-fosforilación/defosforilación (en eucariotas)
Ciclo del ácido cítrico
1ra enzima del ciclo: Citrato
sintasa
Cataliza la condensación de
acetil-CoA y oxalacetato
Es una reacción secuencial,
primero se une el oxalacetato
que genera una rotación que
crea el sitio de unión al acetilCoA
c
Ciclo del ácido cítrico
2-La aconitasa cataliza la reacción
reversible entre citrato e isocitrato con
cis-aconitato como intermediario.
La enzima es capaz de reconocer los
brazos proR y proS del citrato. Cluster
Fe-S necesario para la actividad.
citrato
Ciclo del ácido cítrico
3-La isocitrato deshidrogenasa cataliza la descarboxilación
oxidativa del isocitrato para formar α-cetoglutarato y produce el
primer CO2 y NADH del ciclo
Utiliza Mn o Mg como cofactores
Ciclo del ácido cítrico
4−La α-cetoglutarato deshidrogenasa cataliza la decarboxilación
oxidativa para formar succinil-CoA en una reacción análoga a la
formación de acetil-CoA. Es el segundo CO2 y NADH que se libera
del ciclo
Ciclo del ácido cítrico
5-La Succinil-CoA sintasa nombrada a partir de la reacción inversa,
cataliza la liberación de succinato y la producción de GTP (en
animales) y ATP (en plantas) que reemplaza la unión de alta energía
de la CoA, por medio de un intermediario fosforilado, succinilfosfato.
Hasta aquí el acetil-CoA se oxidó por completo a 2CO2, con la
producción de 2NADH y GTP (o ATP). El succinato se debe
convertir en oxalacetato para completar el ciclo.
Ciclo del ácido cítrico
6- La Succinato deshidrogenasa cataliza la deshidrogenación de
succinato a fumarato. Esta enzima es un complejo de membrana
denominado complejo II acoplado a FAD, por lo cual la
deshidrogenación produce FADH2. Forma parte de la cadena de
electrones mitocondrial que luego veremos.
Malonato: inhibidor
competitivo
Ciclo del ácido cítrico
7- La Fumarasa cataliza la hidratación de la doble ligadura para
formar malato
Ciclo del ácido cítrico
8- La Malato deshidrogenasa cataliza la reacción final del ciclo, la
formación de oxalacetato con la producción de NADH.
El ΔG para esta reacción es
muy endergónico, con lo cual
hay bajas concentraciones de
oxalacetato en condiciones de
equilibrio, pero como la 1ra
reacción de la citrato sintasa
es muy exergónica, arrastra a
la formación del ciclo.
Ciclo del ácido cítrico
Ciclo del ácido cítrico
Un grupo acetilo se oxida a dos moléculas de CO2, cuatro
pares de electrones.
Tres moléculas de NAD+ se reducen a NADH lo que
explica la interconversión de tres pares de electrones
Una molécula de FAD se reduce a FADH2, lo que explica e
cuarto par de electrones
Se produce un GTP en equilibrio con ATP.
Los NADH y FADH2 se re-oxidan en la cadena de
electrones con la concomitante producción de ATP, como
veremos más adelante.
Ciclo del ácido cítrico
Regulación por:
1-disponibilidad de
sustrato
2-inhibición por producto
3-feedback negativo
En mucha actividad baja
NADH y aumenta
oxalacetato, por lo tanto
el ciclo se potencia.
ATP inhibe y ADP activa.
Ca2+ activa