Enzima

Michael Seeger P. / Juan Ignacio Gómez-Lobo R.
Ciclo de krebs
Caféterrasse bei Nacht, Vincent van Gogh, 1888
Bioquímica U.T.F.S.M.
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Ciclo de krebs
En mitocondrias.
Vía común de degradación de restos acetilo de 2 carbonos que derivan de:
- hidratos de carbono.
- ácidos grasos.
- aminoácidos.
Via anfibólica: participa en catabolismo y anabolismo
Glicólisis :
Glu
Oxidación completa
Glu + 6O2
G0 = -47 kcal/mol
2 lac
6CO2 + 6H2O
G0 = -686 kcal/mol
(glicólisis + ciclo de krebs + cadena respiratoria)
Ciclo de krebs + piruvato deshidrogenasa:
Pir + 4 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 3H2O
3CO2 + 4NADH + 4H+ + FADH2 + GTP
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Visión general
del metabolismo
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Segregación del catabolismo de la glucosa
en la célula eucariótica
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Catabolismo de proteínas, lípidos
y carbohidratos
Fase 1
Producción de
acetil-CoA
Fase 2
Oxidación del
acetil-CoA
Fase 3
Transferencia
electrónica y
fosforilación oxidativa
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Oxidación del piruvato a acetil-CoA
· Enzima: Complejo piruvato deshidrogenasa
· Formado por 3 enzimas:
Cofactores
E1
Descarboxilasa
Tiamina pirofosfato (TiPP)
E2
Transacetilasa
Acido Lipoico
E3
Deshidrogenasa
FAD; NAD+
· Regulación:
1. Inhibición por producto:
NADH, acetil-CoA
2. Modificación covalente: por fosforilación se inhibe enzima
(-) acetil-CoA, NADH, ATP
por desfosforilación se activa enzima (+) AMP, ADP, CoA, piruvato, NAD+
· en matriz mitocondrial.
· reacción irreversible.
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Acetil-coenzima A (acetil-CoA)
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Estructura de la piruvato deshidrogenasa
+24 moléculas de
piruvato descarboxilasa
8 trímeros de
lipoamida reductasatransacetilasa
+12 moléculas de
dihidrolipoil
deshidrogenasa
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Mecanismo de regulación de la piruvato deshidrogenasa
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Ciclo de Krebs o Ciclo del ácido cítrico
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1. Condensación aldólica
· Enzima: citrato sintetasa (enzima condensante)
· Regulación:
(-) ATP, NADH, ac. grasos de cadena larga, succinil-CoA, citrato
(+) Oxalacetato, acetil-CoA
· monofluor acetil-CoA
(no tóxico)
monofluor citrato
(inhibe aconitasa)
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2. Isomerización de citrato a isocitrato
· Enzima: aconitasa
· Intercambio intramolecular.
· Monofluor citrato inhibe aconitasa.
Sitio activo de la aconitasa:
centro de Fe-S como centro
de fijación de sustrato y
centro catalítico.
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3. Oxidación de isocitrato a -cetoglutarato
· Enzima: isocitrato deshidrogenasa
· Regulación:
Enzima alostérica.
(-) ATP, NADH.
(+) ADP
· Existen 2 enzimas:
1) en mitocondria y depende de NAD+
2) en mitocondria y citosol y depende de NADP+
· “Enzima de 2 cabezas” (S. Ochoa)
· Deshidrogenasa que saca H de alcohol secundario.
· Descarboxilasa
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4. Oxidación de -cetoglutarato a succinil-CoA
· Enzima:
-cetoglutarato deshidrogenasa
· Reacción similar a oxidación de piruvato
· Coenzimas:
acetil-CoA (= mecanismo)
TiPP
Ácido lipoico
FAD
NAD+
· Reacción irreversible.
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5. Desacilación del succinil-CoA
· Enzima: succinil-CoA sintetasa
· Primera vez en Ciclo de Krebs se sintetiza ATP (GTP)
· Fosforilación a nivel de sustrato.
· No es simple hidrólisis para sacar CoA, sino que es reacción de conservación de energía.
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6. Oxidación de succinato a fumarato
· Enzima: succinato deshidrogenasa
· Malonato: Inhibidor competitivo
· Enzima más característica del Ciclo de Krebs.
Su presencia en la célula delata la existencia del Ciclo de Krebs como vía metabólica.
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7. Hidratación del fumarato
· Enzima: fumarasa
· Enzima específica: forma sólo L-malato (enzima estereoespecífica)
· Reacción muy reversible.
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8. Oxidación de malato a oxalacetato
· Enzima: L-malato deshidrogenasa
· Reacción se desplaza a la derecha por rápido consumo del producto,
a pesar de ser una reacción endergónica
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Cambios de la energía libre en las reacciones del Ciclo de Krebs
Reacción
Enzima
G0’
(kJ·mol-1)
-31,5
G
(kJ·mol-1)
Negativo
1
Citrato sintetasa
2
Aconitasa
~5
~0
3
Isocitrato deshidrogenasa
-21
Negativo
4
complejo multienzimático
-Cetoglutarato deshidrogenasa
-33
Negativo
5
Succinil-CoA sintetasa
-2,1
~0
6
Succinato deshidrogenasa
+6
~0
7
Fumarasa
-3,4
~0
8
Malato deshidrogenasa
+29.7
,
~0
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Regulación del Ciclo de Krebs
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Ciclo de Krebs:
produccíón de sustratos reducidos y GTP
Acetil-CoA
Citrato
Oxalacetato
Isocitrato
NADH
NADH
Malato
-Cetoglutarato
NADH
Fumarato
Succinil-CoA
FADH2
Succinato
GTP
(ATP)
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Reacciones anapleróticas generan intermediarios del ciclo de krebs
Carboxilación de piruvato por la enzima málica
· Enzima: enzima málica o malato deshidrogenasa
· en eucariontes y procariontes
Carboxilación de piruvato por carboxilasa pirúvica
· Enzima: carboxilasa pirúvica o piruvato carboxilasa
· Enzima alostérica
· Se encuentra en hígado y riñones.
(+) acetil-CoA
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Reacciones anapleróticas
Transaminaciones
H
H3N
+
+
+
C
COO
-
CH3
alanina
· Enzima: Transaminasa
H
H3N
+
+
+
C
COO
-
CH3
alanina
· Enzima: Transaminasa
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Compuestos precursores para biosíntesis
y reacciones anapleróticas del Ciclo de Krebs

Glucosa

piruvato
carboxilasa
PEP carboxiquinasa
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
Malato
Glicina

enzima
Cisteína
málico
Tirosina
Acetil-CoA
Oxalacetato

Asparagina
Fenilalanina
Ácidos grasos,
esteroles
PEP
carboxilasa
Aspartato
Serina
Piruvato
Pirimidinas
Piruvato
Citrato
-Cetoglutarato
Succinil-CoA
Glutamina
Prolina
Arginina
Glutamato
Purinas
Triptófano
Porfirinas,
grupos hemo
 , , y 
reacciones anapleróticas.
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Ciclo de Krebs
+ CO2 + GDP
· Enzima: PEP carboxiquinasa
+ HCO3-
· Enzima: PEP carboxilasa
vía anfibólica
O
+ GTP
· corazón y músculo esquelético
O
+ Pi
· plantas superiores, levaduras y bacterias
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Ciclo de Krebs
vía anfibólica
Oxalacetato y -cetoglutarato como precursores de aminoácidos
H
H3N
+
+
C
COO
CH3
-
+
alanina
· Enzima: Transaminasa
H
H3N
+
C
COO
CH3
-
+
+
alanina
· Enzima: Transaminasa
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Ciclo de Krebs
vía anfibólica
citrato como precursor de acetil-CoA
ATP-citrato liasa
+ ATP + CoA
acetil-CoA +
+ ADP + Pi
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Ciclo del Glioxilato:
una variación del Ciclo de Krebs
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Ciclo del Glioxilato:
una variación del Ciclo de Krebs
·En plantas, en ciertos invertebrados, en algunos microorganismos como
E.coli y levaduras
·Acetato actúa como fuente de fosfoenolpiruvato para la síntesis de glúcidos
·Permite la conversión neta de acetato en oxalacetato.
·Algunas enzimas del cliclo de Krebs operan de dos modos diferentes:
- en el Ciclo de Krebs.
- en el Ciclo del Glioxilato.
Ecuación global del ciclo del glioxilato:
2 Acetil-CoA + NAD+ + 2H2O
succinato + 2CoA + NADH + H+
·Enzimas específicas del Ciclo del Glioxilato:
- isocitrato liasa
- malato sintetasa
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Ciclo del Glioxilato y Ciclo de Krebs
Cuerpo lipídico
Triacilgliceroles
Glucosa
gluconeogénesis
Oxalacetato
Ácidos grasos
Malato
Ácidos grasos
Oxalacetato
Oxalacetato
Citrato
Acetil-CoA
Malato
SuccinatoCitrato
Succinato
Malato
Glioxilato
Isocitrato
Fumarato
Mitocondria
Acetil-CoA
Aspartato
Aspartato
Citosol
Acetil-CoA
Glioxisoma
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