Ciclo De Krebs

CICLO DE KREBS El piruvato (que viene de la glucolisis) es llevado a la matriz mitocondrial, difunde las membranas mitocondrial y entra en la matriz, entonces allá en la matriz el piruvato descarboxila oxidativamenrte al complejo multienzimático del piruvato deshidrogenasa y se convierte en acetil coenzima A. este complejos de piruvato deshidrogenasa utiliza tiamina pirofosfato, NAD, FAD y lipoamida. Entonces el acetil CoA que resulto de esa descarboxilacion puede también proceder de la beta oxidación de los acidos grasos, del esqueleto hidrocarbonoado de ciertos aminoácidos (leucina o lisina). Entonces ese Acetil CoA debe ser oxidado, el gupo acetilo procedente de los glúcidos, lípidos o proteínas debe ser oxidado a través del fondo común metabólico que se llama ciclo de krebs. El ciclo de krebs es una ruta cíclica (parte de un punto y vuelve al mismo punto), el objetivo de este ciclo es generar coenzimas reducidas (NADH + H+ o FADH2). el proceso esta ocurriendo a través de la matriz mitocondrila, por que los sistemas enzimáticos de las rutas metabólicos estan ubicados en la matriz mitocondrial, a excepción de dos sistemas acolitasa y succinato deshidrogenasa que están ligados a la membrana interna de la mitocondria. Lo que se va a oxidar es el grupo acetilo. El acetil CoA en la primera reacción del ciclo se condensa con el oxalacetato (el oxalacetato procede básicamente de la carboxilacion del piruvato) y produce citrato con la salida de la coenzima A, la citrato sintasa permite la condensación; el citrato debe ser descarboxilado, no es posible una descarboxilacion directa del citrato, por lo tanto la célula se ve obligada a reordenar el citrato para luego si descarboxilarlo. Entonces la aconitasa hace un reordenamiento, en la primera reacción de la aconitasa, hace una deshidratación (elimina agua) y aparece un metabolito intermediario, sale agua y se produce Cis- aconitato y luego entonces la misma aconitasa vuelve e incorpora los mismo elementos del agua que había sacado, pero entonces cambia, el hidrogeno del agua lo incorpora donde antes estaba el hidroxilo y en el carbono que tenia hidrogeno le incorpora el OH y aparece entonces un isómero el isocitrato. Ahora si se puede descarboxilar. Entonces el isocitrato es descarboxilado oxidativamente por isocitrato deshidrogenasa, pero resulta que primero se da la deshidrogenacion y luego la descarboxilacion.entonces cpomo es un sustrato parcialmente oxidado el aceptor es el NAD que entra oxidado y sale reducido y se produce un compuesto intermediario que es oxalosuccinato y ahora si el oxalosuccinato descarboxila con la misma enzima, isocitrato deshidrogenasa y se convierte en α – cetoglutarato. El α – cetoglutarato sigue descarboxilando oxidativamente por el complejo enzimático de α – cetoglutarato deshidrogenasa, otra vez entra el NAD oxidado y sale reducido, sale CO2 otra vez, pero este que sale no es del grupo acetilo, este es del oxalacetato; con esta descarboxilacion se produce succinil CoA. El succinil CoA como es macroergico, la succinato tiocinasa transforma el succinil CoA en succinato pero aprovecha la energía para producir GTP a partir de GDP, pero como hay que regenerar el GDP hay que transferir el fosfato al ADP para convertir en ATP. Esta es la única fosforilación a nivel de sustrato que ocurre en el ciclo de krebs. Entonces el succinato se deshidrogena ahora, como esta altamente reducido, la succinato deshidrogenasa usa como aceptador no al NAD sino al FAD produciendo fumarato. El fumarato se hidrata a malato por medio de la fumarasa, y el malato como ya esta parciamente oxidado, la malato deshidrogenasa regenera el oxalacetato y el aceptor es el NAD. Entonces en la siguiente vuelta del ciclo es cuando van a salir en forma de CO2 los carbonos de la primera molécula de acetil CoA que entro, como el ciclo no da una vuelta sino n vueltas, se están oxidando grupos acetilos que provienen de los glúcidos, grasas o proteínas y esta generando conezimas reducidas; esas coenzimas reducidas iran ahora a la cadena respiratoriapara liberar energía libre de gibbs, y producir en la fosforilación oxidativa el ATP y de paso al reoxidarse la cadena respiratoria esta perpetuando el ciclo. Por cada vuelta del ciclo se están generando 3 moleculas de NAD reducido (isocitrato deshidrogenasa, α – cetoglutarato deshidrogenasa y malato deshidrogenasa) una de FAD reducido (succinato deshidrogenasa) y un ATP (La nucleosido disfosfoquinasa es la enzima que hace la transferencial del ADP a ATP)

INHIBIDORES DEL CICLO DE KREBS El clico tiene 3 inhibidores clásicos: Fluoracetato, Arsenito, malonato.

El fluoracetato en forma de fluor acetil CoA reacciona con el oxalacetato y produce fluorcitrato, pero el fluorcitrato la aconitasa no lo reconoce y se paraliza el ciclo. El arsenito que es la forma trivalente del arsénico inhibe todos aquello compuestos multienzimaticos que usan lipoamida como coenzima, y en el caso del ciclo el que usa lipoamida es el complejo enzimático de α – cetoglutarato deshidrogenasa. Pero ojo la piruvato deshidrogenasa también usa lipoamida y también es inhibida por el arsenito pero esa primera reacción ocurre intramitocondrialmente pero no hace parte del ciclo, pero también es inhibda por el arsenito. El arsenito inhibe piruvato deshidrogenasa, α – cetoglutarato deshidrogenasa, alfa cetoacidos de cadenaramificada deshidrogenasa que tiene que ver con la catabolia de leucina, isoleucina y valina. El malonato es inhibidor competitivo de la succinato deshidrogenasa. REGULACIÓN DEL CICLO Primero el aporte de sustratos (acetil CoA y oxalacetato), un punto importante en el aporte de sustratos lo juega el complejo multienzimatico de la piruvato deshidrogenasa, ella es la que transofrma piruvato a Acetil CoA, aquí el NAD entra oxidado y sale reducido. La piruvato deshidrogenasa es inhibida por sus productos (Acetil CoA y NAD reducido). Cuando intramitocondrialmente aumente los niveles de Acetil CoA y NAD reducido, baja la actividad de la piruvato deshidrogenasa y se frena la velocidad del ciclo por que no se produce acetil CoA. Además ella es regualda covalentemente también, asi que la piruvato deshidrogenasa existe en dos formas: una forma carente de fosofato y otra desfosforilada, entonces resulta que el cambio conformacional es inducido por una protein quinasa pero esta protein quinasa es dependiente de ATP y calcio, no de AMPc. Cuando el ATP aumenta intramitocondrialmente la protein quinasa sew activa y ella fosforila a la piruvato deshidrogenasa inactivandola. La desfosforalizacion de la enzima es catalizada por fosfoproteínas fosfatasa, entonces esta fosfoproteínas fosfatasa es dependiente de calio y de magnesio; cuando se activa la fosfoproteínas fosfatasa lo que hace es desfosforilar la piruvato deshidrogenasa activándose, y si ella se activa, aumentando la producción de Acetil Coa y a su vez la velocidad del ciclo. Pero resulta que las enzimas propias del ciclo también pueden ser reguladas. La citrato sintetasa es inhibida por exceso de succinil CoA, de citrato (producto), NAD reducido, ATP y Acil CoA de cadena larga. Otro punto de regulación isocitrato sintasa, inhibido por exceso de NAD reducido y ATP; estimulado por exceso de NAD oxidado y ADP. Y luego el complejo de α –cetoglutarato deshidrogenasa uqe también es inhibido por el producto de la reacción uqe es succinil CoA y por exceso de NAD reducido.. Entonces que estamos viendo allí, que los metabolitos que indican a la célula defecto energético NAD oxidado, ADO, Pi, etc. operan como estimuladores. Y los metabolitos que indican exceso de energía son inhibidores. Pero además el ciclo esta regulado por la cadena respiratoria, por que si la cadena respiratoria se paraliza, no ocurrirá la reoxidacion de las enzimas para que se pueda perpetuar el ciclo. Otro punto entonces es la velocidad de la cadena respiratoria. Entonces los inhibidores de la cadena respiratoria también van a inhibir al ciclo por que el impiden a la célula respirar, si la célula no reoxida las enzimas frena el ciclo, por que se cae la disponibilidad de NAD oxidado y FAD oxidado y el ciclo se paraliza. El ciclo juega un papel dual (antibolico): una catabólico por que permite la oxidación de glúcidos, lípidos proteínas y anabólico o de síntesis por que el ciclo permite que le sean sustraído metabolitos para usarlos como sustratos en rutas biosintetica. Por ejemplo se puede sustraer del ciclo succinil CoA para utilizarla como sustrato junto con la glicina en la biosíntesis del hemo. Resulta que la biosíntesis del hemo se inicia con acciones de succinil CoA y glicina, la delta aminolevulinato sintasa hace que se produzca un complejo que es el Delta aminolevulinato y a partir de esre se genera el hemo. Si nosotros le extraemos metabolitos al ciclo para usarlo como sustrato en rutas biosinteticas y no rellenamos de metabolitos al ciclo entonces cabe la probabilidad que el ciclo se afecta en su velocidad. Para eso existen reacciones anapleroticas (de relleno): piruvato carboxilasa, Piruvato a oxalacetato y rellena el ciclo por aquí. Otra reacción es la cataliza por la fosfoenol piruvato carboxiquinasa que transforma fosfoenol piruvato en oxalacetato. Otra reacción es la que cataliza L-glutamato deshidrogenasa transforma glutamato en α –cetoglutarato, desamina oxidativamente al glutamato.

LANZADERA ASPARTATO - MALATO El oxalacetato a nivel citosolico entra a formar por una malato deshidrogenasa citosolica en malato. El problema es que estos equivalente de reducción están siendo producidos en el citosol celular y hay que llevarlos a la matriz mitocondrial. Los equivalentes de reducción se entregan al oxalacetato y es convertido en malato, el malato aislado por u sistema de transporte mitocondrial entra del citosol a la matriz y en la matriz la entra de malato es compensada con la salida de α –cetoglutarato, osea que para que el malato pueda entrar, debe salir del citosol α –cetoglutarato. El malato deshidrogena usando una malato deshidrogenasa intramitocndrial, entonces el NAD entra oxidado y sale reducido. Los equivalentes de reducción que estaban en el citosol ahora están en la matriz y entonces el malato se transforma en oxalacetato. En el citosolo: el oxalacetato se convierte en malato para eso necestio que el NAD entre reducido y salga oxidado, y ese NAD fue el que produjo el gliceraldehido 3P deshidrogenasa, entonces se perpetuar el proceso glicolitico en condición de aerobiosis. Ahora si el malato entra a la membrana y usando a la malato deshidrogenasa se convierten en oxalacetato en la matriz, y el NAD entra oxidado y sale reducido. Pero como el oxalacetato no es permeable a las membranas el no puede salir al citosol otra vez, entonces la célula lo transamina, por medio el oxalacetato aspartato aminotransferasa fosfato piridoxal se transamina a aspartato pero para que se transamina a aspartato necesita el concurso de glutamato que proviene del citosol

y que llega a la matriz ayudado por un sistema de transpoorte, entonces el glutamato le da el grupo amino al oxalacetato y lo convierte en aspartato pero el glutamto se convierte en α –cetoglutarato, que es precisamente el que sale para compensar la entrada de malato. El aspartato sale de la matriz al citosol, la salida de aspartato al citosol la compensa la entra de glutamato. Ahora en el citosol se invierte la reacción entonces el aspartato se transamina aspartato aminotransferasa fosfato piridoxal para eso necesita del α –cetoglutarato que salió, cuando el aspartato le entre el grupo amino al α –cetoglutarato lo convierte en glutamato y el se ocnvierte otra vez en oxalacetato cerrando el ciclo. Se mantiene en equilibrio lo que hay citosolicamente con lo que hay intramitocondrialmente. El objetivo ha sido llevar los equivalentes de reducción producidos en el citosol a la matriz mitocondrial. LANZADERA DEL α – GLICEROL FOSFATO El objetivo va hacer el mismo. La dihidroxiacetona fosfato es convertida enm glicerol 3P usando una glicerol 3P deshidrogenasa citisolica que esta ligada al NAD, entonces se oxida y los equivalente de reducción los tiene el glicerol 3P. Aquí en la membrana esta ubicado un sistema enzimático que es glicerol 3P deshidrogenasa de membrana con el centro activo mirando al citosol, que poasa que el glicerol 3P no tiene por que entrar, el es deshidrogenado y vuelto a convertir en dihidroxiacetona fosfato. Y del lado interno la enzima esta ligada al FAD acepta los electrones y sale reducida. Glicerol 3P deshidrogenasa de membrana esta ligada al FAD y no al NAD, entonces los qeuivalentes de reducción quedan en la membrana interna en forma de FAD reducido.

Hay células que prefieren lanzadera de malato aspartato como las células hepáticas pero hay otras que prefieren lanzadera de α- glicerol fosfato como en el caso del cerebro.