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Bioquímica
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Ciclo de Krebs
Moléculas transportadoras activadas
Moléculas transportadoras activadas, van a transportar grupos funcionales o grupos químicos como electrones que
implican energía química. En el metabolismo la energía en las reacciones de óxido reducción se va a ir
transformando. Cuando hay ganancia de electrones y energía esto se debe conservar de alguna forma.
• ATP
• NADPH, NADH, FADH2
• Coenzima A
Contienen uno o más enlaces covalentes ricos en energía
Son capaces de intercambiar electrones o grupos químicos
Almacenan energía fácilmente intercambiable: grupo químico fácilmente transferible, electrones
energéticamente activados
Reacciones acopladas
Reacción energéticamente favorable se utiliza para impulsar una energéticamente desfavorable, la cual produce una
molécula transportadora activada.
NADPH y NADH
Son transportadores de electrones, en las reacciones de óxido reducción cuando haya una oxidación de algún
compuesto estas moléculas van a ser capaces de almacenar los electrones.
Esos electrones son ricos en energía porque se van acoplar a la cadena de transporte electrónico (respiración celular)
y van a usarse para producir energía.
• NADH: Nicotinamida Adenina dinucleótido reducido
• NADPH: Nicotinamida Adenina dinucleótido fosfato
reducido (P: tiene fosfato)
Si se adicionan carbonos es una reacción de condensación.
Lo marcado en rojo en la foto es un anillo aromático con un
nitrógeno y son los que hacen posible que ese NADH y NADPH
actúen como transportadores electrónicos y sean capaces de
trasformar esa reacción química (oxido-reducción) en un ion
hidruro que transporta un átomo de hidrogeno y un par
electrónico (2 electrones y el átomo de hidrogeno)
Participan solo en reacciones de óxido reducción porque
transportan electrones.
Son importantes porque cuando hablamos de rutas metabólicas ya sean catabolismo o anabolismo son todo
el tiempo reacciones de óxido reducción en la que nosotros vamos a necesitar almacenar la energía en
forma de transportadores electrónicos bajo NADH y NADPH.
Estos van a estar unidos a las enzimas y van a aprovechar esas reacciones de óxido reducción de los
nutrientes (grasas proteínas azucares) y luego van a transportar esos electrones
NADPH participa sobre todo en reacciones anabólicas y NADH actua como intermediario en el sistema
catabólico de reacciones que sintetizan ATP a través de la oxidación de moléculas de alimento.
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Coenzima A
• Transporta un grupo acetilo (unidad de 2 carbonos) C doble enlace Oh3.
• El grupo acetilo se une a la CoA para formar Acetil coA que es un intermediario metabólico fundamental, es
el centro del metabolismo intermediario.
• Forma activada: Acetil CoA
• La coA transporta el grupo Acetilo y la forma activada es gracia al enlace Tioester con el azufre que es un
enlace de alta energía que lo hace un muy buen grupo en una reacción química y se utiliza muchas veces
como una estrategia bioquímica y metabólica en todas las rutas en las que participa para quitar o agregar un
grupo acetilo.
• Grupo acetil – Enlace tioester- Coenzima A
Glucolisis es solo el inicio del metabolismo oxidativo de la glucosa, el ATP y Piruvato que se produce van a poder
seguir brindando mucha más energía de oxidación.
La energía de oxidación se almacena en transportadores electrónicos en ATP y Piruvato (este se va a seguir oxidando
para dar mucho mas ATP).
Ciclo de Krebs: Ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos
Respiración celular
Es el conjunto de procesos moleculares que consumen O
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y forman CO
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en las células. PROCESOS: CICLO DE KREBS,
CADENA RESPIRATORIA, FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
- Algunas células obtienen su energía (ATP) a partir de la fermentación, degradando glucosa en ausencia de oxígeno.
- En condiciones aeróbicas, la glicólisis no es sino la primera etapa de la oxidación completa de la glucosa.
- El Piruvato formado en la glicólisis en vez de ser reducido a lactato, etanol u otro producto de fermentación, sufre
una oxidación mayor hasta CO2 y H2O.
El ciclo de Krebs es una vía estrictamente aeróbica (necesita oxigeno).
El Piruvato formado en glucolisis, se va a oxidar mucho más y de esa oxidación final buscamos obtener ATP
En la respiuracion celular tenemos: Ciclo de Krebs, Cadena respiratoria y Fosforilacion oxidativa.
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Catabolismo
Degradar moléculas complejas para obtener energía en forma de ATP
Todos los grandes grupos de las biomoléculas que son proteínas, azucares y ácidos grasos se van a oxidar para dar el
ACETIL COA (centro del sistema metabólico).
Este acetil coa se va a oxidar por el ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs) y se va a oxidar completamente a dióxido de
carbono y agua a través de la cadena respiratoria y fosforilacion oxidativa.
Logramos que los nutrientes que consumimos sean degradados por una ruta metabólica de tipo oxidativa para
obtener energía de tipo ATP.
3 Fases principales de la respiración celular
En esta vamos a hacer metabolismo a partir de moléculas nutrientes, vamos a oxidar hacer combustión de azucares
proteínas y grasa para obtener el compuesto intermediario que se llama Acetil coA.
La oxidación del acetil coa nos va a brindar un montón de moléculas transportadoras activadas de electrones (NADH
Y FADH2).
Todo esto por cadena de transporte electrónico (transporta los electrones que vienen de las moléculas de nadh y
fadh2) y la vamos a transformar en ATP.
Fase 01:Producción de acetil coA a partir de biomoléculas (azucares proteínas ácidos grasos)
Fase 02: Oxidación de Acetil coA (ciclo de Krebs)
Fase 03: Transferencia de electrones y fosforilacion oxidativa a partir de los transportadores electrónicos que
vienen de la fase dos.
Ciclo de acido citrico (ciclo de krebs):Ocurre a nivel de Matriz mitocondrial
Estrictamente aerobio (presencia de oxigeno).
Grupo acetilo de la Coenzima A
El grupo acetilo de la Coenzima A es el grupo que va hacer cedido y que va a sufrir todo ese proceso de oxidación
para formar ATP y generar moléculas transportadoras activadas que van a transportar los electrones.
El ciclo de Krebs es la vía final de oxidación de lípidos, carbohidratos, azucares.
El Piruvato que termino de glucolisis se transforma en Acetil coA (el ciclo de Krebs parte de esta molécula)
La Acetil coA puede venir de la oxidación del Piruvato o venir directamente de la oxidación de metabolismo de grasas
(beta oxidación de ácidos grasos) o del metabolismo de los aminoácidos.
Los grandes grupos de bio nutrientes se pueden oxidar para dar este Metabolito intermediario (Acetil coA) que va a
entrar al ciclo de Krebs.
¿Como el Piruvato se convierte en Acetil coA?
Se convierte por acción de una enzima que es un complejo multi enzimático que se llama Piruvato Deshidrogenasa
(todas las deshidrogenasas catalizan la oxidación de un compuesto y habitualmente a partir de esa oxidación la
molécula transportadora electrónica que va a capturar los electrones es el NADH)
Piruvato es un compuesto de 3 carbonos se va a convertir en acetil coA y perdemos en esa deshidrogenación es una
molécula de dióxido de carbono (perdemos un carbono en la molécula y pasa a ser un compuesto de dos carbonos
formándose el acetil coa)
Ese acetil coa está activado porque tiene el grupo etiol de Coenzima A.
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Ciclo de Krebs: Metabolismo cíclico
Secuencia de 8 reacciones químicas.
Aparte de Acetil coA
1. El acetil coa (2 carbonos) se va a condensar con
una molécula que se llama Oxalacetato (tiene 4
carbonos) formando Citrato que tiene (6
carbonos) ácido tricarboxilico, ácido cítrico.
2. El Citrato por acción de la enzima Aconitaza se
transforma en Isocitrato (cambia de posición el
grupo hidroxilo respecto al citrato)
3. Isocitrato (6 carbonos) pierde un carbono en una
reacción de oxidación y va a formar el Alfa-
cetoglutarato
4. Alfa- cetoglutarato pierde otro carbono más lo
cual quedan 4 carbonos y forma el Succinil coA
5. Succinil coA se transforma en Succinato
6. El Succinato se transforma en Fumarato
7. El fumarto en Malato
Por tres reacciones químicas mas vamos a volver a generar Oxalacetato. No hay un consumo neto de oxalacetato
sino que se vuelve a regenerar en cada vuelta de ciclo
La primer reacción química del ciclo es una reacción altamente exergónica lo que hace que las concentraciones de
Oxalacetato sean bajas en la matriz mitocondrial porque todo el tiempo la reacción esta desplazada hacia los
productos. El oxalacetato se está consumiendo y se está regenerando (reacción cíclica, en cada vuelta de ciclo
regeneramos el oxalacetato)
Es un ciclo que partimos de una molécula de 2 carbonos la condensamos a una molécula de 4 carbonos y formamos
una de 6 que se llama Citrato.
En dos reaccione secuenciales siguientes perdemos dos carbonos
Formamos el Alfa- cetoglutarato (perdemos el primer carbono)
Formamos Succinil coA (perdemos el segundo carbono), esta se puede seguir oxidando y en esas reacciones de
oxidación formamos un GTP o ATP y famos a formar los transportadores electrónicos.
En toda ruta catabólica buscamos obtener energía. Esta energía obtenida del ciclo de Krebs va a estar en
transportadores electrónicos en forma de NADH.
Las primeras reacciones son deshidrogenaciones donde perdemos un carbono en la forma de dióxido de carbono y
son reacciones de oxidación donde los electrones se deben conservar en algún lugar. Estos electrones se van
almacenar bajo la forma de NADH (transportador electrónico activado)
Ciclo de Krebs generamos 3 moléculas de NADH que se generan de las reacciones 3, 4 y 7, una molécula de FADH2
generado en la reacción 6 y GTP que se genera por una fosforilacion de nivel de sustrato en la reacción 5.
Rendimiento neto: 3 NADH, 1 FADH2 Y 1 GTP
En cada oxidación que tenemos se va a liberar energía de oxidación por la ruptura de la molécula, esta energía se va
a almacenar en el siguiente producto y si corresponde en un transportador electrónico activado.
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Pasos de ciclo
1. Acetil coA (2 carbonos) se va a condensar con una molécula de 4 carbonos Oxalacetato (le brinda los 4 carbonos)
y vamos a formar el Citrato (6 carbono, ácido tricarboxilico)
2. Citrato va a sufrir una reacción en dos pasos catalizada por la enzima Aconitaza en donde generamos el
Isocitrato (modifica la posición de los grupos OH y H)
3. Lo siguiente son dos desacarboxilaciones oxidativas: Perdemos carbono en forma de dióxido de carbono. Es decir
la molécula que teníamos de 6 carbonos debido a las dos descarboxilaciones va a perder 2 carbonos y quedamos
en una molécula de 4 carbonos que es Succinil CoA. De estas dos reacciones generamos dos NADH
El isocitrato pierde el primer carbono por descarboxilacion oxidativa para formar el Alfa- cetoglutarato (5
carbonos). La energía de oxidación se va a almacenar en el transportador electrónico NADH
4. El alfa- cetoglutarato deshidrogenasa es un complejo que también va a catalizar la oxidación de alfa ceto
glutarato y va hacer que pierda un carbono más generando una molécula de 4 carbonos que es Succinil CoA. Esta
segunda molécula perdió un carbono en forma de dióxido de carbono y generamos un NADH mas (segundo
NADH del ciclo).
Es una reacción de óxido reducción es decir algo se oxida y pierde los electrones que son ganados por el
NADH (los transportadores electrónicos son importantes porque a la larga se transforman en ATP, los
electrones que almacenamos se van a traducir a ATP)
5. La succinil coA sintetaza va a catalizar la reacción en la cual el Succinil coA se transforma en Succinato. En este
paso tenemos la primera fosforilacion a nivel de sustrato donde vamos a sintetizar GTP (atp)
Esta reacción es muy importante porque se sintetiza el primer GTP.
6. La siguiente reacción es sintetizada por Succinato deshidrogenasa, transforma el Succinato en Fumarato. A
partir de esta reacción se forma una FADH2
7. La fumarato deshidrogenasa convierte el Fumarato en Malato
8. El malato se transforma en oxalacetato por acción de la malato deshidrogenasa
Estas últimas 3 reacciones son reacciones que lo que hacen es regenerar el Oxalacetato
El ciclo parte de una molécula de 2 carbonos (acetil coa) adicionamos 4 carbonos y formamos una de 6 carbonos
(oxalacetato).
Se hacen dos descarboxilaciones oxidativas en la cual se pierden dos carbonos, al estar oxidando esa pérdida de
carbonos se almacena en transportadores electrónicos que son NADH.
Las moléculas siguen teniendo energía química es decir los intermediarios se pueden seguir oxidando.
Al seguir la oxidación se generan reacciones cuesta abajo que son acopladas para la síntesis de ATP que se llama
fosforilacion a nivel de sustrato (sintetizamos gtp o atp)
Buscamos regenerar el oxalacetato, porque al ser un metabolismo cíclico cada acetil coa que venga de la oxidación
de azucares, grasas o proteínas tiene que ser oxidado para hacer respiración celular y obtener energía (ATP). A
partir de este último compuesto por más de que se perdieron ya dos carbonos tenemos que regenerar ese
intermediario metabólico.
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Balance energético
3 moléculas de NADH, 1 GTP y 1 FADH2 por vuelta de ciclo de Krebs
El FADH2 al igual que el NADH es un transportador de electrones es decir, almacena los electrones que vienen de
una reacción de oxidación.
La oxidación de ambas moléculas de piruvato a co2 vía Piruvato deshidrogenasa, ciclo de Krebs y fosforilación
oxidativa =32 ATP por molécula de GLUCOSA.
En cadena de transporte eléctrico vamos a traducir esos electrones generados en un acople para fosforilacion de atp.
El nadh y el fadh2 son transportadores que hacen que los electrones se acoplen a esa fosforilacion para generar ATP.
Cada par electrónico que viene del NADH produce 2,5 ATP en esa reacción de acople de síntesis de ATP.
2,5 ATP por PAR ELECTRONICO que viene del NADH
Cada par de electrones del FADH2 produce 1,5 ATP.
Si nosotros en cada ciclo de Krebs 3 NADH y 1 FADH2 en realidad debemos hacer 3 por 2,5 para traducirlo a ATP
Por eso decimos que toda la vía entera produce 32 ATP por molécula de glucosa, el rendimiento energético es
altísimo por la vía aeróbica (con oxígeno)
El ciclo de Krebs es un ciclo que se llama anfibolico (catabólicos y anaeróbicos a la vez): Es catabólico porque
estamos oxidando compuestos de alta energía y estamos obteniendo transportadores electrónicos y moleculas
transportadoras activadas (obtenemos energía)
Y por otro lado sintetizamos compuestos como Oxalacetato, alfa ceto glutarato, succinil coA y acetil coA que son
compuestos que son precursores de reacciones llamados Anapleroticas (participan como intermediarios en otros
metabolismos donde si pueden participar de reacciones biocinéticas, pueden participar en anabolismo)
Regulación de la vía metabólica
En los puntos de regulación en metabolismo son la regulamos de las enzimas que participan en el ciclo.
Los pasos de regulación suelen ser los primeros por el hecho que hay una inversión de energía y se prefiere regular al
inicio para si se tiene que detener lo hacemos cuando no hay un gasto alto de energía.
El punto clave son las enzimas y la disponibilidad de sustrato (la ruta no se activaría si no hay sustratos para poder
trabajar, la enzima no va a funcionar si no tiene los sustratos correspondientes)
La primer reacción de ciclo es Acetil coA se condensa con Oxalacetato para formar Citrato
Citrato sintasa no puede sintetizar a Citrato si no tuviera Oxalacetato y acetil coA
El ciclo de Krebs es una ruta anfibolica que tiene que lograr obtener energía y generar intermediarios metabólicos
para biosíntesis, lo cual debe ser una vía estrictamente regulada para que se logre hacer ambas cosas.
Las enzimas tienen diferentes puntos de regulación se regulan de forma
Alostericamente: Esto produce cambios conformacionales en las enzimas que hacen que sean más o menos
activas.
Modificación covalente: vamos a generar una unión covalente de alguna molécula y puede ser por ejemplo
una fosforilacion o metilación que lo que va a hacer la enzima se active o se inactive.
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Estas modificaciones covalentes suelen ser reversibles para hacer que la enzima este en su forma activa o inactiva
según lo que se necesita
La regulación va a estar dada por 3 enzimas
Citrato sintasa
Isocitrato deshidrogenasa
Alfa cetoglutarato deshidrogenasa
Son todas enzimas iniciales en el ciclo.
La enzima citrato sintasa cataliza la primer reacción del ciclo que es la condensación de Oxalacetato y acetil coa para
formar Citrato.
La enzima Isocitrato deshidrogenasa y la alfa cetoglutarato deshidrogenasa son las reacciones 3 y 4 que lo que hacen
es catalizar las oxidaciones con pérdida de carbono en forma de dióxido de carbono y donde la energía de oxidación
se almacena en la forma de NADH.
Factores que gobiernan la velocidad de Flujo en el ciclo
-Disponibilidad de sustratos, que tengamos acetil coA y Oxalacetato va a permitir que puedamos hacer el ciclo
-Inhibición por productos acumulados, la acumulación de un producto hace que se inhiba la reacción que cataliza la
enzima, es decir, si tenemos mucho producto no necesitamos catalizar la reacción.
-Retroinhibición alostérica de las enzimas tempranas del ciclo
Piruvato deshidrogenasa
Es un complejo multi enzimático porque si logramos regular la disponibilidad de acetil coA vamos a regular la
entrada al ciclo de Krebs.
Logra cambiar y modificar las concentraciones del sustrato.
• Regulación alostérica: los propios productos y sustratos de la reacción
Cataliza la reacción en la cual el Piruvato que tiene 3 carbonos se convierte en acetil coA (2 carbonos), es una
descarboxilacion oxidativa donde perdemos un carbono en la forma de dióxido de carbono y a su vez formamos un
intermediario que tiene el enlace de alta energía con la coenzima A y donde la energía de oxidación se almacena en
forma de NADH.
El NADH, acetil coA y ATP son productos que van a ser INIHIBIDORES (van a inhibir de forma alosterica a la enzima
que cataliza la reacción) Esto es inhibición por producto.
Por ejemplo: si nosotros tenemos mucho ATP y este es el producto final de la vía para que vamos a invertir en hacer
la reacción si ya tenemos energía. Si la célula esta energéticamente bien actúa como inhibidor del ciclo.
No necesitamos hacer ciclo de Krebs ya que este se hace para obtener energía.
Regulación covalente: se inhibe por fosforilación reversible de un residuo específico de Ser
Piruvato deshidrogenasa
Es un complejo multi enzimatico formado por tres unidades llamadas e1 e2 y e3.
• Regulación covalente: se inhibe por fosforilación reversible de un residuo específico de Ser
Lo que hace es catalizar la reacción
También dentro del complejo cataliza a una proteína reguladora que contiene una fosfatasa y una quinasa que va a
hacer que la enzima se fosforile para inhibirse y se desforsforile para activarse (Regulación covalente)
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Citrato Sintasa
• Es la enzima que cataliza la primer reacción del ciclo
• Cataliza la formación del citrato a partir del acetil-coA y oxalacetato (se condensan ambos)
• Cualquier aumento de la disponibilidad del sustrato estimula la síntesis de citrato
• Concentraciones elevadas de succinil Coa y de citrato inhiben la citrato sintasa actuando como inhibidores
alostéricos
• Es inhibida por : citrato ,NADH, ATP Y SUCCINIL COA
Isocitrato deshidrogenasa
Va a estar inhibida por producto
• Cataliza la segunda reacción del ciclo regulada en un extremo.
• Es inhibida por : NADH y ATP
• Es activada por: NAD+, ADP (quiere decir que si tenemos valores bajos de NADH y ATP es porque los
consumimos, si nos quedamos sin ambos necesitamos activar el ciclo de Krebs) y CALCIO (se libera del tejido
muscular para generar contracción muscular, esta contracción consume energía en forma de ATP) Si
necesitamos producir ATP y el calcio nos indica que necesitamos ATP se activa el ciclo para generarlo.
• Está muy regulada debido a su importante papel del metabolismo del citrato.
• La conversión de citrato a isocitrato es reversible
Las concentraciones de sustratos e intermediarios del ciclo del ácido cítrico hacen que el flujo a través de esta vía se
mantenga a una velocidad que permite mantener las concentraciones de ATP y NADH óptimas
Regulamos porque necesitamos mantener las concentraciones de ATP y NADH, es una vía donde hacemos
producción de energía y donde generamos intermediarios metabólicos que pueden participar en otras reacciones
biosinteticas.
CICLO DE KREBS, es un metabolismo oxidativo productor de energía por excelencia que busca mantener las
concentraciones de NADH y ATP en un equilibrio dinámico de Homeostasis (La célula para hacer sus funciones
necesita atp y nadh y si no regulamos no logramos mantener esas concentraciones)
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