1

Capítulo13ElciclodelÁcidoCítrico

13.1ConversióndePiruvatoenacetil‐CoA:ComplejodePiruvatoDeshidrogenasa

Fig.1

Observarqueentreelprocesodelaglicólisis, cuyo producto es elpiruvato y el ciclo del Ácido Cítrico(o ciclo de Krebs), cuyo principalsustrato es la acetil‐CoA, existe unpaso llamado: Complejo PiruvatoDeshidrogenasa.Este es la primerasecuenciaaestudiaracontinuación.

LaconversiónentrePiruvatoAcetil‐CoAesimportanteyaquelaAcetil‐CoAeselsustratoprincipalenelciclodelácidocítrico.Laestequiometríageneraldelareaccióncompletaes:

Fig.2ReaccióngeneraldePiruvatoAcetilCoA

dondelaHS‐CoAeslacoenzimaA.Eselprimerpasoenlaoxidacióndelpiruvato.Productos:

1. Acetil‐CoA2. 1moléculadeCO23. 1moléculadeequivalentereductor(NADH).

Recomendación:VeranimacióndeComplejoPiruvato

Deshidrogenasa

2

Como se observa en elmedio de la flecha, esta reacción de óxido‐reducción es catalizada porPiruvatodeshidrogenasa. Sin embargo, es importante comprender quemás que una enzima, es unComplejo dePiruvatoDeshidrogenasa(PDC)1.Esta es una de las enzimas centrales del metabolismo aerobio y sirve como la vía intermedia entre laglicólisis y el ciclo del ácido cítrico, y es una de las principales enzimas de regulación metabólica quecontrola el flujo demetabolitos entre estos dos procesos. Este complejo actúa como un grifo (llave deagua) para el suministrode carbonosdesde la glicólisis quepuede ser apagadodependiendodel estadometabólicodelacélula.

Localización

ElComplejoPiruvatoDeshidrogenasaseencuentraenlamatrizmitocondrial.Así,mientraslamembranaexteriordelamitocondriaespermeablealamayoríadepequeñasmoléculas,enlamembranainternadebehaberunaproteínaquepermiteingresarelpiruvatoyllegaralPDC.Selogramedianteunaproteínallamada:piruvatotranslocasa.

Fig.3

1SiglaseninglésdePiruvateDehidrogenaseComplex.

3

ComplejoPiruvatoDeshidrogenasa

Es un complejo multienzimático compuesto por variassubunidadesde3enzimas:

1. E1: Piruvato deshidrogenasa (20‐30 copias):Deshidrogenaciónydescarboxilación

2. E2:Dihidrolipoamidaacetiltransferasa(60copias)3. E3:Dihidrolipoamidadeshidrogenasa(6copias)

Ademásdeutilizar5coenzimasasociadas:

1. Pirofosfatodetiamina(TPP):GrupoprostéticodeE12. Ácidolipoico:GrupoprostéticodeE23. FAD+:GrupoprostéticodeE34. HS‐CoA(CoenzimaA)5. NAD+

Las primeras tres están unidas fuertemente a las enzimas delcomplejo y las otras dos (CoA y NAD+) se usan comotransportadoresdelosproductosdelaactividaddelcomplejodelaPDH.El tamaño del complejo es más grande que un ribosoma. Esmiembrodeunafamiliadecomplejosmultienzimáticosllamadosfamiliadela2‐osoácidodeshidrogenasa.

Fig.4

Verde:EnzimasE2:Tieneunbrazoenlazantequesobresalehacialasuperficie(allíestálalipoamida)Amarillo:EnzimasE1:Sondos

subunidadesalfaydossubunidadesbetal

Rojo:EnzimasE3:Estáenelcentro.

(Animación)ElComplejoPiruvatoDeshidrogenasa(PDC)catalizaengeneral,laoxidacióndepiruvatohaciaacetil‐CoA. La reaccióngeneral sedescomponeen tres transformacionesquímicasque requieren las tresenzimasdelcomplejo:

1. Descarboxilación(pérdidadeCO2)2. Oxidacióndeungrupoceto(C=O)aungrupocarboxilo3. ActivaciónporacoplamientoalaCoenzima‐Apormediodeunenlacetioester2

Fig.5

ReaccióndePiruvatohaciasusproductos:AcetilCoA,CO2,NADH+.Sepuedeobservarlapresenciadelas3enzimasdelComplejoPiruvatoDeshidrogenasaqueactúanmediantesusgruposprostéticos(TPP,lipoamidayFAD),ademásdelas

otrasdoscoenzimas:HS‐CoAyNAD.

2UnióndeunsulfuroconungrupoaciloconlafórmulageneralR‐S‐CO‐R'.

4

(Libro:Horton)Ladescarboxilaciónoxidativadelpiruvatosepuededividirencincopasos:

Paso Enzima‐Coenzima Descripción

Paso1

SubunidadE1delPDCseunecovalentementeconpiruvato

paraliberarCO2Productos:

1. CO22. Formacarbanióndel

hidroxietilo‐TPP(HETPP)

SubunidadE1(Pirofosfatodeshidrogenasa)+

TPP(Pirofosfatodetiamina)• Esta coenzima es creada en el

cuerpoapartirdelaVitaminaB1oTiamina.

• Tiene funcióncatalíticaenvariasreaccionesdelacarboxilasa.

• Forma activa de TPP: en formadecarbaniónoiluro.

(Animación)Reacción:Descarboxilación1. El TPP se activa (tiene un

protónmuy ácidoque es fácilde remover para generar elcarbaniónreactivo)

2. Este carbanión en TPP es unnucleófilo fuerte, por esoataca y hace un enlace con elcarbono carbonilo (C=O)enelpirvutato.

3. Esto causa, la liberación deCO2

Paso2

Elgrupohidroxietilo,condoscarbonos,estranferidoalgrupolipoamidadelasubunidadE2

Producto:

1. Acetil‐dihidrolipoamida2. Iluro(formacarbanión

deTPP)

Catalizadapor:‐ComponenteE1delcomplejopiruvatodeshidrogenasa(PDC)

SubunidadE2(Dihidrolipoamidaacetiltransferasa)+

Lipoamida

• Esta coencima está formadapor ácido lipoico unido enforma covalente por unenlacedeamidaaun residuodelisinaenunasubunidaddeE2.

• Debidoaqueseunedeformacovalente a E2, a estacoenzima se le llama grupoprostético.

• De manera oxidada estacoenzima tiene un enlacedisulfuro. Pero para quepuedaaceptarelgrupoacetilo(formadopor laoxidacióndelHE‐TPP que se originó en el

(Animación)Reacciónredox:La enzima E2 (dihidrolipoamidaacetiltransferasa) transfiere elhidroxietil derivativo que estáunidoalTPP (HE‐TPP)deE1haciasupropiacoenzima,lipoamida.Para que ocurra, la oxidación delhidroxietilo‐TPP se acopla con lareducción del disulfuro de lalipoamida y el grupo acetilo setransfiere a uno de los grupossulfhidrilodelacoenzima.

5

paso anterior) se debe dereducir.

Paso3

TransferenciadelgrupoacetiloalHS‐CoA(CoenzimaA)

Catalizadapor:‐ComponenteE2delPDC

CoA‐SH(CoenzimaA)

(Animación)1. Elgrupoacetilestransferidoal

grupo–SHdelaCoenzimaA.2. Produce Acetil‐CoA: tiene un

enlacetioésterdealtaenergía,que esta cargado paratransferir el grupo acetil de 2carbonos al ciclo del ácidocítrico.

3. Produce Ditiol, la formareducida de la lipoamidausadaenelpasoanterior.

Paso4

Regeneracióndelipoamidaasuformaoriginalparaquepuedan

repetirlasreaccionescatalizadas

Producto:‐E3‐FADH2(reducido)

SubunidadE3(Dihidrolipoamidadeshidrogenasa)+

FAD(Flavinaadeninadinucleótido)

• Lafuncióndeestacoencima

esre‐oxidarelgrupoprostéticolipoamidaenlasubunidadE2.

Reacciónredox1. Transferenciadedosprotones

y dos electrones de la formaditioldelalipoamidaalFAD.

2. Seproduce:FADH2(formareducidadeFAD)

6

Paso5

RegeneracióndeFADH2asuformaoriginalparaquepuedan

repetirlasreaccionescatalizadas

Producto:‐E2‐FAD(oxidado)‐NADH+H+

NAD+

Reacciónredox1. El E3‐FADH2 se oxida hacia

FAD.2. ElNAD+sereduceaNADH+

Unprotónseliberaenelpaso5yunprotónsetomaenelpaso1,porloquelaestequiometríageneraldelareaccióndepiruvatodeshidrogenasanotieneganancianiperdidanetadeprotones.Laacciónrecíprocade5coenzimasenelcomplejodelapiruvatodeshidrogenasailustralaimportanciaquetienenlascoenzimasenlasreaccionesmetabólicas.Puedenactuarcomo:

Cosustratos Gruposprostéticos‐ HS‐CoA‐ NAD+

‐ TPP(conE1)‐ Lipoamida(conE2)‐ FAD(conE3)

LosgruposlipoamidaunidosaE2sonlosprincipalesresponsablesdetransferirreactivosdeunsitioactivohaciaotroenelcomplejo.Enestasreacciones,elgrupoprostéticolipoamidafuncionacomounbrazoquevisitalostressitiosactivosenelcomplejo.Estemecanismoaseguraqueelproductodeunareacciónnosedifundaalmedio,sinoquesobreélactúedeinmediatoelsiguientecomponentedelsistema.El mecanismo de las tres enzimas del CPD y sus coenzimas es un gran ejemplo de canalización desubstratosdeunaenzimahaciaotra.Estecasodifieredeotrosporqueelcompuesto intermediodedoscarbonosseuneenformacovalentealgrupoflexibledelipoamidaenE2.

7

Fig6

MecanismodelComplejoPiruvatoDeshidrogenasa

Toda reacción de piruvato deshidrogenasa es una seria de reacciones de óxido‐reducción acompladas,dondesetransportanelectronesdelsustratoinicial(piruvato)alagenteoxidativofinal(NAD+)

ControldelComplejoPiruvatoDeshidrogenasa

LaregulacióndeestavíahaciaelCiclodelÁcidoCítricoesesencialporquelaconversióndepiruvatohaciaacetil‐CoA catalizadaporelCPDes altamente favorecida termodinámicamente, esta reacciónesunpasometabólicoirreversible.ElcontroldelaCPDocurrepordosmecanismos:

1erMECANISMO

Moduladoresalostéricos

(Regulaciónporretroalimentación

porNADHyAcetilCoA)

(TomadodeHorton)Engeneral,lossustratosdelComplejoPiruvatoDeshidrogenasaactivanelcomplejo,ylosproductosloinhiben.Inhibiciónde:1. Acetiltransferasa(E2):altaconcentracióndeAcetilCoA.2. Deshidrogenasa(E3):altaconcentracióndeNADH

Fig.7

InhibicióndelCPDpormoduladoresalostéricos

8

(TomadodelaAnimación)

ReguladoresdeCPD:Enunestadodebajaenergía,elAMP,NADyCoASHactivanelCPDparaaumentarlacantidaddeAcetilCoA.Mientrasqueenunestadodealtaenergía, elATP,NADHyAcetilCoAinhibenlaCPD.

Moduladores+ActivanactividaddeCPD

Moduladores–InhibenactividaddeCPD

‐ AMP‐ NAD+‐ CoASH

‐ ATP‐ NADH‐ AcetilCoA

2ºMECANISMO

Modificacióncovalente

(PorfosforilacióndelasubunidadE1‐soloeneucariotas)

(TomadodeHorton)Unaproteínacinasayunaproteínafosfatasaseasocianalcomplejo.Piruvatodeshidrogenasacinasa(PDK):

o CatalizalafosforilacióndeE1 o DesactivacióndeE1

Piruvatodeshidrogenasafosfatasa(PDP):

o CatalizaladesfosforilacióndeE1 o ActivacióndeE1.

El control de la actividad de E1 (piruvato deshidrogenasa) controla la velocidad dereaccióndetodoelcomplejo.Tambiénsecontrolanlasactividadesdeestasdosproteínas(lacinasaylafosfatasa):Piruvatodeshidrogenasacinasa(PDK):

o Activación:NADHyAcetilCoA(indicanquehaydisponibilidaddeenergía,motivandoalafosforilaciónyalainhibicióndelComplejo)

o Inactivación:Piruvato,NAD,CoA‐SHyADP(provocanladesfosforilaciónyporende,laactivacióndelComplejo)

Piruvatodeshidrogenasafosfatasa(PDP):o Activación:altas concentraciones de Ca+2 (lo que provoca la activación

delComplejo)

9

Fig.8RegulacióndelCPDpormodificacióncovalente

11.2OxidacióndelaAcetilCoAenelciclodelácidocítrico

Antesdeconsiderarcadaunadelasreaccionessedebenconsiderardospropiedadesgeneralesdelaruta:1. Flujodelcarbono

Fig.9DestinodeloátomosdecarbonodeloxaloacetatoylaacetilCoAduranteunavueltadelciclodelácidocítrico.

Elbalancedelcarbonoenlarutatotaldereaccioneses tal que por cada grupo de dos carbonos de laAcetilCoAqueentraalciclo,seliberandosátomosdecarbono durante una vuelta completa al ciclo(ObservarlasmoléculasdeCO2encolorceleste).

2. Produccióndemoléculasricasenenergía

LaAcetilCoAesunamolécularicaenenergía.Elenlacedetioésterconservaalgodelaenergíaadquiridapordescarboxilacióndelpiruvatomedianteelcomplejodelapiruvatodeshidrogenasa.Durantelasreaccionesdelciclodelácidocítrico,lamayorpartedelaenergíaliberadaseconservaenformadeelectronestransferidosdesdeácidosorgánicos,paragenerarlascoenzimasreducidasNADHyFADH2.‐ElNADHseformaentrespasosdeóxido‐reducción;dosdeellossondescarboxilacionesoxidativas.‐LaFADH2seformacuandoseoxidasuccinatoafumarato.

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Además de la formación de los equivalentes reductores, el ciclo del ácido cítrico produce un nucleótidotrifosfatoenformadirectaporfosforilaciónaniveldesustrato3.ElproductopuedeserATPoGTP.Esdecir,laproduccióntotaldeenergíay/oequivalentesdeenergíaes: 3NAHD,1FADH2,1GTP(quesetransformaenATP)AcontinuaciónsemuestraelciclocompletodelÁcidocítrico:

3EslaformacióndeATPporlatransferenciadeungrupofosforilodesdeuncompuestodealtaenergía.

11

Fig.10:CiclodelÁcidoCítrico/CiclodeKrebs/Ciclodelácidotricarboxílico

12

Fig.11:

Tabladereaccionesenzimáticasdelciclodelácidocítrico

(Animación)Esteciclo seencuentraenel corazóndelmetabolismoaerobio.Envuelveel rompimientodetresgrandesgruposalimenticios:carbohidratos,lípidosyproteínas.Observarelesquemasiguiente:

Fig.12

Carbonosparaelciclodelácidocítrico

# EnzimayReacción Características

1

PuntodeControlNo.1:IrreversibleCitratoSintasa(Hidrólisis)AcetilCoA+Oxaloacetato+H2O

Hidrólisis de un enlace tioéster de alta energía: liberación deenergía.Lanaturalezaexergónicasdelareacciónbajocondicionesestándarasegura que el ciclo del ácido cítrico funcione en la dirección deoxidación de AcetilCoA, aún bajo condiciones donde laconcentracióndeoxaloacetatoseamuybaja.

13

Citrato+CoASH+H+

Producto:Citrato(6carbonos)

Lacitratosintasaesunatransferasa.• Sintasas:son liasas cuyopapelprincipales la reaccióndonde

secombinandossutratosparaformarunamoléculamayor.• Sintetasas: son ligasas que se deben acoplar con una

coenzima,encasoseslahidrólisisdeATP(oGTP).La estructura de la enzima necesita que el oxaloacetato y laacetilCoAseunanen formasucesiva.Esto reduce laprobabilidaddeenlazarlaacetilCoAenausenciadeoxaloacetatoylaposibilidaddecatalizar lahidrólisisdelenlacetioésterenelacetilCoAenunareaccióndesperdiciada.

2

Aconitasa(Isomerización)CitratoisocitratoProducto:Isocitrato(6carbonos)

Nombresistemático:Aconitasahidratasa.Elcitratoesunalcoholterciarioyporello,nosepuedeoxidarenformadirectapara formaruncetoácido.Poreso,enestepasoseforma un alcohol secundario como un compuesto intermedio, elcis‐aconitato(delquederivaelnombredelaenzima).

Laaconitasaesunmiembrodeunafamiliadeproteínas.Todoslosmiembrosdelafamiliatienenungrupocaracterístico[4Fe‐4S]dehierro‐azufre. La reacción que cataliza es de isomerización y nounadeóxido‐reducción.Existe 4 estereoisómeros diferentes del isocitrato, pero sólo seproduceunodeellosenestareacción:elRS.

3

PuntodeControlNo.2:IrreversibleIsocitratodeshidrogenasa(Descarboxilaciónoxidativa)Isocitrato+NAD+alfa‐cetoglutarato+NADH+CO2Producto:

‐ alfa‐Cetoglutarato(5carbonos)

‐ NADH‐ CO2

Estareacciónesimportanteporsusdosefectos:

1. Oxidación2. Descarboxilación

Estaes laprimerade4 reaccionesdeóxido‐reducciónenel ciclo.OcurrereduccióndelNAD+.4Hay2partesenestareacción:

1. Primero, se produce un compuesto intermedio:oxalosuccinato, por acción deshidrogenasa (quitarhidrógenos).

2. Segundo, se produce el alfa‐cetoglutarato, pordescarboxilación (liberación de CO2) y la toma de unprotón.

Esta es la primera de las reacciones que dan como resultado

4Recordarquereducciónserefiereagananciadeelectrones.Esdecir,NAD+pasaráaserNADH+H

14

pérdidadeelectrones(esdecir,laoxidacióndeunácidoorgánico)paraformarNADH+H.

4

PuntodeControlNo.3:IrreversibleComplejoalfa‐cetoglutaratodeshidrogenasa(Descarboxilaciónoxidativa)Alfa‐Cetoglutarato+CoASH+NAD+Succinil‐CoA+CO2+NADHProducto:

‐ Succinil‐CoA(4carbonos)‐ NADH‐ CO2

Ladescarboxilacióndelalfa‐KG5esanálogaalareaccióncatalizadaporlapiruvatodeshidrogenasa6.El Complejo alfa‐cetoglutarato deshidrogenasa es un complejogrande que se parece a la piruvato deshidrogenasa, tanto enestructuracomoen función. Intervienen lasmismascoenzimasyelmecanismodelareacciónesigual.Las3enzimascomponentesson:

1. E1:alfa‐cetoglutaratodeshidroegenasa2. E2:dihidrolipoamidasucciniltransferasa3. E3:dihidrolipoamidadeshidrogensa

Lareaccióngenerales:‐ La2ªproductoradeCO2‐ La2ªreacciónquegeneraequivalentesreductoresCuandoseleagregalacoenzimaA,seactivalamolécula.

Aquíterminaelprocesodecatabolismo.

5

Succinil‐CoAsintetasaSuccinil‐CoA+GDP(oADP)+PiSuccinato+GTP(oATP)+CoASHProducto:

‐ Succinato(4carbonos)‐ CoenzimaA(CoASH)

‐ GTP

A esta enzima a veces se le llama succinato tiocinasa. En lareacciónseacoplanlahidrólisisdeenlacetioéster,dealtaenergía,enlasuccinil‐CoAylaformacióndeunnucleósidotrifosfato(ATPoGTP).Lareacciónseefectúaen3pasos:1. Se genera succinil‐fosfato como compuesto intermedio y se

liberacoenzimaA.2. Se transfiere el grupo fosforilo a una cadena lateral de

histidinaenelsitioactivodelaenzima.3. Se transfiere el grupo fosforilo a GDP para formar GTP. Esta

reacción es el único ejemplo de fosforilación a nivel desustratoquehayenelciclodelácidocítrico.

Elnombrede laenzimasedebea lareaccióncontraria,dondesesintetiza succinilCoA a partir de succinato a expensas de GTP oATP. Se llama sintetasa porque la reacción se combinan 2moléculas y está acoplada a la hidrólisis de un nucleósidotrifosfato.

6

Complejodesuccinatodeshidrogenasa(oxidación)Succinato+QFumarato+QH2

Esta enzima cataliza la oxidación de succinato a fumarato,formando un doble enlace carbono‐carbono y perdiendo dosprotonesydoselectrones.Loselectronesylosprotonespasanaunaquinona,quesereduceaQH2. Además, el FAD es un cofactor esencial en las enzimas

5Alfa‐cetoglutarato6Verel1ertemadelapresentehoja

15

Producto:

‐ Fumarato‐ QH2

succinatodeshidrogenasaqueexisteentodaslasespecies.Este complejo es parte del sistema de transporte de electronesque está en lamembranamitocondrial interna de las eucariotas(NOTA:Seexplicaráenelsiguienteresumen)El sustrato análogo: malonato, es un inhibidor competitivo delcomplejosuccinatodeshidrogenasa. Ésteseenlazaal sitioactivodelcomplejo.Peroelmalonatonopuedeefectuarlaoxidación.

7

Fumarasa(Hidratación)Fumarato+H2OL‐MalatoProducto:• L‐Malato

Nombresistemático:fumaratohidratasa.Catalizalaconversióndefumaratoamalatomediantelaadicióndeaguaaldobleenlacedefumarato.EstaesunareaccióntransestereoespecíficaporquesiempreproducináelestereoisómeroLdelhidroxiácidomalato.

8

Malatodeshidrogenasa(Reacciónredox:deshidrogenación)L‐Malato+NAD+oxaloacetato+NADH+H+Producto:

‐ Oxaloacetato‐ NADH+H+

Estepasoeslaregeneracióndeoxaloacetato,conlaformacióndeunamoléculadeNADH.

13.4LascoenzimasreducidaspuedengenerarlaproduccióndeATPEnlareacciónnetadelciclodelácidocítricoseproducenporcadamoléculadeacetilCoA:

‐ 3moléculasdeNADH‐ 1moléculadeFADH2‐ 1moléculadeGTPoATP

Fig.11:ReacciónnetadelciclodeKrebs

ElNADHyelFADH2sepuedenoxidarmediantelacadenadetransportedeelectrones,queestáacopladaalaproduccióndeATP.Laoxidaciónde1moléculadeAcetilCoAenelciclodelÁcidocítricoylasreaccionesposterioresseasocia,porconsiguientealaproduccióndeunas10moléculasdeATP:7

7RecordarqueHortonusala“nueva”equivalenciadeNADHyFADH2haciaATP(NADH=2.5ATPyFADH2=1.5ATP)

16

Lacombinacióndelosdemásprocesosmetabólicos,dancomoresultado32moléculasdeATPpormoléculadeglucosa:

Fig.12.1

ProduccióndeATPenelcatabolismodeunamoléculadeglucosaporglucólisis,ciclodelácidocítricoyreoxidacióndeNADHyFADH2.Laoxidacióncompletadelaglucosallevalaformacióndeunas32moléculas

deATP.8

13.5RegulacióndelCiclodelÁcidoCítrico

(TomadodeAnimación)ModuladorespositivosdelCiclodeKrebs:AMP,ADP

8Nota:recordartambiénque32seríanenlautilizacióndelaLanzaderaMalato‐Aspartato;mientrasquesieslaLanzaderaGlicerol‐3‐fosfato,serían30.(Vercuaderno)

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Fig.13

RegulacióndelCiclodelÁcidoCítrico

Enelciclodelácidocítricoseregulan3reacciones.Sonlascatalizadasporlassiguientestresenzimas:

Reacción1Citratosintasa

Reacción3Isocitratodeshidrogenasa

Reacción4Complejoalfa‐cetoglutarato

deshidrogenasa• Activada:ADP• Inhibida:NAD,ATP,

SuccinilCoA,citrato.(ATP:aunquenosesabesupapelencélulasvidas)

Estepasoeselmásregulado,yaqueeseliniciodelciclo.

• Activadaalostéricamente:

Ca+2,ADP• Inhibida:NADH,ATP

• Activada:9IonesCa+2(seunen

aE1,bajansuKmyaumentanlaformacióndesuccinil‐CoA)

• Inhibida:NADH,Succinyl‐CoA

13.6Elciclodelácidocítriconosiempreesun“ciclo”:RUTASANAPLERÓTICAS

El ciclo del ácido cítrico no es solo una ruta catabólica para oxidar Acetil‐CoA, también tiene un papelcentralenelmetabolismo:

‐ Algunos compuestos intermedios del ciclo son importantes precursores de otras rutas debiosíntesisyademás,

‐ Algunasotrasrutasproducencompuestosintermediosdelmismociclo.

Analizarelsiguienteesquema:

9 A pesar de su semejanza con el Complejo Piruvato Deshidrogenasa, las proteínas cinasas o fosfatasas no serelacionanconestecomplejo.

18

Lavelocidada laqueel ciclodelácidocítricometaboliza laAcetil‐CoAesextremadamentesensiblea loscambios en la concentración de sus productos intermedios; quiere decir que el reabastecimiento decualquiera de sus compuestos intermedios resultará en la mayor concentración de todos sus otrosproductosintermedios(dadasunaturalezacíclica).Deestamanera,lasRutasAnapleróticas(palabraquesignificaengriego,“llenado”)suministrandeintermediariosalciclodeKrebs.Sedicequeelcicloesanfibólico,yaquesirvetantoparacatabolismocomoparaanabolismo.

CiclodeKrebscomoprecursordemetabolitosenlasrutasdebiosíntesis

Apartirdelossiguiente

metabolitosdelCiclodeKrebs

Genera

Citrato1. Formacióndeácidosgrasosyesteroides.2. SedivideenAcetilCoAqueesprecursordelípidos(estareacciónsellevaacaboen

elcitosolydebesertransportadohaciafueradelamitocondria)Alfa‐

Cetoglutarato1. Se convierte reversiblemente a glutamato, que puede entonces incorporarse a

proteínasyusarseparasintetizaraminoácidosonúcleotidos.Succinil‐CoA 1. Puedeiniciarbiosíntesisdeporfirinas(comoengruposhemodecitocromos)

Oxaloacetato

0. Se interconvierte con el aspartato, que se puede usar para la síntesis de urea,aminoácidosynúcleotidosdepirimidina.

1. Laproduccióndeoxaloacetatoporlapiruvatocarboxilasa10tambiénespartedelarutadegluconeogénesis:

LaAcetilCoA activa alostéricamente la piruvato carboxilasa (cuando haymuchoacetilCoA, quiere decir que hay baja cantidad de oxalacetato y que se necesitanmásintermediariosparaelciclo);así,laactivacióndeestaencima:

• SuministraeloxalacetatocomometabolitonecesarioparallevaracaboelCiclodelácidocítrico.

• Puedeiniciarlasíntesisdecarbohidratos(gluconeogénesis).

10EnzimaquecatalizalaconversióndePiruvatoenOxalacetato,mediantelahidrólisisdeunamoléculadeATP.Eselprimerpasodelagluconeogénesis.

Aumentalademandadeenergía

AumentaconcentracióndeAMP

AcpvacióndelComplejoPiruvato

Deshidrogenasa

AumentaproduccióndeAceplCoA

LosmetabolitosdelciclodeKrebsdebenestarseproduciendoparaqueaumentesusconcentracionesyasí,puedametabolizartodoelAceplCoAqueleestéllegando.

ParaelloexistenlasRutasAnaplerómcas,quealimentandeciertosintermediariosdelciclo,

permipendoqueésteseacelereymetaboliceelAceplCoAquele

llega.

19

Nota:paracomprendermejorestecuadro,observarlaimagensiguiente:

Fig.14

Rutasqueconducenalácidocítricoysalendeeste.LoscompuestosintermediosenelciclodeKrebssonprecursoresdecarbohidratos,lípidosyaminoácidos,asícomodenucleótidosyporfirinas.Lasreacciones

queentranalcicloreabastecenlareservadecompuestosintermediosenelciclo.

RUTASANAPLERÓTICAS

Generan Apartirde

Oxalacetato

1. Transaminacióndeaspartato(aminoácido)

Aspartatotransaminasa

Lareacciónqueocurrees:

20

DurantelasreaccionesdeTransaminaciónseproducensiempreentreunalfa‐aminoácido(enestecaso,esaspartato)yunalfa‐cetoácido,dondeelprimerotraspasaelgrupoaminoalalfa‐cetoácidooriginal;dandolugaralasiguienteconversión:

‐ Alfa‐aminoácido1(aspartato)Alfa‐cetoácido2(oxalacetato)‐ Alfa‐cetoácido1alfa‐aminoácido2

LasenzimasquecatalizanestasreaccionessedenominantransaminasasylacoenzimadeestasenzimaseselFosfatodepiridoxal(PLP)11.2. Fosfoenolpiruvato(PEP)

PEPcarboxilasa

3. Piruvato

Piruvatocarboxilasa

Estareacciónconsumeenergía,esirreversible.

Malato

‐ PiruvatoEnzimamálica

Alfa‐Cetoglutarat

o

‐ TransaminacióndeGlutamato(aminoácido)Glutamatotransaminasa

EsunaTransaminación,porloquepresentalasmismascaracterísticasdescritasenlaanteriortransaminación.

Nota:observaresquemasiguiente:

11EstacoenzimaprovienedelavitaminaB6ydebeestarpresentesiemprequeunatransaminasaquieraactuar.

21

Fig.15Majorbiosyntheticrolesofsomecitricacidcycleintermediates(Mathews)

Energía

(TomadodelaAnimación)Elciclodelácidocítricoesunmayorproductordecoenzimasreducidas(NAHD+HyFADH2).

NAHD(3) GTP(1) FADH2(1)Seproducenen:1. Paso3(isocitrato

deshidrogenasa)2. Paso4(Complejodeα ‐

cetoglutarato)3. Paso8(Malato

deshidrogenasa)

Seproduceen:1. Paso5(Succinil‐CoA

sintetasa)

Seproduceen:1. Paso6(Complejode

succinatodeshidrogenasa)

22

ShuttledeCitrato12

Whenacetyl‐CoAaccumulatesinthemitochondrialmatrix(forexample,afterabigmeal),itmustbemovedtothecytoplasmwhere itcanbeused infattyacidbiosynthesis.Acetyl‐CoAcannotpassdirectlythroughthe innermembraneof themitochondrion,however,andmustbeshuttledoutof themitochondriononthebackofoxaloacetate(toformcitrate).Estefuncionaasí:

Fig.16

FuncionamientodelShuttledeCitrato,dondeelexcesodeAcetilCoA,transformadoencitratoseutilizaparaLipogénesis.

12Nota:sedescribeaquí,debidoaquealfinalizarelcapítulo13,elLic.Gonzaloloexplicó.

Cuando:1.Yasecubrióla

demandadeenergía2.Nohaydemandadeenergía(Metabolismo

basal)

3.Losdepóspcosdeglucosayglucógeno

están"llenos"

LaacumulacióndeAceplCoAseuplizaparaLipogénesis

(Lainsulinapromuevelipogénesis)

ElAceplCoAseuneconOxalacetatoyforman

Citrato

El"ShuoledeCitrato"sacaalcitratodela

mitocondría

IniciaprocesodeLipogénesis

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Theneteffectofthesereactionsisthatacetyl‐CoAismovedoutofthemitochondrionandcytosolicNADHisconvertedtocytosolicNADPH.NADPHisused,inturn,forthebiosynthesisoffattyacids.