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.
Comienza con el acetil-CoA, Básicamente es la oxidación de este grupo a 2 moléculas de CO2 Conserva la energía liberada para producir
ATP.
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
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
Ciclo del ácido cítrico
Malonato: inhibidor competitivo
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
acetil-CoA 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
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
Ciclo del ácido cítrico
Cinco reacciones consecutivas.
Piruvato + CoA +NAD acetil-CoA + CO2 + NADH
El arsénico y sus derivados son venenosos porque se unen a lipoamida
Tiamina pirofosfato
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
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 acetil-CoA
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.
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
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
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,
succinil-fosfato.
Hasta aquí el
acetil-CoA
se oxidó por completo a2CO
2, con laproducción de
2NADH
yGTP
(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
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
