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CICLO DE KREBS (Ác. Tricarboxílicos) El ácido pirúvico producido en la glucólisis sufre un proceso de oxidación y descarboxilación (perdida de un átomo de carbono) transformándose en acetil CoA. Este acetil Co A se incorpora al ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial. Este ciclo necesita de ocho enzimas, que se localizan muy cerca de la cadena respiratoria. Se produce en animales superiores, plantas y muchos microorganismos. El ciclo de Krebs es una ruta anfibólica en la que por una parte se degradan glúcidos, ácidos grasos y proteínas (catabolismo), y por otra se producen intermediarios como el oxalacetato y el succinato que pueden salir al citosol y ser precursores de distintas vías biosintéticas (anabolismo). Un ejemplo es el ciclo del glioxilato, muy importante en la germinación de las semillas y que ocurre en los glioxisomas.

En este paso final de la degradación de la Glucosa en condiciones aerobias, se genera la mayor cantidad de energía neta. Si de 1 Glucosa habíamos obtenido 2 Piruvato, y por lo tanto 2 acetil-CoA y 2 CO2, a continuación tenemos el balance de la reacción para una Acetil-CoA: CH3-CO-S-CoA + 3 NAD+ + GDP + Pi + FAD + H2O  CoA-SH + 2 CO2 + 3 NADH + GTP + FADH2

El ciclo TCA está catalizado por enzimas solubles del la matriz mitocondrial. Una de ellas, Succinato dh, es integral de la membrana interna mitocondrial. - (1) Condensación aldólica. Se forma el primer Ácido Tricarboxílico del ciclo: El Citrato. La fuente de energía del enlace covalente que se forma entre los sustratos, Acetato y Oxalacetato, es el propio enlace de Acetil-CoA, y aún sobra energía de esta reacción fuertemente exergónica. La enzima de esta reacción es la citrato sintasa, que regula la velocidad del ciclo. - (2) La Aconitasa cataliza en realidad dos reacciones distintas, para cambiar la posición del grupo Hydroxi de posición 3’. En primer lugar facilita la perdida de una molécula de agua, formándose un doble enlace y Cis-Aconitato. En segundo lugar adiciona una molécula de agua, formandose finalmente el Isocitrato. Se trata de hecho de una enzima estereoespecífica: tanto la eliminación como la adición de moléculas de agua tiene lugar de forma trans. x Fluoracetato (F-CH2-COO-) inhibe la acción de la Aconitasa. Este compuesto se une con CoA-SH formándose Fluoracetil-CoA (F-CH2-CO-S-CoA). Este es reconocido por la enzima, formándo Fluorcitrato, que bloquea el ciclo (fortísimo inhibidor irreversible). Al alimentarse de los cadáveres, los consumidores de los ecosistemas también resultaron afectados.

- (3) Descarboxilación oxidativa. Tiene lugar en dos pasos. En el primero se oxida el alcohol secundario a Ceto, formándose 1 NADH. Posteriormente tiene lugar la descarboxilación, liberándose 1 CO2 y formándose α-Cetoglutarato. La enzima que actúa es la isocitrato dh que es un tetrámero unido a ADP en su forma activa, y un dímero inactivo cuando está unido a ATP. - (4) Descarboxilación oxidativa. En primer lugar se produce la pérdida del CO2. A continuación se produce la oxidación fuertemente exergónica de grupo Ceto a Carboxilo formándose NADH. Toda la energía queda contenida en el enlace del producto con CoA-SH, formando Succinil-CoA. x La enzima α-Cetoglutarato dh es un complejo multienzimático análogo a Piruvato dh. Se forma de tres tipos de enzima y 5 coenzimas. - (5) Succinil-CoA Sintetasa (o Kinasa) cataliza la formación de GTP por fosforilación a nivel de sustrato. La alta energía del P proviene de la hidrólisis de CoA-SH y la consiguiente formación de Succinato. Por lo tanto proviene indirectamente de la reacción (4). - (6) Succinato dh es la única enzima fuertemente unida a la membrana interna mitocondrial. Transforma el enlace sencillo entre los carbonos 3’ y 4’ en doble enlace. Se forma FADH2, con los dos H despendidos del Succinato. Se forma Fumarato. Esta enzima presenta dos subunidades, una de 70 y otra de 30kDa. x Las enzimas deshidrogenasa (dh) suelen reducir coenzimas para oxidar el sustrato. En función de la energía desprendida en la reacción, pueden reducir NAD+ en reacciones altamente energéticas o FAD+ en reacciones no suficientemente exergónicas para formar NADH. - (7) La enzima Fumarasa cataliza la hidratación del Fumarato en los carbonos 2’ y 3’, y la consecuente formación de Malato. Esta enzima es estereoespecífica, pues no actúa sobre maleato ni D-malato. - (8) Malato dh oxida el Malato en Oxalacetato (OA-), formando un NADH. Esta enzima presenta 6 isoenzimas dependiendo del tejido. Así queda cerrado finalemente el ciclo. Como a partir de una molécula de glucosa se forman dos de acetil CoA son necesarias dos vueltas al ciclo para degradar totalmente la molécula de glucosa y el balance global es el siguiente:

2 acetil CoA + 6 NAD+ +2FAD +2 GDP + 2 Pi  4 CO2 +6 NADH + 6 H+ + 2 FADH2 + 2GTP

BALANCE ENERGÉTICO A partir de un acetilCoA: 3NADH 1FADH2 1GTP

  

3 x 2,5 = 7,5 ATP 1 x 1,5 = 1,5 ATP 1 ATP 10 ATP

∆Gº’t = -216 kCal/mol

 r=

Glucosa + 6O2  6CO2 + 6H2O Hasta piruvato:

∆Gº’t= -686 kcal/mol

2ATP 1 NADH (x2)  2 x 2,5 = 5ATP

Hasta acetilCoA: 2NADH  2 x 2,5 = 5 ATP 2 vueltas al ciclo:

20ATP 32 ATP (30)

r=

REGULACIÓN DEL CICLO DE LOS TCA Este ciclo, vital para la absoluta totalidad de células aerobias, está controlado por una fuerte regulación. - La Regulación General afecta a la totalidad del ciclo, y se relaciona con su alta sensibilidad a la proporción NADH/NAD+: Cuando la concentración de NADH es alta, la célula dispone de energía suficiente y el ciclo se ralentiza. También se ralentiza el ciclo cuando la concentración de ATP es elevada. - La Regulación Particular se limita a tres pasos concretos, catalizados de hecho por las enzimas Citrato Sintasa, Isocitrato dh, y α-Cetoglutarato dh. Estas enzimas están sometidas a regulación independiente. - La Citrato Sintasa es inhibida por NADH, citrato, acilCoA y Succinil-CoA. El ATP hace que la KM de la enzima aumente, disminuyendo la afinidad por la acetilCoA. El ATP impide la regeneración de GDP.

- Isocitrato dh es una enzima alostérica, inhibida por NADH y AT; y excitada por el ADP. - La α-Cetoglutarato dh es inhibida por NADH y por Succinil-CoA en alta concentración.

El ciclo de Krebs y la glucólisis son dos procesos acoplados, por lo que las velocidades dependientes entre sí. El citrato, por ejemplo, inhibe la fosfofructoquinasa I.

SÍNTESIS DE OTRAS MOLÉCULAS (carácter anfibólico) El ciclo de Krebs es precursor de otras moléculas. 

El citrato es precursor de ácidos grasos y esteroles.



El α-cetoglutarato es precursor de glutamato, precursor de purinas y glutamina. También en menor medida de prolina y arginina.



El succinilCoA es precursor de porfirinas (grupo Hemo).



El oxalacetato es precursor de ácido aspártico, que es precursor de asparagina y aa. La asparagina a su vez es precursora de pirimidinas. El oxalacetatos es precursor de PEP, que por gluconeogénesis produce glucosa.

CICLOS ANAPLERÓTICOS Se trata de todo el conjunto de reacciones previstas para reponer intermediarios en el ciclo TCA, en caso de carencia.

1)La Carboxilación del Piruvato está catalizada por la enzima Piruvato Carboxilasa + coenzima Biotina. Sus niveles aumentan en situaciones de ayuno, ejercicio y diabetes. Necesita hidrolizar un ATP. Tiene lugar en el interior mitocondrial. CH3-CO-COO- + CO2  -OOC-CH2-CO-COO-

La carboxilación en el seno de la enzima es mediada por la Biotina: coenzima capaz de transportar el CO2 hasta el Piruvato, y la energía necesaria para el nuevo enlace, que proviene de la propia unión Botina-CO2.

2) El PEP reacciona con CO2 y GDP para formar oxalacetato y GTP. Esta reacción es llevada a cabo por la PEP carboxiquinasa. 3) esta reacción es igual que la anterior, pero no se aprovecha para formar GTP. Se produce en plantas y levaduras y es llevaba a cabo por la enzima PEP carboxidasa. 4) el piruvato se transforma junto con HCO3 y NAD(P)H en malato y NAD(P)+ por medio de la enzima málica. Esta encima está en bajos niveles en los diabéticos (hipoglucemia). Se puede generar el NADPH que se puede utilizar para transformarlo en NADH por medio de una transhidrogenación....