Reacciones anapleróticas del ciclo de Krebs PDF

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Rutas anapleróticas del ciclo de Krebs: reposición de los intermediarios oxalacetato, malato y alfa-cetoglutarato....

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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS ÁREA DE PROCESOS CELULARES BIOQUÍMICA

REACCIONES ANAPLERÓTICAS DEL CLICO DE KREBS

Carlos Antonio Rivera Fernández 201955882 SECCIÓN 001

1 de mayo de 2020

INTRODUCCIÓN

El ciclo de Krebs es una fuente importan de intermediarios biosintéticos para rutas anabólicas que extraen carbono y lo utilizan para la síntesis de biomoléculas, estas rutas reciben el nombre de reacciones catapleróticas: la succinil-CoA se utiliza en la síntesis del hemo y otras porfirinas. El oxalacetato y el α-cetoglutarato son los análogos de α-cetoácidos de los aminoácidos aspartato y glutamato, respectivamente. Debido a que estos intermediarios son utilizados, se necesitan enzimas catalíticas que generen nuevamente los mismos, de lo contrario el funcionamiento del ciclo se iría deteriorando y la célula moriría. Los procesos por los cuales se regeneran estos intermediarios se denominan rutas anapleróticas.

Ilustración 1 Principales funciones biosintéticas de algunos de los intermediarios del ciclo de Krebs. Las rutas anapleróticas se indican con flechas rojas. (Mathews, 2013)

Las reacciones anapleróticas y catapleróticas no son aisladas una de la otra, sino al contrato son intrínsecamente relacionadas y reciprocas, pues entre ambos procesos se coordina y mantiene la entrada y salida de los intermediarios del ciclo de Krebs. Un aspecto importante es que la dinámica de estos procesos lo dicta en gran medida la alimentación, el órgano (hígado, riñones, músculo) y el estado nutricional y fisiológico del ser vivo. Por ejemplo, durante rutas metabólicas como gluconeogénesis y lipogénesis es indispensable que al mismo tiempo se lleve a cabo reacciones anapleróticas, pues en el caso de gluconeogénesis, que es la síntesis de nueva glucosa se está tomando malato y durante lipogénesis, para formar ácidos grasos se puede tomar citrato.

REPOSICIÓN DEL OXALACETATO Las reacciones anapleróticas más importantes son aquellas que reponen a uno de los intermediarios que inician todo el ciclo de Krebs: el oxalacetato. Esta molécula de cuatro carbonos, puede ser sintetizada por dos rutas diferentes.

1. RUTA PIRUVATO → OXALACETATO Esta reacción la cataliza la piruvato carboxilasa (PC), la cual toma como sustrato piruvato, HCO3- (bicarbonato) y ATP. Dicha enzima es alostérica, y tiene como regulador positivo el acetil-CoA y como cofactor requiere biotina.

La reacción tiene lugar en dos pasos: 1) El CO2, en forma de bicarbonato, se incorpora a la biotina, y 2) Desde ahí se cede el grupo carbonilo desde la biotina al piruvato dando lugar al oxalacetato. La reacción es irreversible y es activada solo cuando hay una acumulación de AcetilCoA. Una vez producido el oxalacetato, reacciona con la Acetil-CoA, a través de la

reacción de la citrato sintasa. Por otro lado, el oxalacetato puede utilizarse en la gluconeogénesis para la síntesis de carbohidratos. La piruvato carboxilasa es una proteína tetramérica con cada una de las subunidades formada por cuatro dominios con funciones diferentes (Ilustración 2). Un dominio transportador de biotina (BCCP) contiene el cofactor biotina unido covalentemente a través de un enlace amida en el que participa un grupo ε-amino de un residuo de lisina. El dominio de carboxilación de la biotina Ilustración 2 Modelo de la piruvato (BC) cataliza una carboxilación carboxilasa. (Mathews, 2013) dependiente de ATP del cofactor, para dar N-carboxibiotina. El dominio carboxil transferasa (CT) cataliza la transferencia del grupo carboxilo desde la N-carboxibiotina al piruvato para formar el producto oxalacetato. Durante el ciclo de reacción, el dominio BCCP actúa como un brazo oscilante y transfiere el grupo carboxilo unido a la biotina entre los dos dominios catalíticos. El cuarto dominio es el dominio regulador, donde se une el activador alostérico acetil-CoA. Mecanismo de la reacción de la PC dependiente de biotina. La reacción tiene lugar en dos fases, la primera catalizada por el dominio de carboxilación de biotina (BC) y la segunda, por el dominio carboxiltransferasa (CT).

En la fase I se deshidrata el bicarbonato a través de la formación de carboxifosfato dependiente de ATP. Este intermedio se descompone para dar CO2 libre que contiene suficiente energía libre para carboxilar la biotina, formando Ncarboxibiotina.

En la fase II, el dominio BCCP balancea la N-carboxibiotina al dominio CT, donde se une el piruvato. Una base (B:) del lugar activo de CT genera el enolato piruvato, que ataca al CO2 libre producido por la eliminación de la biotina, para dar el producto final oxalacetato. Si bien no es la única reacción anaplerótica que produce oxalacetato, es considerada como la más importante en animales, pues se ha demostrado que la deficiencia de la piruvato carboxilasa puede conducir a alteraciones como síndrome de Leigh (enfermedad neurológica progresiva caracterizada por deficiencia psicomotriz) o acidosis láctica con ataxia (dificultad en la coordinación de los movimientos).

2. RUTA FOSFOENOLPIRUVATO → OXALACETATO

La enzima fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEPC) está ampliamente distribuida en células vegetales, bacterias fotosintéticas y no fotosintéticas, cianobacterias y en algas verdes. Participa en procesos de la ruta fotosintética en la fijación del CO 2 atmosférico en plantas C4 y en las plantas con metabolismo ácido crasuláceo. También es la enzima anaplerótica más importante de todos los tejidos vegetales;

conduce directamente desde el fosfoenolpiruvato al oxalacetato. Dado que el fosfoenolpiruvato es un compuesto de energía muy elevada, esta reacción, no requiere ni un cofactor energético ni biotina. (Pozos, García, & Hernández, 2007)

3. RUTA PIRUVATO → MALATO

La enzima malato deshidorgenasa cataliza la incorporación del CO2 al piruvato; se produce una reacción que necesita que una molécula de NADPH se oxide para poder llevarse a cabo. Lo que se consigue es malato, que entra en el ciclo de Krebs para transformarse en oxalacetato. Es una reacción reversible que en dirección opuesta es una fuente importante de NADPH para la síntesis de ácidos grasos.

REACCIONES DE TRANSAMINACIÓN Las reacciones de transaminación son reacciones reversibles que pueden producir intermediarios del ciclo de Krebs. En estas reacciones un aminoácido transfiere su grupo α-amino a un cetoácido y se convierte, a su vez, en otro cetoácido. Así pues, las células que contienen aminoácidos en abundancia pueden convertirlos en intermediarios del ciclo.

4. RUTA GLUTAMATO → α-CETOGLUTARATO La glutamato deshidrogenasa proporciona una ruta para la síntesis de αcetoglutarato a partir del glutamato. Esta enzima utiliza NAD+ o NADP+ y, al ser una reacción reversible, puede utilizarse tanto para la reposición de intermediarios del ciclo de Krebs como para la síntesis de aminoácidos, según lo requiera la célula.

Bibliografía Mathews, C. K., Holde, K. E., Appling, D. R., & Anthony-Cahill, S. J. (2013). Bioquímica (Cuarta ed.). Madrid: PEARSON EDUCATION. Retrieved abril 28, 2020 Pozos, R. L., García, J. L., & Hernández, A. B. (2007). La enzima fosfoenolpiruvato carboxilasa en el metabolismo central de los vegetales. Universidad del mar, 23-31. Recuperado el 30 de abril de 2020, de http://www.utm.mx/temas/temas-docs/ensayo3t32.pdf WordPresss. (2015). Ciencias Básicas en Odontología y Biología Craneofacial. Retrieved mayo 2, 2020, from Reacciones anapleróticas: https://bioquimicadental.wordpress.com/2015/12/25/reacciones-anapleroticas/...