Reacciones y enzimas del ciclo de Krebs
Degradación CH3CO-CoA.
El ciclo es una serie de ocho reacciones enzimáticas que degradan al grupo acetilo de la acetil-CoA a dos moléculas de CO2, con la formación de equivalentes de reducción (3 NADH, 1 FADH2) y un ATP. Todas las enzimas se encuentran en la matriz, a excepción de la succinato deshidrogenasa que está asociada a la membrana mitocondrial interna.
1. Citrato sintasa
La reacción de adición del grupo metilo (acetil-CoA) sobre el carbonilo del oxalacetato origina citril-S-CoA, que posteriormente asociado a la misma enzima es hidrolizado a citrato.
La Keq igual a 5x105 y el D Go΄ igual a - 7,7 Kcal mol-1, indican la irreversibilidad de la reacción, determinada por la hidrólisis de citril - CoA.
La enzima cataliza también la reacción del fluoroacetil-CoA y el oxalacetato formándose fluorocitrato, que inhibe la segunda reacción del ciclo de Krebs.
El fluorocitrato es una de las moléculas más tóxicas conocidas (LD50 = 0,2 mg k-1 de peso corporal en ratas). Se encuentra en hojas de algunas plantas venenosas de África, Australia y Sudamérica.
 |
|
Fig.4 Modelo de la enzima citrato sintasa unida al sustrato oxalacetato (modelo esferas llenas) de corazón de cerdo. La enzima es un dímero, se muestra los monómeros en color azul y amarillo, y el oxalacetato en celeste y rojo. |
2. Aconitasa.
Cataliza la interconversión ente los ácidos tricarboxílicos: citrato, cis-aconitato e isocitrato. En un primer paso hay una eliminación de una molécula de agua, sale el grupo hidroxilo del C-3 y un H+ del C-4 formándose el cis-aconitato, en un segundo paso de adición de agua al doble enlace, queda el grupo hidroxilo en el C-4 del ácido formado. De los dos estereoisómeros posibles del isocitrato sólo se forma uno. La enzima transfiere el grupo hidroxilo del citrato a un carbono adyacente, y convierte al citrato, alcohol terciario de difícil oxidación, a isocitrato, alcohol secundario fácilmente oxidable.
 |
| El D Go΄ igual a + 2,04 Kcal mol-1, es por lo tanto una reacción reversible en la que el equilibrio favorece la formación del citrato. |
 |
|
Fig.5 Complejo
aconitasa de bovino y a -metilisocitrato. |
3. Isocitrato deshidrogenasa, NAD+ dependiente.
Enzima alostérica, de PM 380 kD, formada 8 subunidades. Requiere de Mn2+ y Mg2+.
La enzima cataliza la descarboxilación oxidativa del isocitrato a a -cetoglutarato. En un primer paso cataliza la oxidación del isocitrato a una cetona (oxalsuccinato), y posteriormente, la descarboxilación del carboxilato en posición b con respecto a la cetona. En esta reacción sale el primer CO2 del ciclo.
 |
 |
El D
Go΄ igual a - 5,0 Kcal mol-1 favorece la descarboxilación
sobre la carboxilación reductora, se trata sin embargo, de una
reacción reversible. |
 |
Fig.6 Complejo de
la isocitrato deshidrogenasa de E.coli con NAD+ y Ca2+. http://falcon.sbuniv.edu/~ggray.wh.bol/tutorial/citric/step4.htm |
4. Complejo a -cetoglutarato deshidrogenasa.
Este complejo cataliza la descarboxilación oxidativa del a -cetoglutarato liberando los segundos CO2 y NADH del ciclo. La reacción global es semejante a la catalizada por el complejo multienzimático piruvato deshidrogenasa.
 |
| El producto de la reacción es succinil-CoA, un tioéster de "alta energía". El D Go΄ es igual a 8,0 kcal mol- 1, la reacción es irreversible. |
5. Succinil-CoA sintetasa.
Enzima conocida también como succinato tioquinasa, que cataliza la hidrólisis del compuesto succinil-CoA y la síntesis acoplada del un nucleósido trifosfato de alta energía (fosforilación a nivel de sustrato).
 |
| Es una reacción reversible, con una Keq igual a 3,7 y D Go΄ igual a 0,7 kcal mol-1. |
En mamíferos la enzima utiliza el GDP, se sintetiza entonces
GTP. En cambio plantas y bacterias, sintetizan directamente ATP. Ambas reacciones
son equivalentes, ya que ATP y GTP se interconvierten mediante la acción
de la enzima nucleósido difosfato quinasa, reacción que posee
un D Go΄ igual a 0.
 |
|
Fig.7 Succinil-CoA sintetasa unida al
sustrato |
6. Succinato deshidrogenasa.
Las reacciones restantes del ciclo oxidan al sucinato a oxalacetato, éste al regenerarse, permite otra vuelta del ciclo. La succinato deshidrogenasa cataliza la oxidación estereoespecífica del enlace - CH2 CH2 del succinato a doble enlace trans, dando el fumarato.
7. Fumarasa o fumarato hidratasa.
La fumarasa (fumarato hidratasa) cataliza la adición estereoespecífica de agua al doble enlace del fumarato, formando L-malato.
La enzima está formada por 4 cadenas polipeptídicas, tiene un PM = 400 kD. La reacción es reversible cuya Keq es igual a 4,5. En la dirección inversa la enzima participa en la eliminación de agua del L-malato (no del D-malato) formándose el isómero geométrico trans, el fumarato (no el isómero cis).
 |
| Fig.8 Fumarasa (cadenas A y B) de E.coli
asociada a citrato. http://falcon.sbuniv.edu/~ggray.wh.bol/tutorial/citric/step8.htm |
8. L-malato deshidrogenasa.
La constante de equilibrio de la reacción a pH 7,0 (D Go΄ = + 7,1 kcal mol-1) está desplazada hacia los reactantes.
Dada esta constante de equilibrio es esencial para la operación del ciclo que la reacción catalizada por la citrato sintasa sea irreversible. Hay isoenzimas de la malato deshidrogenasa fuera de la mitocondria. En el citosol y en la matriz del peroxisoma está asociada al NAD+, en el estroma de cloroplastos la enzima es dependiente del NADP+.
 |
|
Fig.9 Complejo malato deshidrogenasa
de E.coli con NAD+ y L-malato. |
Ecuaciones del ciclo de Krebs.
|
CH3CO~ SCoA + oxalacetato 2- + H2O citrato 3- isocitrato 3- + NAD+ + H+ a KG 2- + NAD+ + HSCoA + H+ succinil ~ SCoA 1- + ADP3- + Pi2- succinato2- + FAD fumarato 2- + H2O L-malato 2- + NAD+
|
Þ Û Û Þ Û Û Û Û |
citrato 3- + HS-CoA + H+ isocitrato 3- a KG 2- + CO2 + NADH + H+ succinil ~ S-CoA 1- + CO2 + NADH + H+ succinato2- + ATP4- + HS - CoA fumarato 2- + FADH2 L-malato 2- oxalacetato 2- + NADH + H+
|
Ecuación global del ciclo de Krebs.
|
CH3CO~
SCoA + 3 NAD+ + 2 H2O
+ FAD + |
Þ |
2 CO2 + HS - CoA + 3 NADH
+ 3 H+ +
|