Ciclo de Krebs, área central metabólica.

Mediante las reacciones del ciclo de Krebs termina la degradación del esqueleto carbonado de cualquier metabolito que genere acetil-CoA (hidratos de carbono, proteínas, lípidos, etc.). Además el ciclo participa en la degradación de los intermediarios del ciclo, como también de compuestos que a su vez generen estos intermediarios.

Hidratos de carbono:

1.
glucosa
Þ
piruvato
glicólisis
piruvato
Þ
CH3CO-CoA + CO2
descarboxilación ox.
CH3CO-CoA
Þ
CO2 + eq. rdn.
Ciclo de Krebs

2.
intermediarios glicólisis
Þ
piruvato
glicólisis
piruvato
Þ
CH3CO-CoA + CO2
descarboxilación ox.
CH3CO-CoA
Þ
CO2 + eq. rdn.
Ciclo de Krebs

3.
otros carbohidratos
Þ
intermediarios glicólisis
intermediarios glicólisis
intermediarios glicólisis
Þ
piruvato
glicólisis
piruvato
Þ
CH3CO-CoA + CO2
descarboxilación ox.
CH3CO-CoA
Þ
CO2 + eq. rdn.
Ciclo de Krebs

Intermediarios del ciclo de Krebs.

Intermediario
Þ
L-malato
ciclo de Krebs
 
L-malato
Þ
piruvato+ CO2
enzima málica
piruvato
Þ
CH3CO-CoA + CO2
descarboxilación ox.
CH3CO-CoA
Þ
CO2 + eq. rdn.
Ciclo de Krebs

 

Lípidos:

1.
Ácidos grasos (par)
Þ
CH3CO-CoA
b -oxidación
CH3CO-CoA
Þ
CO2 + eq. rdn.
Ciclo de Krebs

2.
Ácidos grasos (impar)
Þ
CH3CO-CoA+
CH3CH2CO-CoA
b -oxidación
CH3CH2CO-CoA
Þ
-OOC-CH2CH2 CO-CoA
 
-OOC-CH2CH2 CO-CoA
Þ
L-malato
 
L-malato
Þ
piruvato + CO2
enzima málica
 
piruvato
Þ
CH3CO-CoA + CO2
descarboxilación ox.
CH3CO-CoA
Þ
CO2 + eq. rdn.
Ciclo de Krebs

Aminoácidos:

Aminoácidos
Þ
a -ceto-aminoácido + NH4+
a -ceto-aminoácido
Þ
CH3CO-CoA + intermediarios ciclo de Krebs
  Intermediario Þ  L-malato ciclo de Krebs
  L-malato Þ piruvato + CO2 enzima málica
  piruvato Þ  CH3CO-CoA + CO2 descarboxilación ox.
CH3CO-CoA
Þ
CO2 + eq. rdn.
Ciclo de Krebs

Degradación intermediarios ciclo de Krebs.

Para la degradación total de los intermediarios del ciclo de Krebs se requiere de una enzima que no participa en el ciclo, la enzima málica.

Enzima Málica:


La enzima málica cataliza la descarboxilación oxidativa del L-malato a piruvato en una reacción donde se pueden distinguir dos pasos. En el primer paso el L-malato se oxida a oxalacetato, compuesto que permanece unido a la enzima, y que en el segundo paso se descarboxila (carboxilato unido al grupo metileno) a piruvato.

La enzima requiere de Mn2+ y presenta una amplia distribución. Permite la degradación neta de cualquier intermediario del ciclo de Krebs, para ello debe convertirse el intermediario, a través del piruvato, a acetil-CoA.

En animales se encuentra en el citoplasma y está asociada al NADP+. Si la concentración del malato es elevada éste es transportado por medio de una proteína transportadora específica al citosol donde sufre la descarboxilación oxidativa a piruvato.

También es importante en el metabolismo de lípidos, específicamente en el transporte poder reductor del mitocondria al citoplasma, sitio de síntesis de novo de los ácidos grasos. Proceso que está además asociado al transporte de CH3CO-CoA como citrato al citoplasma. Ésta es la fuente de NADPH en adipositos; en hepatocitos y en glándulas mamarias, el NADPH tiene su origen en la vía de las pentosas.


Una característica especial del mitocondria de vegetales es la oxidación del malato vía enzima málica en la matriz mitocondrial con reducción del NAD+. El malato es almacenado en vacuolas y es un importante sustrato de la respiración mitocondrial.

Otro sustrato importante para la oxidación mitocondrial es el aminoácido glutamato, uno de los productos más importante de la asimilación de nitrato que, a excepción de la sacarosa, es el compuesto orgánico más concentrado en el citosol de muchas plantas.

Enzima málica asociada al NADP+ se encuentra en cloroplastos especialmente en plantas tipo C4.

Esquema:

Degradación intermediario ciclo de Krebs

   

reacciones parciales del ciclo de Krebs

intermediario ciclo de Krebs

Þ

L-malato 2-

   
descarboxilación oxidativa del L-malato

L-malato 2- + NAD+ + H+

Þ

piruvato - + CO2 + NADH + H+

   
descarboxilación oxidativa del piruvato

pir - + H+ + NAD+ + HSCoA

Þ

CH3CO ~ ScoA + CO2 + NADH + H+

   
reacciones del ciclo de Krebs

CH3CO~ SCoA + 3 NAD+ + 2 H2O + FAD + ADP3- + Pi 2- + H+

Þ

2 CO2 + HSCoA + 3 NADH + 3 H+ + FADH2 + ATP 4-

   
reacción global (no estequeométrica)

Intermediario + NAD+ + FAD
ADP3- + Pi2- +H+ + H2O

Þ

CO2 + NADH + H+ + FADH2
+ ATP 4-


Degradación a -CETOGLUTARATO

a KG 2- + NAD+ + HSCoA + H+

Þ

succinil ~ SCoA- + CO2 + NADH + H+
succinil ~ SCoA - + ADP3- + Pi2-

Û

succinato2- + ATP4- + HSCoA
succinato2- + FAD

Û

fumarato 2- + FADH2
fumarato 2- + H2O
Û
L-malato 2-
a KG 2- + NAD+ +
Þ
L-malato 2- + CO2 + NADH + H+
ADP3- + Pi2- + H+ + FAD + H2O
+ ATP4- + FADH2
L-malato 2- + NAD+ + H+
Þ
piruvato - + CO2 + NADH + H+
pir - + H+ + NAD+ + HSCoA

Þ

CH3CO ~ SCoA + CO2 + NADH + H+
CH3CO~ SCoA + 3 NAD+ + 2 H2O + FAD + ADP3- + Pi 2- + H+
Þ
2 CO2 + HSCoA + 3 NADH + 3 H+ + FADH2 + ATP 4-
a KG 2- + 6 NAD+ + 4 H+ +
Þ
5 CO2 + 6 NADH + 6 H+ + 2 FADH2 + 2 ATP 4-
2 ADP3- + 2 Pi2- + 2 FAD + 3 H2O

Naturaleza anfibólica, el ciclo de Krebs provee de mecanismos que permiten la síntesis neta de:

1. Intermediarios del ciclo de Krebs.

glucosa è piruvato

piruvato è CH3CO-CoA

CH3CO-CoA + OA è intermediarios ciclo de Krebs.

2. Compuestos cuyos precursores son intermediarios del ciclo de Krebs.

Vías que utilizan intermediarios del ciclo de Krebs.

1. Gluconeogénesis.

malato (mit) è malato (cit) è è è glucosa

2. Biosíntesis de lípidos: ácidos grasos, colesterol.

ATP-citratoliasa (enzima citoplasmática):

citrato + ATP + HCoA è oxalacetato + CH3CO-CoA + ADP + Pi

CH3CO-CoA è è è lípidos.

3. Biosíntesis de aminoácidos.

glutamato deshidrogenasa:

a -cetoglutarato + NAD(P)H + NH4+ Û L-glutamato + NAD(P)+ + H2O

transaminasas:

a -cetoglutarato + alanina Û L-glutamato + piruvato

oxalacetato + alanina Û L-aspartato + piruvato

4. Biosíntesis de porfirinas.

Succinil-SCoA è è è hemo

Reacciones anapleróticas.

Son reacciones que regeneran intermediarios del ciclo de Krebs cuando éstos han sido utilizados en reacciones biosintéticas, situación en la cual no hay disponible oxalacetato (sustrato regenerador) indispensable para el inicio del ciclo.

1. piruvato carboxilasa.

Enzima mitocondrial presente en animales.


CH3-CO-COO- + MgATP 2- + HCO3- Û -O2C-CH2-CO-COO- + MgADP 1- + Pi 2- + H+
D Go = - 0,5 Kcal mol-1

Esta enzima es activada por acetil-CoA. La disminución de la velocidad del ciclo por insuficiente oxalacetato o de otro intermediario del ciclo resulta en un aumento de acetil-CoA. Ello activa a la piruvato carboxilasa , que regenera oxalacetato, con lo que la velocidad del ciclo aumenta.

2. PEP carboxilasa.

Enzima citoplasmática presente en vegetales.

El mitocondria vegetal, a diferencia del animal, transporta oxalacetato a través de la membrana interna mediante una proteína transportadora específica.

Vías degradativas que regeneran intermediarios del ciclo de Krebs.

3. malato deshidrogenasa.

Enzima citoplasmática y mitocondrial, en vegetales es además importante porque en conjunto con la enzima málica permite la degradación de malato, importante molécula combustible almacenada en vacuolas en ausencia de oxalacetato.

La enzima málica en vegetales es mitocondrial y está asociada al NAD+. Esta enzima es importante no sólo porque permite la degradación de los intermediarios del ciclo, sino porque además, en los haces vasculares en plantas tipo C4 concentra CO2.

malato + NAD+ è piruvato + CO2 + NADH + H+

4. glutamato deshidrogenasa.

 

El glutamato es otro importante sustrato de respiración mitocondrial en plantas, es uno de los principales productos de la asimilación de nitrato, y después de la sacarosa, es el compuesto orgánico más concentrado en el citoplasma de muchas células de plantas.

La glutamato deshidrogenasa y las transaminasas catalizan reacciones que son reversibles, por lo tanto remueven y regeneran intermediarios.

5. Oxidación de ácidos grasos con un número impar de átomos de carbono producen succinil-CoA.

6. Ciclo del ácido glioxílico.