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Ciclo de Krebs

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Ciclo de Krebs
  1. ciclo metabólico de importancia fundamental en todas las células que utilizan oxígeno durante el proceso de respiración celular
    1. En estos organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es el anillo de conjunción de las rutas metabólicas responsables de la degradación y desasimilación de los carbohidratos, las grasas y las proteínas en anhídrido carbónico y agua, con la formación de energía química.
    2. Etapas
      1. Reacción 1: Citrato sintasa (De oxalacetato a citrato
        1. El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para hacerlo afín a un centro carbonoso del oxalacetato.
          1. el grupo tioéster (CoA) se hidroliza, formando así la molécula de citrato.
            1. La reacción es sumamente exoergónica (ΔG'°=-31.4 kJ/mol), motivo por el cual este paso es irreversible.
              1. El citrato producido por la enzima, además, es capaz de inhibir competitivamente la actividad de la enzima.
                1. permite una completa regulación del ciclo de Krebs completo, convirtiendo a la enzima en una especie de marcapasos del ciclo
        2. Reacción 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato)
          1. La aconitasa cataliza la isomerización del citrato a isocitrato, por la formación de cis-aconitato
            1. La enzima cataliza también la reacción inversa, pero en el ciclo de Krebs tal reacción es unidireccional a causa de la ley de acción de masa
              1. las concentraciones (en condiciones estándar) de citrato (91%), del intermediario cis-aconitato (3%) y de isocitrato (6%), empujan decididamente la reacción hacia la producción de isocitrato
                1. En el sitio activo de la enzima está presente un clúster hierro-azufre que, junto a algunos residuos de aminoácidos polares, liga el sustrato
                  1. la unión al sustrato se asegura por la presencia de un resto de serina, de arginina, de histidina y de aspartato, que permiten sólo la unión estereospecifica del citrato 1R,2S, rechazando la forma opuesta.
            2. Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a oxoglutarato)
              1. La isocitrato deshidrogenasa mitocondrial es una enzima dependiente de la presencia de NAD+ y de Mn2+ o Mg2+
                1. la presencia de un ión bivalente, que forma un complejo con los oxígenos del grupo carboxilo en posición alfa, aumenta la electronegatividad de esa región molecular
                  1. salida de una molécula de CO2, que conduce a la formación de α-cetoglutarato, caracterizado por dos carboxilos en las extremidades y una cetona en posición alfa con respecto de uno de los dos grupos carboxilo.
              2. Reacción 4: α-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA)
                1. Después de la conversión del isocitrato en α-cetoglutarato se produce una segunda reacción de descarboxilación oxidativa, que lleva a la formación de succinil CoA
                  1. alfa-cetoglutarato deshidrogenasa está compuesta de tres enzimas diferentes:
                    1. Subunidad E1: las dos cetoglutarato deshidrogenasas. Subunidad E2: la transuccinilasa. (La subunidad E1 y E2 presentan una gran homología con las de la piruvato deshidrogenasa.) * Subunidad E3: la dihidrolipoamida deshidrogenasa, que es el mismo polipéptido presente en el otro complejo enzimático.
                2. Reacción 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato)
                  1. La citrato sintasa se sirve de un intermediario con tal unión a alta energía para llevar a cabo la fusión entre una molécula con dos átomos de carbono (acetil-CoA
                    1. La enzima succinil-CoA sintetasa se sirve de tal energía para fosforilar un nucleósido difosfato purinico como el GDP.
                      1. El primer paso de la reacción genera un nuevo intermediario a alta energía, conocido como succinil fosfato.
                    2. Una histidina presente en el sitio catalítico remueve el fosfato de la molécula glucídica, generando el producto succinato y una molécula de fosfohistidina, que dona velozmente el fosfato a un nucleósido difosfato, recargándolo a trifosfato
                      1. sencialmente trasladar grupos fosfato hacia el ATP, en una reacción catalizada por la enzima nucleósido difosfoquinasa.
                    3. Reacción 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a fumarato
                      1. La parte final del ciclo consiste en la reorganización de moléculas a cuatro átomos de carbono hasta la regeneración del oxalacetato
                        1. Para que eso sea posible, el grupo metilo presente en el succinato tiene que convertirse en un carbonilo
                          1. extracción ulterior de energía mediante la formación de FADH2 y NADH.
                            1. La primera reacción de oxidación es catalizada por el complejo enzimático de la succinato deshidrogenasa
                              1. única enzima del ciclo que tiene como aceptor de hidrógeno al FAD en vez de al NAD+. El FAD es enlazado de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina
                                1. única enzima del ciclo que tiene como aceptor de hidrógeno al FAD en vez de al NAD+. El FAD es enlazado de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina
                                  1. Tal posición se debe a la implicación de la enzima en la cadena de transporte de los electrones.
                                    1. Los electrones pasados sobre el FAD se introducen directamente en la cadena gracias a la unión estable entre la enzima y el cofactor mismo
                      2. Reacción 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato)
                        1. La fumarasa cataliza la adición en trans de un protón y un grupo OH- procedentes de una molécula de agua
                          1. La hidratación del fumarato produce L-malato.
                        2. Reacción 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato)
                          1. La última reacción del ciclo de Krebs consiste en la oxidación del malato a oxalacetat
                            1. La reacción, catalizada por la malato deshidrogenasa, utiliza otra molécula de NAD+ como aceptor de hidrógeno, produciendo NADH.
                              1. La energía libre de Gibbs asociada con esta última reacción es decididamente positiva, a diferencia de las otras del ciclo
                                1. La actividad de la enzima es remolcada por el consumo de oxalacetato por parte de la citrato sintasa, y de NADH por parte de la cadena de transporte de electrones.
                        3. otras rutas metabólicas
                          1. Catabolismo de los carbohidratos
                            1. La glucolisis degrada la glucosa ) en piruvato y un α-cetoácido que contiene tres átomos de carbono
                              1. La glucolisis degrada la glucosa (y otras moléculas de seis átomos de carbono) en piruvato y un α-cetoácido que contiene tres átomos de carbono
                                1. pierde un átomo de carbono y se convierte en acetil-CoA mediante la piruvato desihdrogenasa
                                  1. En el interior de la mitocondria, el acetil-CoA puede entrar en el ciclo de Krebs, como se describió anteriormente
                            2. Catabolismo de las proteínas
                              1. En lo que concierne a las proteínas, son degradadas mediante mecanismos de proteolisis por enzimas proteasas, que las trocean en sus constituyentes fundamentales: los aminoácidos
                                1. Algunos aminoácidos pueden constituir una fuente de energía, ya que son convertibles en intermediarios del ciclo mismo, por ejemplo el aspartato, la valina y la isoleucina
                                  1. Otros, convertibles en moléculas glucídicas, pueden entrar en el ciclo pasando por las rutas catabólicas típicas de los glúcidos, por ejemplo la alanina, convertible en piruvato.
                              2. Catabolismo de los lípidos
                                1. En el catabolismo de los lípidos, los triglicéridos son hidrolizados por enzimas lipasas para formar ácidos grasos y glicero
                                  1. En los organismos superiores, el glicerol puede entrar en la glucolisis a nivel hepático o ser transformado en glucosa a través de la hidroxiacetona fosfato y el gliceraldehído-3-fosfato, siguiendo la ruta metabólica de la gluconeogénesis
                                    1. En muchos tejidos, especialmente en el corazón, los ácidos grasos son degradados mediante un proceso conocido como beta-oxidación, que produce acetil-CoA, reingresado a su vuelta en el ciclo de Krebs
                                      1. La beta-oxidación también puede generar propionil-CoA, que puede ser reingresado en la vía gluconeogénica hepática al generar glucosa.
                                2. Cadena de transporte de electrones
                                  1. Una no tendría sentido sin la otra en cuanto que el ATP y el GTP producidos por el ciclo es escaso y la producción de NADH y FADH2 llevaría a un entorno mitocondrial excesivamente reducido
                                    1. mientras que la cadena respiratoria por sí sola necesitaría una fuente de cofactores reducida para la oxidación del entorno.
                                      1. Esta respiración celular extrae energía del NADH y FADH2, recreando NAD+ y FAD y permitiendo de tal modo que el ciclo continue
                                        1. El ciclo de Krebs no usa oxígeno, que es utilizado en cambio en la fosforilación oxidativa
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