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 sintasaLa 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.
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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.
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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.
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Fig.6 Complejo de la isocitrato deshidrogenasa de E.coli con NAD+ y Ca2+. |
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.
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).
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.
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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.
La enzima succinato deshidrogenasa es la única enzima del ciclo de Krebs que no se encuentra en la matriz mitocondrial, sino que en la membrana mitocondrial interna, con el sitio de unión del sustrato accesible desde la matriz. Es además la única en el ciclo asociada a un grupo prostético flavínico (FAD) mediante el cual los equivalentes de reducción del succinato son transferidos a la ubiquinona, componente de la cadena de transporte de electrones. En general la función bioquímica del FAD es oxidar alcanos a alquenos, mientras que el NAD+ oxida alcoholes a aldehídos o cetonas. El malonato es un fuerte inhibidor competitivo de la enzima.
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Fig.8 Fumarasa (cadenas A y B) de E.coli asociada a citrato. |
8. L-malato deshidrogenasa.
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+.
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Fig.9 Complejo malato deshidrogenasa de E.coli con NAD+ y L-malato. |
Rendimiento energético global
13. A partir de la oxidación de una molécula de glucosa se producen a lo sumo 38 de ATP, repartidas de la siguiente manera: la glucólisis produce ocho ATP (seis provienen de la oxidación de los dos NADH, los otros dos se forman directamente); la conversión del ácido pirúvico en acetil-CoA produce seis ATP (provenientes de dos NADH); el ciclo de Krebs produce 24 ATP (18 provienen de seis NADH; cuatro, de dos FADH2; los dos restantes se forman directamente).
14. El 40% de la energía libre producida en la oxidación de la glucosa se retiene en forma de moléculas de ATP. En otras palabras, el proceso tiene una eficiencia del 40%.
Otras vías catabólicas
16. Las grasas, las proteínas y los hidratos de carbono diferentes de la glucosa son transformados por distintas vías que están conectadas con el ciclo de Krebs.
Vías de síntesis
17. Los distintos intermediarios de la glucólisis y el ciclo de Krebs pueden ser precursores para el proceso de biosíntesis. Las vías biosintéticas son diferentes de las catabólicas.
(1) Bioquímica de Harper, Decima edición, Martin Mayes Rodwell Granner
Mundo Biología 10y11 Educación.Biología Celular, 2da Edición Charlotte J. Avers
Publicado por: Roger Salas C.
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