Metabolismo de

carbohidratos 2(PirDH y ciclo de Krebs)

Marijose Artolozaga Sustacha, MSc

Descarboxilación oxidativa

•Descarboxilación oxidativa

• En la matriz mitocondrial

• Irreversible

O2

ATP

Ciclo de KrebsCadena respiratoria

Complejo

Piruvato DH

5 coenzimas

•Descarboxilación oxidativa

Complejo Piruvato DH incluye:

• 5 coenzimas

• 3 enzimas catalíticas

• enzimas reguladoras:

– PirDH Quinasa

– PirDH Fosfatasa

O2

Insulina, Ca++ intracelular

NADH, acetil CoA

Inhiben y activan a las enzimas catalíticas por

fosforilación y defosforilación

Si acetil CoA por degradación de grasas complejo

Deficiencia de piruvato deshidrogenasa:

• Causa más común de acidosis láctica (no fisiológica)

• El encéfalo depende del ciclo de Krebs para obtener energía

• Desde formas graves fulminantes hasta leves como ataxia episódica

• No hay tratamiento pero la dieta cetogénica (baja en carbohidratos) es beneficiosa:

– glicólisis --- Piruvato

– degradación de grasa, ác. grasos --- acetil CoA

sin necesidad de la enzima Pir DH

•Descarboxilación oxidativa

• Si no hay O2, el NADH no se puede volver a oxidar a NAD en la cadena respiratoria y se acumula

• NADH inhibe la PiruvatoDH

PERO ADEMÁS:

• Si no hay O2 no se produce ATP en la cadena respiratoria y se acumulan el ADP o el AMP:

• ADP y AMP activan la glicólisis

• El piruvato producido se desvía a la fermentación

¿Por qué la falta de oxígeno inhibe esta vía y activa la fermentación?

Efecto Pasteur

Pasteur demostró en levaduras:

Que se consume +++ glucosa en condiciones anaeróbicas que en condiciones aeróbicas………….?

• ATP producido / 1 glucosa:

en anaerobiosis << en aerobiosis

• Se consume +++ glucosa para conseguir la misma [ATP] (unas 15-18 veces más!)

También ocurre en músculo

Balance energético de la glicólisis

• 2 ATP

• 2 NADH + H+

– En la cadena respiratoria serían 2x2,5 = 5 ATP más

PERO…

El NADH no tiene transportadores para entrar a la mitocondria debe usar Lanzaderas.

O2

Balance energético de la glicólisis

• Lanzadera Glicerol-3-P

• intercambia NADH por FADH2

2x1,5 = sólo 3 ATP más

• Es la lanzadera principal

en la mayoría de los tejidos

O2

Balance energético de la glicólisis

• Lanzadera Malato-Aspartato

– Queda en forma de NADH 2x2,5 = 5 ATP más

– En muchos tejidos

O2

Hay muchas proteínas transportadoras, pero NO hay de NADH

• 2 ATP

• 2 NADH + H+

– En la cadena respiratoria serán:

• 5 ATP más, si se utiliza la lanzadera malato-aspartato

• 3 ATP más, si se utiliza la lanzadera de glicerol-3-P

TOTAL:

• 2 en condiciones anaeróbias

• 5 - 7 ATP en condiciones aerobias(…más los que se obtengan tras PirDH y ciclo de Krebs)

O2

O2

O2

Balance energético de la glicólisis

Incorporación de otros carbohidratos a la glicólisis

CICLO DE KREBS

Ciclo de Krebs:

• En la mitocondria

• En todas las células…

– Excepto eritrocitos: no tienen mitocondrias

• En condiciones aeróbicas

– Si O2 velocidad

• Ciclo de los ácidos tricarboxílicos

• Ciclo del ácido cítrico (=producto de la 1ª reacción)

Ciclo de Krebs:1 Acetil CoA + 2 H2O

2 CO2

3 NADH+H+

1 FADH2

1 GTP

1 CoA-SH

Ciclo de Krebs:

Ciclo de Krebs:

Vía anfibólica:

• Catabolismo de

– Carbohidratos

– Ácidos grasos

– Proteínas, aminoácidos

• Fuente de sustratos para biosíntesis de

– Aminoácidos Oxalacetato

– Aminoácidos a-ceto-glutarato

– Ácidos grasos Acetil-CoA Citrato

– Grupo Hemo Porfirina Succinil-CoA

Importante vía de

confluencia e integración

de muy diversos

procesos metabólicos

Ciclo de Krebs como vía anfibólica:• Fuentes de Acetil CoA que entra al ciclo

– Glucosa Piruvato (glicólisis aerobia)

– Grasas Ácidos grasos (b-oxidación)

– Degradación de cuerpos cetónicos

– Etanol Piruvato

– Degradación de proteínas

aminoácidos:

• Alanina Piruvato

catabolismo

Ciclo de Krebs como vía anfibólica:

• Fuentes de intermediarios del ciclo

– Degradación de proteínas aminoácidos

catabolismo

Ciclo de Krebs como vía anfibólica:

• Intermediarios del ciclo como precursores de biosíntesis:

anabolismo

En cerebro: Glu GABA

(ácido g-amino-butírico)

Citrato acetil CoA

Ciclo de Krebs como vía anfibólica:

• Intermediarios del ciclo como precursores de biosíntesis:

• Muy importante en hígado, ejemplo:

– Después de comida:

Citrato acetil CoA citosol síntesis de ácidos grasos

oxalacetato

– Ayuno:

Malato citosol gluconeogénesis glucosa

anabolismo

Reacciones anapleróticas:

• Cuando los intermediarios se usan en otras vías

• No se logra cerrar el ciclo

• No se obtiene suficiente oxalacetato para recibir el acetil CoA y empezar un nuevo ciclo

• Reacciones anapleróticas proveen oxalacetato u otros intermediarios:

– Piruvato Carboxilasa

– Enzima Málica

– Degradación de aminoácidos y ácidos grasos anormales

• Piruvato Carboxilasa:

Reacciones anapleróticas:

Ejercicio intenso o descarga de adrenalina (estrés):

Pir glucólisis

Acetil CoA ác.grasos

ciclo energía

Pir + CO2 + ATP oxalacetato + ADP+Pi

– En hígado

– Cerebro

– Adipocitos...

• Regulación alostérica:

Acetil CoA:

para que siga el ciclo

• Enzima Málica:Pir + CO2 + NADPH Malato + NADP+

Además esta enzima es reversible:

NADPH para síntesis de ác.grasos

Reacciones anapleróticas:

CO2

NADPH

NADP+

• Degradación de aminoácidos y ácidos grasos anormales

Reacciones anapleróticas:

Regulación del Ciclo de Krebs:

• 3 enzimas claves:

– 1ª- Citrato Sintasa

– 3ª- Isocitrato DH

– 4ª- a-cetoglutarato DH

• Las demás enzimas son reversibles y no tan reguladas

ADP, Ca++ intracelular

(ej. contracción muscular,

necesita energía)

ATP y poder reductor

Regulación del Ciclo de Krebs:

Regulación del Ciclo de Krebs:

• 1ª Citrato Sintasa

– No es alostérica

– citrato, inhibición competitiva por producto

– NADH/NAD+ (malato oxalacetato) act

Enzimas clave del Ciclo de Krebs:

En hígado: relación NADH/NAD+

determina si el Acetil CoA va al

ciclo de Krebs o a la síntesis de

cuerpos cetónicos

• 3ª Isocitrato DH

– Alostérica

– NADH

– ADP

Enzimas clave del Ciclo de Krebs:

• 4ª Complejo a-cetoglutarato DH:– Similar al complejo PirDH

– También incluye:• 3 enzimas catalíticas (no alostéricas)

• 5 coenzimas: TPP, lipoato, FAD, NAD, CoA

• Enzimas reguladoras

– Productos: NADH y succinil CoA

– GTP

– Ca++

(útil en contracción

muscular)

Enzimas clave del Ciclo de Krebs:

Control respiratorio:Es el regulador predominante:

• Se necesita recuperar los cofactores oxidados (FAD, NAD+)

• Se oxidan en la cadena respiratoria

• Depende de ADP

• Si no se gasta el ATP, ADP Si O2 y trabajo (gasta ATP)

cadena respiratoria cadena respiratoria

ciclo de Krebs ciclo de Krebs

Regulación del Ciclo de Krebs:

- A partir de 1 acetil CoA a 2 CO2:Formación de ATP: A nivel de sustrato En la cadena respiratoria:

• 3 NADH+H+ 7,5 ATP

• 1 FADH2 1,5 ATP

• 1 GTP 1 ATP

Total = 10 ATP

- A partir de 1 Glucosa: (x2)

Total = 20 ATP

Balance energético del Ciclo de Krebs:

Formación de ATP: A nivel de sustrato En la cadena respiratoria:

1 Glucosa

2 ATP 2 ATP

2 NADH+H+ 5 ó 3 ATP (lanzadera)

2 Piruvato

2 NADH+H+ 5 ATP

2 Acetil CoA

6 NADH+H+ 15 ATP

2 FADH2 3 ATP

2 GTP 2 ATP

Total = 32 ó 30 ATP

Balance energético de 1 glucosa hasta 3 C02

en Glicólisis + PirDH + Ciclo de Krebs: