INTRODUCCIÓN Este trabajo tiene como marco teórico, el desarrollo de las Reacciones del Ácido Tricarboxilico o llamado también Ciclo de Krebs, y las Reacciones Anaplerotica Anapleroticas, s, además de su Regulac Regulación ión de Ciclo, se llama de Krebs, Krebs, en onor de su descubridor !ans Krebs, "ue la consecuencia de propuestas, expe experim rimen ento toss y dedu deducc ccio iones nes bril brilla lant ntes es #ue #ue an an marca marcado do un ito ito en la istoria y el desarrollo de la $io#u%mica& Krebs basó sus estudios en los reali'a rea li'ados dos pre(ia pre(iament mente e por Tumbe Tumberg, rg, )'ent )'ent *yorgy *yorgyi, i, +artiu +artius, s, Knoop Knoop y co coa a y sus sus prim primer eros os resu result ltad ados os los los publ public icó ó en -./0 -./0 en las las re(i re(ist stas as En'ymologia y 1an'et& En cada (uelta del ciclo de Krebs una molécula de acetilo 2del acetil3CoA4 de dos átomos de carbono se condensa con una molécula de ácido oxalacético de cuatro átomos de carbono para "ormar ácido c%trico, un compuesto de seis átomos de carbono& Este 5ltimo se oxida mediante una secuencia de reacciones, de tal modo #ue se liberan dos moléculas de C6 y se genera una molécula de ácido oxalacetato& Este compuesto puede combinarse con otra molécula de acetilo, iniciando el ciclo de "orma c%clico& 1a regulación del ciclo ace posible la producción de moléculas de acuerdo a las necesidades celulares, y asegura #ue no ocurra sobre o sub producción en un momento dado& 1a regulación del ciclo se da en di"erentes puntos, por#ue puede alimentarse o ser abastecido a tra(és de cual#uiera de sus intermediarios& 1a regulación es compleja en comparación con la de (%as catabólicas como la glucólisis, y se considerarán situaciones de regulación relacionadas al estado energético celular&
EL CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS Este ciclo, conocido también como de los ácidos tricarbox%licos o ciclo de Krebs, es la (%a de oxidación de la mayor parte de carboidratos, ácidos grasos y aminoácidos y genera numerosos metabolitos intermediarios de otras rutas metabólicas& Es, por lo tanto, un ciclo an7bólico, es decir, opera catabólica y anabólicamente& 8na (isión general del ciclo del ácido c%trico nos muestra una secuencia de reacciones #ue, en la mitocondria, oxidan el grupo acetilo del acetil3CoA a dos moléculas de dióxido de carbono, de "orma #ue se conser(a la energ%a libre producida, utili'ándola en la s%ntesis de AT9& El ciclo "ue propuesto por !ans Krebs en -./0& En condiciones aeróbicas, el acetil3CoA #ue se encuentra en la mitocondria es oxidado completamente asta C6 mediante una ruta conocida como el ciclo de los ácidos tricarbox%licos 2TCA4, o ciclo de Krebs& Esta ruta es la parte 7nal de la degradación de todas las moléculas #ue "uncionan como combustible: los aminoácidos, los ácidos grasos y los carboidratos& *eneralmente, las entradas al ciclo inician con acetil3CoA, aun#ue otros intermediarios pueden continuar con el proceso& El ciclo de Krebs ocupa un lugar central en el metabolismo celular, por lo #ue es regulado por otras rutas y recibe entrada de sustratos de (arias rutas& 1os pasos #ue lo integran incluyen reacciones degradati(as y anabólicas, por ello #ue sit5e en esa posición central& )e dice, por lo tanto, #ue el ciclo de Krebs es una ruta an7bólica 7namente regulada por otras rutas& 9rote%nas, triglicéridos y polisacáridos pueden pro(eer de acetil3CoA a la ruta&
El ciclo del ácido c%trico se complementa con la cadena respiratoria de transporte de electrones, de modo #ue los productos de ;A
El ciclo de Krebs está regulado por la piru(ato desidrogenasa, ya #ue la con(ersión de piru(ato a acetil3CoA es el paso pre(io para la ruta&
FUNCIONES DEL CICLO DE KREBS 9roduce la mayor parte del dióxido de carbono en los tejidos animales& Es la mayor "uente de coen'imas #ue impulsan la producción de AT9 en la cadena respiratoria&
o
En el ciclo de los ácidos tricarbox%licos inter(ienen oco en'imas #ue se encuentran en la matri' mitocondrial&
ESTEQUIOMETRÍA En dos pasos oxidati(os, entre citrato y succinil3CoA, se pierden dos carbonos en "orma de C6, de modo #ue este#uiométricamente se a oxidado completamente el acetil3CoA& El balance general del ciclo indica #ue el acetilo acti(o se oxida por completo a 6 C6 y #ue se producen cuatro pares e#ui(alentes reductores, tres como ;A ! > y uno como =A
REACCIONES DEL CICLO DE KREBS: REACCIÓN : FORMACIÓN DE CITRATO Es una reacción de condensación catali'ada por la en'ima citrato sintasa& El uso de agua es lo #ue libera la reacción del uso de energ%a& El grupo met%lico del acetilo reacciona con el carbonilo del oxalacetato& 1a condensación es del tipo aldólica y es seguida de una idrólisis& En el sitio acti(o de la citrato cinasa se "orma un intermediario: el citril3CoA&
REACCIÓN : FORMACIÓN DEL ISOCITRATO En la en'ima aconitasa 2o aconitasa idratasa4 se catali'a una reacción de isomeri'ación (%a la s%ntesis de un intermediario, el cis3aconitato, #ue nunca abandona el sitio acti(o de la en'ima& Esta trans"ormación es re(ersible, y consiste en una idratación y desidratación sucesi(as& Esto genera el intercambio de un ! con el !& 1a isomeri'ación del citrato en isocitrato es indispensable para permitir las reacciones de oxidación sucesi(as& 1a aconitasa contiene átomos de =e no unidos a un grupo emo& Estos cuatro átomos se asocian a grupos sul"uro "ormando complejos ?=e3?)& Tres grupos sul"uro son de origen inorgánico, mientras #ue el cuarto pro(iene de un Cys& El doble enlace del cis3aconitato permite la adición de ! 6 en cual#uier carbono& 1a reacción en'imática puede por ello producir tanto citrato como isocitrato& 1a reacción, sin embargo, tiende a la generación de citrato antes #ue a la "ormación de isocitrato 2en una me'cla a p! 0&? y 6@C solamente el -B contiene isocitrato4 Dcómo se a(an'a, entonces, en el ciclo
REACCIÓN : OXIDACIÓN Y DESCARBOXILACIÓN DEL ISOCITRATO El isocitrato reacciona inmediatamente con la isocitrato desidrogenasa& Esta es la primera de las cuatro reacciones de oxidación& 9ara esta reacción es necesaria la presencia de ;A< > como co"actor& El intermediario de esta reacción es el oxalsuccinato, #ue en el sitio acti(o pierde rápidamente un C6& Esto genera inmediatamente F3cetoglutarato& En el sitio acti(o de la en'ima se encuentra un átomo de +n >6 #ue dirige la descarboxilación y estabili'a al enol "ormado& 1a reacción del oxalsuccinato es básicamente una resonancia magnética&
REACCIÓN : DESCARBOXILACIÓN DEL Α-CETOGLUTARATO El isocitrato reacciona inmediatamente con la isocitrato desidrogenasa& Esta es la primera de las cuatro reacciones de oxidación& 9ara esta reacción es necesaria la presencia de ;A< > como transportador de electrones y el CoA3)! como transportador del succinilo& El F3cetoglutarato reacciona con una F3cetoglutarato desidrogenasa, #ue escinde el segundo C6& A#u% termina la oxidación del piru(ato& 1a energ%a de oxidación se conser(a gracias, nue(amente, al enlace tióester del succinil3CoA& Esta reacción es idéntica a la descarboxilación del piru(ato #ue ocurre en la membrana mitocondrial, tanto en estructura como en "unción&
9or ello se tienen omólogos EG-, EG6 y EG/, y los mismos co"actores 2T99, lipoato, ;A<, =A< y CoA4& )on complejos omólogos mas no por ello idénticos 2a excepción de E/ y EG/4: -& 1a secuencia de aminoácidos de EG- genera a7nidad por F3 cetoglutarato 2F3cetoglutarato desidrogenasa4& 1a secuencia de Egenera la a7nidad al piru(ato& 6& El lipoil de EG6 debe jalar un grupo succinil, y no uno acetil como en E6&
REACCIÓN : GENERACIÓN DE UN ENLACE DE ALTA ENERGÍA EN EL SUCCINIL-COA El succinil3CoA tiene un enlace de alta energ%a libre de idrólisis estándar negati(a& Esta reacción utili'a este enlace de alta energ%a para promo(er la "ormación de un enlace "os"oan%drido de *T9 o AT9 con una H*BIJ 36&.LMmol& El proceso 7nal es la liberación de succinato& 1a reacción la catali'a una succinil3CoA sintetasa o succ%nico tio#uinasa& 1as células animales tienen dos iso'imas de la succinil3CoA sintetasa& 8na espec%7ca para A<9 #ue produce AT9 y otra espec%7ca para *<9 y produce *T9& 1a "ormación de AT9 2o *T94 a expensas de la energ%a liberada por el F3 cetoglutarato es una "os"orilación a ni(el sustrato, idéntica a las reacciones #ue sinteti'an AT9 #ue se encuentran en reacciones glucol%ticas catali'adas por la gliceralde%do3/3"os"ato desidrogenasa y la piru(ato #uinasa& El *T9 puede donar un grupo "os"ato al A<9 y "ormar AT9& Ambos son e#ui(alentes, y no es re#uerida energ%a adicional& *T9 > A<9
*<9 > AT9
H*BIJ B LMmol
1a reacción es catali'ada por una nucleósido di"os"ato #uinasa&
REACCIÓN : OXIDACIÓN DEL SUCCINATO A FUMARATO 1as siguientes reacciones trans"orman el succinato para regenerar el oxalacetato& 1a primera de estas reacciones corre a cargo de una oxidación catali'ada por la succinato desidrogenasa& El aceptor de idrógeno es el =A<, ya #ue el cambio de energ%a libre es insu7ciente para permitir #ue el ;A< interact5e& El producto 7nal es "umarato& En eucariontes, la succinato desidrogenasa está "uertemente a la membrana mitocondrial& En procariontes, a la membrana plasmática&
Esta en'ima está intr%nsecamente relacionada con la cadena electrónica& 9or esta en'ima es #ue el ciclo de Krebs no se desarrolla exclusi(amente en el citosol& 1a succinato desidrogenasa es, al igual #ue la aconitasa, una prote%na "errosul"urada& El =A< está co(alentemente unido a ese complejo "errosul"urado& El acarreo de electrones está, por lo tanto, dirigido inmediatamente a la cadena transportadora de electrones en la membrana mitocondrial& El malonato es un inibidor competiti(o de la succinato desidrogenasa, al #ue es análogo& 1a adición de este compuesto a la mitocondria genera una detención tanto del ciclo de Krebs como de la cadena respiratoria 2ya #ue el complejo NN de dica cadena es precisamente una succinato desidrogenasa4& Esta sal puede estar presente en el cuerpo si se consumen ciertas ra%ces 2como las de la remolaca4 y un deri(ado, el malonil3CoA, es importante en el anabolismo de l%pidos&
REACCIÓN : HIDRATACIÓN DEL FUMARATO 1a con(ersión de "umarato a 13malato esta catali'ada por la "umarato idratasa 2o "umarasa4, y es una idratación re(ersible& 1a principal caracter%stica de esta en'ima es su alta estereoespeci7cidad& Catali'a la idratación del doble enlace en trans del "umarato, pero no en cis del maleato& En dirección in(ersa, la "umarasa no puede utili'ar <3 malato&
REACCIÓN : OXIDACIÓN DEL L-MALATO A OXALACETATO En la 5ltima reacción del ciclo una 13malato desidrogenasa catali'a una oxidación del 13malato a oxalacetato& El e#uilibrio de esta reacción está altamente despla'ado acia la i'#uierda en condiciones termodinámicas establesO en células intactas, el oxalacetato es rápidamente desecado por la citrato sintasa 2reacción altamente exergónica4 Esto mantiene la concentración de oxalacetato muy baja en la célula, "a(oreciendo la producción de este compuesto&
REACCIONES ANAPLEROTICAS: Aun#ue el ciclo de Krebs es la (%a degradati(a mas importante para generar AT9, el ciclo es esencial para la bios%ntesis de compuestos celulares& As%, mucos aminoácidos deri(an del F3cetoglutarato y del oxalacetato, y la mayor%a de los átomos de carbono de las por7rinas proceden del succinil3 CoA& Cuando esos metabolitos son extra%dos del ciclo de Krebs, este deja de "uncionar, puesto #ue se interrumpe la "ormación de oxalacetato& 9ara #ue el ciclo siga actuando a un ritmo normal, existen reacciones denominadas anapleróticas 2Pde rellenoQ4 #ue restablecen los ni(eles de los intermediarios del ciclo&
Rea!"# a#a$%e&"'!a 9iru(ato a AA
L()a& *+#*e ,e %%ea a a.+ +itocondri as
E#/!0a 9iru(ato carboxilasa
Ree&,!.% e+ De,&!$!"# !&&ee&,!. %e Nrre(ersibl 1a piru(ato e carboxilasa, #ue se encuentra en el %gado y en el rión, es una en'ima alostérica de peso molecular ele(ado& )u modulador positi(o, es el acetil3CoA& Cuando esta sustancia alcan'a un ni(el por encima de lo normal, acti(a la reacción "a(oreciendo la
"ormación de oxalacetato, el cual se condensa con la acetil3CoA acumulado Ipara "ormar citrato y de esta "orma permitir #ue el ciclo siga "uncionando& En plantas y bacterias, el oxalacetato es introducido al ciclo 9E9 =os"oenolpiru( mediante la Citosol carboxi#uin Re(ersible ato a AA carboxilación del asa "os"oenolpiru(ato catali'ada por la "os"oenolpiru(ato carboxilasa& En esta reacción se oxida ;A<9! > !> a ;A<9>& En el cora'ón y en el tejido muscular act5a 9iru(ato a Citosol +álica Re(ersible principalmente la +alato en'ima málica 2malato desidrogenasa4 dependiente de la concentración de ;A<9>& Estas reacciones #ue regeneran intermediarios del ciclo de Krebs cuando éstos an sido utili'ados en reacciones biosintéticas, situación en la cual no ay disponible oxalacetato 2sustrato regenerador4 indispensable para el inicio del ciclo&
12 PIRU3ATO CARBOXILASA2 En'ima mitocondrial presente en animales&
C!/3C3C3 > +gAT9 63 > !C/3 63 > !> *oG
36C3C!63C3C3 > +gA<9 -3 > 9i
J 3 B,@ Kcal mol3-
Esta en'ima es acti(ada por acetil3CoA& 1a disminución de la (elocidad del ciclo por insu7ciente oxalacetato o de otro intermediario del ciclo resulta en un aumento de acetil3CoA& Ello acti(a a la piru(ato carboxilasa , #ue regenera oxalacetato, con lo #ue la (elocidad del ciclo aumenta& 6& PEP CARBOXILASA2 En'ima citoplasmática presente en (egetales&
El mitocondria (egetal, a di"erencia del animal, transporta oxalacetato a tra(és de la membrana interna mediante una prote%na transportadora espec%7ca&
REGULACION DEL CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS2 1a (elocidad del ciclo de Krebs (iene continuamente modulada para cumplir con las necesidades energéticas exactas de la célula& 1os sitios primarios de
control son las en'imas alostéricas: la isocitrato desidrogenasa y la F3 cetoglutarato desidrogenasa& 1a isocitrato desidrogenasa es estimulada alostéricamente por la presencia de A<9, #ue aumenta la a7nidad de la en'ima por el sustrato& 1as uniones de isocitrato, de ;A<>, de +g6>, y de A<9, a la en'ima son mutuamente cooperati(as en sentido acti(ador& 9or contra, el ;A& El mismo AT9 tiene e"ecto inibitorio& El segundo sitio del control del ciclo de Krebs está cerca de la F3 cetoglutarato desidrogenasa& Algunos aspectos del control de esta en'ima son parecidos a los del complejo en'imático de la piru(ato desidrogenasa, como puede esperarse dada la extrema omolog%a entre las dos en'imas& 1a F3cetoglutarato desidrogenasa es inibida por el succinil3CoA y el ;A
T&e, 4a'+&e, ,+# %+, 5(e &e)(%a# e% 6(7+ *e 0e'a.+%!'+, e# e% !%+ *e K&e.,: •
1a disponibilidad de sustratos&
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1a inibición por los productos acumulados&
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1a regulación alostérica de los tres puntos control 2exergónicos4 del ciclo&
Cada reacción exergónica puede, en un momento dado, ser la limitante en la (elocidad de la reacción& 1a disponibilidad de los sustratos para la citrato sintasa (ar%a con el estado metabólico de la célula& S, tanto la isocitrato desidrogenasa como la F3 cetoglutarato desidrogenasa, se (en reguladas por el coe7ciente de ;AU En el m5sculo de (ertebrados, el Ca >6, la seal para la contracción y para un aumento concomitante en la demanda de AT9, acti(a tanto la isocitrato desidrogenasa como la a3cetoglutarato desidrogenasa, as% como el complejo de la piru(ato desidrogenasa&
En resumen, las sustrato e intermediariosU del ciclo del ácido c%trico acen #ue el Vujo a tra(és de esta (%a se mantenga a una (elocidad #ue permite mantener concentraciones óptimas de AT9 y ;A
CONCLUSIONES •
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En la condensación de una unidad de acetilo 2del acetil3CoA4 con oxalacetato entran en el ciclo dos átomos de carbono& 9or las descarboxilaciones sucesi(as catali'adas por la isocitrato desidrogenasa y la F3cetoglutarato desidrogenasa salen del ciclo otros dos carbonos en "orma de C 6& 1os dos átomos de carbono #ue salen del ciclo son di"erentes de los #ue an entrado en la misma (uelta& En las cuatro reacciones de oxidación salen del ciclo cuatro pares de átomos de idrógeno& En las descarboxilaciones oxidati(as del isocitrato y del a3cetoglutarato se reducen dos moléculas de ;A<>, en la oxidación del succinato se reduce una molécula de =A< y en la oxidación del malato se reduce otra de ;A<>& A partir del enlace tioéster altamente energético del succinil3CoA se genera un enlace "os"ato de alta energ%a 2en "orma de *T94& )e consumen dos moléculas de agua: una en la s%ntesis del citrato, por la idrólisis del citril3CoA, y la otra en la idratación del "umarato& El =A! > producidos son rápidamente apro(ecados como co"actores en la cadena transportadora de electrones&
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS •
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=8;