cap. 4 catabolismo oxidativo
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Las vías metabólicas que contribuyen a la
producción de ATP y de NADH, son laglucólisis, la oxidación de los ácidos grasos, elciclo del ácido cítrico y la cadena detransporte de electrones.
José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
GlucosaFructosaGalactosa
GLUCÓLISIS
Piruvato
Acetil CoA
Ácidos grasos
β–OXIDACIÓN
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
ATPNADH
NADH
NADHFADH2
GTPAminoácidos
NADHFADH2
ATP
O2
H2O
12
3
5
4
CICLO DE
KREBS
José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
GLUCÓLISIS
La Glucólisis o vía de Embden – Meyerhof,
convierte la glucosa a piruvato.
Las enzimas de la vía, se encuentran en elcitoplasma. Las reacciones de la glucólisis tienenlugar, tanto en presencia, como en ausencia deoxígeno.
La glucólisis es una vía principal para laproducción de ATP.José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
El primer paso es la fosforilación de la glucosaa glucosa 6 – fosfato, por la enzimahexoquinasa.
GLUCOSA
GLUCOSA 6 – FOSFATO
ATP
ADP
Hexoquinasa ó glucosinasa
José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
El segundo paso es la isomerización de laglucosa 6 – fosfato a fructosa 6 – fosfatopor la fosfogluco-isomerasa.
GLUCOSA 6 – FOSFATO
FRUCTOSA 6 – FOSFATO
Glucosa 6-fosfato isomerasa
José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
El tercer paso es la fosforilación de la fructosa6 – fosfato a fructosa 1,6 – difosfato, por laenzima fosfofructoquinasa. La fructosa 1,6difosfato es escindida en: gliceraldehido 3 –fosfato y fosfato dihidroxiacetona.
FRUTOSA 6 – FOSFATO
FRUCTOSA 1,6 – DIFOSFATO
ATP
ADP
Fosfofructoquinasa(PFK-1 )
-+
+
ATP, citrato
AMP
Fructosa 2,6 difosfato
José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
FRUTOSA 1,6 – DIFOSFATO
AldolasaC6
C3
Dihidroxiacetona fosfato
Gliceraldehido 3 – fosfato Isomerasa del
fosfato de triosa
José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
Dihidroxiacetona fosfato
Gliceraldehido 3 – fosfato
La reacción siguiente es la oxidación yfosforilación del gliceraldehido 3 – fosfato a1,3 – difosfoglicerato por la gliceraldehido3 – fosfato deshidrogenasa.
1,3 – difosfoglicerato
NAD + Pi+
NADH + H +
Gliceraldehido3 – fosfato deshidrogenasa
José V. Aguilar V.
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La fosfogliceratocinasa transfiere el fosfatode alta energía del 1,3 difosfoglicerato alADP, produciendo 3 fosfoglicerato y ATP.
1,3 - difosfoglicerato
3 - Fosfoglicerato
Fosfogliceratocinasa
ADP
ATP
José V. Aguilar V.
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La fosfogliceratomutasa transfiere elfosfato de la posición 3 a la 2.
3 – Fosfoglicerato
2 – Fosfoglicerato
Fosfogliceratomutasa
José V. Aguilar V.
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La enolasa cataliza la deshidratación del 2 –fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato, uncompuesto de alta energía.
2 – Fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato
Enolasa
H2O
José V. Aguilar V.
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Fosfoenolpiruvato
PIRUVATO
Piruvatocinasa
ADP
ATP
El fosfoenolpiruvato transfiere fosfato alADP con producción de ATP. La enzima quecataliza la reacción es la piruvatocinasa.
+Fructosa 1,6 difosfato
José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
GLUCOSA
GLUCOSA 6 – FOSFATO
ATP
ADP Hexoquinasa ó glucosinasa
FRUCTOSA 6 – FOSFATO
Glucosa 6-fosfato isomerasa
AldolasaC6
C3
Dihidroxiacetona fosfato Gliceraldehido 3 – fosfato
1,3 – difosfoglicerato
NAD + Pi
NADH + H
+
+
Gliceraldehido3 – fosfato deshidrogenasa
3 - Fosfoglicerato
Fosfogliceratocinasa
ADP
ATP
2 – Fosfoglicerato
Fosfogliceratomutasa
Fosfoenolpiruvato
Enolasa H2O
PIRUVATO
PiruvatocinasaADP
ATP
FRUCTOSA 1,6 – DIFOSFATO
ATP
ADPFosfofructocinasa
José V. Aguilar V.
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DEGRADACIÓN POSTERIOR DEL PIRUVATO
El piruvato producido por la glucólisis y otras víasmetabólicas puede ser transformado enoxalacetato por acción de la enzima piruvatocarboxilasa.
También puede ser transformado en Acetil-CoApor un proceso oxidativo que implica la presenciade Coenzima A y NAD+ y la acción de la piruvatodeshidrogenasa.
José V. Aguilar V.
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CO2
ATPADP + Pi
Piruvato carboxilasa
CoANAD+
NADH + H+CO2
Piruvato deshidrogenasa (PDH)
PIRUVATOCH3
C=O
COO–
OXALACETATOCOO–
CH2
C=O
COO–
ACETIL-CoACH3
C=O
S
CoA
José V. Aguilar V.
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El PDH necesita cinco coenzimas:
La deshidrogenación y descarboxilación combinadas delpiruvato hasta el grupo acetilo del acetil-CoA requiere laacción secuencial de tres enzimas diferentes, así como decinco coenzimas o grupos prostéticos diferentes:
Pirofosfato de tiamina (TPP)
Dinucleótido de flavina y adenina (FAD)
Coenzima A (CoA)
Dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD)
Acido lipoico (LIPOATO)José V. Aguilar V.
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Coenzimas que participan en la PDH y su relación con las vitaminas del complejo B:
TPP. La tiamina es la vitamina B1. Su falta ocasiona el beriberi(perdida de peso, disfunción neurológica, temblores).
CoenzimaA. El ácido pantoténico es la Vitamina B5. Su falta causahipertensión.
NAD. El ácido nicotínico (nicotinamida es su derivado) es lavitamina B3. Su falta ocasiona la pelagra (dermatitis, depresión,diarrea)
FAD. La riboflavina es la vitamina B2. Su falta ocasiona lesionesbucales, dermatitis
Lipoato: no es vitamina. El envenenamiento por arsenito (AsO33-) se
debe a la unión del mismo a los grupos sulfhidrilos próximos del ac.lipoico. Los síntomas son parecidos al beriberi.
José V. Aguilar V.
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PIRUVATO LACTATO+ NADH + NAD+
Lactatodeshidrogenasa
El piruvato producido por la glucólisis puedetransformarse en etanol en medio carente deoxígeno.
PIRUVATO Acetaldehido ETANOLNADH Piruvato
descarboxilasa
Alcoholdeshidrogenasa
NAD+
José V. Aguilar V.
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La fructosa
Ingresa a la glucólisistransformándoseprimero en fructosa-1-fosfato que alrecibir la acción deuna aldolasa seescinde en fosfatode dihidroxiacetona(C3) y gliceraldehido(C3).
José V. Aguilar V.
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La galactosa
Ingresa a la glucólisisbajo la forma deglucosa 6-fosfato.
José V. Aguilar V.
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CICLO DE KREBS
El ciclo de Krebs, se conoce también como ciclo delácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos.
Las enzimas de este ciclo son mitocondriales. Lasreacciones del ciclo sirven como vía oxidativa tantode carbohidratos, aminoácidos y de ácidos grasos.
José V. Aguilar V.
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ACETIL-CoA 2 CO2
3 NAD+
1 FAD3 NADH + 3 H+
1 FADH2
GDP+Pi
GTP CoA
REACCIÓN GLOBAL DEL CICLO DE KREBS
José V. Aguilar V.
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El ciclo de Krebs es una ruta anfibólica: catabólica yanabólica a la vez, que requiere reacciones anapleróticas.
José V. Aguilar V.
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Para iniciar el ciclo el Acetil-CoA (C2) es
condensado con oxalacetato (C4), para formar decitrato (C6) por acción de la citrato sintasa o enzimacondensante.
José V. Aguilar V.
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El citrato (C6) es isomerizado por deshidratación yrehidratación en isocitrato (C6), el cis-aconitato esun intermediario de esta reacción temporal,catalizada por la aconitasa.
José V. Aguilar V.
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El isocitrato (C6) es deshidrogenado ydescarboxilado a α-cetoglutarato (C5) por la enzimaisocitrato deshidrogenasa. El NAD acepta loshidrógenos en esta reacción, lo que produce NADH + H+.
José V. Aguilar V.
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El α-cetoglutarato (C5) es descarboxilado ydeshidrogenado para formar succinil – CoA (C4) porla enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa.
José V. Aguilar V.
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La reacción siguiente, es la única en que se produceun fosfato rico en energía, en donde el succinil –CoA (C4) se convierte en succinato (C4) por la enzimasuccinil – CoA sintetasa.
José V. Aguilar V.
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El succinato (C4) es deshidrogenado a fumarato (C4)por la enzima succinato deshidrogenasa.
José V. Aguilar V.
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El fumarato (C4) es hidratado para forma malato (C4)por acción de la fumarasa.
José V. Aguilar V.
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En la reacción final se regenera el oxalacetato (C4)por acción de la malato deshidrogenasa que utilizaNAD como agente oxidante.
José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
En cada vuelta se utiliza una molécula de oxalacetatopara formar citrato que se regenera después de unaserie de reacciones para comenzar el ciclo de nuevo.En cada giro del ciclo se produce energía.
Cuatro de los ocho pasos del ciclo son oxidaciones enlas que la energía de oxidación se conserva, conelevada eficiencia, mediante la formación decoenzimas reducidos: NADH y FADH2.
José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
José V. Aguilar V.
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Reacciones del Ciclo del Ácido Tricarboxílico
(ATC)
La función del ciclo del ácido cítrico no sólo selimita a la conservación de la energía, sino
también a la formación de intermediarios de
cuatro y cinco átomos de carbono que actúancomo precursores de una amplia gama deproductos o como materiales de construcción parala síntesis de aminoácidos, hidratos de carbono yotros productos celulares.
José V. Aguilar V.
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PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
La oxidación completa de la glucosa, a CO2 y agua,utilizando la vía de la glucólisis, el ciclo de Krebs y lafosforilación oxidativa, produce 36 moléculas de ATPpor el sistema de lanzadera del fosfato de glicerol y38 ATP mediante la lanzadera del malato y aspartato.
Para el cálculo de la cantidad de energía que rinde unmol de glucosa se toma en cuenta el rendimientoenergético de la glucólisis, de la descarboxilaciónoxidativa del piruvato y del ciclo de Krebs.José V. Aguilar V.
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La glucólisis produce dos ATP por fosforilación a nivel desubstrato y dos NADH + H+ citoplasmáticos, si estos dosequivalentes reductores entran a la mitocondria por lalanzadera del fosfato de glicerol, rinden dos ATP cada unodando un total de 4 ATP. Si dichos equivalentes lo hacenpor la lanzadera del malato dan tres ATP cada uno dandoun total de 6 ATP.
GLUCOSA (C6)
2 PIRUVATO (C3)
2 ATP+ 2 NADH + H+Glucólisis6 u 8 ATP
José V. Aguilar V.
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El músculo esquelético y el encéfalo usan otra lanzadera alterna, la lanzadera del glicerol fosfato.
Transporte de compuestos hacia el interior de la mitocondria
José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
José V. Aguilar V.
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[email protected] En corazón, riñones e hígado los equivalentes reductores son transportados a la mitocondria por la lanzadera del malato aspartato.
Cuando los cofactores reducidos NADH + H+ y FADH2 sereoxidan entregan sus hidrógenos a la cadena detransporte de electrones:• Cada NADH + H+ que se reoxida a NAD produce 3 ATP.• Cada FADH2 que se reoxida a FAD produce 2 ATP.
2 PIRUVATO (C3)
2 Acetil CoA (C2)
2 NADH + H+Descarboxilación oxidativa del piruvato6 ATP
José V. Aguilar V.
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Cuando dos piruvatos se descarboxilan dando 2 acetilCoA producen dos equivalentes reductores NADH + H+
que rinden en total 6 ATP.
2 Acetil CoA (C2)
Ciclo de Krebs
12 ATP x2 vueltas
24 ATP
2 NADH + H+
2 NADH + H+
2 NADH + H+
2 FADH2CO2
CO2
1 GTP
José V. Aguilar V.
Docente Auxiliar
GLUCOSA (C6)
2 PIRUVATO (C3)
2 ATP+ 2 NADH + H+
Glucólisis6 u 8 ATP
2 Acetil CoA (C2)
2 NADH + H+Descarboxilación oxidativa del piruvato
6 ATP
Ciclo de Krebs
12 ATP x2 vueltas
24 ATP
2 NADH + H+
2 NADH + H+
2 NADH + H+
2 FADH2CO2
CO2
1 GTP
José V. Aguilar V.
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Una vuelta del ciclo de Krebs rinde tres NADH + H+,un FADH2 y un GTP.
Dado que hay dos residuos de acetil-CoA por glucosa,el rendimiento neto del ciclo de Krebs por dos vueltases de 24 ATP, 22 de los cuales provienen de lafosforilación oxidativa.
José V. Aguilar V.
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Vía productora
ATP producido/mol
Con lanzadera del fosfato de
glicerol
Con lanzadera del malato y
aspartato
A NIVEL DE SUBSTRATOGlucólisisCiclo de Krebs
FOSFORILACIÓN OXIDATIVAGlucólisis: 2 NADH + H+
introducidos a la mitocondria
Síntesis de acetil-CoA: 2NADH + H+
Ciclo de Krebs:6 NADH + H+
2 FADH2
TOTAL
22
4
6
184
36
22
6
6
184
38José V. Aguilar V.
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La cadena respiratoria acontece en las crestasmitocondriales, donde se encuentran las enzimasnecesarias y específicas que permiten elacoplamiento energético y la transferencia deelectrones.
Para este proceso se necesita oxígeno en la célula.José V. Aguilar V.
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En la glucólisis y en el Ciclo de Krebs la célula haganado ATPs y ha capturado electrones energéticosen NADH y FADH2.
Estos transportadores depositan sus electrones en:
Sistema de transporte de electrones o
Cadena transportadora de electrones.José V. Aguilar V.
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CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES (CTE)
Es un sistema multienzimático ligado amembrana que transfiere electrones desdemoléculas orgánicas al oxígeno.
La CTE comprende dos procesos:
José V. Aguilar V.
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1. Los electrones son transportados a lo largo de lamembrana, de un complejo de proteínastransportador ("carrier") a otro.
2. Los protones son translocados a través de lamembrana, esto significa que son pasados desdeel interior o matriz hacia el espaciointermembrana.
Esto construye una gradiente de protones. Eloxígeno es el aceptor terminal del electrón,combinándose con electrones e iones H+ paraproducir agua.
José V. Aguilar V.
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Los tres componentes de la cadena respiratoria son:
Tres grandes complejos proteicos con moléculastransportadoras y sus enzimas correspondientes;
Un componente no proteico: UBIQUINONA (Q)que está embebida en la membrana, y;
Una pequeña proteína llamada CITOCROMO Cque es periférica y se ubica en el espaciointermembrana, pero adosado laxamente a lamembrana interna.
José V. Aguilar V.
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En esta animación se muestra como el NADH transfiere iones H+
y electrones dentro de la cadena transportadora de electrones.
José V. Aguilar V.
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La secuencia de eventos es como sigue:
1º. Pasan los electrones a través del primercomplejo (NADH-Q reductasa) hasta laubiquinona (Q), los iones H+ traspasan lamembrana hacia el espacio intermembrana.
2º. El segundo complejo (citocromo C reductasa)transfiere electrones desde la Q al citocromo c,generando un nuevo bombeo de protones alexterior.
José V. Aguilar V.
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3º. El tercer complejo es una citocromo c oxidasa, pasan los e- del citocromo c al oxígeno, el oxígeno reducido (1/2 O2) toma dos iones H+ y forma H2O.
Balance neto: los electrones entran a la CTE desdeportadores tales como el NADH o el FADH2, llegan ala "oxidasa terminal" y se "pegan" al oxígeno.
José V. Aguilar V.
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GRADIENTE DE PROTONES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Hipótesis Quimiosmótica (Peter Mitchell, 1961): amedida que los electrones fluyen por la CTE, aciertas etapas los protones (H+) son transferidosdesde el interior al exterior de la membrana.
Esto construye una gradiente de protones.
José V. Aguilar V.
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Gradiente de protones: las cargas + son retiradasdel interior mientras que las – permanecen en elinterior (en gran parte como iones OH- ).
[El pH en la cara externa de la membrana puedellegar a un pH 5.5, mientras que el pH justo en lacara interna de la misma puede llegar a 8,5. ]
José V. Aguilar V.
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Teniendo en cuenta que, la membrana esimpermeable a los protones, es la ATP sintetasa laque contiene el único canal para la entrada delprotón, por lo tanto, a medida que los protonespasan por el canal, se produce la siguiente reacción:
ADP + Pi ---> ATP
A este proceso se llama fosforilación quimiosmótica
o fosforilación oxidativa.José V. Aguilar V.
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Inhibidores de la fosforilación oxidativa:
Numerosos productos químicos pueden bloquear latransferencia de electrones en la cadenarespiratoria, o la transferencia de electrones aloxígeno. Todos ellos son potentes venenos, entreellos:
Monóxido de Carbono: se combina directamentecon la citocromo oxidasa terminal, y bloquea laentrada de oxígeno a la misma.
Cianuro (CN-): se pega al hierro del citocromo eimpide la transferencia de electrones.
José V. Aguilar V.
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