TRABAJO PRÁCTICO 12 Puntos de fuga Reacciones anapleróticas - Lanzaderas

Transcripción

1 TRABAJO PRÁCTICO 12 Puntos de fuga Reacciones anapleróticas - Lanzaderas

2 Puntos de fuga y reacciones anapleróticas El ciclo de Krebs o ciclo de los ácidos tricarboxílicos (CAT) es una vía anfibólica, eso significa que sirve tanto en procesos catabólicos como anabólicos. Además de su rol en el catabolismo oxidativo de hidratos de carbono, ácidos grasos y aminoácidos, el ciclo provee precursores para varias vías biosintéticas. Por ejemplo, el -cetoglutarato y el oxaloacetato pueden servir como precursores de los aminoácidos glutamato y aspartato por simple transaminación. A través del glutamato y del aspartato, los carbonos del - cetoglutarato y del oxaloacetato se utilizan para formar otros aminoácidos, así como nucleótidos de purinas y pirimidinas. El oxaloacetato puede ser también precursor de la glucosa en la gluconeogénesis. El succinil-coa es un intermediario central en la síntesis del anillo de porfirinas de los grupos hemo, transportadores de oxígeno (en hemoglobina y mioglobina) y de electrones (en los citocromos). Siendo como se dijo una vía anfibólica, una de las características del CAT es la existencia de puntos de salida y entrada de intermediarios. En los puntos de salida, denominados puntos de fuga, algunos de los intermediarios del ciclo pueden salir del ciclo y actuar como sustratos de otras reacciones ajenas a éste. Si un intermediario sale hacia otra vía en alguno de los puntos de fuga, sería necesario que el nivel de intermediarios se restaure para que el ciclo (y con ello la obtención de energía) no se detenga. Esto ocurre por las reacciones anapleróticas o de relleno, a través de las cuales se aportan intermediarios del CAT, lo que permite compensar su salida hacia otras vías como la gluconeogénesis o la síntesis de ácidos grasos. El citrato, que es el primer producto del ciclo, es también el primer punto de fuga dado que además de intermediario en el ciclo puede funcionar como fuente de carbonos en otras vías metabólicas que ocurren en el citosol: síntesis de ácidos grasos y esteroles. El -cetoglutarato es otro punto de fuga del CAT porque puede condensarse con amoníaco (o amonio) en presencia de NADH o NADPH y se sintetiza glutamato y NAD + o NADP +. Esta reacción ocurre en las mitocondrias, y es catalizada por la enzima glutamato-deshidrogenasa, una de las enzimas más importantes en el metabolismo de aminoácidos. 1

3 GLUTAMATO DESHIDROGENASA -cetoglutarato glutamato El malato constituye otro punto de fuga, pues puede ser transportado al citosol, donde genera oxaloacetato en la reacción catalizada por la enzima malato deshidrogenasa citosólica. El oxaloacetato citosólico es un sustrato gluconeogénico. El succinil-coa es un punto de ramificación metabólica, porque este intermediario puede salir del ciclo, constituyendo un punto de fuga, o entrar al ciclo, a través de una reacción anaplerótica. Como punto de fuga, su destino metabólico incluye su condensación con glicina para formar el -aminolevulinato en la reacción catalizada por la -aminolevulinato sintetasa, que es la reacción inicial de la síntesis de porfirinas. El succinato se forma en una reacción anaplerótica de la vía de utilización de cuerpos cetónicos y el succinil-coa a partir del metilmalonil-coa, proveniente del catabolismo de ciertos ácidos grasos y de ciertos aminoácidos. En los pasos finales de la degradación de ácidos grasos con número impar de C (ver reacciones de la β-oxidación) se obtiene propionil-coa primero y metilmalonil-coa después. La mayor parte de los tejidos, incluidos cerebro, músculo esquelético, y corazón degradan isoleucina y valina a succinil-coa por esta vía. En el hígado, el ciclo es parte de la vía que convierte valina e isoleucina en glucosa, en el músculo esquelético es parte de la vía que los convierte en glutamina. 2

4 Una de las principales reacciones anapleróticas es la conversión de piruvato y CO2 a oxaloacetato, catalizada por la piruvato carboxilasa. Esta enzima contiene biotina, que en presencia de ATP y Mg 2+ forma un intermediario covalente con el CO2 que se agrega luego como grupo carboxilo al piruvato, para formar oxaloacetato. Las carboxilasas de otras vías metabólicas también requieren biotina y su mecanismo de acción es similar. El acetil-coa es un efector alostérico positivo de la piruvato carboxilasa: cuando el acetil-coa, combustible del CTA, está presente en exceso, activa a la piruvato carboxilasa para producir más oxaloacetato, permitiendo que el ciclo use más acetil-coa en la reacción catalizada por la citrato sintasa. La piruvato carboxilasa se encuentra en altas concentraciones en el hígado y el tejido nervioso, tejidos en los que ocurre un constante eflujo de intermediarios. En el hígado, es parte de la vía gluconeogénica que permite convertir alanina y lactato en glucosa. La enzima glutamato deshidrogenasa, que ya hemos mencionado, cataliza la conversión reversible de -cetoglutarato en glutamato, constituyendo un punto de fuga. Siendo una reacción reversible, es también un buen ejemplo de reacción anaplerótica. En cambio, la reacción catalizada por la glutamato-oxaloacetato transaminasa no es una reacción anaplerótica. Por qué? Otra reacción anaplerótica es la catalizada por la enzima málica (diferente de la enzima málico deshidrogenasa) que convierte el piruvato en malato, consume NADPH y requiere del aporte de 1C que proviene de un CO2. 3

5 Sistemas de lanzaderas o mecanismos de oxidación del NADH citosólico Como ya hemos dicho, tanto las enzimas del CAT como la cadena de transporte de electrones se localizan en la mitocondria. También son mitocondriales las enzimas de la -oxidación y de otras vías oxidativas. Ahora bien, en estas vías, cuando se oxidan los sustratos, se reducen las coenzimas (NAD +, FAD). La cantidad de coenzimas dentro de la mitocondria y en general dentro de la célula es muy baja, por lo tanto, para que la vía metabólica pueda continuar funcionando es necesario que se produzca su reoxidación. Las coenzimas se reoxidan cediendo sus electrones a la cadena de transporte de electrones. Para las vías metabólicas intramitocondriales esto es bastante sencillo porque las coenzimas se reducen y luego se reoxidan en la misma organela. Pero, qué ocurre con las coenzimas reducidas en el citosol, por ejemplo durante la glucólisis? Un mecanismo de reoxidación del NADH citosólico consiste en el transporte de los equivalentes de reducción a la mitocondria por las lanzaderas del glicerol-3-fosfato o del malato-aspartato y finalmente al oxígeno a través de la cadena de transporte de electrones (sistemas de lanzaderas). La membrana mitocondrial interna es impermeable al NADH y no existen proteínas que permitan su transporte. Los equivalentes de reducción (en forma de ión hidruro) se transfieren por una reacción rédox citosólica a un compuesto que tiene un transportador en la membrana mitocondrial interna. En ese paso inicial se regenera el NAD + en el citosol. Los electrones se transfieren a la cadena de transporte de electrones donde se generan aproximadamente 1,5 moles de ATP por mol de NADH transportado por la lanzadera del glicerol-3-fosfato y 2,5 moles de ATP si la lanzadera es la del malatoaspartato. Lanzadera del glicerol-3-fosfato Es la lanzadera predominante en el músculo esquelético y en el cerebro. En el citosol, los electrones se transfieren del NADH a la dihidroxiacetona fosfato formando el glicerol-3-fosfato, en una reacción catalizada por la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa citosólica. El glicerol-3-fosfato se transporta a la membrana mitocondrial interna donde cede sus electrones a la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa que contiene FAD, la que a su vez los cede a la coenzima Q en la cadena de transporte de electrones. La dihidroxiacetona fosfato vuelve al citosol. De esta forma, el único cambio neto que se produce luego de la actividad de esta lanzadera es el intercambio de un NADH + H + (coenzima reducida) del citosol por un FADH2 (coenzima reducida) en la mitocondria, ya que la dihidroxiacetona fosfato que se consumió en la primera reacción (citosólica) se recupera en la segunda reacción (mitocondrial). 4

6 Lanzadera del malato-aspartato Es una lanzadera más compleja que la anterior pero funciona en forma similar. En este caso, el NAD + citosólico se regenera por la reducción del oxaloacetato a malato catalizada por la enzima malato deshidrogenasa citosólica. El malato es translocado por una proteína transportadora (transporta malato y -cetoglutarato) a la matriz mitocondrial donde se regenera el NADH en una reacción catalizada por la malato deshidrogenasa mitocondrial. El oxaloacetato, que no puede atravesar la membrana mitocondrial interna es convertido a aspartato en la mitocondria (en una reacción de transaminación con glutamato). El aspartato se trasloca (transportador de glutamato-aspartato) hacia el citosol donde es transaminado nuevamente a oxaloacetato. Esta lanzadera es la más activa y funciona en el hígado y en el corazón. Los tejidos con mitocondrias poseen ambos sistemas de lanzaderas. En este caso, el único cambio neto que se produce por la actividad de esta lanzadera es el transporte (indirecto) de un NADH citosólico a la mitocondria, porque los demás intermediarios se utilizan y se regeneran. 5