Oxidación de ácidos grasos y ciclo de Krebs Departamento de Bioquímica Noviembre de 2005

Transcripción

1 U.T.I. Biología Celular Oxidación de ácidos grasos y ciclo de Krebs Departamento de Bioquímica Noviembre de 2005

2 Fases de la respiración celular 1. La oxidación de ácidos grasos, glucosa y algunos aminoácidos produce acetil-coa 2. Los grupos acetilo se incorporan al ciclo de Krebs, se oxidan a CO 2 y la energía liberada se conserva en forma de ATP y en las coenzimas reducidas NADH y FADH 2 3. Los electrones transportados por el NADH y el FADH 2 se transfieren a la cadena respiratoria, donde fluyen hacia el O 2 para formar H 2 O y promueven la formación de ATP en el proceso de fosforilación oxidativa

3 Anatomía bioquímica de la mitocondria

4 β-oxidación de ácidos grasos

5 Los ácido grasos deben ser activados antes de su entrada a la mitocondria

6 La ligasa específica para ácidos grasos de cadena larga es una enzima unida a membrana mitocondrial externa y al retículo endoplásmico

7 El ciclo de la carnitina permite la entrada de los ácidos grasos a la mitocondria Translocasa

8 Estrategia general de la β-oxidación

9

10 Balance de la β-oxidación (C16) Palmitoil-CoA + 7CoA-SH + 7FAD + 7NAD + + 7H 2 O 8 Acetil-CoA + 7FADH 2 + 7NADH + 7H +

11 Balance de la β-oxidación (C16)

12 En el último ciclo de oxidación de un ácido graso de cadena impar el sustrato tiene 5 carbonos: la fragmentación tiolítica produce acetil-coa y propionil-coa

13

14 Control de la oxidación de los ácidos grasos En la mayoría de las células el control depende de la disponibilidad de sustrato En animales superiores esta disponibilidad está determinada por acción de hormonas En el hígado el malonil-coa inhibe a la carnitina acil transferasa I y por tanto la β-oxidación

15 El ciclo de Krebs

16 La decarboxilación oxidativa del piruvato produce acetil-coa, CO 2 y NADH Complejo multienzimático: piruvato deshidrogenasa formado por 3 enzimas y 5 coenzimas diferentes implicadas en la reacción y dos enzimas adicionales implicadas en la regulación

17 El complejo piruvato deshidrogenasa utiliza 5 coenzimas diferentes Pirofosfato de tiamina Lipoamida NAD FAD CoA

18 El complejo piruvato deshidrogenasa está formado por 3 enzimas diferentes Enzima E1 : piruvato deshidrogenasa E2 : dihidrolipoil transacetilasa E3 : dihidrolipoil deshidrogenasa Coenzima N o /complejo TPP 24 Lipoato, CoA 24 FAD, NAD 12

19 Los productos intermedios permanecen unidos al complejo piruvato deshidrogenasa

20 Panorámica del ciclo de Krebs El ciclo de Krebs tiene 8 pasos

21 1. Formación de citrato El citroil-coa es un interme- diario transitorio de reacción La hidrólisis del enlace tioéster del intermediario hace que la reacción sea exergónica

22 2. Formación de isocitrato vía cis-aconitato La aconitasa contiene un centro hierro-azufre que actúa como centro de fijación de sustratos y centro catalítico

23 3. Oxidación del isocitrato a α-cetoglutarato y CO 2 Existen dos formas diferentes de isocitrato deshidrogenasa: NAD dependiente (matriz mitocondrial) NADP dependiente (matriz mitocondrial y citosol)

24 4. Oxidación del α-cetoglutarato a succinil-coa y CO 2 El complejo de la α-cetoglutarato deshidrogenasa es muy parecido al complejo piruvato deshidrogenasa, tanto en estructura como en función

25 5. Conversión del succinil-coa en succinato La formación acoplada de GTP (o ATP) a expensas de la energía liberada por la decarboxilación oxidativa del α-ceto-glutarato es otro ejemplo de fosforilación a nivel del sustrato

26 6. Oxidación del succinato a fumarato En eucariotas, la succinato deshidrogenasa se encuentra unida a la membrana mitocondrial interna, contiene tres centros hierro-azufre diferentes y una molécula de FAD unida covalentemente. El malonato es un fuerte inhibidor competitivo de esta enzima

27 7. Hidratación del fumarato y producción de malato Esta enzima es específica para el fumarato y el L-malatoL

28 8. Oxidación del malato a oxalacetato

29 Balance del Ciclo de Krebs Acetil-CoA + 3H 2 O+ 3NAD + + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + FADH 2 + CoASH + GTP

30 La energía de las oxidaciones del ciclo se conserva con eficiencia

31 Los C de los ácidos grasos entran al ciclo de Krebs mayoritariamente vía acetil-coa

32 Los C de los aminoácidos entran al ciclo de Krebs en diferentes puntos

33 Los componentes del ciclo son importantes intermediarios biosintéticos (vía anfibólica)

34 Las reacciones anapleróticas reponen los intermediarios del ciclo de Krebs

35 Regulación del Ciclo de Krebs

36 Regulación del ciclo de Krebs Piruvato deshidrogenasa 1. Regulación alostérica: Inhibidores: ATP, acetil-coa, NADH y ácidos grasos de cadena larga Activadores: AMP, CoA y NAD+ 2. Modulación covalente: además de E1, E2 y E3 el complejo PDH contiene 2 enzimas reguladoras capaces de modificar covalentemente a E1 E1 quinasa : al fosforilar a E1 la inactiva esta quinasa es activada por NADH y acetil-coa E1 fosfatasa: al defosforilar a E1 la activa esta fosfatasa es activada por Mg ++ y Ca ++

37 Regulación del ciclo de Krebs 1. Disponibilidad de sustratos 2. Inhibición por acumulación de productos: 3. Regulación de las siguientes enzimas: Citrato sintasa Inhibidores: NADH, succinil-coa CoA,, citrato, ATP Activadores: ADP Isocitrato deshidrogenasa Inhibidores: ATP Activadores: Ca ++, ADP α-cetoglutarato deshidrogenasa Inhibidores: succinil-coa CoA,, NADH Activadores: Ca ++ El factor regulador más importante es la relación intramitocondrial de [NAD+] / [NADH]