Metabolismo oxidativo: ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa

Aspectos generales del metabolismo respiratorio aerobio

TEMA 5 METABOLISMO OXIDATIVO Aspectos generales del metabolismo respiratorio aerobio Descarboxilación oxidativa del piruvato a acetil-CoA por la PDH Ciclo de Krebs = ciclo de los ácidos ricarboxílicos = ciclo del ácido cítrico adora de electrones Lanzaderas metabólicas Fosforilación oxidara v Hipótesis quimiosmótica de Mitchell v Complejo ATP sintasa V Desacoplamiento de la fosforilación oxidativa oma's Metabolisthe OderUna vez estudiado el Tema 5 deberías: Ser capaz de realizar un esquema general que relacione el ciclo de los ácidos tricarboxílicos con Vel hidratos de carbono, lípidos y aminoácidos y con la cadena de transporte electrónico y la fosforilaciónby oxidativa. Entender la estrategia del ciclo de mc- os ácidos tricarboxílicos, así como describir las reacciones nzimas que intervienen en los puntos de regulación. Entender la lógica de secuencia de transportadores electrónicos en la cadena respiratoria mitocondrial . Conocer la teoría quimiosmotica de Mitchell y cómo ésta explica el mecanis de síntesis de ATP acoplado al transporte electrónico. Entender la función fisiológica del desacoplamiento de la fosforilación oxidativa. one 57Metabotem ono.Sy metabolismo de> Aspectos generales del metabolismo respiratorio aerobio

Esquema global de la oxidación de la glucosa

Esquema global de la oxidación de la glucosa Respiración (se produce en la mitocondria) Actrones ADP + P P ADP c.H ATP ADP + P Con Oxígeno ATP Glucosa Ácido Pirúvico Ciclo de Krebs Transporte de elech Glucólisis (se produce en el citosol) Sin Oxigeno Fermentación (se produce en el citosol Ácido láctico o etanol

La glucolisis tiene lugar en el citosol de las células eucariotas, mientras que la oxidación del piruvato, ácidos grasos, aminoácidos y el ciclo de Krebs se produce en la matriz mitocondrial. Tema 5! Metabolismo OxiduYLAS TRES ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN (mitocondria) Etapa 1: en condiciones aerobias el piruvato entra en la mitocondria y es convertido a acetil-CoA. Etapa2: 2 átomos de C se oxidan a CO2 en el ciclo de Krebs generándose transportadores electrónicos reducidos. Etapa 3: la cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa generan ATP y transportadores oxidados.

Ciclo de Krebs: ruta central del metabolismo aerobio

Ciclo de Krebs: ruta central lel metabolismo aerobio (se catabolizan todos los combustibles orgánicos (HC, lípidos y proteínas). Es una fuente importante de intermediarios de rutas biosintéticas y, acoplado a la fosforilación oxidativa, la principal fuente de energia metabólica. 1 Pyruvate Amino acids Fatty acids CO2) NH Oraloacetate Citrate Malate Citric acid cycle e Fumarate CO, & Ketoglutarate Succinate e ATP Succinyl-CoA CO Reduced electron carriers (NADH, FADH2) 3 ADP H + 1/202 Respiratory chain ATP H2O Mb.mit. int Oxidized electron carriers (NAD+, FAD) Metabolismo oxidativo matriz Isocitrate

Mitocondria

MITOCONDRIA (Se encuentran en el citoplasma de todas las células eucariotas aeróbicas) Son los centros de la respiración celular y donde se produce la energía para cubrir todas las necesidades celulares ( ATP ) Micrografía electrónica de kmna mitocondria animal S Metabo Outer membrane Inner membrane Cristae Matrix (región limitada por la membrana interna) Intermembrane space ATP synthase Outer membrane - Freely permeable to small molecules and ions Cristae Kidativo® nner membrane Impermeable to most small molecules and ions, including H+ Contains: Respiratory electron carriers (Complexes ]-IV . ATP synthase (F,F ) . Other membrane transporters Matrix Contains: Pyruvate dehydrogenase complex · Citric acid cycle enzymer . Fatty acid B-oxidation enzymes · Amino acid oxidation enzymes Ribosomes Porin channels . DNA, ribosomes . Many other enzymes * ATP, ADP, P, Mg2+, Ca2+, K+ + Many soluble metabolic intermediates Tema 9. . 1 -

Descarboxilación oxidativa del piruvato a acetil-CoA por la PDH

.Descarboxilación oxidativa del piruvato a acetil-CoA por la PDH Piruvato deshidrogenasa (PDH) CO2 O O + C CoA-SH NAD+ NADH O SCOA C C=0 pyruvate dehydrogenase complex (E1 + E2 + E3) CH3 CH3 Acetyl-CoA AG' = - 33:49 peaccion altamente exercomo e, in vivo, básicamente irreve El piruvato generado en el citoplasma por glucolisis entra al interior de la mitocondria por transportadores específicos que existen en la membrana mitocondrial interna Pyruvate Acetyl-CoA Fatty acids CO2 NADH CO2 Pyruvate Citric acid Cycle NADH NADH CO2 FADH2 Outer membrane Inner membrane Matrix El grupo carboxilo del piruv vidato se pierde como COZ mientras que los 2C estantes forman la porción acetilo del acetil-CoA. Es un proceso de 5 pasos. Copyright @ The MeGraw-Hill Companies, Inc. Parmiaaien required for reproduction or display. Fatty acids ma 5. MEsible Pyruvate TPP, lipoate, FAD

Complejo Piruvato Deshidrogenasa

Complejo Piruvato Deshidrogenasa Enzima Grupo prostético Piruvato deshidrogenasa (PDH) E1 1 Pirofosfato de tiamina (TPP) Dihidrolipoil transacetilasa (DLT) E2 Metabolismo oxidat Ácido lipoico Dihidrolipoil deshidrogenasa (DLDH) E FAD S FAR TPP I Cys-S Š ET Es E . ... .. Lys La PDH está formado por 3 enzimas diferentes y 5 coenzimas: E1-TPP/ E2-ácido lipoico/E3-FAD): unidos a las enzimas (no aparecen en la reacción ajustada) CoA-SH y NADH Tema 5.Regulación de PDH

Regulación de la PDH

Modificación alostérica: E2 y E3 E2 (DLT) Acetil-CoA L + CoA libre ATP y NADH E3 (DLDH) 1 + AMP y NAD+ Modificación covalente: E1 Regulación de la oxidación del piruvato por el complejo PDH es un punto fundamental de la regulación del metabolismo de los HC. La actividad el enzima regula por la carga energética celular. En avuno o ejercicio prolongado, las condiciones metabólicas favorecen la oxidación de los ácidos reservas de HC se conservan desconectando la actividad PDH PDH responde ala [ATP], quedando inactivada cuando el ATP es abundante (b) Covalent modificacion Activators Activators Pi E1-OH (active) ATP Acetyl-CoA NADH Carga energética alta PDH fosfatasa PDH quinasa - ADP/ piruvato H2O :E1-OPO3 (inactive) ADP nota res " como principal combustible, la Metabolemaxidar co Carga energética baja Mg2+ Ca2+

Ciclo de Krebs: 8 reacciones

Ciclo de Krebs: 8 reacciones (2 fases diferenciadas): Entran 2C en forma de acetilo Acetyl-CoA O CH3-C -- S-CoA H2O 1 Condensation CoA-SH citrate synthase CH2-CCO O=C-COO CH2-COO Oxaloacetate 2a Dehydration 8 Dehydrogenation - NADH / Succinil-COA HO malate dehydrogenase aconitase COO Su actividad depende de la disponibilidad de sastratos CH2-COO Malate CH2 C-COO- C-COO- H cis-Aconitate COO- 7 Hydration fumarase aconitase 2b Hydration H2O COO CH2-COO CH H-C-COO Fumarate FADH2 HO- - C-COO COO- H isocitrate dehydrogenase 3 Oxidative decarboxylation - ATP /NADH 6 Dehydrogenation CH2-COO CH2-COO- CO2 CH2 succinyl-CoA synthetase a-ketoglutarate dehydrogenase complex CH2 COO Succinate CH2-COO Ö CH2 AGO' =- 33,5 KJ/mol CoA-SH C-S-CoA CoA-SH ADP+GTP ATP+GDP GTP (ATP) GDP (ADP) + Pi CO2 Succinyl-CoA + AMP Todos los nucleósidos trifosfato son energéticamente equivalentes 5 Substrate-level phosphorylation 4 Oxidative decarboxylation Salen 2C en forma de CO2 Idea 5. Metabolisn'a Isocitrate HC AGO ' =- 20,9 KJ/mol + ADP C-COO- «-Ketoglutarate Ö - NADH/Succinil-CoA Reacciones 5-8: se regenera el OAA Reacciones 1-4: se oxidan 2C a CO2 HO-C-CCO compite con el acetil Aidatters AGO' =- 32,2 KJ/mol HO-CH H2O

Potenciales de reducción estándar

RECORDAD ... table 14-7 Standard Reduction Potentials of Some Biologically Important Half-Reactions, at 25 ℃ and pH 7 Half-reaction E'º (V) 102 + 2H+ + 2e" H20 0.816 L "Fe3"Fe -- >Fe2 NO3 + 2H+ + 2e-> NO2 + H20 0.421 Cytochrome f (Fe3+) + e -> cytochrome f (Fe2+) 0.365 Fe(CN) ¿- (ferricyanide) + e 0.36 Cytochrome a3 (Fe3+) + e 0.35 O2 + 2H+ + 2e -> H2O2 0.295 Cytochrome a (Fe3+) + e7 cytochrome a (Fe2+) 0.29 Cytochrome c (Fe3+) cytochrome c (Fe2+) 0.254 Cytochrome C1 (Fe3+) + e > cytochrome c1 (Fe2+) 0.22 Cytochrome b ( > cytochrome b (Fe2+) 0.077 Ubiquinone + 2N+ + 2e ubiquinol + H2 0.045 Fumarate 2H+ + 2e > succinate2- 0.031 > H2 (at standard conditions, pH 0) 0.000 Crotonyl-CoA + 2H+ + 2e-> butyryl-CoA -0.015 Oxaloacetate2- + 2H+ + 2e _> malate2- -0.166 Pyruvate" + 2H+ + 2e" -> lactate -0.185 Acetaldehyde + 2H+ + 2e · ethanol -0.197 FAD + 2H+ + 2e -> FADH2 0.219* Glutathione + 2H+ + 2e -> 2 reduced glutathione -0.23 S + 2H+ + 2e-> H2S -0.243 Lipoic acid + 2H+ + 2e" > dihydrolipoic acid -0.29 I NAD+ + H+ + 2e- NADH 0.320 NADP++ H+ + 2e- - > NADPH -0.324 Acetoacetate + 2H+ + 2e-> ß-hydroxybutyrate -0.346 @-Ketoglutarate + CO2 + 2H+ + 2e- - > isocitrate -0.38 2H+ + 2e -> H2 (at pH 7) -0.414 Ferredoxin (Fe3+) + e- - > ferredoxin (Fe2+) -0.432 -- 1 Ej: La oxidación del NADH por el O2 está muy favorecida AG =- 380.6 KJ/mol). Una parte de esa energía se almacena como gradiente de [H+] a través de la membrana mitocondrial interna. La energía libre disponible en el gradiente de protones es suficiente para impulsar en la a partir de ADP. mitocondria la sintesi Pyruvate + 2H+edition Tema 5- MetalISTTO Data mostly from Loach, P.A. (1976) In Handbook of Biochemistry and Molecular Biology, 3rd edn (Fasman, G.D., ed.), Physical and Chemical Data, Vol. I, pp. 122-130, CRC Press, Boca Raton, FL. *This is the value for free FAD; FAD bound to a specific flavoprotein (for example succinate dehydrogenase) has a different E'º. Ochrome (Fe3+) FermoCome a.

Balance del ciclo de Krebs

Balance del ciclo Por cada acetil CoA que entra en el ciclo: · Se liberan 2 CO2 . Se obtienen 3 NADH y 1 FADH 2 · Se genera 1 ATP (vía GTP) • Se regenera el OAA Citrate C6 Isocitrate CO2 NADH @-Ketoglutarate CO2 (Oxaloacetate) CA C6 Fumarate NADH < NADH CO2 FADHo FADH2 C5 NADH GTP CÁ CO2 Figure 17-2 Biochemistry, Sixth Edition 2007 W. H.Freeman and Company Metabolismo oxidativo Acetyl-CoA C2 C4 Oxaloacetate NADH Malate C2 Tema NADH Succinyl-CoA Succinate GTP (ATP)

Catabolismo de proteínas, grasas y glúcidos

Amino Fatty acids acids Glucose Stage 1 Acetyl-CoA production Glycolysis Pyruvate e e e pyruvate dehydrogenase complex CO2 e- Acetyl-CoA Stage 2 Acetyl-CoA oxidation Citrate Oxaloacetate e' Citric acid cycle CO2 e- CO2 NADH, FADH2 (reduced e- carriers) Stage ? Electron transter and oxidative phosphorylation e- 2H+ + 102 Respiratory (electron-transfer) chain H2O ADP + P; ATP Catabolismo de proteínas, grasas y glúcidos en las tres etapas de la respiración celular. Etapa 1: oxidación para dar lugar a a Glucosa, FA y aa Etapa 2: oxidación de los grupos acetilos en el ciclo de CHishkrebs. Etapa los e- transportados por el NADH el FADH, llegan a la cadena de ema Sokporte etab electrónico mitocondrial reduciendo finalmente el O2 a H2O. Este flujo electrónico es el que impulsa la producción de ATP