T.12. El Acetil-CoA y el Ciclo del Ácido Citrico

Question 1

La glucólisis finaliza con la producción de ?

Answer 1

piruvato, el cual continúa el proceso con su oxidación a acetil-CoA al ciclo de Krebs y finalmente a la cadena respiratoria.

Question 2

En la glucólisis, la glucosa se transforma en ?

Answer 2

piruvato, que entra en la mitocondria, y por tanto los siguientes procesos ocurren en la matriz mitocondrial o membrana interna mitocondrial.

Question 3

Rutas del piruvato

Answer 3

El piruvato formado en la glucólisis puede seguir diferentes rutas catabólicas, dependiendo del organismo o de la célula analizada. En los organismos aerobios, o en células en condiciones aeróbicas, la glucólisis constituye el primer paso en la oxidación de la molécula y el piruvato continua su degradación hasta la oxidación total en la que los átomos de carbono formarán CO2 y los hidrógenos (hidrogeniones y electrones) formarán H2O. Para llegar a estos productos de desecho se habrán de utilizar otras rutas catabólicas como la del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa.

Question 4

Destino del piruvato en condiciones anaerobias

Answer 4

1) Fermentación láctica.
2) Fermentación alcohólica.

Question 5

1) Fermentación láctica.

Answer 5

Es un tipo de vía metabólica se utilizada por parte de algunos tejidos del organismo cuando se incrementa su actividad, y sus necesidades de oxígeno para el primer tipo de degradación no son satisfechas. En este caso de déficit de oxígeno, el piruvato se reduce a lactato, tal como ocurre en el músculo esquelético cuando se requiere una fuerte contracción muscular.

Question 6

2) Fermentación alcohólica.

Answer 6

En esta ruta el piruvato se degrada a alcohol liberando CO2, es un proceso que desarrollan algunos microorganismos como la levadura de cerveza.

Question 7

Destino del piruvato en condiciones aerobias:

Answer 7

Puede ser utilizado en rutas biosintéticas, o continuar el proceso degradativo mediante oxidación hasta CO2 y H2O.

Question 8

 La entrada del piruvato citoplasmático a la
matriz mitocondrial se realiza a través de ?

Answer 8

un sistema de transportadores mitocondriales.

Question 9

La primera reacción que tiene lugar en el
camino catabólico aeróbico del piruvato es ?

Answer 9

su descarboxilación oxidativa por un complejo
enzimático situado en la matriz mitocondrial: el
complejo piruvato deshidrogenasa

Question 10

 La regulación de la piruvato deshidrogenasa es un
proceso clave para el control del flujo catabólico,y se
lleva a cabo de varias formas:

Answer 10

a) Modificando su estado de actividad entre una forma activa desfosforilada y otra inactiva fosforilada,
interconvertibles entre sí por acción de las correspondientes enzimas proteína-quinasas y proteína- fosfatasa, controladas a su vez por hormonas.
b) Las concentraciones elevadas de acetil-CoA y NADH
inhiben alostéricamente a la enzima, mientras que las
concentraciones altas de CoA o NAD+ funcionan como
activadores alostéricos.
c) La carga energética elevada incrementa el estado
inactivo de la enzima.

Question 11

Paso previo: Complejo de la Piruvato Deshidrogenasa

Answer 11

• Descarboxilación oxidativa del piruvato.
  Irreversible. En la mitocondria.
• Complejo multienzimático: tres enzimas; cinco coenzimas.
• Regulación alostérica y por modificación covalente.
• Prototipo de otros dos complejos: a-cetoglutaratoDH (ciclo Krebs) y a-cetoácidoDH (degradación aminoácidos).
  Piruvato + NAD*+ COA-SH → acetil-CoA+ NADH + CO,

Question 12

Complejo multienzimático
Piruvato DH:

Answer 12

• Coenzimas
• Enzimas

Question 13

Coenzimas:

Answer 13

• TPP (vit B1, tiamina)
• FAD (vit B2, riboflavina)
• NAD+ (vit B3, niacina)
• CoA (vit B5, pantotenato)
• Lipoato

Question 14

Enzimas:

Answer 14

E1 = piruvato DH (TPP)
E2 = dihidrolipoil transacetilasa (lipoato, CoA)
E3 = dihidrolipoil deshidrogenasa (FAD, NAD*)

Question 15

 Coenzima-A:

Answer 15

Su molécula consta de un “cuerpo”: ácido pantoténico
(vitamina B5), una “cabeza”: adenosin difosfato (ADP) y de una “cola”: mercaptoetilamina(cisteamina).

Question 16

Puesto que la coenzima A es químicamente un tiol, puede reaccionar con ?

Answer 16

los ácidos carboxílicos para formar tioesteres, de modo que actúa como un portador del grupo
acilo. Cuando una molécula de coenzima A lleva un grupo acilo se denomina acetil coA,
que es una importante encrucijada en el metabolismo de todas las células.

Question 17

En primer lugar, el piruvato en la mitocondria se transforma en acetil-CoA, esta reacción está catalizada por ?

Answer 17

un complejo de enzimas llamado piruvato deshidrogenasa y cataliza una reacción redox (oxidación del piruvato a Acetil-CoA).

Question 18

Además de la oxidación, que desprende una molécula de NADH a partir de ?

Answer 18

un NAD*, sucede una descarboxilación (se libera
CO2), por tanto, esta reacción se denomina descarboxilación oxidativa. Es una reacción que necesita varios coenzimas: CoA, NAD+, FAD, lipoato, TPP (Tianina pirofosfato).

Question 19

La variación de energía libre estándar transformada es muy negativa. Esto significa que ?

Answer 19

durante el proceso se libera mucha energía (reacción exergónica), y esto implica que suceda en una sola dirección, es decir, es una reacción irreversible.
Esto provoca una consecuencia en el metabolismo de los animales.

Question 20

Como el piruvato es producto del metabolismo de los azúcares y el acetil-CoA, es el punto de partida para ?

Answer 20

la síntesis de las grasas; de azúcares podemos obtener grasas, pero de las grasas no podemos obtener azúcares. Cuando necesitamos azúcar (glucosa en la sangre) la obtenemos por la ruta de la gluconeogénesis, no podemos utilizar grasa.

Question 21

Muchas vitaminas, o sus derivados, actúan como coenzimas:

Answer 21

• Vitamina B1 o tiamina:
• Vitamina B2 o riboflavina:
• Vitamina B3 o niacina:
• Vitamina B5 o ácido pantoténico:
• Vitamina B6 o piridoxina.
• Vitamina B7 o biotina (vitamina H)
• Vitamina B9 o ácido fólico (vitamina M)

Question 22

Vitamina B1 o tiamina:

Answer 22

su derivado, el pirofosfato de tiamina es esencial
para el metabolismo energético de los glúcidos.

Question 23

Vitamina B2 o riboflavina:

Answer 23

sus derivados son nucleótidos coenzimáticos con
gran poder reductor como el FAD y el FMN.

Question 24

Vitamina B3 o niacina:

Answer 24

sus derivados son nucleótidos coenzimáticos con gran
poder reductor como el NAD+ o el NADP+.

Question 25

Vitamina B5 o ácido pantoténico:

Answer 25

su principal derivado es la coenzima A (Co-
A), con gran importancia en diveros procesos metabólicos.

Question 26

Vitamina B6 o piridoxina:

Answer 26

Sus principales derivados son las coenzimas PLP
(fosfato de piridoxal) y PMP (fosfato de piridoxamina), esenciales en el metabolismo de los aminoácidos.

Question 27

Vitamina B7 o biotina (vitamina H):

Answer 27

Su derivado, la biocitina, es esencial
para el funcionamiento de numerosas carboxilasas (enzimas).

Question 28

Vitamina B9 o ácido fólico (vitamina M):

Answer 28

Su derivado, el FH4 es esencial en la síntesis de purinas.

Question 29

CICLO DE KREBS o ?

Answer 29

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS

Question 30

CICLO DE KREBS:
 LOCALIZACIÓN:

Answer 30

 MITOCONDRIA. Todas las células que contienen mitocondrias (excepciones: eritrocitos,
retina…)

Question 31

CICLO DE KREBS:
 FUNCIÓN:

Answer 31

 CATABÓLICA. Oxidación de glúcidos, ácidos grasos y proteínas para GENERAR ENERGÍA (ATP)
 ANABÓLICA. Algunos intermediarios son precursores biosintéticos.

Question 32

CICLO DE KREBS:
 VISIÓN GENERAL:

Answer 32

 Serie cíclica de 8 reacciones que oxidan el acetil-CoA a CO2. Se forma ATP, NADH y FADH2.
 AERÓBICO. Ausencia de O2 inhibe el ciclo.

Question 33

VISIÓN GLOBAL DEL CICLO DE KREBS Y BALANCE ENERGÉTICO:

Answer 33

Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O2 CO2 + CoA + 3NADH + FADH2 + GTP
Tres equivalentes de nicotinamida adenina dinucleótido (NAD +) en tres de NAD + reducido (NADH)
Un equivalente de flavina adenina dinucleótido (FAD) en una de FADH2

Question 34

 En cada ciclo sucede lo siguiente:

Answer 34

 En el ciclo entran pares de átomos de C en una forma relativamente reducida (acetil-CoA), y salen en una forma muy oxidada (CO2).
 Gracias a las 4 oxidaciones del ciclo salen de éste 4 pares de átomos de H: 3 NADH y 1 FADH2.
 Se produce un compuesto fosforilado (GTP/ATP)
de elevada energía (fosforilación a nivel de sustrato).
 Entran en el ciclo 2 moléculas de H2O.
- Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O -> 2 CO2 + CoA + 3NADH + FADH2 + GTP

Question 35

Importancia del ciclo de Krebs:

Answer 35

• Parece excesivamente complejo y costoso, ya que una secuencia de ocho reacciones para llevar a cabo la oxidación de tan sólo dos átomos de C, entraría en contradicción con la ley de máxima economía que rige el metabolismo celular.
• Sin embargo, el papel del ácido cítrico no queda restringido a este proceso oxidativo de obtención de energía, sino que se articula como el primer elemento de una vía que constituye el núcleo central del metabolismo intermediario.
• Mediante su estructura muchos productos finales de 4 y 5 átomos de carbono entran para continuar su proceso oxidativo utilizando no la puerta principal que es el acetil-CoA, sino la multitud de puertas laterales que son los metabolitos intermediarios de esta ruta, de esta forma existe un aprovechamiento máximo de combustibles.

Question 36

Importancia del ciclo de Krebs: suite

Answer 36

• Los metabolitos pueden ser extraídos de la ruta e introducidos en rutas biosintéticas, tanto para glúcidos, como para aminoácidos y nucleótidos.
• El ciclo del ácido cítrico es una vía mixta que participa tanto en el catabolismo como en el anabolismo.
• Reacciones anapleróticas. Destinadas a reponer el déficit de algunos de los intermediarios del ciclo, retirados para procesos sintéticos, evitando que se produzca un descenso en la velocidad global del ciclo.

Question 37

 Los 8 pasos del ciclo del Ácido Cítrico:

Answer 37

1. Formación de citrato (citrato sintasa)
2. Formación de isocitrato (vía cis-aconitato)
3. Oxidación del isocitrato a α-cetoglutarato y CO2.
4. Oxidación de α-cetoglutarato a succinil-CoA y CO2.
5. Conversión del succinil-CoA en succinato.
6. Oxidación del succinato a fumarato.
7. Hidratación del fumarato a malato.
8. Oxidación del malato a oxalacetato.

Question 38

 Aspectos importantes del ciclo de Krebs:

Answer 38

 El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial, por tanto el piruvato (citoplasma) tiene que atravesar las membranas mitocondriales mediante proteínas transportadoras.
 El ciclo sólo se dará si tengo oxalacetato.
 La molécula de oxalacetato no se consume en el ciclo.
 El papel del ciclo del ácido cítrico es:
- La oxidación del acetato.
- La obtención de precursores biosintéticos muy importantes.
* El oxalacetato es muy buen productor de glucosa en la gluconeogénesis.
- La generación de energía.
* Los NADH y FADH2 que se sintetizan van a la CTE, donde se generará ATP.

Question 39

Papel del ciclo de Krebs en el anabolismo y reacciones anapleróticas (de relleno):

Answer 39

El ciclo de Krebs tiene una función tanto catabólica, como anabólica, por tanto, decimos que es un ciclo anfibólico. Hay intermediarios del ciclo de Krebs (citrato, a-cetoglutarato, succinil-CoA, malato y el oxalacetato) que sirven como puntos de arranque para la síntesis de otras moléculas.

Question 40

puntos de arranque para la síntesis de otras moléculas.Por ejemplo, el a-cetoglutarato ?

Answer 40

se necesita para sintetizar aminoácidos, y los aminoácidos se necesitan para sintetizar bases nitrogenadas y estas para sintetizar ácidos nucleicos.

Question 41

El succinil-CoA se utiliza para

Answer 41

la síntesis de porcirinas (hemoblobina, cadena de transporte de electrones,etc…

Question 42

El oxalacetato se utiliza como ?

Answer 42

intermediario para la síntesis de glucosa por gluconeogénesis. Intermediario también para la síntesis de glucosa o de aminoácidos.
Como tiene carácter anfibólico y pueden utilizarse los intermediarios para sintetizar otras cosas, podría suceder que se redujera mucho ese intermediario y el ciclo se iría frenando.

Question 43

La célula tiene una serie de reacciones:

Answer 43

reacciones anapleróticas sirven para rellenar algunos intermediarios del ciclo de Krebs en caso de que fueran limitantes, concretamente malato y oxalaceto

Question 44

Como conclusión, el ciclo de Krebs es un ciclo :

Answer 44

anfibólico que sirve también para la síntesis de otros compuestos muy importantes y la célula tiene reacciones que permiten rellenar el ciclo (reacciones anapleróticas) para que pueda seguir girando aún después de haberse vaciado por
estas reacciones de síntesis.

Question 45

 Reacciones anapleróticas más comúnes:

Answer 45

• Las reacciones anapleróticas son aquellas que proporcionan intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos
• El malato se forma en el citosol de la célula por la acción de la fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEP carboxilasa) y la malato deshidrogenasa, y una vez dentro de la matriz mitocondrial, puede ser empleado para obtener piruvato (reacción catalizada por la enzima málica) o ácido oxalacético.
• Ambos productos pueden entrar en el ciclo del ácido cítrico. Dado que se trata de un ciclo, la formación de cualquiera de sus intermediarios puede servir para rellenar el ciclo entero y mantener todos sus
  substratos al máximo.

Question 46

El término anaplerótico tiene su origen ?

Answer 46

en el griego antiguo y significa rellenar.

Question 47

 Reacciones anapleróticas más comúnes: Convierten…. ?

Answer 47

Convierten piruvato o fosfoenolpiruvato en
oxalacetato o malato en diversos tejidos y organismos.

Question 48

REGULACIÓN DEL CICLO DE KREBS:

Answer 48

• Muchas de las enzimas del ciclo de Krebs son reguladas por retroalimentación negativa, por unión alostérica del ATP, que es un producto de la vía y un indicador del nivel energético de la célula.
• Entre estas enzimas, se incluye el complejo de la piruvato deshidrogenasa que sintetiza el acetil-CoA necesario para la primera reacción del ciclo a partir de piruvato
• También las enzimas citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y α cetoglutararo deshidrogenasas son inhibidas por altas concentraciones
  de ATP .
• Esta regulación frena este ciclo degradativo cuando el nivel energético de la célula es bueno.
• Algunas enzimas son también reguladas negativamente cuando el nivel de poder reductor de la célula es elevado. El mecanismo que se realiza es
  una inhibición competitiva por producto (por NADH) de las enzimas que emplean NAD+ como sustrato. Así se regulan, entre otros, los complejos piruvato deshidrogenasa y citrato sintasa.

Question 49

 Regulación por efectos alostéricos y mediante
modificación covalente:

Answer 49

 Asegura la producción de intermedios y productos a la velocidad requerida para mantener la célula en un estado estacionario estable y evitar la innecesaria
sobreproducción de intermedios.
 Efectos alostéricos +: (moléculas de baja carga energética)
- AMP, CoA, NAD+, Ca2+
- ADP
 Efectos alostéricos -: (moléculas de alta carga energética)
- ATP, acetil-CoA, NADH, AG.
- Citrato
- Succinil-CoA