PROCESOS CATABÓLICOS III
RESPIRACIÓN DE GLÚCIDOS (continuación de la glucolisis)Es la ruta alternativa a las fermentaciones. Es una ruta energéticamente más rentable en la obtención de ATP.
La diferencia con las fermentaciones, es que la respiración oxidativa celular es una ruta aerobia (al menos el transporte de electrones) y es por ello que esta etapa/s tienen lugar no ya en el citoplasma sino en las mitocondrias. Esta ruta tiene lugar tanto en células heterótrofas como autótrofas.Recordar que mitocondrias son orgánulos de doble membrana que presentan una matriz fluida rodeada por una membrana con crestas y un espacio intermembrana limitado por la membrana interna y otra externa.
Microfotografía electrónica de una mitocondria
La respiración ocurre en dos procesos consecutivos e interrelacionados: ciclo de Krebs y transporte de electrones en la cadena respiratoria y las reacciones se llevan a cabo dentro de la matriz mitocondrial (ciclo de Krebs) y en la membrana mitocondrial interna (cadena respiratoria).
Entrada del ácido pirúvico a la matriz mitocondrial
Así, el acido pirúvico obtenido en la glucolisis, va a penetrar a través de las membranas mitocondriales al interior de ésta y una vez en el interior de la matriz mitocondrial, se va a transformar en acetil coenzima A, que ingresará en el Ciclo de Krebs.
Entrada del ácido pirúvico a la matriz mitocondrial y transformación
en acetil coenzima A
Reacciones que tienen lugar en el interior de la mitocondria
Este proceso completo en el interior de la mitocondria lo podemos dividir en tres etapas:
a) La primera etapa consiste en la formación del acetil coenzima A a partir del acido pirúvico y del Coenzima A.
b) La segunda etapa consiste en la oxidación completa del Acetil CoA mediante la incorporación al ciclo de Krebs.
c) La tercera etapa consistiría en el transporte electrónico en la cadena de transporte electrónico de los electrones desprendidos en los procesos oxidativos de reacciones anteriores y almacenados en los coenzimas NAD, FAD y NADP en forma reducida), hasta el oxígeno como último aceptor de estos electrones. Esta etapa ya no tiene lugar en la matriz mitocondrial sino en la membrana mitocondrial interna (a cargo de proteinas de membrana).
a) Oxidación del piruvato y obtención del acetil coenzima A
Es el lazo entre la glucólisis y la respiración celular Es un complejo de reacciones catalizado por un sistema de enzimas localizado en la membrana mitocondrial interna.En presencia de oxígeno, el pirúvico obtenido en la gucolisis entra por transporte activo al interior de la mitocondria, donde, mediante un complejo multienzimático denominado sistema piruvato deshidrogenasa, sufre una descarboxilación oxidativa y se une al coenzima A, dando lugar al acetil coenzima A.
En este proceso, el pirúvico sufre una pérdida de CO2 y una oxidación, formándose: CO2 y NADH (descarboxilación oxidativa del pirúvico).
Descarboxilación oxidativa del piruvato y transformación en acetil-CoA
gracias al sistema piruvato deshidrogenasa
El NADH liberará su poder reductor en la cadena respiratoria, mientras que el acetil-CoA ingresará en el ciclo de Krebs.
Importante:
El Acetil-CoA puede también producirse a partir de lípidos
(por beta oxidación o hélice de Lynnen) o a partir del metabolismo de ciertos aminoácidos.
Su formación es un nodo importante del metabolismo.
b) Ciclo de Krebs (= ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos)
Este ciclo, también conocido como ciclo de Krebs, ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos tiene esencialmente la función de completar el metabolismo del piruvato derivado de la glucólisis.
Las enzimas del ciclo de Krebs están localizadas en la matriz de la mitocondria (unas pocas de estas enzimas están la membrana interna de la mitocondria).
Su punto de partida es el Acetil-CoA, y como resultado se van a producir CO2 y transportadores de electrones reducidos.
Indicar que esta ruta no solo es exclusiva del catabolismo de azúcares (aunque lo veamos en el catabolismo de glúcidos) sino que también el catabolismo de proteinas-aa' conduce a esta ruta incorporándose también en forma de acetil Coa o en forma de compuestos intermedios del ciclo de Krebs (oxalacético, alfa-cetoglutárico...), así como el catabolismo de los lípidos que se van a incorporar en forma de acetil coenzima A
Participación del ciclo de Krebs en el catabolismo de glúcidos, lípidos y proteínas
Etapas y reacciones del ciclo de Krebs
Descarboxilación oxidativa del pirúvico y ciclo de Krebs
Reacciones del ciclo de Krebs
1) Incorporación del Acetil CoA al ciclo. Condensación del acetil coA con el ácido oxalacético mediante la enzima CITRATO SINTASA liberándose CoA y formandose ACIDO CITRICO (citrato) con tres grupos carboxílicos (ácidos)2) El acido cítrico se transforma en ácido ISOCITRICO (isomerización). Reacción catalizada por una enzima, la ACONITASA (formación de un compuesto intermedio; el cis aconítico)
3) Descarboxilación oxidativa (desprendimiento de CO2) del isocítrico transformándose en ALFA CETOGLUTARICO con la reducción del NAD a NADH + H. Enzima que cataliza esta reacción: ISOCITRATO DESHIDROGENASA.
4) Descarboxilación oxidativa (CO2) en presencia del CoA resultando el SUCCINIL CoA y reducción del NAD a NADH + H. Enzima: alfa CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA.
Ciclo de Krebs desarrollado
5) Liberación del Co A con desprendimiento de energía, energía que es acoplada por la enzima SUCCINATO SINTASA para la fosforilación a nivel de sustrato de GDP a GTP. El resultado es la formación de ACIDO SUCCINICO. (La energía del GTP puede transferirse al ATP a través de la nucleósido difosfato quinasa).
6) Reacción de oxidación del acido succinico transformándose en acido fumárico con la consiguiente reducción de un FAD a FADH2. La enzima que cataliza esta reacción es la SUCCINATO DESHIDROGENASA.
7) Reacción de hidratación a través de la enzima FUMARASA que hace que el fumárico se transforme en ACIDO MALICO.
8) Oxidación del acido málico produciendo de nuevo acido OXALACETICO, con lo que el ciclo queda cerrado. Esta reacción es catalizada por la MALATO DESHIDROGENASA que utiliza como coenzima el NAD que se va a reducir (NADH +H).
ver las reacciones con más detalle
Balance del "un ciclo" en el Ciclo de Krebs
Por cada molécula de Acetil Co-A que ingresa en el ciclo, se obtienen:
- 2 moléculas de CO2
- 1 molécula de FADH2
- 3 moléculas de NADH + H+
- 1 molécula de GTP que es transformable en ATP
- 1 molécula de Co A que puede ser reutilizado (no hay gasto)
El ciclo de los ácidos tricarboxílicos completa la oxidación del carbono del piruvato a su forma más oxidada (CO2) y los electrones que se encontraban originalmente en los enlaces C-H pasan a los coenzimas en su forma reducida -NADH y FADH2- para ser usados en la respiración.
Aunque aparentemente el rendimiento energético del ciclo de krebs no parece muy rentable ya que solo se produce un GTP por cada acetil CoA que entra en el ciclo, la verdadera esencia del ciclo de Krebs como ruta catabólica es la obtención de electrones (=energía) almacenados en en los coenzimas NADH y FADH2 que unidos a los obtenidos en otras rutas serán transportados a la siguiente etapa de la respiración celular, el transporte de electrones en la cadena respiratoria, hasta el oxígeno, con la consiguiente liberación de energía, energía que va a ser acoplada a la fosforilación oxidativa de ADPs para la formación de ATPs.
más información sobre el ciclo de Krebs
