Destino del Piruvato y del Ciclo del Krebs

TEMA 6 - DESTINO DEL PIRUVATO Y CICLO DE KREBS • Al finalizar la glicólisis se obtienen 2 moléculas de piruvato. El destino de estos piruvatos es distinto dependiendo de si está presente el oxígeno (O2) y de si la célula tiene mitocondrias. • Si hay oxígeno y mitocondrias, el piruvato entra a la mitocondria y genera acetil coenzima A, la cual puede seguir oxidándose para producir más energía en dos vías metabólicas llamadas ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. Por este camino se generan 30 moléculas más de ATP por cada glucosa (total 32 moléculas de ATP) y los productos finales son dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). • Si falta oxígeno o no hay mitocondrias el piruvato se reduce y se convierte en lactato, otro ácido orgánico de 3 carbonos, y no se genera más ATP. La conversión del piruvato en lactato utiliza los 2 NADH generados en la glicólisis. En presencia de oxígeno y mitocondrias

En ausencia de oxígeno o mitocondrias

Glucosa + 6 O2 + 32 ADP

Glucosa + 2 ADP

Glicólisis + Producción de acetil coenzima A + Ciclo de Krebs + Fosforilación oxidativa

6 CO2 + 6 H2O + 32 ATP

Glicólisis

2 Lactato + 2 ATP

• La producción de lactato se llama fermentación. El piruvato siempre se convierte en lactato en los eritrocitos porque son células que no tienen mitocondrias. También se produce lactato en condiciones anaerobias, es decir cuando no hay oxígeno. Un ejemplo en el que la ausencia de oxígeno conduce a la producción de lactato es en el músculo cuando el ejercicio intenso requiere una alta cantidad de energía y consume todo el oxígeno. Así mismo, cualquier enfermedad del aparato cardiorrespiratorio en la que disminuya la oxigenación puede resultar en producción de lactato.

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• La acumulación de lactato es tóxica para los tejidos por ser un ácido que disminuye el pH de la célula. Por lo tanto, el lactato debe pasar de los eritrocitos o las células sin oxígeno a la circulación para ser captado por el hígado que es capaz de metabolizarlo por otras vías. Conversión de piruvato en acetil coenzima A • Debido a que el piruvato, un ácido orgánico de 3 carbonos, todavía tiene cierto grado de reducción, este puede seguir oxidándose para producir más energía. Para ello debe entrar a la mitocondria para transformarse en acetilcoenzima A. Esta reacción se produce solamente cuando hay oxígeno y en células que tienen mitocondrias. • En esta reacción catalizada por la piruvato deshidrogenasa el piruvato se descarboxila (sale una molécula de CO2) y se oxida (sale un equivalente reductor que es aceptado por el NAD+) y los dos carbonos que quedan son aceptados como grupo acetilo por la coenzima A. • Como cada glucosa produce 2 piruvatos, por cada glucosa inicial se producen 2 moléculas de acetilcoenzima A, 2 de CO2 y 2 NADH. • La piruvato deshidrogenasa es una enzima regulada por modificación covalente que se inactiva por retroalimentación negativa cuando sube la concentración de los productos de la reacción (acetilcoenzima A y NADH).

Grupo acetilo

Piruvato

Acetil-Coenzima A Piruvato deshidrogenasa

Coenzima A

CO2

NAD+

NADH

• En esta reacción se necesita un cofactor llamado pirofosfato de tiamina, el cual se deriva de la vitamina B1 (tiamina). Por su parte, la coenzima A se deriva de la vitamina B5 (ácido pantoténico). • El CO2 se elimina por la respiración. Por lo tanto, 2 carbonos de la glucosa original (uno por cada piruvato) se eliminan del cuerpo en este paso.

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• Los otros 4 carbonos de la glucosa original quedan como grupos acetilo formando parte de dos acetil coenzima A. Estos carbonos todavía pueden oxidarse más y para ello la acetil coenzima A entra a otra vía metabólica mitocondrial llamada ciclo de Krebs. Ciclo de Krebs • El ciclo de Krebs también se llama ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Es una vía metabólica que se produce en la matriz de la mitocondria. En ella, el grupo acetilo de la acetil coenzima A (2 carbonos) es utilizado para sintetizar ácido cítrico (6 carbonos) a partir del ácido oxalacético (4 carbonos). • 7 reacciones adicionales transforman el ácido cítrico nuevamente en ácido oxalacético. • En estas reacciones por cada acetil coenzima A se generan: • • • •

2 moléculas de CO2 3 electrones que son aceptados por el NAD+ y salen como NADH 1 electrón que es aceptado por el FADH y sale como FADH2 1 molécula de GTP que se convierte en ATP

Tomado de Stryer, L., Berg, J., Tymoczko J. (2013) Bioquímica con aplicaciones clínicas (p. 511). Barcelona, España: Editorial Reverté.

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• Las 2 moléculas de CO2 provienen de los carbonos del grupo acetilo, y su salida en reacciones de descarboxilación permite que se regenere el oxalacetato de 4 carbonos y la vía pueda empezar de nuevo con otra acetil coenzima A. Por ello, el ciclo de Krebs es una vía cíclica cuya función es oxidar los grupos acetilos provenientes de la glucosa para producir más energía. • Debido a que por cada glucosa inicial se generan 2 acetil coenzima A, en el ciclo de Krebs por cada glucosa se producen 4 CO2, 6 NADH y 2 FADH2. • Las 4 moléculas de CO2 se eliminan por la respiración con lo que se han eliminado los 6 carbonos de la glucosa original. • Tres de las 8 enzimas del ciclo de Krebs son reguladas. Estas enzimas se activan cuando sube la concentración de NAD+ y ADP, señales que indican falta de energía. Se inactivan cuando suben las concentraciones de NADH y ATP, señales que indican que hay demasiada energía. • Varios de los intermediarios del ciclo de Krebs pueden salir de esta vía metabólica para entrar a vías del anabolismo en las que se sintetizan lípidos, carbohidratos o aminoácidos.

Bibliografía

Stryer, L., Berg, J., Tymoczko J. (2013) Bioquímica con aplicaciones clínicas. Barcelona, España: Editorial Reverté. Lieberman, L., Marks, A., Peet A. (2013) Marks’ Basic Medical Biochemistry. Philadelphia, PA: Lippincott, Williams & Wilkins.

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