Describa cada una de las reacciones del Ciclo de Krebs donde se dan lasa reacciones del Ciclo de Krebs

El Ciclo de Krebs es el punto central donde confluyen todas las rutas catabólicas de la respiración aerobia. Este ciclo se realiza en la matriz de la mitocondria y se da en ocho pasos que son:

Esta reacción está catalizada por la enzima "Citrato sintasa" y es una reacción de adición de un grupo acetilo, a una molécula de cuatro átomos de carbono denominada "oxalacetato". El grupo acetilo es transportado ,por la coenzima A, una coenzima especializada en el transporte de estos grupos de dos átomos de carbono provenientes tanto de la glucólisis como de la b-oxidación de ácidos grasos.

• Tipo de reacción Síntesis: Adición Acetilación o Acilación

• Representación:

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  Enzima: Citrato Sintasa: esta enzima trabaja con una coenzima denominada Coenzima A (CoA)

• Sustrato: Oxalacetato (o ácido oxálico)

• Producto: Citrato (o ácido cítrico)

• ðG° = -32.2 Kcal/mol

En este paso, el ácido cítrico experimenta un reordenamiento, transposición del grupo hidroxilo de la posición 3 a la posición 2 formando el ácido isocítrico, su isómero. En el proceso se efectúa una deshidratación y se forma un producto intermedio denominado "cis-aconitato"; luego éste se rehidrata y el resultado final es la transposición del grupo hidróxilo (-OH) de la molécula. El proceso se cataliza por acción de la enzima aconitasa.

• Tipo de reacción: Isomerización, Mecanismo de Hidratación, deshidratación

• Representación:

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  Enzima: Aconitasa: esta enzima es una hidratasa.

• Sustrato: Citrato (o ácido cítrico)

• Producto: Isociitrato (o ácido isocítrico)

• ðG° = +6.3 kcal/mol

El grupo hidroxilo del isocitrato es oxidado hasta grupo carbonilo, con la correspondiente perdida de dos átomos de hidrógeno y un par de electrones; par que es "recibido" y transportado por la coenzima NAD+, por medio de la acción de la enzima "isocitrato deshidrogenasa".En consecuencia se debilita el enlace con el grupo carbonilo central y la molécula, pierde este grupo en forma de CO2. El producto obtenido es el a-cetoglutarato, también llamado "oxalosuccinato" que es una molécula con cinco (5) átomos de carbono.

• Tipo de reacción: Oxidación: Deshidrogenación y Descarboxilación

• Representación:

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  Enzima: Isocitrato deshidrogenasa: esta enzima trabaja con NAD+ como coenzima

• Sustrato: Isocitrato (o ácido isocítrico)

• Producto: ð-Cetoglutarato (o ácido ð-Cetoglutárico)

• ðG° = -20.9 kcal/mol

El ð- cetoglutarato es oxidado nuevamente por medio de un complejo multienzimático denominado " ð- cetoglutarato deshidrogenasa" . El mecanismo de esta reacción (y el tipo de enzimas que participan en éste), es el mismo presentado en la etapa de formación del "Acetil-CoA" a partir del Piruvato en la etapa de transición de la Glucólisis al Ciclo de Krebs. Durante este proceso la molécula de ð-cetoglutarato pierde un átomo de carbono ( liberado como CO2),quedando una porción de molécula de cuatro átomos de carbono que es "transportada por la Coenzima A ( en forma de "Succinil CoA), hacia la siguiente reacción. Este paso oxidativo también genera una molécula de NADH y un H+.

• Tipo de reacción: Oxidación y síntesis: Deshidrogenación, Descarboxilación y síntesis

• Representación:

• Enzima: Complejo ð-cetoglutarato deshidrogenasa: esta enzima trabaja con NAD+ como coenzima

• Sustrato: ð-Cetoglutarato (o ácido ð-Cetoglutárico)

• Producto: Succinil Coenzima A

• ðG° = -33.5 kcal/mol

El Succinil CoA se hidroliza mediante la acción de la enzima "succinil CoA sintetasa", liberando la coenzima A y el residuo de cuatro átomos de carbono que se convierte en la molécula de ácido succinico o "succinato". Esta reacción libera la energía suficiente para que se active una cascada de reacciones paralelas de síntesis, que comienza con la formación de GTP ( Guanosin trifosfato), a partir de GDP ( Guanosín monofosfato), la cascada continua con la transferencia del grupo fosfato desde el GTP al ADP para la formación final de ATP.

• Tipo de reacción: Hidrólisis: acoplada a una síntesis de GTP

• Representación:

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  Enzima: Succinil CoA sintetasa

• Sustrato: Succinil Coenzima A

• Producto: Succinato (o ácido succínico)

• ðG° = -2.9 kcal/mol

Esta etapa es catalizada por la enzima "Succinato deshidrogenasa", una oxidoreductasa que utiliza FAD como coenzima. El FAD es de mayor poder oxidante que el NAD+, y es utilizado en esta clase de proceso oxidativo, donde es necesario producir una insaturación en una cadena hidrocarbonada. Es posible producir la insaturación entre los carbonos a y b, debido a que los grupos carboxilo contiguos a éstos, debilitan los enlaces C-H.

• Tipo de reacción: Oxidación: Deshidrogenación

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  Representación

• Enzima: Succinato deshidrogenasa. Esta enzima utiliza FAD como coenzima.

• Sustrato: Succinato (o ácido succínico)

• Producto: Fumarato (o ácido Fumárico)

• ðG° = 0.0 kcal/mol

Esta etapa es catalizada por la enzima "Fumarasa", una hidratasa. El agua se adiciona a la insaturación del ácido fumárico (o fumarato), formando un a-hidroxiácido: el ácido málico (o malato).

• Tipo de reacción: Hidratación

• Representación:

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  Enzima: Fumarasa. Esta enzima es una hidratasa

• Sustrato: Fumarato (o ácido Fumárico)

• Producto: Malato (o ácido Málico)

• ðG° = -3.8 kcal/mol

Esta etapa es catalizada por la enzima "Malato deshidrogenasa", una oxidorreductasa que utiliza NAD+ como coenzima. El NAD+ oxida el grupo alcohol del a-hidroxiácido a grupo carbonilo para producir nuevamente el a-cetoácido que sirve de sustrato para el primer paso: el oxalacetato, completando de esta manera el ciclo.

• Tipo de reacción: Oxidación: Deshidrogenación

• Representación:

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  Enzima: Malato deshidrogenasa. Esta enzima trabaja con NAD+ como coenzima

• Sustrato: Malato (o ácido Málico)

• Producto: Oxalacetato (o ácido Oxalacético)

• ðG° = +29.7 kcal/mol

¿Cuál es el destino de los hidrógenos y electrones que se liberan del Ciclo de Krebs?

En el Ciclo de Krebs los hidrógenos y electrones de alta energía liberados obtenidos en las sucesivas obtenidos en las reacciones oxidativas del Ciclo de Krebs se utilizan para formar NADH Y FADH2, que luego entrarán en la cadena respiratoria.

¿En qué etapas de la cadena respiratoria se genera energía?

Los Complejos I, III, IV generan suficiente energía para la síntesis de ATP, siendo el Complejo V la responsable de la síntesis directa del ATP. En cambio, el Complejo II es el responsable de la oxidación del succinato en el ciclo de Krebs por medio del FAD, pero esta reacción no libera suficiente energía para la síntesis de ATP.

¿Cuáles son los componentes de la cadena respiratoria? Esquematice

¿Qué sustancias pueden inhibir la cadena respiratoria?

Los inhibidores que bloquean específicamente los transportadores de electrones han proporcionado información muy valiosa sobre su secuencia en la cadena respiratoria. La rotenona (un insecticida), el amital (barbiturato) y la piericidina (un antibiótico parecido a la ubiquinona) bloquean el transporte de electrones entre el NADH y la ubiquinona. Se cree que estos compuestos actúan sobre la NADH coenzima Q reductasa (NADH-deshidrogenasa). La antimicina A bloquea el transporte de electrones entre el citocromo b y c. El cianuro, sulfuro dehidrógeno y el monóxido de carbono bloquean el transporte entre el complejo citocromótico aa3 y el oxígeno. El sitio de acción de esos inhibidores se ha determinado por medidas espectrofotométricas de los estados de óxido-reducción de los transportadores antes y después de la adición del inhibidor a mitocondrias en activa respiración. El punto de inhibición se transforma en un punto de cruzamiento, antes del cual los transportadores se hallan en estado reducido y después del mismo en estado oxidado.

¿Cuáles son las teorías que explican el acoplamiento de la fosforilación oxidativa a la cadena transportadora de electrones? Explicar.

Una de las teorías es la de Lehninger, quien proporcionó la prueba experimental de que el transporte de electrones del NADH al oxígeno es la fuente directa de energía usada en la fosforilación acoplada al ADP para formar ATP.

Se ha comprobado que hay tres segmentos en que el transporte de electrones está acoplado a la fosforilación del ADP. Estos segmentos han sido designados como sitio I (el intervalo entre NADH y coenzima Q); sitio II (intervalo entre citocromo b y c) y sitio III (intervalo entre citocromo a y oxígeno). La cadena respiratoria se puede considerar como un dispositivo destinado a liberar energía a pocos en varias estaciones. Entre de ellas esta cantidad sería suficiente para la síntesis de un ATP. Los metabolitos, como el succinato o glicerofosfato que obvian el sitio I y vierten sus electrones directamente en la ubiquinona, sólo forman dos moléculas de ATP en los sitios 2 y 3. El ácido ascórbico transfiere sus electrones directamente al sitio III y rinde solo ATP. Por estos tres sitios se opera la expulsión de H+ para generar la gradiente electroquímica para la síntesis del ATP.

La relación P/O es de 3,2 y 1 para el NADH, succinato y ascorbato, respectivamente.

Otra teoría es la Mitchel, quien en 1961, propuso su hipótesis quimio-osmótica que parece ser, en la actualidad, el modelo que más concuerda con la experiencia experimental. Según esta hipótesis, el transporte de electrones y la síntesis del ATP están acoplados por una gradiente de protones a través de loa membrana mitocondrial interna antes que por un intermediario covalente de alta energía o una conformación proteica activada. Según este modelo, la energía libre proveniente del transporte de electrones en la cadena respiratoria es conservada desplazando protones (H+) de la matriz mitocondrial al espacio intermembranoso para crear una gradiente electroquímica de H+ a través de la membrana mitocondrial interna. La concentración de H+ se hace mayor en el lado citosólico, y alcanzada una gradiente produce una síntesis de ATP por el complejo Fo F1 ATPsintetasa.