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metabolismo, Apuntes de Bioquímica

Asignatura: Bioquímica, Profesor: , Carrera: Biología, Universidad: UCM

Tipo: Apuntes

2012/2013

Subido el 24/09/2013

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cristina_bc-1 🇪🇸

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Parte II: EL METABOLISMO
I/ Conceptos básicos:
A/ INTRODUCCIÓN:
1 Generalidades:
- Recibe el nombre de Metabolismo el conjunto de todas las reacciones
químicas que se producen en un organismo. El mantenimiento del organismo
depende de todas y cada una de ellas.
El Catabolismo es el conjunto de reacciones de Degradación por oxidación.
Produce energía. Suele suceder en mitocondrias.
El Anabolismo es el conjunto de reacciones de Biosíntesis por reducción.
Gasta energía. Suele suceder en el citoplasma.
- Las Rutas Anfibólicas son rutas de degradación que crean precursores para
la biosíntesis.
- Cada reacción metabólica está integrada en una compleja red de
reacciones, controladas a su vez por distintos sistemas, a distintos niveles.
2 Control del metabolismo:
- La regulación del metabolismo tiene lugar por medio de distintos
mecanismos:
- Por regulación de la actividad de cada enzima:
Halosterismo.
Polimerización/Despolimerización.
Modificaciones covalentes reversibles.
- Por regulación de los niveles de concentración de enzima, por medio de la
síntesis y degradación de la enzima.
- Por la separación de Anabolismo y Catabolismo en distintas rutas.
- Por los sistemas de endomembranas o compartimentación celular que
permiten la separación física de las rutas en orgánulos.
- Por la compartimentación tisular en tejidos y órganos con distintas funciones
metabólicas.
- Por la existencia de Isoenzimas: Distintas formas enzimáticas con la misma
actividad, pero distintas cinética y localización celular y tisular. (Por ejemplo,
Lactato dh (deshidrogenasa).
- Por mecanismos de comunicación celular, que mediante hormonas y
neuropéptidos permiten el correcto funcionamiento, íntegro y coordinado, de cada
tejido y órgano, en un organismo.
- Por el Estado Energético Celular, o niveles de ATP (y GTP), necesario para
numerosas reacciones. Es responsable de la carga energética o Potencial de
Fosforilación.
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Parte II: EL METABOLISMO

I/ Conceptos básicos:

A/ INTRODUCCIÓN:

1 Generalidades:

  • Recibe el nombre de Metabolismo el conjunto de todas las reacciones químicas que se producen en un organismo. El mantenimiento del organismo depende de todas y cada una de ellas.  El Catabolismo es el conjunto de reacciones de Degradación por oxidación. Produce energía. Suele suceder en mitocondrias.  El Anabolismo es el conjunto de reacciones de Biosíntesis por reducción. Gasta energía. Suele suceder en el citoplasma.
  • Las Rutas Anfibólicas son rutas de degradación que crean precursores para la biosíntesis.
  • Cada reacción metabólica está integrada en una compleja red de reacciones, controladas a su vez por distintos sistemas, a distintos niveles.

2 Control del metabolismo:

  • La regulación del metabolismo tiene lugar por medio de distintos mecanismos:
  • Por regulación de la actividad de cada enzima:  Halosterismo.  Polimerización/Despolimerización.  Modificaciones covalentes reversibles.
  • Por regulación de los niveles de concentración de enzima, por medio de la síntesis y degradación de la enzima.
  • Por la separación de Anabolismo y Catabolismo en distintas rutas.
  • Por los sistemas de endomembranas o compartimentación celular que permiten la separación física de las rutas en orgánulos.
  • Por la compartimentación tisular en tejidos y órganos con distintas funciones metabólicas.
  • Por la existencia de Isoenzimas: Distintas formas enzimáticas con la misma actividad, pero distintas cinética y localización celular y tisular. (Por ejemplo, Lactato dh (deshidrogenasa).
  • Por mecanismos de comunicación celular, que mediante hormonas y neuropéptidos permiten el correcto funcionamiento, íntegro y coordinado, de cada tejido y órgano, en un organismo.
  • Por el Estado Energético Celular, o niveles de ATP (y GTP), necesario para numerosas reacciones. Es responsable de la carga energética o Potencial de Fosforilación.

B/ TERMODINÁMICA:

1 Bases de la Termodinámica:

  • Las variaciones energéticas acompañan a todas las reacciones químicas, y también a las metabólicas.
  • Las variables de la termodinámica son las propiedades experimentales observables de un Sistema. Se trata de P, T, V, U (E interna), H (entalpía), S (entropía), G (E libre de Gibbs).
  • Cuando un sistema bioquímico sufre una modificación, utilizamos estas variables para caracterizar físicamente la reacción. Las principales variables implicadas son G y H.
  • Para calcular estas variables sólo se tienen en cuenta los estados inicial y final. Cuando el sistema capta del entorno son positivas, mientras que si cede tienen signo negativo.
  • Para los estudios experimentales se han establecido las Condiciones Standard como: P = 1atm, T = 25ªC, y COSM = 1M. Se emplea el superíndice 0 para señalar que se han respetado dichas condiciones (Gº, Hº)
  • Para los sistemas biológicos, se definen como Condiciones Biológicas Standard las mismas condiciones anteriores con un medio acuoso a pH = 7, es decir, [H+] = 1M. En estos casos el superíndice empleado es 0’ (G0’, H0’).

2 Clasificación Termodinámica de las Reacciones:

  • Las reacciones se clasifican en termodinámica en función de si el sistema capta o cede al entorno.
  • En función de la entalpía, el sistema cede o capta calor Q del medio:  Exotérmicas: Cede Q; H<0.  Endotérmicas: Capta Q;H>0.
  • Para valorar la espontaneidad de la reacción utilizamos la Energía libre de Gibbs.  Exergónicas: Espontáneas; G<0.  Endergónicas: No espontáneas; G>0.  Cuando G = 0, la reacción está en equilibrio.

G = H – T.S

  • En esta reacción, H representa el contenido calórico del sistema y T.H representa la energía perdida durante la reacción por movimientos moleculares.

Gº = -R. T. ln Keq

  • Donde, para la reacción aA + bB cC + dD:

Keq = [C]C.[D]D/ [A]A.[B]B

  • Son, ante todo el ATP, las principales fuentes de energía en Biosíntesis, Trabajos Mecánicos y Transporte Activo transmembrana.
  • Las reacciones endergónicas se acoplan a la fosfatación del ATP en ADP + Pi, ejerciendo así como moneda de cambio energética en el metabolismo. Posteriormente el ADP se fosforila gracias al P de un sustrato.
  • La fosforilación puede ser:  Fotosforilación Oxidativa: En Respiración o Fotosíntesis.  Fosforilación a Nivel de Sustrato: Directamente en el transcurso de las rutas de degradación.
  • La Carga Energética (CE, entre 0 y 1), y el Potencial de Fosforilación (Pot P) son los principales parámetros calculados del ATP en un tejido:

CE = ([ATP] + ½[ADP]) / ([ATP] + [ADP] + [AMP])

Pot P = [ATP] / ([ATP] + [Pi])

D/ COMPUESTOS DE ELEVADA ENERGÍA DE PODER REDUCTOR:

1 Reacciones de Oxido-Reducción (Red-Ox):

  • Se trata de un grupo especial de reacciones acopladas que proporcionan gran parte de la energía de los organismos.
  • Se define como Reductor a aquel compuesto capaz de oxidarse cediendo sus electrones al entorno. La oxidación suele acompañarse por Deshidrogenación.
  • Se define como Oxidante a aquel compuesto capaz de reducirse captando electrones del entorno. La reducción suele acompañarse por Hidrogenación.
  • Dado que durante la oxidación, el Reductor pasa a ser Oxidante, y viceversa, se puede definir la pareja Red/Ox para una especie química dada.
  • Hablamos de una Reacción Red-Ox cuando se acopla la reducción y oxidación respectivas de dos parejas Red/Ox; una sola pareja no cedería o captaría electrones si otra pareja no los captase o cediese.
  • Durante una reacción Red-Ox, una especie química se oxida mientras la otra se reduce.

2 La Energía en las Reacciones Red-Ox:

  • La Energía de este tipo de reacciones recibe también el nombre de Potencial de Reducción o Poder Reductor, y se mide en Voltios.
  • Se conoce el Poder Reductor (E, ver tabla) de cada especie en condiciones biológicas estándar. Los E están basados en el estándar de Hidrógeno: E’^0 = 0 V.
  • Calculando E’^0 a partir de los E’^0 de ambas parejas Red/Ox podemos determinar si la reacción transcurre en sentido directo o inverso:

E’^0 = E’^0 Ox + E’^0 Red

E’^0 >0: Reacción espontánea

E’^0 <0: Reacción inversa espontánea E’^0 =0: Hay Equilibrio

  • E’^0 es inversamente proporcional a G’^0 ; en concreto:

G’^0 = -n. F. E’^0

  • En condiciones no Standard:

E =E’^0 – R.T / n.F. ln ([Productos] / [Reactivos])

3 Poder Reductor en el Metabolismo:

  • El Poder Reductor de un organismo se debe principalmente a las Coenzimas NADH, NADPH y FADH 2.
  • Estas Coenzimas adquieren un importante papel en el metabolismo por varios motivos:  Por su capacidad de acoplarse y facilitar la reducción de precursores metabólicos en rutas de Biosíntesis.  A su vez, las formas oxidantes pueden acoplarse a Oxidaciones en rutas de Degradación.  Por último, por su capacidad de ceder electrones a las Cadenas de Transporte Electrónico Mitocondriales de la Respiración, permitiendo la síntesis de varios ATP, moneda de cambio energética.

DHA-P G-3-P

2 Segunda fase de la Glicólisis:

  • Una vez que toda la glucosa se ha transformado a G-3-P, gastando la energía de 2 ATP/glucosa (se forman dos G-3-P), comienza la segunda fase de la Glucólisis, el la que hay una producción neta de energía.
  • Para comenzar tiene lugar la oxidación del Carbono 1’ de G-3-P y su consecutiva fosforilación de G-3-P en 1,3-di-Fosfoglicerato, por la Gliceraldehído- 3-P-dh. Esta reacción fuertemente exergónica libera energía química, permitiendo la reducción de un NAD+^ en NADH. Se trata de nuevo de una reacción reversible.
  • 1,3-di-P-G pierde entonces su grupo P, que sirve para fosforilar un ADP a nivel de sustrato, formándose 1 ATP, Gracias a la Fosfoglicerato Quinasa.
  • Fosfoglicerato Mutasa cambia entonces la posición del P de 3’ a 2’, formándose 2- Fosfoglicerato.
  • La enzima Fosfoenolpiruvasa, a continuación, deshidrata el 2-PG transformándolo en Fosfoenolpiruvato (PEP), compuesto de muy elevado contenido energético.
  • La acción de Piruvato Kinasa, fuertemente Exergónica, Transforma el PEP en Piruvato, producto final de esta ruta. Tiene entonces lugar una segunda Fosforilación de ADP a nivel de sustrato, formándose 1 ATP. Sin embargo, PEP tiene más energía que aún contiene el Piruvato.
  • La tendencia espontánea de la energía a disiparse hace que PEP tenga una alta tendencia a disociarse: Se trata de un Enol (alcohol secundario con doble enlace. El equilibrio entre las formas Enol y Ceto está muy desplazada hacia la forma Ceto.

Enol Ceto

  • Cuando PEP está fosforilado, P bloquea el grupo Enol, evitando que se transforme en Ceto. Por ello la acción de piruvato kinasa desencadena el desplazamiento brutal a Ceto, y la consiguiente liberación de energía.
  • El producto final que deriva de la Glucólisis es una molécula de Piruvato.

3 Regulación de la Glicolisis:

  • En el proceso de Glicolisis se distinguen tres reacciones irreversibles intracelulares: Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa y Piruvato quinasa. Las tres son además marcadamente exergónicas, tanto es así que para la biosíntesis de Glucosa desde Piruvato, deben ser rodeadas por rutas alternativas.
  • Fosfofructoquinasa es una enzima alostérica que regula la velocidad general de la glicolisis: ATP es su sustrato (centro activo) y también su inhibidor (centro regulador). KM<<<KI, por lo que el centro activo presenta mucha mayor afinidad que el regulador; ATP sólo llega a este último cuando se encuentra en alta concentración. De hecho, las relaciones ATP/ADP y ATP/AMP regulan a esta enzima: ATP (al igual que NADH) la inhibe mientras ADP y AMP la excitan. Por ello se puede decir que el estado energético de la célula controla muy sensiblemente la glicólisis.
  • También es inhibida alostéricamente por Citrato, producto intermedio del ciclo TCA, y por AG (ácidos grasos), combustibles celulares energéticamente muy cargados.
  • Otras enzimas reguladas son Gliceraldehído-3-P dh (excitada por NAD+) y Piruvato kinasa (inhibida por ATP).

4 Degradación anaeróbica del Piruvato:

  • Este tipo de degradación recibe el nombre de Fermentación: se trata de la reducción (de Ceto a Alcohol) anaeróbica del Piruvato. En función del tipo de
  • Esta descarboxilación oxidativa libera gran cantidad de energía. Para que esta no se disipe en forma de calor, queda contenida en un nuevo enlace (ester tiólico) que se forma entre el Acetato y la Coenzima A, formándose Acetil-CoA; una molécula de posición central en el metabolismo. El balance general de la reacción es:

CH 3 -CO-COO-^ + CoA-SH + NAD+

CH 3 -CO-S-CoA + CO 2 + NADH + H+

  • Para la compleja labor de evitar la disipación de la energía de esta reacción, entra en acción un Complejo Multienzimático: Piruvato dh. PM = 7.000.000 Da. Geometría definida: Dodecahedro. Las enzimas están unidas en estructuras superiores por enlaces no covalentes, lo que supone un avance evolutivo aumentando la eficacia de las enzimas: Evita que el sustrato difunda, aumentando [S] en las cercanías del complejo. Además, la regulación del complejo por modificación de un solo componente es más precisa y eficaz.
  • Este complejo se compone de tres tipos enzimáticos, que utilizan distintos Coenzimas o Cofactores.  Piruvato dh (PDH) + coenzima Pirofosfato de Tiamina (TPP).  Dihidrolipoil Transacetilasa (DLT) + coenzima Ácido Lipoico.  Dihidrolipoil dh (DLDH) + coenzima FAD.
  • PDH-TPP descarboxila el Piruvato (1), en Acetaldehído (CH 3 -CHOH), quedando unido a él formando Pirofosfato de 2-Hidroxietiltiamina. Recibe el nombre de aldehído activado, al estar unido a PDH-TPP.
  • El aldehído activado es transferido al coenzima Ácido Lipoico, que se encuentra a su vez unido a DLT por una amida transacetilasa (Lys). Entonces tiene lugar la oxidación del aldehído a ácido carboxílico, formándose Acetato, y quedando unido al Ácido Lipoico (2). Este último queda a su vez reducido a Ácido Dihidrolipoico, forman
  • Posteriormente entra en juego la CoA, y va a tener lugar la Transesterificación (3). El resto acetato es transferido a CoA, formándose finalmente Acetil-CoA.
  • El ácido dihidrolipoico debe ser reoxidado; sólo entonces entra en juego la tercera enzima del complejo. Los e-^ del ácido dihidrolipoico pasan al FAD de esta tercera enzima (4) formando FADH 2 (reducido), y quedando oxidado de nuevo en Ácido Lipoico.
  • Por último, la reoxidación de FADH2 es mediada por un NAD+^ libre que va a ser reducido a NADH (5). El complejo multienzimático queda así intacto de nuevo.

6 Regulación del Complejo Piruvato dh:

  • La regulación de este complejo multienzimático se vuelve necesario, por la importancia de sus productos en la Respiración Celular.
  • Este regulación tiene lugar por fosforilación/desfosforilación, y cada proceso es mediado por una enzima reguladora, respectivamente; Piruvato dh Kinasa y Piruvato dh Fosfatasa.

ATP Pdh Kinasa ADP Pdh activo Pdh-P inactivo Pi Pdh Fosfatasa H 2 O

  • Acetil-CoA y NADH (productos del complejo) excitan a la enzima Pdh Kinasa (inactivando Pdh), mientras piruvato, NAD+^ y CoA-SH (sustratos del complejo) lo inhiben.
  • Por otro lado, Ca 2 +^ activa Pdh Fosfatasa, activando por lo tanto al complejo Pdh. Este ión es liberado previa contracción muscular, indicando la inmediata necesidad de gran cantidad de energía metabólica.
  • Como vimos anteriormente, esta regulación se hacía más efectiva, pues sólo se regulaba la actividad de una de las enzimas del complejo: Se trata en concreto de la enzima Piruvato dh: Cuando se fosforilan 3 residuos Ser de esta enzima, todo el complejo queda inactivado, y al ser hidrolizados se reactiva.
  • Los Arsenitos orgánicos e inorgánicos son fuertes inhibidores del complejo PDH. Tienen gran afinidad por los grupos SH, por lo que se unen al Ácido Dihidrolipoico impidiendo su reoxidación.
  • El ciclo TCA está catalizado por enzimas solubles del la matriz mitocondrial. Una de ellas, Succinato dh, es integral de la membrana interna mitocondrial.
  • (1) Condensación aldólica. Se forma el primer Ácido Tricarboxílico del ciclo: El Citrato. La fuente de energía del enlace covalente que se forma entre los sustratos, Acetato y Oxalacetato, es el propio enlace de Acetil-CoA, y aún sobra energía de esta reacción fuertemente exergónica.
  • (2) La Aconitasa cataliza en realidad dos reacciones distintas, para cambiar la posición del grupo Hydroxi de posición 3’. En primer lugar facilita la perdida de una molécula de agua, formándose un doble enlace y Cis-Aconitato. En segundo lugar adiciona una molécula de agua, formandose finalmente el Isocitrato. Se trata de hecho de una enzima estereoespecífica: tanto la eliminación como la adición de moléculas de agua tiene lugar de forma trans. Este paso es esencial: Citrato es un alcohol terciario, y no se puede oxidar a Ceto. El cambio de posición del grupo Hydroxi a alcohol secundario en Isocitrato, permite su posterior oxidación a ceto.
  • Fluoracetato (F-CH 2 -COO-) es de hecho un veneno utilizado como pesticida contra coyotes en USA. Inhibe la acción de la Aconitasa. Este compuesto se une con CoA-SH formándose Fluoracetil-CoA (F-CH 2 -CO-S-CoA). Este es reconocido por la enzima, formándo Fluorcitrato, que bloquea el ciclo (fortísimo inhibidor irreversible). Al alimentarse de los cadáveres, los consumidores de los ecosistemas también resultaron afectados.
  • (3) Descarboxilación oxidativa. Tiene lugar en dos pasos. En el primero se oxida el alcohol secundario a Ceto, formándose 1 NADH. Posteriormente tiene lugar la descarboxilación, liberándose 1 CO 2 y formándose -Cetoglutarato.
  • (4) Descarboxilación oxidativa. En primer lugar se produce la pérdida del CO 2 de -carboxilo. A continuación se produce la oxidación fuertemente exergónica de grupo Ceto a Carboxilo formándose NADH. Toda la energía queda contenida en el enlace del producto con CoA-SH, formando Succinil-CoA.
  • La enzima -Cetoglutarato dh es un complejo multienzimático análogo a Piruvato dh. Se forma de tres tipos de enzima:  -Cetoglutarato dh + coenzima TPP.  Dihidrolipoil-trans-succinasa + coenzima Ácido Lipoico.  Dihidrolipoil dh + coenzima FAD.
  • (5) Succinil-CoA Sintetasa (o Kinasa) cataliza la formación de GTP por fosforilación a nivel de sustrato. La alta energía del P en posición  proviene de la hidrólisis (ruptura de la unión Ester tiólico) de CoA-SH y la consiguiente formación de Succinato. Por lo tanto proviene indirectamente de la reacción (4).
  • (6) Succinato dh es la única enzima fuertemente unida a la membrana interna mitocondrial. Transforma el enlace sencillo entre los carbonos 3’ y 4’ en doble enlace. Se forma FADH 2 , con los dos H despendidos del Succinato. Se forma Fumarato.
  • Las enzimas deshidrogenasa (dh) suelen reducir coenzimas para oxidar el sustrato. En función de la energía desprendida en la reacción, pueden reducir NAD+^ en reacciones altamente energéticas (de alcohol o aldehído a ceto, de

aldehído a ácido) o FAD+^ en reacciones no suficientemente exergónicas para formar NADH (de enlace sencillo a doble enlace).

  • (7) La enzima Fumarasa cataliza la hidratación del Fumarato en los carbonos 2’ y 3’, y la consecuente formación de Malato.
  • (8) Malato dh oxida el Malato en Oxalacetato (OA-), formando un NADH.
  • Así queda cerrado finalemente el ciclo. Ahora una nueva molécula de Acetil-CoA llega a la mitocondria, y se une con el OA-^ en la reacción (1).
  • Como balance, podemos apreciar que en una vuelta de ciclo se oxidan los dos carbonos correspondientes a Acetil-CoA, en dos descarboxilaciones sucesivas, catalizadas por Isocitrato dh y -Cetoglutarato dh.
  • Cabe destacar que los carbonos que son incorporados al ciclo TCA no son descarboxilados hasta la segunda vuelta de ciclo; en la primera pasan a formar una parte constitutiva del OA-, durante la cual son descarboxilados los C del acetato incorporado anteriormente.
  • También podemos apreciar que la combustión completa de una molécula de glucosa es mucho más reentable energéticamente en condiciones aerobias ( glucosa = 38 ATP).

8 Regulación del ciclo TCA:

  • Este ciclo, vital para la absoluta totalidad de células aerobias, está controlado por una fuerte regulación, que se divide en dos tipos fundamentales: General y Particular.
  • La Regulación General o Global afecta a la totalidad del ciclo, y se relaciona con su alta sensibilidad a la proporción NADH/NAD+, dado que NAD+ es un sustrato del ciclo en tres pasos distintos. Cuando la concentración de NADH es alta, la célula dispone de energía suficiente y el ciclo se ralentiza.
  • La Regulación Particular se limita a tres pasos concretos, catalizados de hecho por las enzimas Citrato Sintasa, Isocitrato dh, y-Cetoglutarato dh. Estas enzimas están sometidas a regulación independiente.
  • Citrato Sintasa es inhibida por NADH y Succinil-CoA. La KM de la enzima por OA-, su propio sustrato, es del orden de la concentración fisiológica del mismo. Por lo tanto cuando OA-^ desciende por debajo de su nivel fisiológico normal Citrato Sintasa deja de funcionar y todo el ciclo es bloqueado.
  • Isocitrato dh es una enzima alostérica, inhibida por NADH y excitada por el ADP.
  • Por último, -Cetoglutarato dh es inhibida por NADH y por Succinil-CoA en alta concentración.

B/ PARTICULARIDADES DEL CICLO DE LOS ÁCIDOS

TRICARBOXÍLICOS:

1 Estereoisometría de la Aconitasa:

  • Como vimos al final del ciclo TCA, los dos C de acetato no son descarboxilados hasta la segunda vuelta de ciclo. Se descubrió al marcar el
  • Citrato Liasa escinde el Citrato produciendo los mismos componentes que se han utilisado en el interior mitocondrial para formarlo. Para ello hidroliza una molécula de ATP. De hecho Acetil-CoA sirve en el Citosol para la biosíntesis de ácidos grasos y esteroles, de alta energía (reservas), cuya síntesis precisa la alta energía del enlace Ester Tiólico de CoA.
  • De este modo se drenan intermediarios del ciclo TCA al exterior mitocondrial, para formar precursores de biosíntesis. No hay que olvidar que la mitocondria no puede carecer de intermediarios del ciclo TCA, pues dicho ciclo es exclusivo para crear energía para la célula. Por ello existen también las reacciones Anapleróticas.

3 Reacciones Anapleróticas; Carboxilación del Piruvato:

  • Se trata de todo el conjunto de reacciones previstas para reponer intermediarios en el ciclo TCA, en caso de carencia. Describiremos a continuación las dos principales reacciones anapleróticas: Carboxilación del Piruvato para la reposición del OA-; Ciclo del Glioxilato.
  • La Carboxilación del Piruvato está catalizada por la enzima Piruvato Carboxilasa + coenzima Biotina. Necesita hidrolizar un ATP. Tiene lugar en el interior mitocondrial.

CH 3 -CO-COO-^ + CO 2 - OOC-CH 2 -CO-COO-

  • La Biotina es un coenzima característico de enzimas carboxilasas. Se une a una Lys de la enzima por un enlace covalente en el grupo ácido de su cadena lateral.
  • En concreto, Piruvato Carboxilasa es un Homotetrámero, con un coenzima Biotina en cada monómero (4 en total). Presenta regulación alostérica, siendo fuertemente excitada por Acetil-CoA.
  • De hecho presenta un requerimiento absoluto de Acetil-CoA intramitocondrial, y solo es activada cuando los niveles de este son superiores a los fisiológicos normales.
  • La carboxilación en el seno de la enzima es mediada por la Biotina: coenzima capaz de transportar el CO2 hasta el Piruvato (en forma Carboxibiotina), y la energía necesaria para el nuevo enlace, que proviene de la propia unión Botina-CO 2.

CO 2 + ATP + E-Biotina E-Biotina-COO-^ + ADP + Pi

E-Biotina-COO-^ + CH 3 -CO-COO-^ - OOC-CH 2 -CO-COO-^ + E-Biotina

4 Reacciones Anapleróticas; Ciclo del Glioxilato:

  • Estas reacciones son exclusivas de los Glioxisomas; corpúsculos subcelulares, presentes exclusivamente en Microorganismos y Vegetales. Se trata de un ciclo que presenta reacciones acopladas a las del ciclo TCA, pero carece de la descarboxilación propia de dicho ciclo.
  • Este ciclo puede ser considerado Anaplerótico, pues se forma Succinato, intermediario del ciclo TCA, que también es precursor de la glucosa.
  • Sin embargo, su principal función es la síntesis de Glucosa a partir de metabolitos de dos carbonos. Durante el ciclo se incorporan dos Acetil-CoA, generando ½ Glucosa. Las Acetil-CoA suelen provenir de la degradación de los ácidos grasos (AG).
  • En primer lugar, Isocitrato abandona la Mitocondria, y penetra en el Glioxisoma. Ahí tiene lugar la reacción (1), catalizada por Isocitrato Liasa. Esta enzima escinde el Isocitrato en una molécula de Succinato y una de Glioxilato.
  • El succinato puede abandonar el Glioxisoma para ser transformado en Malato en la mitocondria por el ciclo TCA. El Malato abandona la mitocondria para servir de precursor a la Glucosa en el Citoplasma. La Glucosa, a su vez, sirve de precursor para casi todos los componentes celulares.
  • La enzima Malato Sintasa cataliza la formación de Malato a partir de Glioxilato, incorporando Acetil-CoA, en el interior del Glioxisoma.
  • El resto de reacciones (de Malato a Isocitrato) son catalizadas por enzimas comunes al ciclo TCA (Malato dh, Citrato Sintasa y Aconitasa) en el Glioxisoma.
  • Este ciclo es muy útil para microorganismos cuya única fuente de carbono son metabolitos de 2C.
  • En vegetales son imprescindibles para la transformación de las reservas energéticas de triglicéridos que se degradan durante la germinación. Los Triglicéridos se descomponen en 3 AG y una molécula de Glicerol. Los AG pueden transformarse en Acetil-CoA por -oxidación, de forma que su energía se puede incorporar al ciclo del Glioxilato.

respiratoria hasta el oxígeno. Los átomos de la molécula que se oxida no se incorporan directamente a la molécula que se oxida.

  • Además de crear energía, la cadena respiratoria facilita la reoxidación de los coenzimas necesarios para el Catabolismo.

2 Mecanismo de la cadena respiratoria:

  • NADH cede sus electrones a nivel del Complejo I, NADH dh. Este complejo multienzimático es muy complejo. Los electrones son cedidos entonces a Ubiquinol (CoQ) (Q / QH 2 ). Se genera así un primer ATP.
  • FADH 2 cede sin embargo sus electrones al Complejo II, FADH 2 dh, y este a su vez se los cede a CoQ, sin síntesis de ATP.
  • Por ello, a la oxidación de un NADH se acopla la síntesis de 3 ATP, mientras que a la oxidación de un FADH 2 se acopla la síntesis de 2 ATP (nuevos estudios apuntan a 2,5 ATP y 1,5 ATP respectivamente).

CADENA DE TRANSPORTE

ELECTRÓNICO

COMPLEJO I

UBIQUINOL

COMPLEJO III

CITOCROMO C

COMPLEJO IV

NADH

ATP

FADH 2

ATP

ATP

  • En ambos casos, los dos electrones terminan reduciendo una molécula de Ubiquinol. CoQH 2 va a ceder los electrones al siguiente complejo multienzimático, formandose una molécula de ATP; se trata del Complejo III, Ubiquinol dh.
  • Este complejo termina reduciendo una molécula de Citocromo C. Esta va a ceder los dos electrones al último complejo multienzimático, formándose de nuevo un ATP; se trata del Complejo IV, Citocromo C dh.

3 Los Citocromos:

  • En el proceso intervienen tres Apoproteínas; los Citocromos: Cit a (Complejo IV), Cit b (Complejo III y II) y Cit C (Complejo III y libre). Tienen la capacidad de absorber luz, y se distinguen por la longitud de onda a la que presentan la mayor adsorción.
  • Cit b presenta un grupo Hemo igual al de Hemoglobina (Fe unido a Protoporfirina IX, grupo unido por enlaces no covalentes de Vinilo).
  • Cit c presenta un grupo prostético de Protoporfirina IX Fe modificado. Está unido por enlaces covalentes Tioeter con Cys de la proteína.
  • Cit a presenta una Protoporfirina IX Fe modificada con dos substituyentes: Un grupo formilo y uno propileno.
  • Existen, a su vez, subclasificaciones dentro de un grupo de Citocromos, por ejemplo, Cit a 1 , Cit a 2 … Estos se diferencian por la proteína a la que se unen y no de su grupo prostético.
  • Es muy importante destacar que en este caso los grupos Hemo no unen O reversiblemente, quedando el Fe Oxigenado y no Oxidado, como ocurre en la Hemoglobina. Los Citocromos son transportadores de electrones, y por lo tanto su