METABOLISMO_2.png

En la vida son muchas las actividades diarias que se realizan para mantenerla, respirar, comer, moverse; son alguna de ellas.Pero estos procesos no se realizan de manera espontanea requieren de reacciones internas que a través de la síntesis y degradación de moléculas, producen la energía necesaria para el desarrollo de las actividades diarias.
Así mismo debemos destacar que los humanos como seres heterótrofos obtienen su energía mediante la oxidación de compuestos orgánicos (hidratos de carbono, lípidos y proteínas) además, esta capacidad se relaciona con el hecho de que son seres aeróbicos,donde para degradar los nutrientes necesitan de agentes oxidantes como es O2 (oxigeno). Esta energía se almacena para su uso a manera de energía libre, que es generada a partir de fuentes orgánicas o por otros medios, mediante un proceso de metabolismo donde los sistemas de vida utilizan y generan esta energía libre.
El metabolismo se basa en dos procesos fundamentales:

EL CATABOLISMO: que permite la liberación de la energía en forma de ATP, a partir de compuestos complejos, es decir partiendo de un compuesto complejo se forman otros más sencillos.

EL ANABOLISMO: donde se utiliza la energía, para la formación de compuestos orgánicos mas complejos a partir de los nutrientes (compuestos simples) los cuales sonnecesarios, tal es el caso de las proteínas y los ácidos nucleídos.
anabo_y_catabo_2.png

Es así como las vías metabólicas buscan finalmente la obtención de metabolítos, a través de reacciones enzimáticas interconectadas para obtener un producto final, son muchas las reacciones metabólicas catalizadas por una misma enzima, los tipos de enzima y metabolítos en una célula determinan, el tipo celular, el estado nutricional y la etapa del desarrollo en la que se encuentra, es por esto que es difícil definir y recorrer una sola via debido a la comunicación que mantienen las diversas vías metabólicas, sin embargo es posible relacionar las vías catabólicas y anabólicas de esta forma: primeramente los metabolítos complejos se degradan en compuestos más sencillos, en más casos en unidades de acetilo de dos carbonos unidos a una coenzima A, que formaran acetilo – coenzima A , la energía que se libera en este proceso de degradación se almacena en forma de ATP, a partir de ADP + Pi o por la reducción de la coenzima NADP y NADPH, donde el ATP y NADPH son las fuentes principales de energía para los procesos anabólicos.
Una característica importante de los procesos catabólicos es que una gran cantidad de compuestos se dirigen a formar intermediarios comunes, que posteriormente serán metabolizados en una vía oxidativa central es así como:
Las proteínas, los hidratos de carbono y los lípidos, son degradadas en sus monómeros los aminoácidos, glucosa, ácidos grasos y glicerol; que mediante una serie de reacciones culminaran en la formación de Acetil – CoA y está conforme a una serie de reacciones se oxidara hasta formar CO2, por medio del Ciclo del Acido Cítrico. De igual manera se debe señalar que cuando una sustancia se oxida otra se reduce, y de acuerdo a esta reacción oxidativa se forman las coenzimas reducidas, NADH Y FADH, a partir de NAD+ y FAD. Las coenzimas reducidas posteriormente serán reoxidadas por O2, en la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa, reacciones que finalmente con llevaran a la formación de H2O y ATP.
Es así como lo señalado anteriormente nos lleva al hecho de que el ciclo del acido cítrico corresponde a una vía central para el proceso metabólico del organismo.

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO O DE KREBS
Donde la ecuación general es la siguiente:
Acetil-CoA + 3NAD+ + FADH + GDP + Pi + H2O CoA + 3NADH + FADH2 + GTP + 2CO2 + 3H+
mitocondria.png
larespiracioncelular.blogspot.com


Que constituye una serie de reacciones que oxidan el grupo Acetil de la Acetil- CoA a dos moléculas de CO2, de manera que se conserva la energía libre que será utilizada en la síntesis de ATP. En este ciclo una molécula de oxalacetato media la oxidación de muchas moléculas de Acetil – CoA, debido a que este es regenerado al final de cada secuencia oxidativa, se inicia y se acaba con oxalacetato, es por esto que se dice que el ciclo funciona catalíticamente.
Este ciclo del acido cítrico, cabe acotar también llamado ciclo de Krebs, ocurre en la mitocondria de las células, específicamente dentro de su membrana interna, en la matriz mitocondrial.
Este ciclo interviene, de manera principal en la glucogénesis, transaminación, desaminación y lipogenesis; algunos de estos procesos son llevados a cabo en todos los tejidos, sobretodo en el hepático donde ocurren con importancia extrema, este ciclo representa una de las últimas fases de la oxidación de muchos alimentos, los cuales quedan reducidos a un numero de sustancia sencillas por medio de la digestión.
El ciclo de Krebs consta de ocho pasos, que inicia con la condensación del oxalacetato y el radical Acetil del Acetil-CoA para formar citrato y terminar con la nueva formación de oxalacetato, son ocho de las enzimas implicadas en el ciclo actuando en dos fases:
  • Adición de una porción de dos carbonos (Acetil-CoA) a un compuesto de cuatro carbonos (oxalacetato) para dar un anión orgánico de seis carbonos, el citrato seguido de la pérdida de dos carbonos en forma de CO2 y H2O.
  • Regeneración del oxalacetato.
Las ocho enzimas catalizan una serie de reacciones orgánicas, que de manera global oxidan un grupo acetilo a dos moléculas de carbono CO2 con la consiguiente formación de dos moléculas de NADH, una de FADH y una de GTP.

REACCIONES DEL CICLO:

1._ el citrato cintasa cataliza la condensación entre el Acetil- CoA y Oxalacetato para rendir Citrato (dando este nombre al ciclo).

2._la estrategia de las dos etapas siguientes del ciclo es transformar al citrato en un isómero mas fácilmente oxidable, y posteriormente oxidarlo. La Aconitasa, convierte al citrato, con un grupo alcohol orgánico no fácilmente oxidable, a isocitrato, con un alcohol secundario fácilmente oxidable.la secuencia de reacción supone la deshidratación, en la que se produce cis- aconitato unido a la enzima, seguida de una deshidratación ; así el grupo hidroxilo del citrato es transferido es transferido a una átomo de carbono adyacente.

3._la isocitrato deshidrogenasa, oxida el isocitrato a oxalosuccinato un intermediario con la reducción acoplada de NAD a NADH; a continuación, el oxalosuccinato es descarboxilado, rindiendo a a- oxoglutarato, esta es la primera etapa en la que la oxidación se acopla a la producción de NADH y y también en la que se genera CO2.

4._el complejo multienzimatico a- oxoglutarato deshidrogenasa, descarboxila oxidativamente el a- oxoglutarato a succinil- Coenzima A, esta reacción supone la reducción de otra molécula de NAD a NADH y la generación de una segunda molécula de CO2. En este punto del ciclo ya se han producido dos moléculas de CO2, con lo que la oxidación neta del grupo acetilo ya es completa. sin embargo se debe señalar, que no son los átomos de carbono del Acetil- CoA entrante los que se han oxidado.

5._ la succinil – CoA sintetasa, convierte al succinil - CoA a succinato. La energía libre del enlace tioester se conserva en esta reacción por la formación del compuesto de alta energía, GTP, a partir de GDP y Pi.

6._ las reacciones restantes del ciclo sirven para oxidar el succinato a oxalacetato, como preparación para otra vuelta del ciclo. La succinato deshidrogenasa, cataliza la oxidación del enlace sencillo, situado en el centro de la molécula de succinato , a doble enlace en trans, dando fumarato, con la reducción concomitente de la coenzima redox FAD a FADH2.

7._ la fumarasa por su parte, cataliza a continuación la deshidratación del doble enlace del fumarato dando con ello malato.

8._finalmente la malato deshidrogenasa, regenera el oxalacetato, oxidando el grupo alcohol secundario del malato a la correspondiente cetona, con la reducción concomitente de una tercera molécula de NAD a NADH.

REGULACIÓN… PUNTO IMPORTANTE!!!
Dado a que este es un ciclo con catálisis enzimática, las reacciones no se producen al azar, sino que deben y están muy bien reguladas, entes caso mediado por una regulación alostérica, que viene dada por las concentraciones de las relaciones NAD/NADH y ATP/ADP, relaciones que median las reacciones de las enzimas que pueden ser moduladas como la citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y a- acetoglutarato deshidrogenasa.

Estas enzimas propias del ciclo aumenta su velocidad de catálisis ante la presencia de una mayor concentración de NAD (sustrato) oxidado al igual que ante las concentraciones de ADP que aumenta la afinidad de la enzima por su sustrato actuando como un modulador alostérico positivo, de igual manera las concentraciones elevadas de NADH y ATP, actúan como moduladores alostericos negativo, causando el efecto opuesto, resultando inhibidores.

Así mismo se debe señalar la modulación del complejo enzimático piruvato deshidrogenasa, que aunque no forma parte directa en el ciclo permite la síntesis del acetil-CoA necesario para la primera reacción del ciclo a partir de piruvato. Esta enzima por su parte esta mediada por modificación covalente de fosforilación y desfosforilacion donde al estar fosforilada se encontrara inactiva, mientras que desfosforilada estará activa. Así mismo, puede ser inhibida por las altas concentraciones de NADH y Acetil- CoA, que compite por el sitio activo de la enzima inhibiéndola


CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES
Sin_título.png
html.rincondelvago.com


Una característica de interés en las rutas metabólicas, es la formación de dos donadores de electrones, nos referimos a las coenzimas reducidas NADH y FADH2, estas deben ser reoxidada para integrase nuevamente a los procesos metabólicos, mecanismo que se da mediante la donación de sus electrones a través de la cadena de transporte de electrones donde su aceptor final será el O2 que posteriormente se reduce para formar H2O (agua). Este proceso incluye distintas etapas que ocurren en la membrana mitocondrial interna de la mitocondria. Donde las enzimas que catalizan las diversas reacciones permiten la creación simultanea, de un gradiente de protones a través de la membrana.
Esta cadena está constituida por cuatro complejos enzimáticos y varios transportadores, esto cuatro complejos están unidos a la membrana interna mitocondrial, donde tres de ellos son complejos transmembrana el I, III y IV, estos tiene la capacidad de operar como bomba de protones, el complejo II por su parte solo está asociado a ella y no bombea protones H+.
Este cadena igualmente incluye unos transportadores que corresponden a Ubiquinona (UQ, Q o CoQ), Citocromo
Es cuanto a gradiente de electrones, se produce de la siguiente manera:


cadena_1.png

1.Los electrones captados por el NADH ingresan en la cadena cuando son transferidos al FMN (Flavín mononucleótido, que se reduce y los traslada a la coenzima Q (Co Q). El FMN regresa a su forma oxidada, para recibir otro par de electrones, y la Co Q se reduce. A continuación, la Co Q cede el electrón al siguiente aceptor, el Complejo III y vuelve a su forma oxidada

2. En el caso del complejo II, que utiliza el FADH2 y donde sus electrones entran en la cadena, en un nivel energético levemente inferior a los del NADH.

3. El proceso se repite en sentido descendente. Al pasar los electrones por la cadena respiratoria, van saltando a niveles energéticos sucesivamente inferiores.

4. Finalmente los electrones se movilizan hasta el O2, que se combina con 2 protones, para formar agua que saldrá de la mitocondria y de la célula. El oxígeno es esencial en el proceso pues sin éste, el último componente de la cadena no podría regresar a oxidarse una vez reducido.


Descripción de los complejos
El "complejo I" o NADH deshidrogenasa está formado por varias cadenas polipeptídicas que utilizan nucleótidos de flavina y adenina como coenzimas. Éste complejo enzimático capta dos electrones del NADH y los transfiere a un transportador liposoluble denominado ubiquinona (UQ)

El "Complejo II" o Succinato deshidrogenasa o Ubiquinona no es una bomba de protones. Es la única enzima del ciclo de Krebs asociado a membrana. Este complejo dona electrones a la ubiquinona desde el succinato (que se transforma en fumarato) y los transfiere a la ubiquinona mediante el FAD.

- El "complejo III" o Complejo Citocromo b-c1 o Citocromo reductasa obtiene 2 electrones desde QH2 y se los transfiere a dos moléculas de citocromo c.

- El “complejo IV” o Citocromo c-oxidasa, capta cuatro electrones de las cuatro moléculas de citocromo c y se transfieren al oxígeno (O2), para producir dos moléculas de agua (H2O). Al mismo tiempo se translocan cuatro protones al espacio intermembrana, por los cuatro electrones

EL ATP
ATP.png
forest.ula.ve

La formación de este se relaciona con la presencia de un llamado complejo v, que realmente corresponde a ATP sintasa, donde se acopla el intercambio del gradiente electroquímico con la formación de ATP y H+. Donde como se menciona anteriormente el flujo de protones crea un gradiente de pH y un ón oxidativa. La ATP sintasa se procede como un canal de iones que "devuelve" los protones a la matriz mitocondrial, en el que la energía que se forma, es utilizada por la síntesis de ATP, catalizada por el componente F1 del complejo FOF1 de la ATP sintasa, también llamado complejo V.
Y es asi, como el acoplamiento con la fosforilación oxidativa es un paso fundamental para en producción de ATP