PRODUCCIÓN AEROBIA DEL ATP
(METABOLISMO AEROBIO RESPIRATORIO)

La molécula del lactato (2 lactatos) retiene casi toda la energía libre de la glucosa y posee el mismo estado de oxidación y una complejidad estructural similar.

El rendimiento energético en ATP es 20 veces superior, ya que se logra conservar una gran cantidad de energía libre de la glucosa.

DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO

El piruvato es convertido a acetil-CoA mediante una reación de descarboxilación.

CoA-SH

       NAD⁺   NADH + H⁺

Acetil-CoA

Piruvato

DG^o' = - 8.0 kcal/mol (-33.3 kJ/mol)

La reación es esencialmente IRREVERSIBLE en la célula.

El complejo multienzimáticoPiruvato deshidrogenasa está formado por múltiples copias de tres enzimas:

Piruvato deshidrogenasa
(E₁)

Dihidrolipoil transacetilasa (E₂)

Dihidrolipoil deshidrogenasa (E₃)

En la catálisis intervienen 5 coenzimas: TPP, ácido lipoico, CoA-SH, NAD⁺ y FAD.

El mecanismo de catálisis de la piruvato deshidrogenasa comprende cinco pasos.

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO O DE KREBS

Se encarga de transformar los carbonos de la acetil-CoA en CO₂ y H₂O

Reación sumaria:
Acetyl-CoA + 3 NAD⁺ + FAD + GDP + P_i  ------------>  3 NADH + FADH₂ + CoA-SH + GTP + 3 CO₂

Consta de 8 reacciones agrupadas en tres fases:

1. Primera fase: ENTRADA DEL ACETATO (reacción 1)
2. Segunada fase: REACCIONES DE DESCARBOXILACIÓN (reacciones 2 a 5)
3. Tercera fase: REGENERACIÓN DEL OXALACETATO (reacciones 6 a 8)

Reacción 1: Catalizada por la citrato sintasa

Tipo de reación: aldocondensación

DG^o' = - 7.7 kcal/mol (= - 32.2 kJ/mol)

La citrato sintasa es un dímero que existe en dos estados conformacionales diferentes: ABIERTO (sin sustratos) y CERRADO (con sus dos sistrato unidos), que explica el mecanismo cinético.

Reacción 2: Catalizada por la aconitasa

Tipo de reación: isomerización

La aconitasa posee en su centro activo un centro de [4Fe-4S] encargado de coordinar el OH- del citrato, para facilitar su eliminación.

Reacción 3: Catalizada por la isocitrato deshidrogenasa

Tipo de reación: descarboxilación oxidativa.

DG^o' = - 5.0 kcal/mol (= - 20.85 kJ/mol)

Esta es una reacción muy común en el metabolismo:
Oxidar un ácido en b, para dar un b-cetoácido, el cual será luego descarboxilado.
(el b-carbonilo del a-cetoglutarato hace sencilla la ruptura del enlace C-C adyacente)

Reacción 4: Catalizada por la a-cetoglutarato deshidrogenasa

Tipo de reación: descarboxilación oxidativa.

La a-cetoglutarato deshidrogenasa es un complejo multienzimático casi idéntico al de la piruvato deshidrogenasa, y con un mecanismo de reacción similar.

Reacción 5: Catalizada por la succinil-CoA sintetasa (= succinato tioquinasa)

Tipo de reación: transferencia del fosfato

En el mecanismo de acción interviene una His del centro activo, que es fosforilada al comienzo de la reacción.

Reacción 6: Catalizada por la succinato deshidrogenasa (localizada en la membrana mitocondrial interna)

Tipo de reación: deshidrogenación (=oxidación).

La enzima es altamente estereoespecífica: únicamente reconoce el doble enlace en configuración TRANS y nunca en CIS. Por ello, no reconoce el maleato.

Reacción 8: Catalizada por la malato deshidrogenasa

Tipo de reación: oxidación.

DG^o' = + 7.1 kcal/mol (29.7 kJ/mol)

RESUMEN del CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO:

1.-  El acetato (2C, como Ac-CoA) se condensa con una molécula de 4C para dar citrato.
2.-  Se dan dos descarboxilaciones por vuelta del ciclo, con lo que la entrada de los 2C queda compensada.
3.- Los 2C que se pierden en una vuelta del ciclo no son los que provienen del acetato que entra en esa vuelta.
4.- La oxidación tiene lugar en cuatro pasos (3 con NAD⁺ y uno con FAD)
5.- Se genera una molécula de ATP por vuelta del ciclo.
6.- El ciclo termina con la regeneración del acetato.

Si el balance del ciclo la hacemos partiendo de la glucosa:

Glucosa + 6H₂0 + 10NAD⁺ + 2FAD + 4ADP + 4P_i

6CO₂ + 10NADH + 10H⁺ + 2FADH₂ + 4ATP

SALIDA DE LOS CARBONOS EN EL CICLO

Usando Acetato¹⁴C (en el C metilenico o en el carbonilo) se ha demostrado que los 2C que se pierden en una vuelta del ciclo no son los que provienen del acetato que entra en esa vuelta.

Primera vuelta:

Acetil-CoA + OAA

CO₂CO₂

Citrato

Succinato

Segunda vuelta:

CO₂CO₂

Citrato

Succinato

Tercera vuelta:

CO₂CO₂

Citrato

Succinato

Cuarta vuelta:

CO₂CO₂

Citrato

Succinato

En definitiva, si consideramos que en un determinado momento entra en el ciclo del ácido cítrico un acetato:

La aconitasa es capaz de distinguir el carboximetilo superior del inferior porque interacciona de forma asimétrica con la superficie de la aconitasa, ya que existe en ésta tres puntos distintos de reconocimiento del sustrato.