REGULACIÓN DEL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

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

La oxidación de un acetilo (2CO₂) por cada vuelta del ciclo, genera:
3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP (o ATP)

Si todos esos nucleótidos de reoxidan totalmente en la cadena de transportadores mitocondrial, por cada vuelta del ciclo se originarán en total:
(3 x 3) + (1 x 2) + 1 = 12 ATPs

Si partimos de glucosa, el RENDIMIENTO MÁXIMO de su degradación aerobia será

Glucólisis: 2ATP + 2NADH          2 + (2 x 3) = 8 ATP

Descarboxilación oxidativa del piruvato:    2 NADH ...... 2 x 3 = 6 ATP

Ciclo de Krebs: 2ATP + 6NADH + 2FADH₂       2 + (6 x 3) + (2 x 2) = 24 ATP

Total: 8 + 6 + 24 = 38 ATP.

La elevada producción de ATP que tiene el ciclo del ácido cítrico hace que deba ser finamente ragulado, según las necesidades energéticas de la célula.

1.- REGULACIÓN DEL COMPLEJO Piruvato deshidrogenasa.

Esta es una reacción crucial en el metabolismo energético puesto que es esencialmente irreversible y supone la única entrada al metabolismo aerobio.

La regulación se lleva a cabo de dos formas diferentes:

1.- Mediante inhibición por producto (NADH y Acetil-CoA).
2.- Mediante modificación covalente de la piruvato deshidrogenasa (E₁).

a.- INHIBICIÓN POR PRODUCTO

- NADH compite por en centro activo de la enzima E₃ (DHLDH) y acetil-CoA compite por el cetro activo de E₁ (PDH).
- El efecto que eso produce es:
a) un descencenso en las respectivas actividades enzimáticas.
b) que las reacciones de las enzimas (E₂) y (E₃) transcurran en sentido inverso.
c) que la enzima E₁ mantenga su PP en su forma acetilada (inactiva).

Mecanismo del complejo Piruvato deshidrogenasa

b.- MODIFICACIÓN COVALENTE

Ciclo de interconversión:
Piruvato deshidrogenasa fosforilada: INACTIVA.
Piruvato deshidrogenasa NO fosforilada: ACTIVA.

ACTIVADORES

ACTIVADORES

Ca²⁺

ATP, NADH, Ac-CoA

Insulina

INHIBIDORES

Piruvato, ADP, Ca²⁺

El AMP no afecta para nada a ninguna de las tres enzimas.

2.- REGULACIÓN DE LAS ENZIMAS DEL CICLO

Examinemos la energética de las ocho reaciones del ciclo, aunque en este caso es muy difícil el cálculo de la DG pues los metabolitos se distribuyen entre el citosol y la mitocondria y no se conoce cuánto hay en cada compartimento.

Reacción

Enzima

Tres son las enzimas que trabajan fuera del equilibrio: citrato sintasa, isocitrato DH y a-cetoglutarato deshidrogenasa. Son pues las etapas limitantes de la velocidad del ciclo.

En el ciclo del ácido cítrico la regulación de las etapas limitantes NO tiene lugar mediante elaborados procesos alostéricos sino por tres sistemas mucho más simples:

1.- Disponibilidad de los sustratos.
2.- Inhibición por producto de la reación.
3.- Inhibición competitiva por ciertos intermediarios del ciclo.

El flujo metabólico del ciclo del ácido cítrico es proporcional al consumo de oxígeno.

Puesto que el consumo de oxígeno, la reoxidación del NADH y la síntesis de ATP están absolutamente relacionadas, la regulación del ciclo dependerá de los mecanismos que controlen la producción de NADH.

Los reguladores más importantes son Acetil-CoA, oxalacetato y NADH.

Acetil-CoA y oxalacetato están a concentraciones no saturantes de la citrato sintasa, por lo que la entrada del acetato en el ciclo dependerá de la disponibilidad de sus sustratos.

La [oxalacetato] fluctúa con la relación [NADH]/[NAD⁺], de acuerdo con la ecuación:

Si se precisa una mayor producción de energía, se incrementa el consumo de O₂ y la [NADH] mitocondrial descenderá y se incrementará la [oxalacetato], la cual estimulará la reación catalizada por la citrato sintasa. Altas [citrato] y [NADH] inhiben esta enzima. Succinil-CoA compite por al enzima y la inhibe.

2) Regulación de la isocitrato deshidrogenasa

El uso del citrato se controla por la isocitrato deshidrogenasa, que es inhibida por NADH, ya que la aconitasa opera en el equilibrio. ATP y NADH son inhibidores de la enzima. El Ca²⁺ es un lógico activador.

Estudios in vitro han encontrado dos efectores alostéricos de esta enzima: ADP como activador y ATP como inhibidor.

3) Regulación de la a-cetoglutarato deshidrogenasa

Es inhibida por NADH, ATP y sucinil-CoA.
También en este caso Ca²⁺ es un activador.

REGULACIÓN CONCERTADA DEL METABOLISMO OXIDATIVO AEROBIO

La síntesis de ATP depende, principalmente, del número de moléculas de nucleótidos reducidos que sean reoxidados en la cadena de transportadores mitocondrial.

Las fuentes más importantes de esos electrones son la glucólisis, el cíclo del ácido cítrico y la oxidación de ácidos grasos.

El control de la glucólisis y del ciclo del ácido cítrico se encuentra pues coordinado con la demanda de fosforilación oxidativa.

Es lógico pues que el control de la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico sea dependiente de la carga de adenilato, del NADH o de ambos.

Esta coordinación puede verse en el efecto del citrato sobre la PFK: cuando baja la demanda energética, [ATP] se incrementa y [ADP] desciende.

Como la isocitrato deshidrogenasa es activada por ADP y la a-cetoglutarato deshidrogenasa es inhibida por ATP, el flujo a través del ciclo se reduce.

El citrato de sobra será transportado hacia el citosol, en donde inhibirá la PFK.