El ciclo de Krebs ocurre en las mitocondrias de las c¨¦lulas eucariotas y en el citoplasma de las c¨¦lulas procariotas.
El catabolismo gluc¨ªdico y lip¨ªdico (a trav¨¦s de la glucolisis y la beta oxidaci¨®n), produce acetil-CoA, un grupo acetilo enlazado al coenzima A. El acetil-CoA constituye el principal sustrato del ciclo. Su entrada consiste en una condensaci¨®n con oxalacetato, al generar citrato. Al t¨¦rmino del ciclo mismo, los dos ¨¢tomos de carbono introducidos por el acetil-CoA ser¨¢n oxidados en dos mol¨¦culas de CO2, regenerando de nuevo oxalacetato capaz de condensar con acetil-CoA. La producci¨®n relevante desde el punto de vista energ¨¦tico, sin embargo, es a partir de una mol¨¦cula de GTP (utilizada inmediatamente para regenerar una mol¨¦cula de ATP), de tres mol¨¦culas de NADH y una de FADH2.
Los cofactores reducidos, NADH y FADH2, se comportan como intermediarios ¨®xido/reductores. Cuando est¨¢n reducidos, son capaces de transportar electrones a energ¨ªa relativamente alta (por ejemplo sustra¨ªda a los sustratos oxidados en la glucolisis o en el mismo ciclo de Krebs), hasta la cadena respiratoria mitocondrial. Cerca de tal cadena, ese reoxidan a NAD+ y a FAD, y ceden los electrones a la cadena misma, que ser¨¢ as¨ª capaz de regenerar mol¨¦culas de ADP y ATP.
La reacci¨®n neta es la siguiente:
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + ADP + Pi => CoA-SH + 3 NADH + H+ + FADH2 + ATP + 2 CO2
La energ¨ªa que se saca de la ruptura completa de una mol¨¦cula de glucosa pasa los tres estadios de la respiraci¨®n celular (glucolisis, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones), es idealmente de 36 mol¨¦culas de ATP. En realidad son 38 las mol¨¦culas netas de ATP que se producen, pero dos de ellas se consumen para transportar ( mediante transporte activo), desde el citoplasma a la matriz mitocondrial las dos mol¨¦culas de NADH + H+ producidas en la glucolisis.
| Sustrato | Coenzima | Enzima | Tipo de reacci¨®n | Inhibidor | Activador | Producto |
|---|
| 1 | Oxalacetato | Acetil-CoA, agua | Citrato sintasa | Condensaci¨®n | Citrato, NADH, Succinil-CoA | - | Citrato |
| 2a | Citrato | - | Aconitasa | Deshidrataci¨®n | - | - | cis-Aconitato, acqua |
| 2b | cis-Aconitato | Agua | Hidrataci¨®n | Isocitrato |
| 3a | Isocitrato | NAD+ | Isocitrato deshidrogenasa | Oxidaci¨®n | NADH, ATP | Ca2+, ADP | Oxalsuccinato, NADH |
| 3b | Ossalsuccinato | H+ | Descarboxilaci¨®n | ¦Á-cetoglutarato, CO2 |
| 4 | ¦Á-Cetoglutarato | NAD+, CoA-SH | ¦Á-cetoglutarato deshidrogenasa | Descarboxilaci¨®n oxidativa | NADH, Succinil-CoA | Ca2+ | Succinil-CoA, NADH, CO2 |
| 5 | Succinil-CoA | GDP, Fosfato | Succinil-CoA sintetasa | Trasferencia de fosfato | - | - | Succinato, GTP, CoA-SH |
| 6 | Succinato | FAD | Succinato deshidrogenasa | Oxidaci¨®n | - | - | Fumarato, FADH2 |
| 7 | Fumarato | Agua | Fumarasa | Hidrataci¨®n | - | - | L-Malato |
| 8 | L-Malato | NAD+ | Malato deshidrogenasa | Oxidaci¨®n | - | - | Oxalacetato, NADH |
Generalidades.-
La primera evidencia de la existencia de está ruta fue obtenida por Otto Warburg, en los años 30, quién descubrió el NAPD+ en sus estudios de la oxidación de G6P a 6-fosfogluconato, sin embargo, no fue hasta los años 50 que se aclaró la ruta de las pentosas fosfato por Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann y Efraím Racker. Los tejidos que intervienen más intensamente en la biosíntesis de ácidos grasos y colesterol (hígado, glándula mamaria, tejido adiposo y corteza adrenal) son ricos en las enzimas de la ruta de las pentosas fosfato. De hecho, cerca del 30% de la oxidación de la glucosa que tiene lugar en el hígado transcurre por la ruta de las pentosas fosfato.
La vía de los fosfato de pentosas constituye una vía alterna para el metabolismo de la glucosa; no produce ATP pero tiene dos funciones importantes:
La generación de NADPH para las síntesis reductivas como la biosíntesis de los ácidos grasos y los esteroides.
La provisión de residuos de ribosa para la biosíntesis de los nucleótidos y los ácidos nucléicos.
Al igual que en la glucólisis, las enzimas de la vía de los fosfatos de la pentosa se localizan en el citosol. La oxidación se realiza al igual que en la glucólisis mediante deshidrogenización, pero en el caso de la vía de los fosfatos de pentosa se utiliza NADP+ en lugar del NAD+ como aceptor de hidrógeno.
Contenido.-
La vía de los fosfatos pentosa (derivación del monofosfato de hexosa) constituye una de las vías más compleja que la glucólisis. Consiste en un proceso multicíclico en el cuál tres moléculas de glucosa 6-fosfato dan origen a tres moléculas de CO2 y tres residuos de cinco carbonos. Estos últimos se reordenan para regenerar dos moléculas de glucosa 6-fosfato y una del intermediario glucolítico gliceraldehído 3-fosfato. La vía tiene capacidad para realizar la oxidación completa de la glucosa toda vez que dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato generan a la glucosa 6-fosfato.
3Glucosa 6-fosfato + 6NADP+ 3CO2 + 2Glucosa 6-fosfato + Gliceraldehído-
3-fosfato + 6NADPH + 6H+
La vía de las pentosas fosfatos se divide en dos partes:
La Fase Oxidativa Genera NADPH.- La deshidrogenización de la glucosa 6-fosfato a 6-fosfogluconato se lleva a cabo a través de la formación de la 6-fosfogluconolactona mediante una reacción catalizada por la glucosa 6-fosfato deshidrogenasa, una enzima dependiente del NADP. La hidrólisis de la 6-fosfogluconolactona tiene lugar debido a la acción de la enzima glunolactona hidrolasa. Un segundo paso oxidativo está catalizado por la 6-fosfogluconato deshidrogenasa, la cual también requiere de NADP+ como aceptor de hidrógeno enseguida ocurre la descarboxilación con la formación de una cetopentosa la ribulosa 5-fosfato. Posiblemente está reacción se lleva a cabo en dos etapas con el 3-ceto 6-fosfogluconato como intermediario. La vía completa ocurre solo en los tejidos con necesidad del NADPH destinado a la síntesis reductiva, ejemplo: La lipogénesis.
Fase No Oxidativa Genera Precursores de Ribosa.- La ribulosa 5-fosfato sirve como sustrato para dos enzimas diferentes. La ribulosa 5-fosfato 3-epimerasa modifica la configuración en la cercanía del carbono 3 para formar el epímero xilulosa 5-fosfato, otra cetopentosa. La ribosa 5-fosfato cetoisomerasa convierte a la ribulosa 5-fosfato en la aldopentosa correspondiente, la ribosa 5-fosfato, que es el precursor de los residuos de ribosa requeridos para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucléicos. La transcetolasa transfiere la unidad de 2 carbonos, compuesta por los carbonos 1 y 2 de una cetosa, al carbono aldehídico de una aldosa. Por lo tanto convierte una cetosa en una aldosa con dos carbones menos y de manera simultánea convierte a una aldosa en una cetosa con dos carbones más. La reacción requiere como coenzima a la vitamina B tiamina en forma de difosfato de tiamina, además iones Mg2+. Es probable que el fragmento de dos carbonos transferidos corresponda al glucoaldehído enlazado al difosfato tiamina. Por tanto, la transcetolasa cataliza la transferencia de la unidad de dos carbonos, la dihidroxiacetona de la cetosa sedoheptulosa 7-fosfato a la aldosa gliceroaldehído 3-fosfato para formar la cetosa fructuosa 6-fosfato y una aldosa de 4 carbonos la eritrosa 4-fosfato posteriormente tiene lugar una reacción que involucra otra vez a la transcetolasa, en la cual la xilulosa 5-fosfato sirve como donador de glucolaldehído. En este caso la eritrosa 4-fosfato actúa como aceptor y los productos de la reacción corresponden a la fructuosa 6-fosfato y al gliceroaldehído 3-fosfato; esta vía se presenta en todas las células que necesitan ribosa.
Generalidades.-
La primera evidencia de la existencia de está ruta fue obtenida por Otto Warburg, en los años 30, quién descubrió el NAPD+ en sus estudios de la oxidación de G6P a 6-fosfogluconato, sin embargo, no fue hasta los años 50 que se aclaró la ruta de las pentosas fosfato por Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann y Efraím Racker. Los tejidos que intervienen más intensamente en la biosíntesis de ácidos grasos y colesterol (hígado, glándula mamaria, tejido adiposo y corteza adrenal) son ricos en las enzimas de la ruta de las pentosas fosfato. De hecho, cerca del 30% de la oxidación de la glucosa que tiene lugar en el hígado transcurre por la ruta de las pentosas fosfato.
La vía de los fosfato de pentosas constituye una vía alterna para el metabolismo de la glucosa; no produce ATP pero tiene dos funciones importantes:
La generación de NADPH para las síntesis reductivas como la biosíntesis de los ácidos grasos y los esteroides.
La provisión de residuos de ribosa para la biosíntesis de los nucleótidos y los ácidos nucléicos.
Al igual que en la glucólisis, las enzimas de la vía de los fosfatos de la pentosa se localizan en el citosol. La oxidación se realiza al igual que en la glucólisis mediante deshidrogenización, pero en el caso de la vía de los fosfatos de pentosa se utiliza NADP+ en lugar del NAD+ como aceptor de hidrógeno.
Contenido.-
La vía de los fosfatos pentosa (derivación del monofosfato de hexosa) constituye una de las vías más compleja que la glucólisis. Consiste en un proceso multicíclico en el cuál tres moléculas de glucosa 6-fosfato dan origen a tres moléculas de CO2 y tres residuos de cinco carbonos. Estos últimos se reordenan para regenerar dos moléculas de glucosa 6-fosfato y una del intermediario glucolítico gliceraldehído 3-fosfato. La vía tiene capacidad para realizar la oxidación completa de la glucosa toda vez que dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato generan a la glucosa 6-fosfato.
3Glucosa 6-fosfato + 6NADP+ 3CO2 + 2Glucosa 6-fosfato + Gliceraldehído-
3-fosfato + 6NADPH + 6H+
La vía de las pentosas fosfatos se divide en dos partes:
La Fase Oxidativa Genera NADPH.- La deshidrogenización de la glucosa 6-fosfato a 6-fosfogluconato se lleva a cabo a través de la formación de la 6-fosfogluconolactona mediante una reacción catalizada por la glucosa 6-fosfato deshidrogenasa, una enzima dependiente del NADP. La hidrólisis de la 6-fosfogluconolactona tiene lugar debido a la acción de la enzima glunolactona hidrolasa. Un segundo paso oxidativo está catalizado por la 6-fosfogluconato deshidrogenasa, la cual también requiere de NADP+ como aceptor de hidrógeno enseguida ocurre la descarboxilación con la formación de una cetopentosa la ribulosa 5-fosfato. Posiblemente está reacción se lleva a cabo en dos etapas con el 3-ceto 6-fosfogluconato como intermediario. La vía completa ocurre solo en los tejidos con necesidad del NADPH destinado a la síntesis reductiva, ejemplo: La lipogénesis.
Fase No Oxidativa Genera Precursores de Ribosa.- La ribulosa 5-fosfato sirve como sustrato para dos enzimas diferentes. La ribulosa 5-fosfato 3-epimerasa modifica la configuración en la cercanía del carbono 3 para formar el epímero xilulosa 5-fosfato, otra cetopentosa. La ribosa 5-fosfato cetoisomerasa convierte a la ribulosa 5-fosfato en la aldopentosa correspondiente, la ribosa 5-fosfato, que es el precursor de los residuos de ribosa requeridos para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucléicos. La transcetolasa transfiere la unidad de 2 carbonos, compuesta por los carbonos 1 y 2 de una cetosa, al carbono aldehídico de una aldosa. Por lo tanto convierte una cetosa en una aldosa con dos carbones menos y de manera simultánea convierte a una aldosa en una cetosa con dos carbones más. La reacción requiere como coenzima a la vitamina B tiamina en forma de difosfato de tiamina, además iones Mg2+. Es probable que el fragmento de dos carbonos transferidos corresponda al glucoaldehído enlazado al difosfato tiamina. Por tanto, la transcetolasa cataliza la transferencia de la unidad de dos carbonos, la dihidroxiacetona de la cetosa sedoheptulosa 7-fosfato a la aldosa gliceroaldehído 3-fosfato para formar la cetosa fructuosa 6-fosfato y una aldosa de 4 carbonos la eritrosa 4-fosfato posteriormente tiene lugar una reacción que involucra otra vez a la transcetolasa, en la cual la xilulosa 5-fosfato sirve como donador de glucolaldehído. En este caso la eritrosa 4-fosfato actúa como aceptor y los productos de la reacción corresponden a la fructuosa 6-fosfato y al gliceroaldehído 3-fosfato; esta vía se presenta en todas las células que necesitan ribosa.
Los transportadores GLUT están encargados del ingreso de los monósacaridos a todas las células del organismo. Se han identificado trece de ellos, enumerados desde GLUT 1 hasta GLUT 13.
Son polimeros formados a basa de monosacáridos unidos por enlaces 0-oglicosidicos con numeros de unidades monoméricas entre 3-10.
Existe una gran variedad de oligosacáridos ya que pueden variar el número de ramificaciones:
Esta enorme diversidad dota a los oligosacáridos de su propiedad más importante que es la capacidad para almacenar información, cumpliendo así la función de reconcimiento celular.
Esta principal función que cumplen estos comuestos en el lugar donde se encuentran principalmente es en la naturaleza: en la superficie exterior de la membrana celular, enlazadas a moléculas de proteinas o de lípidos, costituyendo las glicoproteínas y glicolípidos.
al estudiar la membrana celular vemos como la parte gllicosidica o glicoproteinas y glicolípidos cumplen la función de dar a la celula una señal de identidad, de manera que los distintos tipos celulares se reconocen por los oligosacáridos presentes en el exterior de su membrana.
Los oligosacaridos más abundantes en la naturaleza son la insulina, oligofructosa y los galactoligosacaridos.
Estan formados por la unión de más de 20 monosacáridos simples. Según su función se dividen en dos grupos: los que tienen función de reserva(almidón, glucógeno y dextranos) y los que tienen función estructural (celulosa y xilanos).
Función de reserva:
Almidón: constituye la forma más generalizada, aunque no la única de reserva energética en los vegetales. Se almacena en forma de gránulos y puede llegar a constituir hasta el 70% del peso de los granos o de tubérculos. El análisis minucioso de la estructura del almidón demuestra que es una mezcla de otros dos polisacáridos: la amilosa y la amilopectina. La proporción de ambos polisacáridos varía según la procedencia del almidón, pero por lo general la amilopectina es la más abundante. Los almidones constituyen la principal fuente de nutrición glicidíca para la humanidad. El almidón puede ser degradado por muchas enzimas. En los mamíferos estas enzimas se llaman amilasas y se producen sobre todo en las glándulas salivares y en el páncreas. La amilosa es un polímero lineal formado por unidades de alfa-D-glucopiranosa, unidas exclusivamente por enlaces. El número de monómeros de la molécula depende de la procedencia del almidón: alrededor de 1000 en el caso de la patata y 4000 en el caso del trigo. La amilosa se disuelve fácilmente en agua, adquiriendo una estructura secundaria característica, de forma helicoidal, en la que cada vuelta de la helice comprende seis unidades de glucosa. El iodo se une a esta hélice y permite teñir el almidón de un color muy intenso. La amilo pectina tiene un peso molecular mucho mayor que la amilosa y puede contener cientos de miles o millones de monómeros de alfa-D-glucopiraminosa. Es un polimero ramificado, en el que las cadenas principales están formadas por monósacaridos unidos mediante enlaces glicosídicos y donde cada rama se une a la cadena principal mediante enlaces glicosidicos.
Glucógeno: Es el polisacárido de reserva propio de los tejidos animales. Se encuentra en casi todas las células, pero en los hepatocitos y en las células musculares su concentración es muy elevada. Su estructura es similra a la de la amilopeptina, pero en ramificaciones más frecuentes, y su peso molécular es mucho más elevado. El mayor grado de ramificación del glucógeno es una adaptación a su función biológica. El enzima encargado de la degradación del glucógeno es la glucogeno fosforilasa, que empieza a degradar el glucógeno a partir de sus extremos no reductores, atacando las uniones. Así cuantas ramificaciones haya en la molécula, mayor será el número de puntos posibles de ataque por parte del enzima y la movilización de las reservas energéticas será más rápida.
Dextranos: Son polisacáridos de reserva producidos por ciertas bacterias. concisten en cadenas de glucosa muy ramificadas cuyo enlace predominante es 1alfa-6, pero que presenta ramificaciones 1alfa-2, 1alfa-3 y 1alfa-4, según las especies. El crecimiento de las bacterias en la superficie de los dientes da lugar a la acumulación de dextranos, que constituyen una parte importante de la placa dental.
Función estructural:
Celulosa: Se puede considerar como la molécula orgánica más abundante en la naturaleza. Es un polímero lineal de varios miles de glucosas unidas por enlaces. Es muy estable químicamente e insoluble en agua. Las cadenas lineales de celulosa forman unas estructuras cristalinas denominadas microfibrillas, con un diámetro de 20 y 30 nm y formadas por unas 2000 moléculas de celulosa etre las cuales se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de cadenas de celulosa yuxtapuestas, haciendolas inpenetrables al agua y originando unas fibras compactas que constituyen la pared celular de las celulas vegetales.
Xilanos: Estan formados por unidades de D-xilosa y son componentes de madera. La D-xilosa es una aldopentosa que cuando adopta su forma cerrada da lugar a un anillo piranósodico. Los xilanos estan formados por la unión de residuos de beta-D-xilopiranosas mediante enlaces 1beta-4.
Cuando el enlace glicosídico se forma entre dos monosacáridos, el holósido resultante recibe el nombre de disacárido. Esta unión puede tener lugar de dos formas distintas:
En el primer caso, el carbono anomérico de un monosacárido reacciona con un OH alcohólico de otro. Así el segundo azúcar presenta libre su carbono anomérico, y por lo tanto seguira teniendo propiedades reductoras, y podrá presentar el fenómeno de la mutorrotación. Los disacáridos así formados se llaman disacáridos reductores.
En el segundo caso, el carbono anomérico de un monosacárido reacciona con el carbono anomérico del otro monosacárido. Así se forma un disacárido no reductor , donde no queda ningún carbono anomérico libre y tampoco podrá presentar mutorrotación. En este caso, el enlace no es acetálico.
Una cetosa es un monosacárido con un grupo cetona por molecula.
Con tres átomos de carbono, la dihidroxiacetona es la más simple de todas las cetosas y es el unico que no tiene actividad optica. Las cetosas pueden isomerizar en aldosas cuando el grupo carbonilo se encuentra al final de la molécula. Este tipo de moleculas se denominan azúcares reducidos.
Una aldosa es un monosacárido que contiene un grupo aldehido por molécula.
Los carbonos se van numerando desde el grupo aldehído hacia abajo. Con solo tres átomos de carbono, el gliceraldehído es el más simple de todas las aldosas.
Las aldosas isomerizan a cetosas en la transformación de Lobry-de-Bruyn-van-Ekenstein. Las aldosas difieren de las cetosas en que tienen un grupo carbonilo al final de la cadena carbonosa, mientras que el grupo carbonilo de las cetosas lo tienen en medio. la representación lineal, sin embargo, no es propia de las aldosas disueltas en agua u otro solvente, ya que estas se encuentran en su mayor parte, en su forma ciclica, donde el grupo aldehido forma un enlace hemiacetal con un grupo hidroxilo, generalmente el quinto o sexto, con la consecuente eliminacion de una molécula de agua.
Los glúsidos son las biomoléculas más abundantes en la naturaleza y sus unidades básicas son los monósacaridos.
La condensación covalente de monosacaridos permite obtener moléculas de mayor tamaño, los oligosacaridos que estan formados por 2-20 monósacaridos y los polisacáridos con más de 20 monósacaridos.
MONOSACARIDOS
Los monósacaridos son polihidroxialdehídos o polihiddroxicetonas.
De acuerdo a la naturaleza química del grupo carbonilo pueden clasificarse en aldosas o cetosas y según el número de átomos de carbono en triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas.
Una aldosa tiene un grupo carbonilo en un extremo de la cadena carbonada.
Si el carbonilo se encuentra en otra posición, el monósacarido es una cetosa.
Todos los monosacáridos, excepto la cetotriosa, contienen una o más átomos de carbonos asimétricos o centros quirales. Un C asimétrico es aquel que lleva cuatro sustituyentes diferentes y por lo tanto no puede superponerse a su propia imagen especular.
Los carbohidratos, hidratos de carbono o simplemente azúcares, son compuestos formados por carbono, oxígeno e hirógeno y usualmente tenemos dos átomos de hidrógeno por cada carbono. Los carbohidratos pueden considerarse derivados aldehidicos o cetonicos de polialcoholes o alcoholes polihidroxilicos.
Su formula general es Cn(H2O)n, es decir, hay una molécula de agua por átomo de carbono.
Los carbohidratos constituyen uno de los grupos más importantes de compuestos orgánicos de origen natura (50-80% del peso seco de las plantas celulosa).
Normalmente son utilazados como fuentes de energía: glucosa.
Además están presentes en otros tipos de biomoléculas como glicoproteínas y ácidos nucleicos.
Monósacaridos: Es una unidad y ya no se sbdivide en más por hidrolisis ácida o enzimatica.
Oligosacaridos: Formados por la unión de dos, tres o cuatro moléculas de monósacaridos.
Polisacaridos: Son el producto de la unión de numerosas moléculas de monósacaridos.
Disacaridos: Es un carbohidrato formado por dos unidades de monósacaridos, estas unidades estan unidas mediante un enlace glucosidico.
IMPORTANCIA BIOMEDICA
Los carbohidratos tienen funciones muy diversas en el organismo; desde la transferencia de energía entre las células, como es el caso de la glucosa que es el sustrato energético fundamental y combustible universal para el feto, hasta la función de reconocimiento célular y proteíco pasando por la función de reserva energética bajo la forma y resistencia de los orgánismos vegetales en forma de celulosa. Los carbohidratos pueden ser precursores de lípidos y de factores vitaminicos como el ácido ascorbico y el inositol de determinados orgánismos.