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También conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos (TCA), es una serie de reacciones químicas que ocurren en la matriz mitocondrial y son fundamentales para la producción de energía en las células.

Función Principal

El ciclo de Krebs oxida el acetil-CoA para producir energía en forma de ATP, NADH y FADH2, que son utilizados en la cadena de transporte de electrones para generar más ATP.

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Los complejos mitocondriales son grupos de proteínas ubicados en la membrana interna de las mitocondrias, que juegan un papel crucial en la producción de energía celular.

Estos complejos forman parte de la cadena de transporte de electrones el cual es un proceso esencial para la fosforilación oxidativa, este último es como las células generan ATP el cual es la principal fuente de energía química para las funciones celulares.

Principales complejos mitocondriales:

1. Complejo I (NADH:quinona oxidorreductasa): Transfiere electrones del NADH a la ubiquinona.

2. Complejo II (succinate deshidrogenasa): Transfiere electrones del succinato a la ubiquinona.

3. Complejo III (citocromo bc1): Transfiere electrones de la ubiquinona al citocromo c.

4. Complejo IV (citocromo c oxidasa): Transfiere electrones del citocromo c al oxígeno, formando agua.

Estos complejos trabajan juntos para crear un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna, impulsando la síntesis de ATP mediante la ATP sintasa.

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Lactosa es un disacárido compuesto por dos monosacáridos: glucosa y galactosa.

Se conoce también como azúcar de la leche, y el cuerpo lo utiliza directamente como energía (ATP) y sirven de sustrato para las macromoléculas que participan en varias funciones biológicas, como procesos inmunitarios y neuronales.

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Hidrolisis

La lactosa se descompone en glucosa y galactosa por la enzima lactasa, que produce el intestino delgado.

La lactasa rompe el enlace glucosídico β(1→4) entre la glucosa y la galactosa.

Estos monosacáridos son más fácilmente absorbidos por las células del intestino delgado.

En el hígado, la galactosa se convierte en glucosa-1-fosfato y luego en glucosa-6-fosfato, que puede entrar en la glucólisis para producir energía.

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Es un proceso esencial para la producción de energía en la células en forma de ATP, es llevado a cabo en las mitocondrias.

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Absorción: La glucosa y la galactosa son absorbidas por las células del intestino delgado a través de transportadores específicos.

Transporte: Una vez absorbidos, estos monosacáridos son transportados al hígado a través del sistema portal (vasos sanguíneos).

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1. Conversión a Glucosa-1-Fosfato:

La galactosa se convierte en galactosa-1-fosfato por la enzima galactocinasa.

Luego, la galactosa-1-fosfato se convierte en glucosa-1-fosfato a través de la vía de Leloir, que involucra varias enzimas, incluyendo la galactosa-1-fosfato uridiltransferasa.

2. Conversión a Glucosa-6-Fosfato:

La glucosa-1-fosfato se convierte en glucosa-6-fosfato por la enzima fosfoglucomutasa.

3. Glucólisis y Ciclo de Krebs:

La glucosa-6-fosfato entra en la glucólisis y sigue el mismo camino que la glucosa, produciendo piruvato, que se convierte en acetil-CoA y entra en el ciclo de Krebs.

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Vía de Leloir                                          

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Vía de Leloir                                          

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Esta vía convierte la galactosa en glucosa-1-fosfato, que luego puede entrar en la glucólisis y otras rutas metabólicas. Fue nombrada en honor a Luis Federico Leloir, un bioquímico argentino que recibió el Premio Nobel de Química en 1970 por su trabajo en este campo.

Pasos de la Vía de Leloir

1. Mutarrotación de la Galactosa:

Enzima: Galactosa mutarrotasa

Reacción: Convierte la β-D-galactosa en α-D-galactosa, la forma activa para la vía.

2. Fosforilación de la Galactosa:

Enzima: Galactoquinasa

Reacción: La α-D-galactosa se fosforila para formar galactosa-1-fosfato.

3. Conversión a UDP-Galactosa:

Enzima: Galactosa-1-fosfato uridiltransferasa

Reacción: La galactosa-1-fosfato se convierte en UDP-galactosa utilizando UDP-glucosa como donante de uridina difosfato.

4. Epimerización:

Enzima: UDP-galactosa 4-epimerasa

Reacción: La UDP-galactosa se convierte en UDP-glucosa, que puede ser utilizada nuevamente en la reacción de transferencia.

5. Conversión a Glucosa-6-Fosfato:

Enzima: Fosfoglucomutasa

Reacción: La glucosa-1-fosfato se convierte en glucosa-6-fosfato, que puede entrar en la glucólisis.

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Glucólisis:

La glucosa entra en la glucólisis, un proceso que ocurre en el citoplasma de las células y consta de diez pasos enzimáticos divididos en dos fases: la fase de inversión de energía y la fase de generación de energía:

Fase de Inversión de Energía

1. Fosforilación de la Glucosa:

Enzima: Hexocinasa

Reacción: La glucosa se fosforila para formar glucosa-6-fosfato (G6P).

ATP utilizado: 1

2. Isomerización:

Enzima: Fosfoglucosa isomerasa

Reacción: La glucosa-6-fosfato se convierte en fructosa-6-fosfato (F6P).

3. Segunda Fosforilación:

Enzima: Fosfofructocinasa-1 (PFK-1)

Reacción: La fructosa-6-fosfato se fosforila para formar fructosa-1,6-bisfosfato (F1,6BP).

ATP utilizado: 1

4. Escisión:

Enzima: Aldolasa

Reacción: La fructosa-1,6-bisfosfato se divide en dos triosas: gliceraldehído-3-fosfato (G3P) y dihidroxiacetona fosfato (DHAP).

5. Isomerización de DHAP:

Enzima: Triosa fosfato isomerasa

Reacción: La dihidroxiacetona fosfato se convierte en gliceraldehído-3-fosfato (G3P).

Fase de Generación de Energía

6. Oxidación y Fosforilación:

Enzima: Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa

Reacción: El gliceraldehído-3-fosfato se oxida y fosforila para formar 1,3-bisfosfoglicerato (1,3BPG).

NADH producido: 2 (uno por cada G3P)

7. Transferencia de Fosfato:

Enzima: Fosfoglicerato quinasa

Reacción: El 1,3-bisfosfoglicerato transfiere un fosfato al ADP para formar ATP y 3-fosfoglicerato (3PG).

ATP producido: 2 (uno por cada 1,3BPG)

8. Reorganización:

Enzima: Fosfoglicerato mutasa

Reacción: El 3-fosfoglicerato se convierte en 2-fosfoglicerato (2PG).

9. Deshidratación:

Enzima: Enolasa

Reacción: El 2-fosfoglicerato se deshidrata para formar fosfoenolpiruvato (PEP).

10. Transferencia de Fosfato Final:

Enzima: Piruvato quinasa

Reacción: El fosfoenolpiruvato transfiere un fosfato al ADP para formar ATP y piruvato.

ATP producido: 2 (uno por cada PEP)

Este proceso produce una ganancia neta de 2 ATP y 2 NADH por molécula de glucosa.

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Este proceso ocurre en la matriz mitocondrial.

La conversión es catalizada por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa (PDH), que es un complejo multienzimático compuesto por tres enzimas principales:

1. Piruvato deshidrogenasa (E1)

2. Dihidrolipoil transacetilasa (E2)

3. Dihidrolipoil deshidrogenasa (E3)

Coenzimas y Cofactores

El complejo piruvato deshidrogenasa requiere varias coenzimas y cofactores para su actividad:

Tiamina pirofosfato (TPP)

Ácido lipoico

Coenzima A (CoA)

FAD (Flavina adenina dinucleótido)

NAD+ (Nicotinamida adenina dinucleótido)

Reacciones del Complejo Piruvato Deshidrogenasa

1. Descarboxilación del Piruvato:

E1: El piruvato se descarboxila, liberando una molécula de CO2 y formando un grupo hidroxi-etilo unido a TPP.

2. Oxidación del Grupo Hidroxi-etilo:

E2: El grupo hidroxi-etilo se oxida y transfiere al ácido lipoico, formando un grupo acetilo unido a la lipoamida.

3. Transferencia del Grupo Acetilo a CoA:

E2: El grupo acetilo se transfiere a la coenzima A, formando acetil-CoA.

4. Regeneración de la Lipoamida:

E3: La lipoamida oxidada se regenera mediante la transferencia de electrones a FAD, formando FADH2, que luego transfiere los electrones a NAD+, formando NADH.

Productos de la Reacción

Acetil-CoA: Entra en el ciclo de Krebs para ser oxidado y producir energía.

NADH: Transporta electrones a la cadena de transporte de electrones para la producción de ATP.

CO2: Se libera como un subproducto de la descarboxilación del piruvato.

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El ácido behénico es un ácido graso saturado de cadena larga que se encuentra en varios aceites y grasas naturales, especialmente en fuentes vegetales. Su fórmula química es C22H44O2, y tiene una cadena de 22 átomos de carbono. Su nombre proviene de la planta de bené (Moringa oleifera), aunque también se encuentra en otros aceites como el de cacahuate, el de canola, en algunos aceites de semilla y en la manteca de cerdo.

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Degradación por oxidación

En presencia de oxígeno, el ácido behénico, al igual que otros ácidos grasos, puede sufrir una oxidación. Este proceso implica la ruptura de la cadena carbonada del ácido debido a la reacción con el oxígeno. Los productos típicos de la oxidación de ácidos grasos incluyen ácidos oxidados (como los ácidos dicarboxílicos o ácidos hidroxiácidos) y aldehídos o cetonas .

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El proceso de su metabolismo involucra principalmente la síntesis de ácidos grasos, elongación de la cadena de ácidos grasos y su beta-oxidación para la obtención de energía.

1. Biosíntesis de Ácidos Grasos: El ácido behénico puede ser sintetizado en el organismo a partir de precursores como el acetil-CoA. En este proceso, el acetil-CoA se convierte en malonil-CoA mediante la acción de la enzima acetil-CoA carboxilasa, que es el intermediario principal en la síntesis de ácidos grasos.

2. Beta-Oxidación: Es el proceso cadena por el cual los ácidos grasos de larga, como el ácido behénico, se descomponen para producir energía. En este caso, el ácido behénico se convierte en acil-CoA (en esta fase, generalmente en la mitocondria o en el peroxisoma) y luego se somete a ciclos sucesivos de eliminación de unidades de dos carbonos en forma de  acetil-CoA.

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La biosíntesis del ácido behénico comienza con el precursor acetil-CoA, una molécula clave en el metabolismo de los ácidos grasos.

La síntesis de ácidos grasos de cadena larga, como el ácido behénico, se lleva a cabo en el citoplasma celular, principalmente en el hígado y en los adipocitos (células de grasa).

Los pasos químicos son los siguientes:

Formación de malonil-CoA**: La enzima acetil-CoA carboxilasa cataliza la reacción que convierte el acetil-CoA en malonil-CoA. Este paso se realiza mediante la adición de un grupo carboxilo (CO₂) al acetil-CoA, y la reacción ocurre con la ayuda de la biotina como coenzima.

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El ciclo de krebs es un proceso bioquimico fundamental en la celula que juega un papel crucial en la producción de energia y en la regulación del metabolismo celular.

1) Producción de energia: El cliclo de krebs es la principal fuente de energia para la celula, ya que produce ATP, NADH y FADH2, qu se utilizan para generar ATP en las cadenas transportadoras de electrones.

2) Regulación de metabolismo: El ciclo de krebs regula el meabolismo celular al controlar la velocidad de la glycolisis, la gluconeogenesis y la lipolisis.

3) Sintesis de molecula: Proporciona los precursores necesarios para la sintesis de de molesculas como los aminoacidos, nucleotidos y lipidos.

4) Desintoxicación: Ayuda a eliminar los productos de desecho del metabolismo celular, como el amoniaco y el acido lactico.

5) Regula el pH: El ciclo de krebs ayuda a mantener el pH celular, eliminando los iones de hidrogeno.

6) Interconexión con otros procesos: Ese ciclo de interconexiona con otros procesos metabolicos, como la glycolisis, la gluconeogenesis, la lipolisis y la proteolosis.

Si el ciclo de krebs se altera, podrian haber algunas concecuencias como:

1)Enfermedades metobolicas.

2) Cancer.

3) Enfermedades neurodegenerativas.

4) Enfermedades cardiacas.

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1) Citrato - isocitrato: La enzima citrato sintasa cataliza la condensación del acetil-CoA con el oxaloacetato para formar citrato.

Citrato+CoA+NAD+ - Isocitrato+CoA+NADH+H+

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Importancia de la Fosforilación Oxidativa

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Importancia de la Fosforilación Oxidativa

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Producción de ATP: La fosforilación oxidativa genera la mayor parte del ATP que utilizan las células. Se produce aproximadamente 34 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa que se oxida, siendo este un proceso muy eficiente para la obtención de energía.

Metabolismo energético: La fosforilación oxidativa es vital para procesos celulares como el transporte activo de moléculas, la síntesis de macromoléculas como proteínas y ácidos nucleicos, la señalización celular y la contracción muscular.

Regulación metabólica: Es importante para mantener el equilibrio energético de la célula, regulando la producción de ATP, permitiendo mantener controlado el metabolismo celular.

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1. Cadena de Transporte de Electrones (CTE): Los electrones provenientes de moléculas como NADH y FADH₂, la cuales son generadas en la glucólisis y en el ciclo de Krebs. Estos electrones son transportados a través de complejos proteicos en la membrana interna de las mitocondrias, liberando energía.

La energía que se libera, es utilizada para bombear protones (H⁺) desde la matriz mitocondrial hacia el espacio el espacio intermembrana generando un gradiente de protones y creando un potencial electroquímico.

2. Síntesis de ATP: El gradiente de protones generado anteriormente es utilizado por la enzima ATP sintasa, la cual permite el regreso de protones a la matriz mitocondrial; con el retorno de protones, esta enzima utiliza la energía liberada para fosforilar el ADP para la formación de ATP y Pi.

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Es un complejo enzimático que se encarga de la síntesis de ATP durante la fosforilación oxidativa, por lo tanto, provee la energía necesaria para que la célula realice sus procesos vitales.

A la ATP sintasa tambien se le denomina o F₁F₀-ATP sintasa y está ubicada en la membrana interna de las mitocondrias en las células eucarioras y en la membrana plasmática en las procariotas.

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El nombre F₁F₀-ATP sintasa se debe a que las subunidades pueden separarse en dos dominios estructurales denominados F1 y F₀.

F₀: Es la subunidad de membrana o dominio membranal, está ubicada en la membrana interna mitocondrial. Actúa como un canal para el paso de protones que fluyen desde el espacio intermembranal hacia la matriz mitocondrial; este flujo de protones ocasiona que la subunidad rote permitiendo la síntesis de ATP en la subunidad F₁.

F0 se divide en las subunidades a (permite la entrada de protones), b (actúa como soporte estructural entre F1 y F₀) y c (rota para impulsar la síntesis de ATP en F₁.

F₁: Es el dominio catalítico de la enzima, se encuentra en la matriz mitocondrial y se encarga de la síntesis de ATP. Tiene una estructura globular que se divide en las subunidades α, β, γ, δ, y ε.

Las subunidades α y β forman un hexámero, mientras que γ actúa como eje cambiando la conformación de las subunidades β. Este eje o rotor se encuentra en el centro del hexámero.

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La generación de ATP por medio de la ATP sintasa se basa en la quimiosmosis y rotación mecánica, convirtiendo la energía libre proveniente del gradiente de protones en energía química almacenada en el ATP.

El flujo continuo de H⁺, a través de la ATP sintasa, impulsa la rotación de un eje interno y éste, a su vez, activa secuencialmente los tres sitios activos de la enzima, dando como resultado la síntesis del ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi).

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 Rendimiento energético en número de ATPs:

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 Rendimiento energético en número de ATPs:

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Producto del metabolismo catabólico de la lactosa:

El metabolismo catabólico de la lactosa implica su descomposición en glucosa y galactosa, que luego ingresan en las vías metabólicas celulares para producir ATP.

1. Glucólisis: Cada molécula de glucosa y galactosa se convierte en piruvato, produciendo 2 ATP y 2 NADH por cada molécula.

2. Ciclo de Krebs: Cada piruvato se convierte en acetil-CoA y entra en el ciclo de Krebs, generando 1 ATP, 3 NADH y 1 FADH2 por cada vuelta del ciclo.

3. Cadena de transporte de electrones: Los NADH y FADH2 generados se utilizan para producir ATP a través de la fosforilación oxidativa.

En total, la oxidación completa de una molécula de glucosa puede producir aproximadamente 30-32 moleculas de ATP, dado que la lactosa se descompone en dos monosacáridos (glucosa y galactosa), el rendimiento energético total sería el doble; es decir, entre 60 y 64 moléculas de ATP.

Producto del metabolismo catabólico del ácido behénico :

El ácido behénico es un ácido graso de cadena larga (22 carbonos) que se metaboliza a través de la beta-oxidación en las mitocondrias. Este proceso descompone el ácido graso en unidades de acetil-CoA, que luego ingresan al ciclo de Krebs para producir ATP.

Rendimiento energético:

1. Activación del ácido graso: Consume 2 ATP para formar acil-CoA.

2. Beta-oxidación: Cada ciclo de beta-oxidación produce 1 NADH, 1 FADH2 y 1 acetil-CoA. Para el ácido behénico (22 carbonos), se realizan 10 ciclos completos, produciendo 10 NADH, 10 FADH2 y 11 acetil-CoA (el último ciclo produce 2 acetil-CoA).

3. Ciclo de Krebs: Cada acetil-CoA genera 3 NADH, 1 FADH2 y 1 ATP. Para 11 acetil-CoA, se producen 33 NADH, 11 FADH2 y 11 ATP.

Sumando todo:

Beta-oxidación: 10 NADH y 10 FADH2.

Ciclo de Krebs: 33 NADH, 11 FADH2 y 11 ATP.

En total, se generan 43 NADH y 21 FADH2. En la cadena de transporte de electrones, cada NADH produce aproximadamente 2.5 ATP y cada FADH2 produce aproximadamente 1.5 ATP

NADH: 43 x 2.5 = 107.5 ATP.

FADH2: 21 x 1.5 = 31.5 ATP.

ATP directo: 11 ATP.

Restando los 2 ATP utilizados en la activación, el rendimiento total es:

[ 107.5 + 31.5 + 11 - 2 = 148 ATP ]

Por lo tanto, la oxidación completa de una molécula de ácido behénico produce al rededor de 148 ATP.

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https://youtu.be/TohjI1GxvEI

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Video explicativo ejercicio 2 - Bioquímica

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https://youtu.be/6tN1g32mrw8

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Video Explicativo - Ejercicio 2 - Isabel Arango