Metabolismo Energético: Funcionamiento del Complejo PDH, Cadena Respiratoria y Ciclo de Krebs

Complejo Piruvato Deshidrogenasa (PDH)

El complejo de la Piruvato Deshidrogenasa (PDH) es fundamental en las rutas metabólicas centrales, ya que se encarga de transformar el piruvato en acetil-CoA, el cual ingresa posteriormente en el ciclo de Krebs. Es importante destacar que el piruvato puede provenir del proceso de la glucólisis.

Regulación de la Actividad Enzimática

La actividad de esta enzima se regula mediante un sistema de modificación covalente:

• Inactivación: Se produce por la fosforilación de la cadena alfa, llevada a cabo por la piruvato deshidrogenasa cinasa (PDHK).
• Activación: Se produce por la desfosforilación de la cadena alfa, ejecutada por la piruvato deshidrogenasa fosfatasa.

La PDH es estimulada por la insulina, el fosfoenolpiruvato y el AMP. Por el contrario, es completamente inhibida por el ATP, el NADH y el acetil-CoA. Estructuralmente, está formada por varias enzimas piruvato deshidrogenasa y presenta una regulación alostérica compleja:

• En caso de ATP alto: Se inhibe por la presencia de ATP, NADH y acetil-CoA.
• En caso de ATP bajo: Se activa mediante el ADP y el propio piruvato.
• En el tejido muscular: La PDH se activa en presencia de calcio, el cual activa la PDH fosfatasa (corrigiendo la activación de la vía).

Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa

La cadena respiratoria está constituida por diversos complejos ubicados dentro de la membrana interna de la mitocondria. El flujo de electrones sigue rutas específicas según su origen:

• Si los electrones provienen del NADH, se utilizan los complejos 1, 3 y 5.
• Si provienen del FADH2, se utilizan los complejos 2, 4 y 3.

Es relevante notar que el Complejo II no bombea protones al espacio intermembrana, a diferencia de los otros complejos. Los protones acumulados pasan del espacio intermembrana a la matriz mitocondrial a través de la ATP sintasa (atp sintetasa), la cual aprovecha la fuerza protón-motriz para sintetizar ATP.

Componentes Principales

• Complejo I (C-I): NADH deshidrogenasa.
• Complejo II: Succinato deshidrogenasa.
• Complejo III: Ubiquinona.
• Complejo IV: Citocromo oxidasa.

La cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa se regulan conjuntamente por la disponibilidad de sustratos como NADH, FADH y O2; si estos faltan, el sistema no funciona. Si el pH es ácido, se produce una inhibición de la cadena respiratoria. La citocromo oxidasa tiene la función de pasar el citocromo C de su estado reducido a oxidado, reduciendo el O2 para formar H2O. Su regulación depende de los sustratos (FADH, NADH y O2 actúan como activadores), mientras que una carga electrónica alta inhibe la citocromo.

Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico)

En el ciclo de Krebs, las principales enzimas reguladas son la citrato sintasa, la isocitrato deshidrogenasa y la alfa-cetoglutarato deshidrogenasa.

Enzimas Clave y su Regulación

• Citrato sintasa: Cataliza la condensación de oxalacetato y acetil-CoA para formar citrato. Su regulación depende de la disponibilidad de sustrato, por lo que está vinculada a la glicólisis, la beta-oxidación de ácidos grasos y la gluconeogénesis. Sus inhibidores son niveles altos de citrato, ATP y NADH.
• Isocitrato deshidrogenasa: Transforma el isocitrato en alfa-cetoglutarato. Es inhibida por ATP y NADH.
• Alfa-cetoglutarato deshidrogenasa: Convierte el alfa-cetoglutarato en succinil-CoA. Sus inhibidores son el ATP, el NADH y el propio succinil-CoA. En el músculo, esta enzima se activa en presencia de iones de calcio (Ca++).