Activitat. Respiració cel·lular: el descobriment del Cicle de Krebs
En aquesta activitat es descriu
com diferents científics s'han anat muntant el puzle que constitueix el cicle
de Krebs, part important de la respiració aeròbia. Tingues el llapis a punt,
per que al llarg de l'activitat hi ha preguntes per contestar.
Sobre la
respiració aeròbica:
Els organismes que
poden respirar aeròbicament poden obtenir grans quantitats d'energia. Ho fan a
partir de la posterior oxidació del piruvat, el producte final de la glicòlisi.
El piruvat de 3 carbonis és decompost per descarboxilació (pèrdua de CO2)
i deshidrogenació (pèrdua d'H). El CO2
és un producte residual i l'hidrogen és transferit a transportadors
d'hidrogen. Aquests transportadors reduïts (coenzims i FAD) intervenen
posteriorment en la síntesi d'ATP a través de la cadena de transport
d'electrons a la membrana interna mitocondrial.
Sobre la recerca
científica:
El treball de molts
científics va contribuir al descobriment de les vies bioquímiques implicades en
la respiració cel·lular. El descobriment de la via aeròbia va proporcionar a
Hans Krebs el premi nobel de 1939.
![]() |
Hans Krebs
Font: http://www.sciencephoto.com/media/226377/enlarge |
El primer pas
Un primer avanç va ser
el descobriment per part de Thunberg de la deshidrogenasa succinat a principis
del segle XX (l'àcid succínic és un àcid orgànic; la deshidrogenasa és un enzim
que allibera hidrogen).
Thunberg va utilitzar
seccions molt fines de teixit muscular per investigar la capacitat del múscul
per oxidar compostos orgànics. Va utilitzar blau de metilè, que és un
indicador redox, és a dir, que canvia de color depenent de si està oxidat o
reduït. El blau de metilè esdevenia incolor (forma reduïda) quan la secció de
múscul s'afegia a una mescla d'incubació que contenia un compost orgànic en la
seva forma reduïda. Els enzims presents al múscul extreien hidrogen del compost
orgànic. L'hidrogen passava al blau de metilè.
![]() |
1. Les reaccions redox
impliquen la transferència d'electrons. Afegiu una fletxa amb text al diagrama anterior
que mostri la transferència d'electrons que s'ha produït.
Thunberg va descobrir
que molts compostos orgànics podien ser oxidats d'aquesta manera, però que
l'àcid succínic era de llarg el que provocava més canvi de coloració del blau
de metilè. Va trobar que el producte d'aquesta reacció era l'àcid fumàric.
2. Observeu detingudament
les dues molècules. Descriviu que ha passat en la reacció de conversió d'àcid
succínic en àcid fumàric.
![]() |
El següent pas
El següent pas
important va ser el treball de Szent-Gyorgi sobre la respiració en els músculs
de vol dels coloms. En una mescla adequada d'incubació, els enzims i les
molècules del substrat del múscul de colom realitzen l'oxidació del substrat,
la qual consumeix oxigen molecular.
![]() |
Szent-Gyorgi van trobar
que una mescla d'incubació que contingués múscul de vol de colom fresc consumia
oxigen ràpidament al principi, però que aquest fet disminuïa amb el temps i
finalment s'aturava.
3. Suggeriu una causa del
descens de consum d'oxigen de la zona A del gràfic anterior.
Els bioquímics ja
sabien que les vies bioquímiques estan constituïdes per seqüències de petits
passos de reacció, amb cadascuns dels passos catalitzat per un enzim diferent.
La seqüència següent representa una via bioquímica que el substrat A s'oxida
fins el producte E a través dels compostos intermedis B, C i D.
![]() |
4. Quants enzims creieu
que intervindran en aquesta via?
5. Suggeriu què passaria
amb la velocitat de producció d'E si s'afegís compost C a la mescla de reacció.
Szent i Gyorgi van
descobrir que quan s'afegia succinat a la mescla d'incubació, es restablia el
consum d'oxigen (vegeu gràfica anterior).
6. Suggeriu una explicació
per l'efecte que provoca l'addició de succinat.
Szent i Gyorgi també
van descobrir que alguns altres àcids orgànics també tenien aquest efecte i,
posteriorment, Hans Krebs va trobar encara més àcids orgànics que incrementaven
la taxa de consum d'oxigen quan s'afegien a la mescla d'incubació.
Els substrats orgànics
de les cèl·lules s'oxiden seguint una seqüència de petites reaccions:
![]() |
El últims passos
Krebs va utilitzar les
tècniques de Szent i Gyorgi per esbrinar quins compostos formen part de la
seqüència de reaccions que consumeixen oxigen a la respiració:
![]() |
A la respiració, la
glucosa (C6H12O6) s'oxida fins donar finalment
CO2 i H20.
7. Ordeneu els tres àcids
orgànics del requadre anterior segons la seqüència que, lògicament, haurien de
formar dins la via respiratòria, sabent que es van desprenent diòxid de carboni
i hidrogen (igual que en l'oxidació de l'àcid succínic anterior). Assenyaleu el
que es desprèn a mesura que un compost intermedi es transforma en el següent.
A finals dels anys 1930
s'havia trobat una seqüència de substàncies intermèdies que mostraven la
transformació d'àcid cítric de 6 carbonis a àcid oxalacètic de 4 carbonis:
![]() |
No s'havia establer
l'enllaç entre aquesta via aeròbia i el piruvat, el producte de la glicòlisi
anaeròbia. El piruvat no actuava com un "activador" quan s'afegia a la mescla
de reacció dels experiments descrits més amunt, de manera que la forma en què
el piruvat entra a la via aeròbia resultava força misteriosa.
El
1939 Hans Krebs va realitzar l'experiment que li va donar el Premi Nobel; va
incubar àcid oxalacètic amb piruvat en absència d'oxigen. En absència
d'oxigen la via aeròbia no podia tenir lloc, però Krebs va trobar que
s'acumulava citrat. A partir d'aquest fet, Krebs va proposar l'important pas
pel qual el piruvat i l'àcid oxalacètic es combinen per formar citrat (a través
d'un compost intermedi de 7 carbonis).
![]() |
La petita diferència
amb el cicle que Krebs va proposar el 1939
Ara sabem que no és el
piruvat el que entra al cicle aeròbic, sinó un compost de 2 carbonis
transportat pel coenzim A, que forma acetil CoA. Krebs va deduir la via
cíclica a partir del seu propi treball pràctic, basat en els treballs anteriors
d'altres bioquímics.
8. Feu un breu resum del
que passa durant el cicle de Krebs.
9. Expliqueu quants enzims
espereu que catalitzin la transformació d'isocitrat a α-cetoglutaric?
Com podríeu demostrar l'activitat de la
deshidrogenasa en cèl·lules que respirin activament com les del llevat?
![]() Font: http://en.wikipedia.org/wiki/Citric_acid_cycle |