Domina Conceptos Médicos

Estudia para la escuela de medicina y tus examenes con Lecturio.

Ciclo del Glioxilato

El ciclo del glioxilato es una vía anabólica que se considera una variación del ciclo del ácido tricarboxílico. El ciclo del ácido tricarboxílico ocurre en plantas, bacterias y hongos y el acetil-CoA se convierte en succinato. Se pensaba que el ciclo del glioxilato no se producía en animales debido a la ausencia de las enzimas isocitrato liasa y malato sintasa; sin embargo, esta hipótesis está siendo aún explorada. El ciclo del glioxilato ocurre en los glioxisomas, que son peroxisomas especializados. No existen reacciones de descarboxilación en el ciclo del glioxilato. El ciclo del glioxilato permite que las células utilicen 2 unidades de carbono de acetato y las conviertan en 4 unidades de carbono y succinato, para la producción de energía y la biosíntesis. Además, cada vuelta del ciclo produce una molécula de flavín adenín dinucleótido hidruro 2 (FADH2, por sus siglas en inglés) y nicotinamida adenina dinucleótido hidruro (NADH, por sus siglas en inglés).

Última actualización: 11 May, 2022

Responsabilidad editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Función

Vertebrados

  • 2 enzimas que son requeridas para el ciclo del glioxilato no se encuentran en los vertebrados:
    • Isocitrato liasa
    • Malato sintasa
  • El ciclo del glioxilato puede ocurrir en algunos vertebrados complejos por la participación de enzimas similares.
  • Sin embargo, el tema es experimental y está bajo investigación.

Plantas

  • Las semillas no pueden realizar la fotosíntesis, ya que carecen de cloroplastos.
  • Sin embargo, las semillas tienen peroxisomas específicos conocidos como glioxisomas, donde puede ocurrir el ciclo del glioxilato.
  • El ciclo del glioxilato ocurre en las semillas durante la germinación, de modo que:
    • Los lípidos almacenados en las semillas se pueden utilizar como fuente de energía para la formación de carbohidratos para el crecimiento y desarrollo del brote.
    • El acetato se convierte en acetil-CoA, que a su vez:
      • Se utiliza como fuente de carbono y energía
      • Se utiliza para producir NADPH, que impulsa la síntesis de adenosin trifosfato (ATP, por sus siglas en inglés) en la cadena de transporte de electrones

Hongos

  • El ciclo del glioxilato en hongos ocurre principalmente en especies infecciosas.
  • Los niveles de isocitrato liasa y malato sintasa aumentan al entrar en contacto con un huésped humano.
  • El ciclo del glioxilato juega un papel importante en la patogenia de los microbios:
    • Las enzimas que participan en el ciclo del glioxilato aumentan durante una fase patógena.
    • Los hongos que carecen de estas enzimas son menos virulentos.
  • El mecanismo de patogénesis de este ciclo en hongos está bajo investigación.
  • Ejemplos:
    • Candida albicans
    • Saccharomyces cerevisiae
    • Cryptococcus neoformans

Videos relevantes

Reacciones, Rendimiento y Balance Energético

Las plantas, hongos y bacterias requieren de carbohidratos para la energía y la síntesis de la pared celular (e.g., celulosa, quitina y glicanos). El ciclo del glioxilato permite a los organismos producir carbohidratos utilizando acetil-CoA a partir de la β-oxidación de ácidos grasos.

Reacciones

  1. La vía comienza con 2 moléculas de acetil-CoA.
  2. La citrato sintasa convierte 1 de las moléculas de acetil-CoA en citrato.
  3. El citrato se convierte en isocitrato por la enzima aconitasa.
  4. El isocitrato se convierte en glioxilato y succinato.
  5. El succinato se convierte en fumarato por la succinato deshidrogenasa.
  6. El siguiente paso implica la formación de 2 moléculas de malato:
    • 1 molécula de malato está formada por la combinación de acetil-CoA y glioxilato.
    • La 2da molécula está formada por la conversión de fumarato a malato en presencia de fumarasa.
  7. La malato deshidrogenasa convierte 2 moléculas de malato en 2 moléculas de oxaloacetato.
  8. 1 molécula de oxaloacetato se convierte en citrato y 1 molécula de oxaloacetato se utiliza para la gluconeogénesis.
El ciclo del glioxilato

Figura que representa el ciclo del glioxilato

Imagen por Lecturio.

Enzimas clave en el ciclo del glioxilato

Las 2 enzimas clave involucradas en el ciclo del glioxilato producen 2 moléculas de malato, que a su vez producen 2 moléculas de oxalacetato. La molécula de oxalacetato sobrante se utiliza en la gluconeogénesis para la producción de glucosa. Las 2 enzimas clave son:

  • Isocitrato liasa: convierte el isocitrato (que contiene 6 carbonos) en succinato (que contiene 4 carbonos) y glioxilato
  • Malato sintasa: combina acetil-CoA y glioxilato para producir malato

Resumen del ciclo del glioxilato

  • Entrada: 4 carbonos en forma de 2 moléculas de acetil-CoA
  • Resultado: cada vuelta del ciclo produce 1 NADH, 1 flavín adenín dinucleótido (FADH2) y 2 moléculas de oxaloacetato.
  • No libera CO2
  • Se producen 2 reacciones oxidativas.
  • Existe síntesis neta de glucosa (debido a la formación de una molécula extra de oxalacetato).

Producción de energía

  • Cada ciclo produce 1 molécula de FADH2 y 1 molécula de NADH.
  • Posteriormente, NADH produce 2,5 ATP y FADH2 produce 1,5 ATP para producir un total de 4 ATP.

Diferencias Clave con el Ciclo del Ácido Tricarboxílico

El ciclo del ácido tricarboxílico es el principal medio para generar energía en el cuerpo.

  • Tanto los ciclos del ácido tricarboxílico como los de glioxilato utilizan acetil-CoA como sustratos iniciales. Los rendimientos de estos ciclos difieren:
    • En el ciclo del ácido tricarboxílico, 1 molécula de NAD+ se reduce para producir CO2.
    • El succinato se produce en el ciclo del glioxilato y se utiliza para la síntesis de carbohidratos.
  • Los ciclos ocurren en diferentes organismos:
    • El ciclo del glioxilato ocurre predominantemente en plantas y hongos. Existe evidencia emergente de que los vertebrados tienen las enzimas necesarias para que ocurra el ciclo del glioxilato.
    • El ciclo del ácido tricarboxílico ocurre en animales.
  • Los ciclos del ácido tricarboxílico y glioxilato tienen 5 enzimas en común. Existen algunas diferencias importantes entre los pasos, que dan como resultado diferentes productos:
    • La isocitrato liasa en el ciclo del glioxilato convierte el isocitrato en glioxilato y succinato.
    • Las moléculas sufren descarboxilación en el ciclo del ácido tricarboxílico. El ciclo del glioxilato no implica ninguna reacción de descarboxilación; por lo tanto, los productos del ciclo pueden utilizarse para la síntesis de carbohidratos.
  • Se produce más energía en el ciclo del ácido tricarboxílico que en el ciclo del glioxilato.
Tabla: Diferencias clave entre el ciclo del glioxilato y el ciclo del ácido tricarboxílico
Ciclo de glioxilato Ciclo del ácido tricarboxílico
Sitio Glioxisomas de plantas, hongos y posiblemente vertebrados Mitocondrias animales
Número de carbonos Entrada de 4 carbonos Entrada de 2 carbonos
Moléculas de CO2 liberadas Ninguna 2
Número de reacciones oxidativas 2 4
Energía producida por ciclo
  • 1 NADH
  • 1 FADH2
  • 3 NADH
  • 1 FADH2
  • 1 GTP
Síntesis neta de glucosa Síntesis neta de glucosa debido a la formación de 1 molécula extra de oxalacetato Sin síntesis neta de glucosa
FADH2: flavín adenín dinucleótido
GTP: guanosin trifosfato

Relevancia Clínica

Se han identificado genes del ciclo del glioxilato en 2 organismos capaces de sobrevivir en los macrófagos: la bacteria M. tuberculosis y el hongo C. albicans. Las enzimas necesarias para que progrese el ciclo del glioxilato no están presentes en los seres humanos y, por lo tanto, son objetivos ideales para los nuevos antibióticos.

  • C. albicans: un patógeno oportunista que causa candidiasis en humanos. El ciclo del glioxilato permite que C. albicans sobreviva en ambientes privados de nutrientes; por lo tanto, la enzima isocitrato liasa ha sido el objetivo para lograr efectos antifúngicos. Se encontró que tres compuestos (ácido cafeico, ácido rosmarínico y apigenina) tienen actividad antifúngica contra C. albicans cuando se probaron en condiciones de agotamiento de glucosa.
  • M. tuberculosis: un bacilo intracelular facultativo, resistente a los ácidos, que causa la infección respiratoria conocida como tuberculosis. Se está estudiando el ciclo del glioxilato en las micobacterias para desarrollar tratamientos potenciales para la tuberculosis.

Referencias

  1. Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L. (2002). The Glyoxylate Cycle Enables Plants and Bacteria to Grow on Acetate. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22383/
  2. Ahern, K., Rajagopal, I., Tan, T. (Eds.) (2019). Citric Acid Cycle & Related Pathways. In Ahern, K., et al. (Ed.) Biochemistry Free For All. Libre Texts. https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Biochemistry/Book%3A_Biochemistry_Free_For_All_(Ahern_Rajagopal_and_Tan)/06%3A_Metabolism/6.02%3A_Citric_Acid_Cycle__Related_Pathways
  3. Bruce, D. (2001). Glyoxylate Cycle as Drug Target? Genome Biol 2, spotlight-20010710-01. https://link.springer.com/article/10.1186/gb-spotlight-20010710-01
  4. Cheah, H.L., Vuanghao, L., Sandai, D. (2014). Inhibitors of the Glyoxylate Cycle Enzyme ICL1 in Candida albicans for Potential Use as Antifungal Agents. https://www.researchgate.net/publication/261997138

USMLE™ es un programa conjunto de la Federation of State Medical Boards (FSMB®) y la National Board of Medical Examiners (NBME®). MCAT es una marca registrada de la Association of American Medical Colleges (AAMC). NCLEX®, NCLEX-RN® y NCLEX-PN® son marcas registradas del National Council of State Boards of Nursing, Inc (NCSBN®). Ninguno de los titulares de las marcas registradas está avalado ni afiliado a Lecturio.

Estudia desde donde sea

Lecturio Medical es el complemento perfecto para la escuela de medicina. Estrategias de aprendizaje basadas en la evidencia, videos, preguntas de repaso, y mucho más – todo combinado en un recurso
fácil de usar.

Maximiza tu aprendizaje con Lecturio

Complementa tus estudios de medicina con Lecturio, una plataforma todo-en-uno fundamentada en estrategias de aprendizaje
basadas en la evidencia.

User Reviews

¡Hola!

Esta página está disponible en Español.

🍪 Lecturio utiliza cookies para mejorar su experiencia de uso. Al continuar utilizando nuestro servicio, usted acepta nuestra Declaración de Privacidad de Datos.

Details