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Ciclo de Krebs

Esquema didáctico del ciclo del ácido cítrico.

El ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos)1 2 es una ruta metabólica, es decir, una sucesión de reacciones químicas, que forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. En células eucariotas se realiza en la mitocondria. En las procariotas, el ciclo de Krebs se realiza en el citoplasma, específicamente en el citosol.

En organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es parte de la vía catabólica que realiza la oxidación de glúcidos,ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO2, liberando energía en forma utilizable (poder reductor yGTP).

El metabolismo oxidativo de glúcidos, grasas yproteínas frecuentemente se divide en tres etapas, de las cuales el ciclo de Krebs supone la segunda. En la primera etapa, los carbonos de estas macromoléculas dan lugar a moléculas de acetil-CoA de dos carbonos, e incluye las vías catabólicas de aminoácidos (p. ej. desaminación oxidativa), la beta oxidación de ácidos grasos y la glucólisis. La tercera etapa es la fosforilación oxidativa, en la cual el poder reductor (NADH y FADH2) generado se emplea para la síntesis de ATP según la teoría del acomplamiento quimiosmótico.

El ciclo de Krebs también proporciona precursores para muchas biomoléculas, como ciertos aminoácidos. Por ello se considera una vía anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo.

El Ciclo de Krebs fue descubierto por el alemán Hans Adolf Krebs, quien obtuvo el Premio Nobel de Fisiología o Medicinaen 1953, junto con Fritz Lipmann.

Índice

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• 1 Reacciones del ciclo de Krebs

o 1.1 Visión simplificada y rendimiento del proceso

• 2 Regulación

• 3 Eficiencia

• 4 Evolución

• 5 Principales vías que convergen en el ciclo de Krebs

• 6 Véase también

• 7 Notas

• 8 Referencias

• 9 Enlaces externos

Reacciones del ciclo de Krebs[editar]

El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial en la célula eucariota

Ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial.

El acetil-CoA (Acetil Coenzima A) es el principal precursor del ciclo. El ácido cítrico (6 carbonos) o citrato se fusiona en cada ciclo por condensación de un acetil-CoA (2 carbonos) con una molécula de oxaloacetato(4 carbonos). El citrato produce en cada ciclo una molécula de oxaloacetato y dos CO2, por lo que el balance neto del ciclo es:

Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H+) + FADH2 + GTP + 2 CO2

Los dos carbonos del Acetil-CoA son oxidadosa CO2, y la energía que estaba acumulada es liberada en forma de energía química: GTP y poder reductor (electrones de alto potencial):NADH y FADH2. NADH y FADH2 son coenzimas(moléculas que se unen a enzimas) capaces de acumular la energía en forma de poderreductor para su conversión en energía química en la fosforilación oxidativa.

El FADH2 de la succinato deshidrogenasa, al no poder desprenderse de la enzima, debe oxidarse nuevamente in situ. El FADH2 cede sus dos hidrógenos a la ubiquinona (coenzima Q), que se reduce a ubiquinol (QH2) y abandona la enzima.

Las reacciones son:

Molécula Enzima

Tipo de reacción Reactivos/

Coenzimas

Productos/

Coenzima

I. Citrato

1. Aconitasa

Deshidratación

H2O

II. cis-AconitatoNota 1

2. Aconitasa Hidratación

H2O

III. Isocitrato

3. Isocitrato deshidrogenasa

Oxidación

NAD+

NADH + H+

IV. Oxalosuccinato

4. Isocitrato deshidrogenasa

Descarboxilación

V. α-cetoglutarato

5. α-cetoglutarato

deshidrogenasa

Descarboxilación oxidativa NAD+ +

CoA-SH

NADH + H+

+ CO2

VI. Succinil-CoA

6. Succinil CoA sintetasa

Hidrólisis

GDP

+ Pi

GTP +

CoA-SH

VII. Succinato

7. Succinato deshidrogenasa

Oxidación FAD

FADH2

VIII. Fumarato

8. Fumarato Hidratasa

Adición (H2O)

H2O

IX. L-Malato

9. Malato deshidrogenasa

Oxidación NAD+ NADH + H+

X. Oxalacetato

10. Citrato sintasa

Condensación

Visión simplificada y rendimiento del proceso[editar]

• El paso final es la oxidación del ciclo de Krebs, produciendo un oxaloacetato y dos CO2.

• El acetil-CoA reacciona con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos) para formar citrato (6 carbonos), mediante una reacción de condensación.

• A través de una serie de reacciones, el citrato se convierte de nuevo en oxaloacetato.

• Durante estas reacciones, se substraen 2 átomos de carbono del citrato (6C) para dar oxalacetato (4C); dichos átomos de carbono se liberan en forma de CO2

• El ciclo consume netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO2. También consume 3 NAD+ y 1 FAD, produciendo 3 NADH + 3 H+ y 1 FADH2.

• El rendimiento de un ciclo es (por cada molécula de piruvato): 1 ATP, 3 NADH +3H+, 1 FADH2, 2CO2.

• Cada NADH, cuando se oxide en la cadena respiratoria, originará 2,5 moléculas de ATP (3 x 2,5 = 7,5), mientras que el FADH2 dará lugar a 1,5 ATP. Por tanto, 7,5 + 1,5 + 1 GTP = 10 ATP por cada acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs.

• Cada molécula de glucosa produce (vía glucólisis) dos moléculas de piruvato, que a su vez producen dos acetil-COA, por lo que por cada molécula de glucosa en el ciclo de Krebs se produce: 4CO2, 2 GTP, 6 NADH + 6H +, 2 FADH2; total 32 ATP.

Regulación[editar]

Muchas de las enzimas del ciclo de Krebs son reguladas por retroalimentación negativa, por unión alostérica del ATP, que es un producto de la vía y un indicador del nivel energético de la célula. Entre estas enzimas, se incluye el complejo de lapiruvato deshidrogenasa que sintetiza el acetil-CoA necesario para la primera reacción del ciclo a partir de piruvato, procedente de la glucólisis o del catabolismo de aminoácidos. También las enzimas citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa, que catalizan las tres primeras reacciones del ciclo de Krebs, soninhibidas por altas concentraciones de ATP. Esta regulación frena este ciclo degradativo cuando el nivel energético de la célula es bueno.

Algunas enzimas son también reguladas negativamente cuando el nivel de poder reductor de la célula es elevado. El mecanismo que se realiza es una inhibición competitiva por producto (por NADH) de

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