¿Qué es el ciclo de Krebs? y sus pasos

El ciclo del ácido cítrico, también conocido como el ciclo de Krebs o ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), es la segunda etapa de la respiración celular. Este ciclo es catalizado por varias enzimas y lleva el nombre en honor al científico británico Hans Krebs, quien identificó la serie de pasos involucrados en el ciclo de Krebs.Por qué el ciclo de Krebs se llama ciclo

La energía utilizable que se encuentra en los carbohidratos, proteínas y grasas que consumimos se libera principalmente a través del ciclo de Krebs. Aunque el ciclo de Krebs no utiliza oxígeno directamente, sólo funciona cuando hay oxígeno presente.

La primera fase de la respiración celular, llamada glicólisis, tiene lugar en el citosol del citoplasma de la célula. El ciclo de Krebs, sin embargo, ocurre en la matriz de las mitocondrias celulares. Antes del inicio del ciclo de Krebs, el ácido pirúvico generado en la glicólisis atraviesa la membrana mitocondrial y se utiliza para formar la coenzima de acetilo A (acetilo CoA). El acetil CoA se utiliza entonces en el primer paso del ciclo de Krebs. Cada paso del ciclo es catalizado por una enzima específica.

¿Por qué el ciclo de Krebs se llama ciclo?

El ciclo de Krebs, también conocido como el ciclo del ácido cítrico o ciclo del ácido tricarboxílico, es parte de una serie de reacciones químicas que los organismos utilizan para descomponer los alimentos en una forma de energía que las células pueden utilizar.

El ciclo ocurre en las mitocondrias de las células, usando 2 moléculas de ácido pirúvico de la glicólisis para producir las moléculas de energía. El ciclo de Krebs forma (por dos moléculas de ácido pirúvico) 2 moléculas de ATP, 10 moléculas de NADH, y 2 moléculas de FADH2. El NADH y el FADH2 producido por el ciclo se utilizan en el sistema de transporte de electrones.

Funciones del ciclo de Krebs

La razón por la que el ciclo de Krebs es un ciclo

 

El producto final del ciclo de Krebs es el ácido oxaloacético. Es un ciclo porque el ácido oxaloacético (oxaloacetato) es la molécula exacta necesaria para aceptar una molécula de acetilo-CoA y comenzar otro ciclo.

 

Funciones del ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs es el conjunto clave de reacciones para la respiración celular aeróbica. Algunas de las funciones importantes del ciclo incluyen:

  • Se utiliza para obtener energía química a partir de proteínas, grasas y carbohidratos. El ATP es la molécula de energía que se produce. La ganancia neta de ATP es de 2 ATP por ciclo (comparado con 2 ATP para la glicólisis, 28 ATP para la fosforilación oxidativa y 2 ATP para la fermentación). En otras palabras, el ciclo de Krebs conecta el metabolismo de las grasas, proteínas y carbohidratos.
  • El ciclo puede utilizarse para sintetizar precursores de aminoácidos.
  • Las reacciones producen la molécula NADH, que es un agente reductor utilizado en una variedad de reacciones bioquímicas.
  • El ciclo de Krebs reduce el flavín adenina dinucleótido (FADH), otra fuente de energía.

Origen del ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs no es el único conjunto de reacciones químicas que las células pueden usar para liberar energía química, sin embargo, es el más eficiente. Es posible que el ciclo tenga orígenes abiogénicos, anteriores a la vida. Es posible que el ciclo haya evolucionado más de una vez. Parte del ciclo proviene de las reacciones que se producen en las bacterias anaeróbicas.

Origen del ciclo de Krebs

Pasos del ciclo de Krebs

  1. El primer paso es un paso de condensación, combinando el grupo de acetilo de dos carbonos (de acetilo CoA) con una molécula de oxaloacetato de cuatro carbonos para formar una molécula de seis carbonos de citrato. CoA se une a un grupo sulfhidrilo (-SH) y se difunde para eventualmente combinarse con otro grupo acetilo. Este paso es irreversible porque es altamente exergónico. La velocidad de esta reacción es controlada por la retroalimentación negativa y la cantidad de ATP disponible. Si los niveles de ATP aumentan, la tasa de esta reacción disminuye. Si hay escasez de ATP, la tarifa aumenta.
  2. El citrato pierde una molécula de agua y gana otra a medida que el citrato se convierte en su isocitrato.
  3. El isocitrato se oxida, produciendo una molécula de cinco carbonos, α-ketoglutarato, junto con una molécula de CO2 y dos electrones, que reducen NAD+ a NADH. Este paso también está regulado por la retroalimentación negativa de ATP y NADH y por un efecto positivo de ADP.
  4. Pasos de oxidación y descarboxilación, que liberan electrones que reducen NAD+ a NADH y liberan grupos carboxilos que forman moléculas de CO2. α-Ketoglutarate es el producto del paso tres, y un grupo succinilo es el producto del paso cuatro. El CoA se une al grupo succinilo para formar el CoA succinilo. La enzima que cataliza el cuarto paso está regulada por la inhibición de la retroalimentación de ATP, succinil CoA y NADH.Pasos del ciclo de Krebs
  5. Un grupo de fosfato sustituye a la coenzima A y se forma un enlace de alta energía. Esta energía se utiliza en la fosforilación a nivel de sustrato (durante la conversión del grupo succinilo en succinato) para formar ya sea trifosfato de guanina (GTP) o ATP. Existen dos formas de la enzima, llamadas isoenzimas, para este paso, dependiendo del tipo de tejido animal en el que se encuentren. Una forma se encuentra en los tejidos que utilizan grandes cantidades de ATP, como el corazón y el músculo esquelético. Esta forma produce ATP. La segunda forma de la enzima se encuentra en tejidos que tienen un alto número de vías anabólicas, como el hígado. Esta forma produce GTP. El GTP es energéticamente equivalente al ATP; sin embargo, su uso es más restringido. En particular, la síntesis de proteínas utiliza principalmente GTP.
  6. El sexto paso es un proceso de deshidratación que convierte el succinato en fumarato. Dos átomos de hidrógeno son transferidos al plantado, produciendo el FADH2. La energía contenida en los electrones de estos átomos es insuficiente para reducir NAD+ pero adecuada para reducir FAD. A diferencia del NADH, este portador permanece unido a la enzima y transfiere los electrones a la cadena de transporte de electrones directamente. Este proceso es posible gracias a la localización de la enzima que cataliza este paso dentro de la membrana interna de la mitocondria.
  7. Se agrega agua al fumarato durante el paso siete, y se produce malato. El último paso en el ciclo de Krebs regenera el oxaloacetato oxidando el malato. Se produce otra molécula de NADH.

Productos del ciclo de Krebs

Dos átomos de carbono entran en el ciclo de Krebs desde cada grupo acetilo, representando cuatro de los seis carbonos de una molécula de glucosa. Dos moléculas de dióxido de carbono son liberadas en cada vuelta del ciclo; sin embargo, éstas no necesariamente contienen los átomos de carbono agregados más recientemente.

Los dos átomos de acetilcarbono serán eventualmente liberados en giros posteriores del ciclo; por lo tanto, los seis átomos de carbono de la molécula original de glucosa son eventualmente incorporados al dióxido de carbono. Cada vuelta del ciclo forma tres moléculas NADH y una molécula FADH2.

Estos portadores se conectarán con la última porción de la respiración aeróbica para producir moléculas de ATP. También se realiza un GTP o ATP en cada ciclo. Varios de los compuestos intermedios en el ciclo de Krebs pueden ser usados para sintetizar aminoácidos no esenciales; por lo tanto, el ciclo es anfibólico (tanto catabólico como anabólico).