Ciclo de Krebs: explicación y ejemplos

¿Sabes qué es el ciclo de Krebs? Este ciclo es conocido como la ruta metabólica, es decir, que se realiza a través de una sucesión de reacciones químicas, que forman parte de la respiración celular que ocurre en todas las células aerobias, en el que se libera energía que está almacenada por medio de la oxidación del acetil, derivado de lípidos, proteínas y carbohidratos.

¿Dónde se aplica el ciclo de Krebs?

Se aplica en la célula eucariota se realiza en la raíz mitocondrial. Cabe destacar que este ciclo es el que proporciona el precedente de varios aminoácidos, también juega un papel importante el agente reductor NADH, el cual se utiliza en diferentes reacciones bioquímicas.

Además, brinda precursores de muchas biomoléculas, lo que conlleva a una vía anfibólica, esto significa anabólica y catabólica al mismo tiempo.

Historia del ciclo de Krebs

Se denomina ciclo de Krebs en honor al descubridor, Hans Krebs, en el año 1937. Este ciclo permitió unificar el metabolismo  en el que se demostró que el citrato es derivado del oxaloacetato y del piruvato a este ciclo que completa lo que se conoce como ácido cítrico.

También se le conoce como el ciclo de ácido cítrico o el ciclo de ácido tricarboxílico, conocidas como una serie de reacciones químicas que se requieren para la respiración celular, la deshidratación, la hidratación, la hidratación y reacciones que producen ATP (trifosfato de adenosina).

Por otra parte, es importante destacar que el residuo está bajo la forma de dióxido de carbono, a su vez se produce así como los otros equipos de reactivos utilizados para la regeneración de la reacción general.

Función del ciclo de Krebs

Este ciclo se encarga de liberar la energía utilizada para la célula y producir dióxido de carbono (CO2). Este proceso se realiza por medio de la matriz de la mitocondria. Está comprendido por 8 pasos en el que se produce una enzima específica con el objetivo de catalizar las reacciones.

Antes de comenzar el ciclo, se realiza un proceso de transformación. Existen dos piruvatos aerobio o anaerobio que resultan de la glucólisis.

Se toma el aerobio, en el que pasan del citoplasma a la matriz de la mitocondria, actúan la coenzima A y la energía, ambos producen Acetil-Coenzima A. Lo que ocurre es que el acetil-COA se concentra, y está preparado para comenzar el ciclo de Krebs.

Pasos para iniciar ciclo de Krebs

1. Lo primero que debes hacer es ingresar el Acelti-CoA y trasládalo al oxalacetato, y cuando interviene la enzima Citrato cinasa tiene como producto el citrato. Por otro lado, el acetilo posee 2 carbonos y 4 de oxalacetato que producen 6 carbonos que conforman el citrato, en el que se libera el dióxido de carbono que se puede reutilizar.
2. Luego, el citrato trabaja en conjunto con la enzima Aconitasa, esto permite que salga el agua, pero a su vez que ingrese, finalmente se produzca el Isocitrato.
3. En este paso el isocitrato posee la enzima Isocitrato deshidrogenasa lo que indica que liberará hidrógeno, en el que se produce con la entrada de NAD + con el H suelto que produce NADH. Esto permite que se produzca la primera descarboxilación, aquí se libera CO2. Realizando todo el procedimiento se obtiene: ∝-Cetoglutarato.
4. El ∝-Cetoglutarato funciona con la enzima ∝ Cetoglutarato deshidrogenasa, lo que indica que pasará lo mismo que el paso anterior, en el que lo único diferente es que no entra el CoA, produciéndose finalmente la Succinil-CoA.
5. La enzima SuccinilCoA sintetasa reacciona con la enzima con SuccinilCoA permite liberar la CoA y GTP (guanosin trifosfato) que es el GTP y CoA que es el ATP . El producto resultante Succinato.
6. El succinato posee la enzima succinato deshidrogenasa, lo que produce que el FAD que se convierte en FADH2  debido a que se lleva a cabo la liberación de de hidrógenos. El resultado de esta reacción es el Fumarato.
7. Posteriormente, al fumarato le agregas agua debido a la enzima fumarasa y se añade el Malato.
8. En este paso la enzima malato desidrogenasa permite que el Malato libere NADH, esto gracias a que el NAD + que contaba mantuvo la unión con los hidrógenos sueltos. De esta forma se hace el Oxacelacetato

Funciones del ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs tiene como función principal producir la energía transportada y salvada como el GTP o ATP. Este ciclo es central que se realiza a través de otras reacciones biosintéticas en el que los intermediarios utilizados ameritan hacer otras moléculas, las cuales son: del nucleótido, aminoácidos y colesterol. Este ciclo se encuentra en las células que se encuentren en todas las células que utilizan el oxígeno.

También se realiza el combinado con el proceso de la fosforilación oxidativa y produce la gran parte de energía que se utiliza por las células aerobias considerando la energía del 95 %  brindada a los seres humanos.

Producto del ciclo de Krebs

Este ciclo de Krebs es el que produce la gran mayoría de ATP teóricos genera la respiración celular. Este se considerará a partir de la combinación de la molécula de cuatro carbonos de ácido oxalacético y oxalacetato con la coenzima acetil- CoA que resulta como producto la fase anterior conocida como oxidación del piruvato, en el que se debe multiplicar por dos, lo que resulta:

• 6 NADH que generará 18 ATP
• 2 FADH2 que generará 4 ATP
• 2 ATP

Se observa que la suma resulta 24 de los 38 ATP teóricos que son productos de la respiración celular. Los ATP restantes se obtiene la glucólisis y de la oxidación del piruvato.

Ejemplo:

Observa cuando el ciclo hace una sola vuelta:

• Se liberan dos moléculas de dióxido de carbono cuando se ingresan dos moléculas de dióxido de carbono.
• Luego, se generan tres moléculas de NADH y una de FADH2
• Por último, produce una molécula de GTP o ATP

Estas cifras son para elaborar una vuelta del ciclo, que pertenecen a una molécula de acetil CoA. Cabe destacar que ingresan dos carbonos por cada vuelta (del Acetil -CoA) al ciclo del ácido cítrico para liberar dos moléculas de dióxido de carbono. Éstas moléculas de dióxido de carbono no tienen  carbonos del acetil-CoA que terminan de ingresar al ciclo.

En lugar de los carbonos de acetil CoA se involucran inicialmente a los intermediarios del ciclo y se liberan con el dióxido de carbono hasta posteriores ciclos. Luego, de diversas vueltas, estos carbonos del grupo acetilo del acetil -CoA liberan dióxido carbono.

¿Dónde se encuentra el ATP?

Si crees que la producción del ATP del ácido cítrico no tiene relevancia, no es verdad, debido a que este ciclo no produce  ATP suficiente de manera directa, el  ATP se hace de forma indirecta por el NADH y FADH2 que produce. Estos electrones se conectan al final de la parte de la respiración celular, lo que sucede es que estos y al depositar en su cadena de electrones de electrones que impulsan por medio de la fosforilación oxidativa la síntesis de la molécula de ATP.

El ciclo de Krebs es conocido como vía metabólica, el cual es clave para unir los carbohidratos y el metabolismo, las proteínas y grasas. Estas reacciones del ciclo funcionan gracias a 8 enzimas que oxidan por completo el acetato, en forma de acetil- CoA en el que quedan libres dos moléculas, una de agua y dióxido de carbono en forma de acetil-CoA que interviene en el ciclo de Krebs.

Reacciones del ciclo

Es importante resaltar que estas reacciones del ciclo se convierten en NADH que es equivalente a la flavina adenina dinucleótido (FAD) en una de FADH2 y equivalente de guanosina y el FADH2 que se generan por el ciclo del ácido cítrico que se utilizan por la vía de la fosforilación oxidativa que generan trifosfato de adenosina que es rico en energía ATP

Cabe resaltar que una de las fuentes primarias de acetil- CoA representa la descomposición de azúcares por glucólisis que producen piruvato que también es descarboxilado por la enzima piruvato deshidrogenasa que produce acetil-CoA.

¿Dónde se origina el ciclo de ácido cítrico?

El punto de la reacción, acetil-CoA es donde se origina el ciclo del ácido cítrico. En este ciclo se inicia con la transferencia de un grupo acetilo de dos carbonos de acetil- CoA al compuesto de cuatro carbonos oxaloacetato, finalmente para formar seis carbonos en un solo compuesto.

Por otra parte, el citrato se traslada por una serie de transformaciones químicas, que pierde carboxilo como CO2 surge el oxígeno de lo que fue el oxaloacetato, no de forma directa de acetil-CoA. También hay que resaltar que los carbonos donados por acetil-CoA como CO2 se necesita diferentes vueltas del ciclo de Krebs.

Aunque este ciclo en el anabolismo se puede perder, debido  a que muchos intermedios del ciclo TCA se utilizan precursores de otras moléculas especialmente de la biosíntesis.

Los electrones ricos en energía a NAD

Los electrones ricos en energía a NAD + formando NADH en el que la mayor parte de la energía se dispone por los pasos oxiodativos del ciclo de Krebs que traslada como electrones ricos en energía a NAD + formando NADH, esto ocurre para cada grupo acetilo que ingresa en el ciclo, son tres moléculas de NADH.

Estos electrones se transfieren al aceptor de electrones Q, que se forma QH2. Al finalizar de cada ciclo, el oxaloacetato de cuatro carbonos que se ha regenerado y el ciclo tiene continuidad.

 Reacciones del ciclo de ácido cítrico

Al observar el ciclo de Krebs especialmente en la matriz mitocondrial, este acetil- CoA ( Acetil Coenzima A)  y el ácido cítrico 6 se logra en cada ciclo por la condensación de un acetil- CoA con una molécula de oxaloacetato, es decir, 4 carbonos. Este citrato produce en cada ciclo una molécula de oxaloacetato y 2 carbonos CO2, en forma general se escribe el siguiente balance:

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

Se puede observa que los dos carbonos del acetil-CoA son oxidados a CO2 y la energía que tiene es liberada y  acumulada se convierte en energía química, es decir, electrones de alto potencial y  GTP potencial que es el poder reductor.

Matriz mitocondrial

En la siguiente imagen puedes observar que este ciclo da lugar en la matriz mitocondrial en el citoplasma de procariotas y en eucariotas.

El FADR2 de la succinato deshidrogenasa en el complejo II de la cadena transportadora de electrones, por no poder desprenderse de la enzima, se oxida de nuevo, y el FADH2 otorga sus dos hidrógenos a la ubiqinona (coenzima Q) que se disminuye a ubiquinol dejando la enzima abandonada.

Simplificación del ciclo de Krebs

En forma general, este ciclo tiene una visión simplificada que explica muy bien su rendimiento y proceso, a continuación aquí tienes algunos pasos:

• Para este ciclo el paso final es la oxidación, en el que se producen oxaloacetato y dos CO2
• Lo siguiente es saber que el acetil-CoA produce una reacción con una molécula de oxalacetato de 4 carbonos que permite formar 6 carbonos que es el citrato, esto sucede a través de una reacción de condensación. Cabe destacar que esta serie de reacciones, se substraen 2 átomos de carbono del citrato (6C) para otorgar oxalacetato (4C), estos átomos de carbono son liberados en forma de CO2.
• Este ciclo consume de forma neta 1 acetil - CoA y produce 2 CO2 que consume 3  y NAD⁺1 FAD, que producen 3 NADH + 3H⁺ y 1  FADH₂.
• Otra característica importante es que cada NADH, cuando se oxida en la cadena respiratoria, origina e moléculas de ATP (3x3=9), por el contrario el FADH₂  da lugar a 2 ATP. LO que resulta, (9+2+1) GTP = 12 ATP por cada acetil- CoA que entra en el ciclo de Krebs.
• Finalmente, por cada dos moléculas de piruvato se produce una molécula de glucosa, que a su vez producen dos acetil-CoA, lo que resulta que cada molécula de glucosa en el ciclo de ácido cítrico resulta: 4CO₂, 2 GTP, 6 NADH + 6H ⁺, 2 FADH₂; en total 24 ATP.

Para concluir, en este ciclo es importante tener en cuenta que el metabolismo utiliza como última fuente de energía el metabolismo. Además, mientras tenga mayor reserva del glucógeno será la fuente de energía utilizada. También se tiene en cuenta que los alimentos con alto índice glucémico provocan un alto incremento glucémico en sangre.