Ciclo de Krebs: qué es, reacciones y productos
¿Qué es el ciclo de Krebs y por qué es tan importante para la vida? Es una ruta metabólica, en la que se da una serie de reacciones químicas que ocurren en la matriz de las mitocondrias de las células aerobias, de forma que estas pueden conseguir la energía que necesitan a partir de los nutrientes consumidos.
En este artículo de BIOenciclopedia exploraremos de forma sencilla y clara cómo funciona esta ruta metabólica que permite a las células aerobias obtener energía a partir de los nutrientes. Además, veremos el papel central de este ciclo en el catabolismo y anabolismo metabólico, analizando las rutas que convergen en él. Si quieres aprender qué es el ciclo de Krebs, sus reacciones, productos y relevancia biológica, sumérgete con nosotros en este artículo sobre una de las rutas más estudiadas del metabolismo celular.
Qué es el ciclo de Krebs y dónde ocurre
Se trata de una ruta metabólica, lo que quiere decir que es una sucesión o serie de reacciones químicas que se da en el interior de los seres vivos, concretamente de células aerobias, que fue descubierta por el bioquímico alemán Hans Krebs en 1937, del que adoptó su nombre. El ciclo de Krebs también se conoce como ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico, y a día de hoy se conoce profundamente su relevancia y su papel central en el metabolismo de glúcidos, lípidos y proteínas.
Consiste en una serie de reacciones químicas que ocurren en la matriz de las mitocondrias, que son orgánulos celulares cuya función principal es la producción de energía química, donde se oxida el acetil-CoA procedente de los glúcidos, lípidos y proteínas en dióxido de carbono y agua, liberando energía en forma de ATP y NADH. Este conjunto de reacciones cíclicas se consideran un ciclo de tipo catabólico, pero también proporciona precursores para la biosíntesis de otras moléculas, como los aminoácidos y los ácidos grasos.
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Reacciones del ciclo de Krebs
En este ciclo se oxidan los grupos acetilo procedentes del piruvato resultante, por ejemplo, de la glucólisis, y se producen moléculas de GTP, NADH, FADH2 y CO2. Se pueden diferenciar ocho pasos clave en este ciclo, aunque algunos de ellos pueden descomponerse en más de una reacción química. Veamos cuáles son esos ocho pasos del ciclo de Krebs:
- Formación de citrato: la primera reacción es la condensación del acetil-CoA con el oxalacetato para formar citrato y liberar coenzima A. Esta reacción es catalizada por la enzima citrato sintasa.
- Formación de isocitrato: la segunda reacción es la isomerización del citrato a isocitrato, mediante la eliminación y adición de una molécula de agua. Esta reacción es catalizada por la enzima aconitasa.
- Oxidación de isocitrato a alfa-cetoglutarato: la tercera reacción es la oxidación del isocitrato a alfa-cetoglutarato y CO2, con la reducción simultánea de NAD+ a NADH. Esta reacción es catalizada por la enzima isocitrato deshidrogenasa.
- Oxidación de alfa-cetoglutarato a succinil-CoA y CO2: la cuarta reacción es la oxidación del alfa-cetoglutarato a succinil-CoA y CO2, con la reducción simultánea de NAD+ a NADH. Esta reacción es catalizada por el complejo enzimático alfa-cetoglutarato deshidrogenasa.
- Conversión de succinil-CoA a succinato: la quinta reacción es la transferencia del grupo succinil del succinil-CoA al GDP para formar GTP y succinato, con la liberación de coenzima A. Esta reacción es catalizada por la enzima succinil-CoA sintetasa.
- Oxidación de succinato a fumarato: la sexta reacción es la oxidación del succinato a fumarato, con la reducción simultánea de FAD a FADH2. Esta reacción es catalizada por la enzima succinato deshidrogenasa, que está asociada a la membrana mitocondrial interna.
- Hidratación de fumarato a malato: la séptima reacción es la hidratación del fumarato a malato, mediante la adición de una molécula de agua. Esta reacción es catalizada por la enzima fumarasa.
- Oxidación de malato a oxalacetato: la octava y última reacción es la oxidación del malato a oxalacetato, con la reducción simultánea de NAD+ a NADH. Esta reacción es catalizada por la enzima malato deshidrogenasa. De este modo, se regenera el oxalacetato, que va a participar de nuevo en la primera reacción del ciclo.
Siguiendo este patrón, el ciclo de Krebs se repite dos veces por cada molécula de glucosa que entra en la glucólisis, ya que se generan dos moléculas de acetil-CoA por cada molécula de piruvato. El balance neto del ciclo de Krebs por cada molécula de acetil-CoA es: 1 ATP (o GTP), 3 NADH, 1 FADH2 y 2 CO2.
Productos del ciclo de Krebs
Los productos del ciclo de Krebs son moléculas que se forman a partir de la oxidación del acetil-CoA, que proviene de la degradación de los carbohidratos, las grasas y las proteínas. Se generan dos moléculas de CO2, una molécula de GTP (equivalente a un ATP), tres moléculas de NADH y una molécula de FADH2 por cada vuelta del ciclo. Estos productos son importantes para el metabolismo celular, ya que el GTP se usa como fuente de energía y el NADH y el FADH2 se utilizan para alimentar la cadena respiratoria celular y producir así más ATP.
De modo que por cada vuelta completa del ciclo de Krebs se obtiene:
- 2 CO2
- 1 GTP
- 3 NADH
- 1 FADH2
Vías que convergen en el ciclo de Krebs
Desde que se descubrió, el ciclo de Krebs ha sido objeto de intenso estudio e investigación científica. Y es que, conforme más se ha ido sabiendo acerca de esta ruta metabólica cíclica, mayor ha sido el interés que ha generado en la comunidad científica.
Este ciclo es considerado una ruta catabólica, es decir, cuyo cometido es pasar de moléculas complejas a otras más sencillas para producir energía química y poder reductor. Pero se sabe, además, que su importancia no se limita a la producción de energía, ya que es una ruta metabólica central que conecta diferentes vías de producción y consumo de energía en las células.
Como ya hemos visto, en este ciclo, el acetil-CoAse oxida completamente a dióxido de carbono y agua. Lo interesante es que este acetil-CoApuede provenir de diferentes fuentes, como la glucólisis, la oxidación de ácidos grasos o la producción de colágeno, convirtiendo al ciclo de Krebs en un punto de encuentro en el catabolismo de glúcidos, lípidos y proteínas.
Además, el ciclo de Krebs también genera intermediarios que pueden usarse en vías anabólicas, que son aquellas que parten de moléculas relativamente sencillas para convertirlas en otras moléculas más complejas. Algunos ejemplos son la síntesis de aminoácidos, nucleótidos o lípidos. Por lo tanto, el ciclo de Krebs es un punto de convergencia y divergencia de múltiples procesos metabólicos, tanto catabólicos como anabólicos, que regulan el balance energético y la biosíntesis celular.
Ahora que conoces mejor qué es el ciclo de Krebs, te recomendamos leer sobre la Nutrición celular: qué es y fases. Además, en este vídeo puedes conocer el ejemplo del ciclo de Krebs en el catabolismo de la glucosa.
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- Alberts, B. (2016). Biología Molecular de la Célula. 6ª edición, Ediciones Omega.