Ciclo de Krebs o Ciclo de Ácido Cítrico

El ciclo de ácido tricarboxílico (TCA), también conocido como el ciclo de Krebs o el ciclo de ácido cítrico, es un importante centro metabólico de la célula. Está compuesto por 8 enzimas dentro de la matriz mitocondrial, excepto la enzima succinato deshidrogenasa, que está relacionada con la cadena respiratoria en la membrana mitocondrial interna.

El ciclo es una vía de entrada para la metabolismo aeróbico de moléculas que pueden convertirse en un grupo acetilo o un ácido dicarboxílico.

La regulación del ciclo TCA ocurre en 3 puntos distintos, incluyendo las siguientes enzimas: sintasa de citrato, deshidrogenasa de isocitrato y deshidrogenasa de alfa-cetoglutarato. El ciclo también juega un papel en la reposición de precursores para la forma de almacenamiento de combustibles como aminoácidos y colesterol.

El ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs es una serie de reacciones catalizadas por siete enzimas en los mitocondrios. Su función es catalizar la eliminación de electrones de los nutrientes y transferirlos a NAD+ y FAD, produciendo NADH más H+ y FADH2, respectivamente. Estos cofactores reducidos existen solo momentáneamente en sus formas reducidas (o oxidadas) ya que aceptan y donan continuamente electrones a la cadena respiratoria.

La cadena respiratoria, compuesta por un número de citocromos, utiliza electrones para la reducción de O2 a agua. Este proceso de reducción está acompañado o acoplado con la regeneración de ATP, es decir, la conversión de ADP a ATP. El efecto general puede resumirse así: El ciclo de Krebs y la cadena respiratoria se utilizan para oxidar nutrientes a CO2 y para la producción de energía.

El ciclo de Krebs, también llamado ciclo de ácido cítrico o ciclo de ácido tricarboxílico, fue descubierto por Hans Krebs en 1937, en la Universidad de Cambridge en Gran Bretaña (Holmes, 1993).

Principales pasos

El ciclo de Krebs es un conjunto de reacciones en bucle cerrado en ocho pasos:

1. El acetil CoA de dos carbonos se combina con el ácido oxaloacético de cuatro carbonos y se hidroliza para producir un compuesto de seis carbonos llamado ácido cítrico o citrato.
2. El citrato se convierte en isocitrato, un isómero de seis carbonos del citrato, al deshidratar y luego hidratar la molécula para reorganizar su estructura.
3. El isocitrato se oxida y ocurre la descarbonilación con la liberación de un molécula de dióxido de carbono. El coenzima NAD+ se reduce para formar otro dinucleótido, NADH. Con la eliminación del átomo de carbono, se produce el cinco-carbono α-cetoglutarato.
4. La molécula de α-cetoglutarato se oxida, NAD+ se reduce para formar NADH y se libera otro átomo de carbono. El cuatro-carbono producido se combina con Coenzima A, formando el compuesto inestable succinil CoA.
5. Un grupo de fosfato reemplaza a la Coenzima A en el succinil CoA, que luego se transfiere a ADP (adenosina diphosfato) para formar ATP. La transferencia de los grupos de fosfato ocurre entre GDP (guanosina diphosfato) para formar GTP (guanosina trifosfato) en algunas células. El cuatro-carbono que queda se llama succinato.

Productos y funciones del ciclo de Krebs

Para un ciclo, se producen dos moléculas de carbono, tres moléculas de NADH, una molécula de FADH2 y una molécula de ATP o GTP. Cada molécula de glucosa produce dos moléculas de acetil CoA, lo suficiente para dos ciclos. Estos productos pueden multiplicarse por dos para producir la rendición por glucosa. Aunque solo se produce un ATP (o GTP) directamente por ciclo, los productos NADH y FADH2 pueden producir ATP (o GTP) en un proceso posterior de respiración celular llamado fosforilación oxidativa.

La función principal del ciclo de Krebs es producir energía, almacenada y transportada como ATP o GTP. El ciclo también es central para otras reacciones biosintéticas donde los intermediarios producidos se requieren para hacer otras moléculas, como aminoácidos, bases de nucleótidos y colesterol. El ciclo de Krebs se encuentra en todas las células que utilizan oxígeno. Combinado con el proceso de fosforilación oxidativa, el ciclo de Krebs produce la mayoría de la energía utilizada por las células aeróbicas, con un porcentaje de energía proporcionada para los humanos mayor que el 95%.

Terminología

• Redox: El nombre combinado de los procesos de oxidación y reducción complementarios. La oxidación es el ganar de oxígeno. La reducción es la pérdida de oxígeno.
• Hidratación: La adición de una molécula de agua.
• Deshidratación: La sustracción de una molécula de agua.
• Descarboxilación: La eliminación de un grupo carboxilo y la liberación de una molécula de dióxido de carbono.
• Isómero: Dos compuestos con la misma fórmula pero una diferente disposición estructural de átomos.

Glicolisis, oxidación del piruvato y el ciclo de Krebs

La glicolisis, el proceso de dividir una molécula de seis carbonos de glucosa en dos moléculas de tres carbonos de piruvato, está relacionada con el ciclo de Krebs. Para cada molécula de glucosa respirada, las reacciones del ciclo ocurren dos veces, ya que se forman dos moléculas de ácido pirúvico.

La glicolisis es una reacción anaeróbica que ocurre en el citoplasma de la célula. El resto de las reacciones en la respiración celular son aeróbicas, por lo que requieren oxígeno, y ocurren en los mitocondrios de la célula. Las moléculas de tres carbonos de ácido pirúvico se convierten en una molécula de dos carbonos unida a Coenzima A, llamada acetil CoA, a través del proceso de oxidación del piruvato. Es el producto, acetil CoA, que entra en el ciclo de Krebs.

Problemas de Interés

El ciclo de Krebs no requiere oxígeno solo; este elemento es necesario para la última etapa de la respiración celular aeróbica, la fosforilación oxidativa. Las moléculas orgánicas dotadas de energía (carbohidratos, lípidos, proteínas) se dividen en reacciones previas. Antes de entrar en el ciclo de Krebs, se transforman en acetil-CoA, una molécula formada por un grupo acetilo (CH3CO-) y un transportador de ácidos llamado coenzima A.

Sin embargo, la fuente preferida de acetil-CoA sigue siendo la glicólisis. El grupo acetilo se oxida, y la energía obtenida sintetiza ATP en cooperación con la fosforilación oxidativa. En eucariotas, las reacciones del ciclo de Krebs tienen lugar en la matriz mitocondrial, una solución densa que rodea las crestas de los mitocondrios: además del agua, la matriz contiene todos los enzimas necesarios para las reacciones bioquímicas del ciclo, coenzimas y fosfatos.

La disponibilidad de los substratos NAD+ y FAD controla y regula el ciclo de Krebs, mientras que las concentraciones altas de NADH lo inhiben.

Resúmen

La reprogramación metabólica ha se convertido en un enfoque clave tanto para inmunólogos como para biólogos del cáncer, con avances emocionantes que proporcionan nuevas perspectivas sobre los mecanismos subyacentes de la enfermedad.

Ahora hay evidencia extensa de que los intermediarios y derivados del ciclo de Krebs mitocondrial—metabolitos tradicionalmente asociados con la bioenergética o la biosíntesis—también poseen funciones de señalización 'no metabólicas'. En esta revisión, resumimos las funciones de señalización no metabólicas de succinato, fumarato, itaconato, isómeros de 2-hidroxiácido glutárico (d-2-hidroxiácido glutárico y l-2-hidroxiácido glutárico) y acetil-CoA, con un enfoque específico en cómo tales vías de señalización alteran la función de las células inmunes y transformadas.

Creemos que las perspectivas obtenidas de las células inmunes y cancerosas que se resumen aquí también serán útiles para entender y tratar una amplia gama de otras enfermedades.

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Referencias

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemistry. 5ta edición. Nueva York: W H Freeman; 2002. Capítulo 17, El Ciclo de Ácido Cítrico. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/
2. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemistry. 5ta edición. Nueva York: W H Freeman; 2002. Sección 17.1, El Ciclo de Ácido Cítrico Oxida Unidades de Dos Carbonos. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22427/
3. RSCB Protein Data Bank - Molecule of the Month: Ciclo de Ácido Cítrico. Disponible en: http://pdb101.rcsb.org/motm/154
4. Khan Academy. El Ciclo de Ácido Cítrico. Disponible en: www.khanacademy.org/.../the-citric-acid-cycle

Sobre el autor

Yésica Ricart Uribe

Soy una estudiante dedicado y apasionado por el mundo de la comunicación y el marketing.

Actualmente, estoy cursando un grado en Publicidad, Relaciones Públicas y Marketing en la prestigiosa Universidad Blanquerna, Ramon Llull.

Esta formación me brindará una sólida base teórica y práctica en estas áreas, y me permitirá adquirir habilidades valiosas en investigación, planificación, ejecución y evaluación de campañas publicitarias y de relaciones públicas.

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