El Catabolismo Aeróbico: Respiración Celular y el Ciclo de Krebs

El Catabolismo Aeróbico (Respiración Aerobia)

Descarboxilación Oxidativa del Ácido Pirúvico

En condiciones aeróbicas, el ácido pirúvico (PYR) obtenido en la glucólisis y en otros procesos catabólicos atraviesa la membrana de la mitocondria y, en la matriz mitocondrial, sufre un proceso químico que tiene dos vertientes:

1. Descarboxilación. El ácido pirúvico (PYR) pierde el grupo CO₂ correspondiente al primer carbono, el carbono que tiene la función ácido.
2. Oxidación. Al perderse el primer carbono, el segundo pasa de tener un grupo cetona a tener un grupo aldehído. Este grupo se oxidará a grupo ácido (ácido acético) por acción del NAD⁺. En el proceso interviene una sustancia, la coenzima-A (HS-CoA), que se unirá al ácido acético para dar acetil-coenzima A (ACA).

Como resultado, se forman 2 nuevas moléculas de NADH + H⁺ por cada molécula de glucosa (GLU) y, al mismo tiempo, se originan las primeras 2 moléculas de CO₂.

El Ciclo del Cítrico o Ciclo de Krebs

Krebs denominó ciclo de Krebs a la ruta metabólica a través de la cual el ácido acético unido a la coenzima-A va a completar su oxidación en la matriz mitocondrial. Este ciclo no solo es la última etapa de la degradación de los azúcares, sino que otros compuestos orgánicos (los ácidos grasos y determinados aminoácidos) también son degradados a acetil-CoA (ACA) e integrados en el ciclo de Krebs.

El ciclo de Krebs es, por lo tanto, la vía fundamental para la degradación de la mayoría de los compuestos orgánicos y para la obtención de coenzimas reductoras. Es la vía más importante para el catabolismo de las sustancias orgánicas.

Al ciclo de Krebs van a incorporarse, además de las sustancias resultantes del catabolismo de los glúcidos, otras que provienen del catabolismo de otras sustancias orgánicas. Así, por ejemplo, los ácidos grasos se degradan en las mitocondrias transformándose en Acetil-CoA. Este proceso se realiza en la matriz mitocondrial y recibe el nombre de β-oxidación.

Mecanismo del Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs, como todo proceso cíclico, no tiene más principio o fin que el que nosotros queramos ponerle. Es alimentado continuamente con sustratos y continuamente genera productos. Las sustancias intermediarias se recuperan para ser de nuevo integradas en él. Como una rueda girando sin fin, solo se detendrá si faltan los sustratos o si, por exceso de productos, se inhiben las enzimas que participan en él.

Las diferentes reacciones que se producen en este proceso son:

1. Condensación de la Acetil-CoA (ACA) con el ácido oxalacético (OXA) para formar el ácido cítrico (CIT). En este proceso se recupera la CoA-SH.
2. Transformación del ácido cítrico (CIT) en su isómero, el ácido isocítrico (ISO).
3. Descarboxilación oxidativa del ácido isocítrico (ISO), que se transforma en α-cetoglutárico (α-KG) con la formación de CO₂ y NADH + H⁺.
4. Descarboxilación oxidativa del ácido α-cetoglutárico (α-KG), formándose CO₂, NADH + H⁺ y 1 GTP (equivalente a ATP). El α-cetoglutárico (α-KG) se transforma en ácido succínico (SUC).
5. Oxidación del ácido succínico (SUC) a ácido fumárico (FUM). Esta oxidación se realiza por la formación de un doble enlace. Los electrones son transferidos al FAD, que pasa a FADH₂.
6. Adición de agua al doble enlace, formándose el ácido málico (MAL).
7. Oxidación por el NAD⁺ del alcohol del ácido málico, que se transforma en el ácido oxalacético (OXA), completándose el ciclo.

Como podemos ver, la cantidad de ATP obtenida directamente en la glucólisis y en el Ciclo de Krebs es más bien escasa. Por el contrario, se obtienen grandes cantidades de coenzimas reducidas: NADH + H⁺ y FADH₂, que serán oxidadas posteriormente en la cadena respiratoria.