Ciclo de Krebs y Cadena de Transporte Electrónico: Procesos Metabólicos Clave

Ciclo de Krebs

El Ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial de las células eucariotas (excepto en los glóbulos rojos).

Balance estequiométrico

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

Regulación del ciclo

El proceso está muy coordinado con la glucólisis para cubrir las necesidades energéticas. No requiere de O₂; los electrones y protones eliminados en la oxidación del carbono son aceptados por NAD⁺ y FAD. Se activa al aumentar los niveles de ADP y NAD⁺, y se desactiva al aumentar los niveles de ATP y NADH.

Niveles de control

• Disponibilidad de sustrato: El aumento de acetil-CoA y oxalacetato estimula el ciclo.
• Modulación de enzimas clave: Afecta a los pasos irreversibles mediante efectores alostéricos (citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y alfa-cetoglutarato deshidrogenasa). El NADH+H⁺ actúa como regulador alostérico, y la relación NADH+H⁺/NAD⁺ mitocondrial refleja el estado energético celular.

Reacciones anapleróticas y carácter anfibólico

Es fundamental reponer los intermediarios mediante reacciones anapleróticas. La piruvato carboxilasa y la enzima málica restablecen malato y oxalacetato a partir de piruvato, mientras que las transaminasas intervienen en la reposición de oxalacetato y alfa-cetoglutarato.

Debido a su naturaleza catabólica y anfibólica, sus intermediarios son esenciales:

• Citrato: Biosíntesis de lípidos, colesterol y ácidos grasos.
• Alfa-cetoglutarato: Biosíntesis de aminoácidos.
• Succinil-CoA: Precursor de porfirinas.
• Oxalacetato: Gluconeogénesis y síntesis de aminoácidos.

Cadena transportadora de electrones

Se localiza en la mitocondria de las células eucariotas. En procariotas, ocurre en la membrana plasmática mediante proteínas especializadas. Los electrones procedentes de procesos catabólicos (NAD⁺ y FAD) pasan a través de complejos proteicos:

• Complejo I (NADH-ubiquinona oxidorreductasa): Transporta electrones de NADH a ubiquinona.
• Complejo II (Succinato-deshidrogenasa): Unida al ciclo de Krebs, transfiere electrones del FADH₂ a la ubiquinona.
• Complejo III (Citocromo bc1): Acopla la transferencia de electrones desde la ubiquinona al citocromo c.
• Complejo IV (Citocromo c oxidasa): Transfiere electrones desde el citocromo c al aceptor final, el O₂, formando H₂O.

ATP sintasa

Realiza la síntesis de ATP desde ADP y P_i en la mitocondria mediante la fuerza protón-motriz. Posee dos subestructuras:

• F₀: Submembrana, insoluble en H₂O, con canal transmembrana para H⁺.
• F₁: Periférica, soluble en H₂O, participa en la síntesis de ATP.

Rendimiento energético: 1 NADH+H⁺ = 2,5 ATP; 1 FADH₂ = 1,5 ATP.

Riesgos celulares y defensas antioxidantes

El daño oxidativo (estrés oxidativo) es causado por la capacidad oxidante del O₂ y radicales libres. Las defensas se clasifican en:

• Función celular: 1º (prevención), 2º (sistemas enzimáticos ante superproducción) y 3º (reparación de biomoléculas).
• Bioquímica: Sistemas enzimáticos y no enzimáticos.

Lanzaderas de NADH+H⁺

Mecanismos que permiten la entrada a la mitocondria de electrones fijados en NADH+H⁺ citosólico:

1. Glicerol-3-fosfato: Aprovecha un intermediario de la glucólisis; presente en músculo esquelético y cerebro (1,5 ATP por NADH+H⁺).
2. Malato-aspartato: Utiliza el intercambio de aminoácidos e intermediarios del ciclo de Krebs; presente en hígado y corazón (2,5 ATP por NADH+H⁺).