El Ciclo de Krebs: Convergencia Metabólica y Producción de Energía Celular

El Ciclo de Krebs: Vía Central del Metabolismo Aerobio

En las células aerobias, distintas vías catabólicas convergen en el Ciclo de Krebs.

El Ciclo de Krebs (también conocido como el ciclo de los ácidos tricarboxílicos o del ácido cítrico) es una vía metabólica esencial presente en todas las células aerobias, es decir, aquellas que utilizan oxígeno como aceptor final de electrones en la respiración celular. En los organismos aerobios, las rutas metabólicas responsables de la degradación de los glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos convergen en el Ciclo de Krebs, el cual, a su vez, aporta poder reductor a la cadena respiratoria y libera CO₂.

Etapas del Catabolismo Oxidativo

El catabolismo oxidativo de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos puede dividirse en tres etapas, de las cuales el Ciclo de Krebs constituye la segunda:

• Primera etapa: Incluye las vías catabólicas de ácidos grasos y la glucólisis, donde se genera la molécula de dos carbonos (2C) Acetil-CoA. Los aminoácidos pueden generar indirectamente Acetil-CoA o directamente intermediarios del Ciclo de Krebs.
• Segunda etapa: El Ciclo de Krebs procesa el Acetil-CoA.
• Tercera etapa: El poder reductor (NADH.H, FADH₂) aportado por el Ciclo de Krebs es drenado hasta el oxígeno a través de los transportadores de la cadena respiratoria (NADH.H, FADH₂, CoQ y citocromos). Parte de la energía liberada en este proceso se emplea en la síntesis de ATP por fosforilación oxidativa (Figura 1).

Naturaleza Anfibólica del Ciclo de Krebs

El Ciclo de Krebs es una ruta anfibólica, lo que significa que participa tanto en procesos catabólicos como anabólicos. El ciclo proporciona α-cetoglutarato y oxalacetato para la síntesis de glutamato y aspartato, respectivamente, entre otras moléculas fundamentales para la célula.

Generación de Acetil-CoA: El Nexo con la Glucólisis

El piruvato genera la principal molécula abastecedora del ciclo: la Acetil Coenzima A (Acetil-CoA).

• La reacción de oxidación-descarboxilación del piruvato es el nexo entre la glucólisis y el Ciclo de Krebs.
• Esta reacción irreversible es catalizada por un complejo enzimático (piruvato deshidrogenasa) localizado en la matriz mitocondrial de eucariotas y en el citosol de procariotas (Figura 2).
• El piruvato pierde el grupo carboxilo como CO₂, y los dos carbonos restantes unidos a la CoA conforman la Acetil-CoA (Figura 2). En la reacción se reduce un NAD a NADH.H, que a su vez cede los H a los otros transportadores de la cadena respiratoria, con la consecuente formación de 3 ATP.

Visión Panorámica y Balance Energético del Ciclo

• La Acetil-CoA generada por los diferentes catabolismos se condensa con el oxalacetato y genera citrato. A través de siete reacciones de oxidación y descarboxilación sucesivas (de la 2 a la 8, Figura 3) se regenera el oxalacetato, capaz de iniciar un nuevo ciclo.
• En cuatro reacciones del ciclo ocurren la oxidación de intermediarios y la reducción de coenzimas de la cadena respiratoria: tres NAD y un FAD (Figura 3).
• Esas moléculas reducidas que integran la cadena respiratoria se reoxidan, y parte de la energía liberada se usa para fosforilar el ADP a ATP. En el ciclo propiamente dicho se produce una fosforilación a nivel de sustrato que genera un GTP, que equivale energéticamente a un ATP.

El ciclo se puede resumir en la siguiente ecuación:

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

Las Reacciones Clave del Ciclo

Reacción 1: Condensación del Oxalacetato con la Acetil-CoA

La enzima citrato sintasa condensa la Acetil-CoA (2C) con el oxalacetato (4C) para dar una molécula de citrato (6C). Como consecuencia de esta condensación se libera la coenzima A (HSCoA). La reacción es fuertemente exergónica y, por lo tanto, irreversible.

Reacción 2: Isomerización del Citrato a Isocitrato

La isomerización del citrato en isocitrato ocurre por dos reacciones que se resumen en una sola.

Reacción 3: Oxidación y Descarboxilación del Isocitrato

El isocitrato es sustrato de la isocitrato deshidrogenasa, enzima que tiene como cofactor un NAD, el cual forma parte de la cadena respiratoria. En la Reacción 3 se resumen dos reacciones a partir de las cuales el isocitrato forma α-cetoglutarato (5C). Para lograr ese producto ocurre una descarboxilación, es decir, la liberación de una molécula de CO₂, y la reducción de un NAD que permite la formación de 3 ATP.