Ciclo de Krebs y Fotosíntesis: Regulación, Reacciones y Vías Relacionadas

Ciclo de Krebs

Piruvato → PirDH (piruvato deshidrogenasa) → CoASH + NAD⁺ → CO₂ + NADH + H⁺ → Acetil-CoA → CitratoSint (citrato sintasa) → H₂O + CoASH → Citrato → Aconitasa → Isocitrato → IsocitrDH (isocitrato deshidrogenasa) → NAD⁺ → NADH + H⁺ + CO₂ → α-cetoglutarato → complejo α-cetoglutarato DH → NAD⁺ + CoASH → NADH + H⁺ + CO₂ → Succinil-CoA → SucCoA sintetasa → CoASH o GDP + Pi → GTP → Succinato → Succinato DH → FAD → FADH₂ → Fumarato → Fumarasa → H₂O → Malato → Malato DH → NAD⁺ → NADH + H⁺ → Oxalacetato + Acetil-CoA.

Regulación

El ciclo se regula mediante: correcto funcionamiento, disponibilidad de sustratos, necesidad de intermediarios (precursores biosintéticos) y demanda de ATP. Las enzimas asociadas físicamente facilitan la coordinación.

Punto de control: la descarboxilación del piruvato regula la entrada de acetilos al ciclo y es irreversible.

Regulación de la piruvato deshidrogenasa

Existen dos sistemas: inhibición por NADH y Acetil-CoA, y modificación covalente por fosfo-desfosforilación del componente E1.

Enzimas que controlan la velocidad

• Citrato sintasa
• Isocitrato deshidrogenasa
• α-cetoglutarato deshidrogenasa

Mecanismos: disponibilidad de sustrato, inhibición por producto e inhibición por retroalimentación competitiva.

Reacciones relacionadas

El ciclo es anfibólico, porque degrada y conserva energía y material de inicio en reacciones de síntesis.

Reacciones catabólicas

Vías que usan los intermediarios y los agotan.

Reacciones anapleróticas

Vías que reponen intermediarios, evitando su reconstrucción inapropiada. Principales reacciones:

• Gluconeogénesis (oxalacetato fuera de la mitocondria)
• Biosíntesis de ácidos grasos (en citosol requiere Acetil-CoA)
• Biosíntesis de aminoácidos (α-cetoglutarato y oxalacetato)

Reacción importante: Piruvato → Oxalacetato (activada por concentraciones elevadas de Acetil-CoA).

Ciclo del glioxilato

Se produce en mitocondrias y glioxisomas de plantas, hongos y bacterias: 2 Acetil-CoA → 1 Succinato (en lugar de 4 CO₂). Oxalacetato + Acetil-CoA → citrato → isocitrato → succinato + glioxilato (+ Acetil-CoA) → malato → NAD⁺ → NADH + H⁺ → Oxalacetato.

Fotosíntesis

Reacciones lumínicas: utilizan luz de la región visible e infrarroja. Cuando una molécula absorbe un fotón, un electrón pasa de un orbital de menor a mayor energía. El transporte de electrones se realiza mediante dos centros de reacción fotosintética: PSII (oxida el agua) y PSI (reduce NADP⁺). Ambos se activan de forma independiente por la luz y los electrones fluyen PSII → PSI, operando en serie para acoplar la oxidación del agua y la reducción de NADP⁺.

Transportadores móviles de electrones: plastoquinona, plastocianina y ferredoxina-NADP⁺ reductasa.

Fotosistema II (PSII)

Fragmenta el agua: 2 H₂O → O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻. La excitación del P680 lo pasa a un estado más excitado (agente reductor), que pasa a la feofitina A (Ph), reduciendo la plastoquinona a plastoquinol, que transfiere electrones al complejo b6f. El complejo b6f transmite electrones activados del PSII al PSI y bombea H⁺ del estroma al lumen tilacoidal. La plastocianina (PC), proteína móvil del tilacoide, cede electrones al P700 del PSI.

Fotosistema I (PSI)

Produce NADPH: los electrones se liberan por excitación lumínica y pasan a una segunda cadena de transporte (aceptor clorofílico, filoquinona, tres proteínas Fe-S y ferredoxina soluble). El NADPH se libera al estroma.

Reacciones oscuras

En el estroma se fija CO₂ a hidratos de carbono, usando ATP y NADPH de las reacciones lumínicas. No requieren luz, pero se aceleran con ella.

Fase 1: fijación del carbono

Se incorpora CO₂ a G3P. Molécula aceptora: RuBP. Enzima: RuBP carboxilasa (Rubisco). Agente reductor: NADPH. Por cada CO₂ se hidrolizan 2 ATP y se oxidan 2 NADPH.

Fase 2: regeneración de la molécula aceptora

Enzimas: transcetolasas, transaldolasas y ribulosa-5-fosfato quinasa.

Reacción global: 6 CO₂ + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 18 Pi + 18 ADP + 12 NADP⁺ + 6 H⁺.

Regulación

La RuBP carboxilasa se estimula con pH elevado y Mg²⁺. Con la luz, el bombeo de H⁺ al lumen tilacoidal eleva el pH del estroma y entran iones Mg²⁺ para compensar la carga positiva. De noche, las plantas usan sus reservas para generar ATP y NADPH, y el estroma activa las enzimas de la glucólisis y de la vía de las pentosas fosfato.