Ciclo de Krebs: Reacciones, Regulación y Conexión con la Respiración Celular

El Ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, es una ruta metabólica crucial que se lleva a cabo en la matriz mitocondrial de las células eucariotas y en el citoplasma de las procariotas. Este ciclo desempeña un papel fundamental en la respiración celular, generando energía a través de la oxidación de acetil-CoA, derivada de carbohidratos, lípidos y proteínas.

Reacciones del Ciclo de Krebs

1. Reacción 1-4 (Incluyendo la formación de Acetil-CoA): La glucosa, a través de la glucólisis, se convierte en piruvato. El piruvato entra en la mitocondria y se transforma en acetil-CoA mediante el complejo piruvato deshidrogenasa. Esta reacción es crucial para conectar la glucólisis con el ciclo de Krebs.
2. Reacción 4: α-cetoglutarato a succinil-CoA: El α-cetoglutarato se transforma en succinil-CoA mediante una descarboxilación oxidativa catalizada por la α-cetoglutarato deshidrogenasa. Esta reacción produce NADH, que genera 3 ATP en la cadena respiratoria.
3. Reacción 5: Succinil-CoA a succinato: La succinil-CoA, un tioéster de alta energía, se convierte en succinato. La energía liberada se utiliza para generar GTP (Guanosín Trifosfato) por fosforilación a nivel de sustrato. El GTP se puede convertir en ATP.
4. Reacción 6: Succinato a fumarato: El succinato se oxida a fumarato por la succinato deshidrogenasa, utilizando FAD como cofactor. Esta reacción produce FADH2, que genera 2 ATP en la cadena respiratoria.
5. Reacción 7: Fumarato a malato: El fumarato se hidrata a malato mediante la fumarasa.
6. Reacción 8: Malato a oxalacetato: El malato se oxida a oxalacetato por la malato deshidrogenasa, produciendo NADH, que genera 3 ATP en la cadena respiratoria. Esta reacción regenera el oxalacetato, completando el ciclo.

Regulación del Ciclo de Krebs

La regulación del ciclo de Krebs es esencial para ajustar la producción de energía a las necesidades celulares. Se regula principalmente mediante:

• Modulación alostérica: Las enzimas clave son reguladas por la concentración de ATP, ADP, NADH y otros intermediarios.
• Modificación covalente: La fosforilación y desfosforilación de enzimas, como el complejo piruvato deshidrogenasa, influyen en su actividad.
• Acumulación de productos: La acumulación de intermediarios del ciclo puede inhibir ciertas reacciones.

Regulación del Complejo Piruvato Deshidrogenasa (PDH)

El complejo PDH, que convierte el piruvato en acetil-CoA, es un punto crucial de regulación. Altas concentraciones de ATP, NADH y acetil-CoA inhiben la PDH. La modificación covalente de la subunidad E1 de la PDH, mediante fosforilación y desfosforilación, también regula su actividad.

Situaciones Regulatorias

La regulación del ciclo se adapta al estado energético celular. Cuando la célula tiene alta energía (alta relación ATP/ADP y NADH/NAD), el ciclo se ralentiza. Cuando la célula necesita energía (baja relación ATP/ADP y NADH/NAD), el ciclo se acelera.