Descarboxilación Oxidativa y Ciclo de Krebs

Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico

El ácido pirúvico procedente de la glucólisis es transportado desde el citosol a la matriz de la mitocondria, donde pierde una molécula de CO2 y es oxidado para formar ácido acético en un proceso de descarboxilación oxidativa. El ácido acético es transferido con la misma reacción a una molécula de coenzima A para formar acetil-CoA. Este complejo es catalizado por el complejo enzimático piruvato-deshidrogenasa. Los electrones liberados son recogidos por el NAD+, que se reduce para formar NADH.

El ciclo de krebs

El ciclo de Krebs conocido también como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos consta de una serie de reacciones donde los dos átomos del carbono del ácido acético se oxidan totalmente para formar dos moléculas de CO2. Cada molécula de ácido acético que es oxidada en el ciclo de Krebs permite formar tres moléculas de NADH, una de FADH2 y una de GTP, un nucleótido que es equivalente en energía al ATP.

Las etapas del ciclo de Krebs

1. El acetil-coA transfiere el grupo acetilo a una molécula de ácido oxalacético para formar ácido cítrico. Esta reacción es catalizada por la enzima citrato-sintasa.
2. El ácido cítrico se transforma en ácido isocítrico, en una reacción que supone la salida y la posterior entrada de una molécula de agua y la formación de un compuesto intermedio, el ácido cis-aconítico. Esta reacción es catalizada por por la enzima aconitasa (aconitato-hidratasa).
3. Ácido isocítrico pierde una molécula de CO2 y se oxida para formar α-cetoglutárico. Está reacción está catalizada por la enzima y citrato deshidrogenasa, cuya coenzima es el NAD+, y se reduce a NADH + H+.
4. El ácido α-cetoglutarato se oxida por acción de la enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa y libera una molécula de CO2 para formar succinil-CoA. Se forma un enlace con una molécula de coenzima A. Los electrones son recogidos por el NAD+, que se transforma en NADH + H+.
5. El succinil-CoA se rompe para formar ácido succínico y coenzima A. Esta reacción libera energía suficiente para sintetizar GTP a partir de GDP y ácido fosfórico. Esta reacción está catalizada por succinato tioquinasa.
6. El ácido succínico se oxida y da lugar al ácido fumárico, por acción de la enzima succinato deshidrogenasa. Los electrones son recogidos por la coenzima FAD, que se reduce a FADH2.
7. El ácido fumárico adiciona una molécula de agua y se transforma en ácido málico. Es una reacción de hidratación catalizada por la enzima fumarasa.
8. El ácido málico sufre una deshidrogenación que da lugar a la formación de ácido oxalacético, con lo que se cierra el ciclo. Esta reacción está catalizada por la enzima malato deshidrogenasa, que utiliza como coenzima al NAD+ y que se reduce para formar NADH + H+.

Reacción global del sistema piruvato deshidrogenasa y del ciclo de Krebs: Ac. pirúvico + 2H2O + 4NAD + FAD + GDP + Pi 3CO2 + 4NADH + 4H + FADH2 + GTP

Balance energético del catabolismo de la glucosa

En las fermentaciones, la oxidación parcial de una molécula de la glucosa mediante la glucólisis genera coenzimas reducidas (NADH), que son oxidadas de nuevo sin que se produzca liberación de energía. La síntesis de ATP que tiene lugar en estos procesos es únicamente la que se produce en la fosforilación a nivel de sustrato que tiene lugar en la glucólisis. La oxidación incompleta de una molécula de glucosa en la fermentación láctica o alcohólica rinde dos moléculas de ATP.

En la respiración aerobia, la oxidación completa de una molécula de glucosa hasta los productos finales CO2 y H2O puede producir hasta 38 moléculas de ATP como resultado de los procesos de fosforilación a nivel de sustrato, que tienen lugar en la glucólisis y en el ciclo de Krebs, y de la fosforilación oxidativa.

Balance energético de la respiración aerobia de la glucosa

1. Cada molécula de NADH producida por la glucólisis puede dar a dos o tres moléculas de ATP en el proceso de fosforilación oxidativa, dependiendo de cuál sea la forma de entrada de la mitocondria.
2. En la mitocondria tiene lugar la descarboxilación del ácido pirúvico y el ciclo de Krebs. Cada molécula de NADH en la cadena respiratoria permite sintetizar tres moléculas de ATP y cada una de FADH2 dos de ATP.

Cada molécula de glucosa que se oxida totalmente mediante la respiración aerobia, da lugar a 6 moléculas de CO2 y a 38 moléculas de ATP (pueden ser 36 por lo citado con respecto del NADH citosólico).