Glucólisis y Ciclo de Krebs: Producción de Energía Celular

Glucólisis

La glucólisis es una ruta metabólica antigua y universal, a partir de la cual una molécula de glucosa se oxida hasta dos moléculas de piruvato y la energía se conserva en forma de ATP y NADH.

Las diez enzimas glucolíticas se localizan en el citosol y los diez intermediarios son compuestos fosforilados con tres o seis carbonos. En la primera fase de la glucólisis (preparatoria), se invierte ATP para convertir la glucosa en fructosa 1,6-bisfosfato. A continuación, se escinde el enlace entre los carbonos C-3 y C-4 y se originan dos moléculas de triosa fosfato. En la segunda fase de la glucólisis (obtención de energía), cada una de las dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato, producidas a partir de la glucosa, se oxidan en C-1; la energía de esta reacción de oxidación se guarda en 1 NADH y 2 ATP por triosa fosfato oxidada. La glucólisis está regulada intensamente y actúa coordinadamente con otras rutas catabólicas para asegurar un suministro constante de ATP. En la diabetes tipo I, conlleva importantes efectos sobre el metabolismo de glúcidos y grasas una captación deficiente de glucosa en los tejidos muscular y adiposo.

Descarboxilación del Ácido Pirúvico

El piruvato (que posee tres átomos de carbono) generado en la etapa de glucólisis sale del citoplasma y atraviesa la membrana externa mitocondrial de forma pasiva debido a la alta permeabilidad de la misma. Posteriormente, ingresa a la matriz mitocondrial mediante un mecanismo de simporte con protones que le permite atravesar la membrana interna de la mitocondria (utilizando la fuerza protonmotriz generada por la cadena respiratoria). Dentro de la matriz mitocondrial, el piruvato sufre una descarboxilación oxidativa en la que interviene el complejo de tres enzimas que forman la piruvato deshidrogenasa. Este complejo enzimático posee varios cofactores (pirofosfato de tiamina, lipoato, coenzima A, FAD y NAD⁺) y es el encargado de catalizar la conversión del piruvato a acetil-CoA. Durante el proceso, el grupo carboxilo del piruvato se libera como dióxido de carbono (CO₂). A este proceso de descarboxilación lo acompaña un proceso de deshidrogenación (oxidación), mediante el cual el resto de la molécula de piruvato termina conformando el grupo acetilo (de dos átomos de carbono) del acetil-CoA. El aceptor último de electrones de esta secuencia de reacciones es el NAD⁺, que se reduce generando NADH y H⁺. Cuando concluye esta etapa, el acetil-CoA ingresa al ciclo de Krebs. Al final, las descarboxilaciones oxidativas o DO genera 2 moléculas de NADH, lo que sería igual a 6 moléculas de ATP.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs es una ruta catabólica en la que multitud de compuestos originados por la degradación de glúcidos, grasas y proteínas se oxidan hasta CO₂ y la mayor parte de esta energía de oxidación se conserva gracias a los transportadores electrónicos FADH₂ y NADH. Durante el metabolismo aerobio, estos electrones se transfieren al O₂ mientras que la energía se guarda en forma de ATP. El acetil-CoA entra en el ciclo (mitocondrias eucarióticas y citosol bacteriano) cuando la citrato sintasa cataliza su condensación con oxalacetato para formar citrato.

El ciclo del ácido cítrico consta de siete reacciones secuenciales, entre las cuales se incluyen dos descarboxilaciones. Transforma el citrato en oxalacetato y libera dos moléculas de CO₂. Se considera que la ruta es cíclica porque no se emplean los intermediarios del ciclo; se obtiene un oxalacetato por cada uno consumido.

Por cada acetil-CoA oxidado en el ciclo, el rendimiento energético redunda en tres moléculas de NADH, una de FADH₂ y un GTP.

Aparte del acetil-CoA, cualquier compuesto que produzca un intermediario de la ruta con cuatro o cinco carbonos, éste puede oxidarse a través de la ruta. El ciclo de Krebs se denomina «anfibólico», ya que sirve tanto para reacciones catabólicas como anabólicas. Pueden asimismo extraerse intermediarios del ciclo y usarse como material de partida para obtener un amplio número de productos biosintéticos.