Mecanismos Bioquímicos de la Energía Celular: Ciclo de Krebs y Glucólisis
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Rutas Metabólicas Clave: Ciclo de Krebs, Glucólisis y Formación de Acetil-CoA
La comprensión de las rutas metabólicas es fundamental en bioquímica. A continuación, se detallan los procesos esenciales que rigen la producción de energía celular, incluyendo el Ciclo de Krebs (o Ciclo del Ácido Cítrico), la formación de Acetil-CoA y las enzimas clave de la Glucólisis.
El Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico)
Este ciclo es la vía metabólica central para la oxidación de los grupos acetilo derivados de carbohidratos, grasas y proteínas, generando precursores para la biosíntesis y coenzimas reducidas (NADH y FADH₂) esenciales para la fosforilación oxidativa.
Formación de Citrato
El Acetil-CoA transfiere el grupo acetilo a una molécula de ácido oxalacético para formar ácido cítrico, liberando la molécula de Coenzima A (CoA-SH).
Enzima: Citrato sintasa.Isomerización del Citrato
El ácido cítrico se transforma en ácido isocítrico en una reacción que implica la salida y posterior entrada de una molécula de H₂O y la formación de un compuesto intermedio, el ácido cis-aconítico.
Enzima: Aconitato hidratasa.Primera Descarboxilación Oxidativa
El ácido isocítrico pierde una molécula de CO₂ y se oxida para formar ácido alfa-cetoglutárico. El coenzima aceptor de electrones es el NAD⁺, que se reduce a NADH + H⁺.
Enzima: Isocitrato deshidrogenasa.Segunda Descarboxilación Oxidativa
El ácido alfa-cetoglutárico se oxida y libera una molécula de CO₂ para formar Succinil-CoA. Esta reacción libera energía que se emplea para formar un enlace tioéster con una molécula de Coenzima A. Los electrones son recogidos por el NAD⁺, que se transforma en NADH + H⁺.
Enzima: Alfa-cetoglutarato deshidrogenasa.Fosforilación a Nivel de Sustrato
El enlace entre el ácido succínico y la Coenzima A se rompe, liberando energía suficiente para sintetizar un nucleótido rico en energía, el GTP, a partir de GDP y ácido fosfórico. Este proceso es una fosforilación a nivel de sustrato.
Enzima: Succinil-CoA tioquinasa (o Succinil-CoA sintetasa).Oxidación del Succinato
El ácido succínico se oxida para formar ácido fumárico por acción de la enzima Succinato deshidrogenasa. Los electrones son recogidos por el coenzima FAD, que se reduce a FADH₂.
Hidratación del Fumarato
El ácido fumárico se transforma en ácido málico. Es una reacción de hidratación en la que se satura el doble enlace formado en la etapa anterior.
Enzima: Fumarasa.Regeneración del Oxalacetato
La deshidrogenación del ácido málico da lugar al ácido oxalacético, cerrando el ciclo. En esta última reacción de oxidación, se utiliza como coenzima aceptor de electrones el NAD⁺, el cual se reduce para formar NADH + H⁺.
Enzima: Malato deshidrogenasa.
Formación del Acetil-CoA
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 en la misma reacción a una molécula de Coenzima A para formar Acetil-CoA.
Este proceso es catalizado por el complejo enzimático Piruvato deshidrogenasa de la matriz. Los electrones liberados en esta reacción son recogidos por el NAD⁺, que se reduce para formar NADH + H⁺.
Enzimas Clave de la Glucólisis
La glucólisis es la ruta metabólica inicial para la degradación de la glucosa. Sus diez enzimas principales son:
- Hexoquinasa y Glucoquinasa
- Glucosa fosfato isomerasa
- 6-Fosfofructoquinasa
- Fructosa difosfato aldolasa
- Triosa fosfato isomerasa
- Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa
- Fosfoglicerato quinasa
- Fosfoglicerato mutasa
- Enolasa
- Piruvato quinasa