El ciclo del ácido cítrico, el ciclo de los ácidos tricarboxílicos y el ciclo de Krebs son distintos nombres para describir un proceso cíclico de reacciones químicas que son vitales para el metabolismo aeróbico. Podemos deducir, por tanto, que el ácido cítrico y los ácidos tricarboxílicos son compuestos químicos que participan en estas reacciones químicas.
Pero, ¿qué significa Krebs? La respuesta es sencilla: el ciclo debe su nombre a quien lo descubrió; el bioquímico británico, Premio Nobel de Medicina, Hans Adolf Krebs. Si quieres saber qué descubrió Hans Adolf Krebs y por qué es tan importante, sigue leyendo.
- Este artículo trata sobre el ciclo de Krebs:
- Primero, pondremos al ciclo de Krebs en contexto, dentro del proceso de la respiración aeróbica.
- Luego, veremos dónde ocurre el ciclo de Krebs.
- También, comprenderemos la conexión entre la glucólisis y el ciclo de Krebs.
- Seguiremos con la descripción del ciclo, paso a paso.
- Por último, analizaremos el balance del ciclo de Krebs.
Resumen: el ciclo de Krebs en contexto
Antes de empezar a explicar en más detalle, hagamos un rápido resumen del ciclo de Krebs, poniendo en contexto su papel en el proceso global de respiración celular.
Fig. 1: El ciclo de Krebs en contexto de la respiración aerobia (el ciclo está remarcado entre en un cuadro).
La respiración puede producirse de forma aeróbica o anaeróbica. Durante ambos procesos, se produce una reacción llamada glucólisis. Esta reacción se produce en el citoplasma de la célula.
La glucólisis consiste en la descomposición de la glucosa: divide una molécula de 6 carbonos en dos moléculas de 3 carbonos. Cada molécula de 3 carbonos se llama piruvato (C3H4O3).
En la respiración anaeróbica, la molécula de piruvato se convierte en ATP, mediante la fermentación. El piruvato permanece en el citoplasma de la célula.
Durante la respiración aeróbica, la molécula de piruvato también se convierte en ATP. Sin embargo, en la respiración aeróbica se produce mucho más ATP. Para ello, el piruvato se somete a una serie de reacciones adicionales para liberar toda esa energía. Este proceso se puede dividir en tres etapas:
- Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico (descarboxilación oxidativa).
- Ciclo de Krebs.
- Fosforilación oxidativa.
En este artículo nos vamos a centrar en las dos primeras etapas:
- La descarboxilación oxidativa es un proceso que oxida el piruvato para producir un compuesto llamado acetil-coenzima A (acetil CoA). La reacción se produce justo después de la glucólisis.
- Posteriormente, el ciclo de Krebs se encarga de extraer la energía almacenada en la molécula de acetil CoA, a través de una serie de reacciones de oxidación-reducción. Además, durante el ciclo de Krebs se producen una serie de compuestos intermedios que las células utilizan para crear varias biomoléculas importantes.
El ciclo de Krebs ocurre en la mitocondria
¿Dónde ocurre el ciclo de Krebs? Tanto la reacción de descarboxilación oxidativa como el ciclo de Krebs tienen lugar en las mitocondrias de la célula eucariota. Después de la glucólisis, las moléculas de piruvato se dirigen a la matriz mitocondrial, mediante un transporte activo, a través de la membrana mitocondrial que requiere ATP.
La matriz mitocondrial es el espacio delimitado por la membrana mitocondrial interna.
Contiene el ADN de la mitocondria, los ribosomas mitocondriales (mitorribosomas), agua e iones de calcio y fosfato. Además, la matriz cuenta con numerosas enzimas que intervienen en la descarboxilación oxidativa y el ciclo del ácido cítrico.
En procariotas, tanto la descarboxilación del piruvato como el ciclo de Krebs tienen lugar en el citoplasma.
La conexión entre la glucólisis y el ciclo de Krebs
La conexión entre la glucólisis y el ciclo de Krebs es que, después de la glucólisis, el piruvato es transportado desde el citoplasma de la célula hasta la matriz mitocondrial, mediante un transporte activo. A continuación, se produce la descarboxilación oxidativa en la que se distinguen las siguientes reacciones:
- Oxidación - el piruvato se descarboxila (se le quita el grupo carboxilo) y se libera una molécula de dióxido de carbono.
- Deshidrogenación - el piruvato descarboxilado pierde una molécula de hidrógeno, que es aceptada por el NAD + para producir NADH, el cual se utiliza para producir ATP durante la fosforilación oxidativa. El resultado de la oxidación y deshidrogenación del piruvato produce una molécula de 2 carbonos llamada acetilo.
- Formación de acetil CoA - El acetilo se combina con la coenzima A para producir acetil-CoA.
Fig. 2: La conexión entre la glucólisis y el ciclo de Krebs es la descarboxilación oxidativa del piruvato que forma acetil-Coenzima A.
En general, la ecuación de la reacción de descarboxilación oxidativa es:
2 Piruvato + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 Acetil-CoA + 2 CO2 + 2 NADH
Por cada molécula de glucosa descompuesta durante la descarboxilación oxidativa se producen:
- Dos moléculas de dióxido de carbono: serán liberadas como producto de la respiración.
- Dos moléculas de acetil CoA y dos moléculas de NADH: quedarán en la matriz mitocondrial para el ciclo del ácido cítrico.
Es importante señalar que no se produce ATP durante la descarboxilación oxidativa.
El ciclo de Krebs, paso a paso
Ahora veremos el ciclo de Krebs, paso a paso (tabla 1 y figura 1):
Fig. 3: Diagrama simplificado del ciclo de Krebs completo; muestra las ocho moléculas intermediarias y los productos. La C seguida dentro un número dentro de los cuadros indica el número de carbonos en cada molécula.
Paso | Descripción |
Formación de una molécula de 6 carbonos | El acetil-CoA (una molécula de 2 carbonos) se combina con el oxalacetato (una molécula de 4 carbonos) para formar el citrato (una molécula de 6 carbonos). La coenzima A se libera y sale de la reacción como subproducto cuando se forma el citrato. |
Formación de una molécula de 5 carbonos | El citrato se convierte en una molécula de 5 carbonos llamada alfa-cetoglutarato. Una molécula de NAD + se reduce a NADH. El dióxido de carbono se forma como producto de la reacción y se libera. |
Formación de una molécula de 4 carbonos | El alfa-cetoglutarato se convierte de nuevo en la molécula de 4 carbonos oxalacetato, a través de una serie de reacciones. Durante estas reacciones pierde otro carbono que se libera como dióxido de carbono. Además, otras dos moléculas de NAD + se reducen a NADH, una molécula de FAD se convierte en FADH y una molécula de ATP se forma a partir de ADP y fosfato inorgánico. |
Regeneración | El oxalacetato se combina de nuevo con el acetil CoA y el ciclo continúa. |
Tabla 1: Los principales procesos que ocurren en el ciclo de Krebs (estos ocurren en ocho pasos).
Como ya hemos mencionado, el ciclo del ácido cítrico se produce en la matriz mitocondrial. En esta reacción, la molécula de acetil-CoA que se genera durante la descarboxilación oxidativa se convierte, a través de una serie de reacciones, en una molécula de 4 carbonos. Esta molécula de 4 carbonos se combina entonces con otra molécula de acetil-CoA, y el proceso empieza de nuevo.
Este ciclo produce:
- Dióxido de carbono
- NADH
- ATP
- FADH
El FAD, el NAD y el NADP son nucleótidos que actúan como coenzimas. Las coenzimas son necesarias para que algunas enzimas realicen su actividad catalítica. Tanto el NAD como el NADP son nucleótidos de nicotinamida, mientras que el FAD es un nucleótido de flavina.
¿Cuál es el balance del ciclo de Krebs?
Por cada molécula de acetil CoA, el ciclo produce:
- Tres moléculas de NADH y una molécula de FADH: estas coenzimas reducidas son vitales para la cadena de transporte de electrones durante la fosforilación oxidativa.
- Una molécula de ATP: se utiliza como fuente de energía para alimentar los procesos bioquímicos vitales de la célula.
- Dos moléculas de dióxido de carbono: se liberan como productos de desecho de la respiración.
Fig. 4: Resumen del balance energético del ciclo de Krebs por un ciclo completo (1 A-CoA) y dos ciclos completos (2 A-CoA o una glucosa).
Ciclo de Krebs - Puntos clave
- Después de la glucólisis, el piruvato se someterá a una serie de reacciones adicionales para liberar toda esa energía. Este proceso se puede dividir en tres etapas: La descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa
- Ladescarboxilación oxidativa del ácido pirúvico es un proceso que oxida el piruvato para producir un compuesto llamado acetil-coenzima A (acetil CoA). La ecuación de la reacción es: Piruvato + NAD+ + coenzima A --> acetil CoA + NADH + CO2
- El ciclo de Krebs es un proceso que existe principalmente para extraer ATP del acetil-CoA, a través de una serie de reacciones de oxidación-reducción.
- El ciclo de Krebs extrae la energía almacenada en la molécula de acetil-CoA, a través de una serie de reacciones de oxidación-reducción Además, proporciona una serie de compuestos intermedios empleados por las células para crear biomoléculas importantes.
- En general, cada ciclo de Krebs produce una molécula de ATP, dos moléculas de dióxido de carbono, una molécula de FAD y tres moléculas de NADH.
References
- Fig. 3: TCA cycle (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:TCA_cycle.svg) por Yikrazuul (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Yikrazuul), bajo Licencia CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)
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