IMPORTANCIA DEL CICLO DE KREBS
El ciclo del ácido cítrico se llama ciclo del ácido
tricarboxilico (TCA) o ciclo de Krebs, en honor de Sir HANS KREBS, quien
trabajo en él durante el decenio de 1930. Este ciclo es la ruta final de la
oxidación del piruvato, ácidos grasos y cadenas de carbono de los aminoácidos.
Dicho ciclo se lleva a cabo en la mitocondria.
REACCIONES DEL CICLO DE KREBS
El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial en
eucariota. El acetil-CoA (Acetil Coenzima A) es el principal precursor del
ciclo. El ácido cítrico (6 carbonos) o citrato se regenera en cada ciclo por
condensación de un acetil-CoA (2 carbonos) con una molécula de oxaloacetato (4
carbonos). El
Los dos carbonos del Acetil-CoA son oxidados a CO2, y la
energía que estaba acumulada es liberada en forma de energía química: GTP y
poder reductor (electrones de alto potencial): NADH y FADH2. NADH y FADH2 son
coenzimas (moléculas que se unen a enzimas) capaces de acumular la energía en
forma de poder reductor para su conversión en energía química en la
fosforilación oxidativa.
El FADH2 de la succinato deshidrogenasa, al no poder
desprenderse de la enzima, debe oxidarse nuevamente in situ. El FADH2 cede sus
dos hidrógenos a la ubiquinona (coenzima Q), que se reduce a ubiquinol (QH2) y
abandona la enzima.
ETAPAS DEL CICLO DE KREBS
Reacción 1: Citrato sintasa (De oxalacetato a citrato)
El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para
hacerlo afín a un centro carbonoso del oxalacetato. Como consecuencia de la
unión entre las dos moléculas, el grupo tioéster (CoA) se hidroliza, formando
así la molécula de citrato.
La reacción es sumamente exoergónica (?G'°=-31.4 kJ/mol),
motivo por el cual este paso es
Reacción 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato)
La aconitasa cataliza la isomerización del citrato a
isocitrato, por la formación de cis-aconitato. La enzima cataliza también la
reacción inversa, pero en el ciclo de Krebs tal reacción es unidireccional a
causa de la ley de acción de masa: las concentraciones (en condiciones
estándar) de citrato (91%), del intermediario cis-aconitato (3%) y de
isocitrato (6%), empujan decididamente la reacción hacia la producción de
isocitrato.
En el sitio activo de la enzima está presente un clúster
hierro-azufre que, junto a algunos residuos de aminoácidos polares, liga el
sustrato. En concreto, la unión al sustrato se asegura por la presencia de un
resto de serina, de arginina, de histidina y de aspartato, que permiten sólo la
unión estereospecifica del citrato 1R,2S, rechazando la forma opuesta.
Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a
oxoglutarato)
La isocitrato deshidrogenasa mitocondrial es una enzima
dependiente de la presencia de NAD+ y de Mn2+ o Mg2+. Inicialmente, la enzima
cataliza la oxidación del isocitrato a oxalsuccinato, lo que genera una
molécula de NADH a partir de NAD+. Sucesivamente, la presencia de un ión
bivalente, que forma un complejo con los oxígenos del grupo carboxilo en
posición alfa, aumenta la
Reacción 4: a-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato
a Succinil-CoA)
Después de la conversión del isocitrato en a-cetoglutarato
se produce una segunda reacción de descarboxilación oxidativa, que lleva a la
formación de succinil CoA. La descarboxilación oxidativa del a-chetoglutarato
es muy parecida a la del piruvato, otro a-cetoácido.
Ambas reacciones incluyen la descarboxilación de un
a-cetoácido y la consiguiente producción de una unión tioéster a alta energía
con la coenzima A. Los complejos que catalizan tales reacciones son parecidos
entre ellos.
La a-cetoglutarato deshidrogenasa (o, más correctamente,
oxoglutarato deshidrogenasa), está compuesta de tres enzimas diferentes:
Subunidad E1: las dos cetoglutarato deshidrogenasas.
Subunidad E2: la transuccinilasa.
(La subunidad E1 y E2 presentan una gran homología con las
de la piruvato deshidrogenasa.)
Subunidad E3: la dihidrolipoamida deshidrogenasa, que es el
mismo polipéptido presente en el otro complejo enzimático.
Reacción 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a
succinato)
El succinil-CoA es un tioéster a alta energía (su ?G°' de
hidrólisis está en unos -33.5 kJ mol-1, parecido al del ATP que es de -30.5 kJ
mol-1). La citrato sintasa se sirve de un intermediario con tal unión a alta
energía para llevar a cabo la fusión entre una molécula con dos átomos de carbono
(acetil-CoA) y una con cuatro (oxalacetato). La enzima succinil-CoA sintetasa
se sirve de tal energía para fosforilar un nucleósido difosfato purinico como
el GDP.
La energía procedente del tioéster viene convertida en
energía ligada a una unión fosfato. El primer paso de la reacción genera un
nuevo intermediario a alta energía, conocido como succinil fosfato.
Sucesivamente, una histidina presente en el sitio catalítico remueve el fosfato
de la molécula glucídica, generando el producto succinato y una molécula de
fosfohistidina, que dona velozmente el fosfato a un nucleósido difosfato,
recargándolo a trifosfato. Se trata del único paso del ciclo de Krebs en el que
se produce una fosforilación a nivel de sustrato.
El GTP está implicado principalmente en las rutas de
transducción de señales, pero su papel en un proceso energético como el ciclo
de Krebs es, en cambio, esencialmente trasladar grupos fosfato hacia el ATP, en
una reacción catalizada por la enzima nucleósido difosfoquinasa.
Reacción 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a
fumarato)
La parte final del ciclo consiste en la reorganización de
moléculas a cuatro átomos de carbono hasta la regeneración del oxalacetato.
Para que eso sea posible, el grupo metilo presente en el succinato tiene que
convertirse en un carbonilo. Como ocurre en otras rutas, por ejemplo en la beta
oxidación de los ácidos grasos, tal conversión ocurre mediante tres pasos: una
primera oxidación, una hidratación y una segunda oxidación. Estos tres pasos,
además de regenerar oxalacetato, permiten la extracción ulterior de energía
mediante la formación de FADH2 y NADH.
La primera reacción de oxidación es catalizada por el
complejo enzimático de la succinato deshidrogenasa, la única enzima del ciclo
que tiene como aceptor de hidrógeno al FAD en vez de al NAD+. El FAD es
enlazado de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina. La enzima
se vale del FAD ya que la energía asociada a la reacción no es suficiente para
reducir el NAD+.
El complejo enzimático también es el único del ciclo que
pasa dentro de la membrana mitocondrial. Tal posición se debe a la implicación
de la enzima en la cadena de transporte de los electrones. Los electrones
pasados sobre el FAD se introducen directamente en la cadena gracias a la unión
estable entre la enzima y el cofactor mismo.
Reacción 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato)
La fumarasa cataliza la adición en trans de un protón y un
grupo OH- procedentes de una molécula de agua. La hidratación del fumarato
produce L-malato.
Reacción 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a
oxalacetato)
La última reacción del ciclo de Krebs consiste en la
oxidación del malato a oxalacetato. La reacción, catalizada por la malato
deshidrogenasa, utiliza otra molécula de NAD+ como aceptor de hidrógeno,
produciendo NADH.
La energía libre de Gibbs asociada con esta última reacción
es decididamente positiva, a diferencia de las otras del ciclo. La actividad de
la enzima es remolcada por el consumo de oxalacetato por parte del citrato
sintasa, y de NADH por parte de la cadena de transporte de electrones.
UN BALANCE POSIBLE DE LA DEGRADACIÓN TOTAL DE LA GLUCOSA
Para calcular la energia que se obtiene de la glucosa se
pueden establecer cuatro instancias en su degradacion: glucolisis,
decarboxilacion oxidativa del piruvato, ciclo de Krebs y cadena respiratoria. La
cantidad de ATP generado difiere segun las lanzaderas implicadas y el tipo de
celula (procariota o eucariota). En el cuadro 1 se plantea un balance en una
celula eucariota, en la que opero solo la lanzadera del glicerol fosfato.
JUEGOS:
https://es.educaplay.com/es/recursoseducativos/3769199/ciclo_de_krebs.htm
REFERENCIAS:
Lowenstein JM (1969). Methods in Enzymology, Volume 13:
Citric Acid Cycle. Boston: Academic Press. ISBN 0-12-181870-5.
Krebs HA, Weitzman PDJ (1987). Krebs' citric acid cycle:
half a century and still turning. Londres: Biochemical Society. ISBN
0-904498-22-0.
Wagner, Andreas (2014). Arrival of the fittest (first ed.).
New York: Penguin group. p 100. ISBN 9781591846468
Lane, Nick (2009). Life Ascending: The Ten Great Inventions
of Evolution. New York: W.W. Norton & Co. ISBN 0-393-06596-0.
"The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1937".
The Nobel Foundation. Retrieved 2011-10-26.
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The Nobel Foundation. Retrieved 2011-10-26
Gest H (1987). "Evolutionary roots of the citric acid
cycle in prokaryotes". Biochem. Soc. Symp. 54: 3–16. PMID 3332996
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