CICLO DE KREBS

CICLO DE KREBS

Más conocido como el ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico, es una sucesión de reacciones químicas, que forman parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas donde se libera energía almacenada a través de la oxidación de acetil-CoA derivado de glúcido, proteínas, lípidos en dióxido de carbono y energía química en forma de ATP, además genera la mayor parte de energía que se conecta a la transportadora de electrones en la parte final de la respiración celular de las células eucariontes.

Esta vía metabólica es derivada del ácido cítrico, Se le llama ciclo de Krebs ya que fue descubierto por el alemán Hans Aldolf Krebs, quien obtuvo el Premio Novel de Medicina en 1953 junto con Fritz Lipmann. Y el nombre de “ciclo del ácido cítrico” es porque contiene una cadena de oxidación, reducción y transformación del citrato.  Muchos de las reacciones y componentes de este ciclo se establecieron en la década de 1930 por la investigación del premio Nobel Albert Szent, específicamente fue por sus descubrimientos relacionados con el ácido fumarico, un componente sumamente clave de esta ruta metabólica. El ciclo del ácido cítrico fue finalmente identificado por Hans Krebs en 1937  en la Universidad de Sheffield.

El ácido cítrico es una estructura compuesta de seis carbonos que completa el ciclo regenerándose en oxalacetato. Esta es una molécula necesaria para que se pueda producir nuevamente el ácido cítrico. Este ciclo solo es posible gracias a la molécula de glucosa que es producida por el ciclo de Calvin o la fase oscura de la fotosíntesis.

La glucosa mediante la glucolisis genera dos piruvatos que van a producir la fase preparatoria del ciclo de Krebs, acetil-CoA que es necesaria para obtener ácido cítrico. Las reacciones del ciclo de Krebs acontecen en la membrana interna de la mitocondrias, en el espacio intermembranoso que es ubicado entre las cristas y la membrana externa.

En organismos aeróbicos este ciclo hace parte de la vía catabólica que realiza una oxidación de ácidos grasos, glúcidos y aminoácidos para producir carbono, liberando energía que puede ser utilizada en algunos microorganismos que se producen ATP. Además, el ciclo es precursor de ciertos aminoácidos, así como el agente reductor de NADH que se utiliza en varias reacciones bioquímica.

REACCIONES DE LA VIA

• 1ra reacción: Unión del Acetil-CoA con Oxalacetato para formar Citrato.

Molécula: Citrato

Enzima: Aconitasa

Tipo de reacción: Deshidratación

Productos: Cis-aconitato + H2O

En esta reacción de condensación el grupo acetilo “2 Carbonos” del Acetil CoA se unen a una molécula de Oxalacetato “4 Carbonos” para así poder formar el citrato “6 Carbonos”. Durante la reacción se incorpora una molécula de agua y queda libre la Coa-SH. La enzima que cataliza esta reacción es el citrato sintetaza.

• 2da reacción: Transformación del Citrato en Cis-aconitato.

Esta reacción se encuentra catalizada por la aconitasa, la cual extrae una molécula de agua al citrato y se transforma en cis-aconitato.

Molécula: Cis-Aconitato

Enzima: Aconitasa

Tipo de reacción: Hidratación

Productos: Isocitrato

• 3ra reacción: Conversión del Cis-aconitato en Isocitrato

Al igual que la pasada la aconitasa también cataliza esta reacción introduciendo una molécula de agua al cis-aconitato, para poder formar un isómero del citrato que sería el Isocitrato

Molécula: Isocitrato

Enzima: Isocitrato deshidrogenasa

Tipo de reacción: Oxidación

Productos: NADH + Oxalosuccionato + H+

• 4ta reacción: Transformación del Isocitrato en Alfacetoglutarato.

En este proceso ocurre una deshidrogenacion, junto con una de las dos reacciones de descarboxilacion que se realizan durante este ciclo. Por lo tanto, el equivalente de uno de los átomos de carbono que entraron como acetilo es convertido en CO2. El cofactor que lo deshidrogena es el NAD+ que queda reducido a NADH. Entonces el isocitrato se convierte en alfacetoglutarato y su catalizador es la enzima Isocitrato deshidrogenasa.

Molécula: Oxalosuccinato

Enzima: Isocitrato deshidrogenasa

Tipo de reacción: Descarboxilación

Productos: Alfa-cetoglutarato + CO2

• 5ta reacción: Transformación del alfacetoglutarato en Sucinil-CoA

Aquí ocurre otra deshidrogenacion junto con una descarbolixacion. Al ciclo ingresan por vuelta, dos átomos de carbono en forma de acetilo y se pierden otros tantos como el CO2. La coenzima de óxido reducción también es el NAD+, la molécula de alfacetoglutarato se convierte es succinil-CoA, por lo que en esta reacción la CoA-SH es otro sustrato. La enzima que cataliza la reacción es la alfacetoglutarato deshidrogenasa.

Molécula: Alfa-cetoglutarato

Enzima: Alfa-cetoglutarato deshidrogenasa

Tipo de reacción: Descarbolixación oxidativa

Productos: NADH + H +  + CO2

• 6ta reacción:  Transformación del Succinil CoA en Succinato

En esta reacción la CoA-SH, unida al succinil CoA, se libera para producir succinato. Se produce GTP a partir de GDP y Pi. El GDP es muy similar en su estructura al ADP, solamente que el lugar de tener una base nitrogenada adenina tiene guanina. La enzima que cataliza esta reacción es el succinato de tioquinasa.

Molécula: Succinil- CoA

Enzima: Succinil CoA sintetasa

Tipo de reacción: Hidrolisis

Productos: GTP+ CoA-SH

• 7ma reacción: Transformación del Succinato en Fumarato

Aquí interviene la deshidrogenasa, que utiliza como cofactor un compuesto que es llamado FAD. Al deshidrogenarse el succinato se convierte en fumarato y el FAD se reduce a FADH2, el cual lleva otro par de electrones.

Molécula: Succinato

Enzima: Succinato deshidrogenasa

Tipo de reacción: Oxidación

Productos: FADH2

• 8va reacción: Transformación Fumarato en Malato

Se introduce una molécula de agua al fumarato que se convierte en malato. La fumarasa en la enzima catalizadora en esta reacción

Molécula: Fumarato

Enzima: Fumarato deshidrogenasa

Tipo de reacción: Avicio (H2O)

Productos: L - Malato

• 9na reacción: Transformación del Malato en Oxalacetato

Con esta reacción se completa el ciclo. Para ello el malato se oxida perdiendo un par de electrones, los cuales son transferidos al NAD+ y se transforma en NADH- La reacción la cataliza la malato deshidrogenasa.

Molécula: L-Malato

Enzima: Malato deshidrogenasa

Tipo de reacción: Oxidación

Productos: NADH + H+

Molécula: Oxalacetato

Enzima: Citrato sintasa

Tipo de reacción: Condensación

Productos: Citrato + Co-A

ASPECTOS IMPORTANTES DE LAS REACCIONES

• Este ciclo es una máquina para poder degradar acetato. Cada que da una vuelta, una molécula de este compuesto se degrada a CO2 y los otros intermediarios tienden a regenerarse.

• Por cada molécula de acetato que es degradada se producen 3NADH y 1 FADH2 que se encuentran en la matriz mitocondrial. Estas coenzimas transportan electrones que están ricos de energía y pasan a la cadena respiratoria, donde se producen grandes cantidades de ATP.

• En los animales pluricelulares el CO2 que se produce por este proceso sale de las células hacia la sangre o su equivalente es transportando hacía los órganos de intercambio gaseoso y es expulsado hacia la atmosfera.

• El cis-aconitato es un intermedio de reacción muy inestable que rápidamente se transforma en citrato, antes de comenzar la tercera reacción

EVOLUCIÓN DEL CICLO

Los componentes de este ciclo han sido derivados de bacterias anaerobias y el mismo ciclo posiblemente ha evolucionado más de una vez. Teóricamente hay varias alternativas al ciclo del ácido cítrico, sin embargo parece ser el más eficiente. Si varias alternativas del ciclo han evolucionado de manera independiente, todas parecen haber convergido en esta ruta.

REGULACIÓN

Muchas enzimas de este ciclo tienden a ser reguladas por una retroalimentación negativa, por unión alosterica del ATP, que es un producto de la vía y un indicar del nivel de energía de la célula. Las enzimas citrato sintasa, deshidrogenasa, isocitraro y alfa-cetoglutaratto, que catalizan las tres primeras reacciones del ciclo de Krebs, son inhibidas por altas concentraciones de ATP. Además, Entre estas enzimas se incluye el complejo de la piruvato deshidrogenasa que sintetiza el acetil-CoA necesario para la primera reacción del ciclo a partir de piruvato, procedente de la glucolisis o del catabolismo de aminoácidos. La regulación frena este ciclo degradativo cuando el nivel de energía de la célula es bueno.

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