El ciclo de Krebs

De acuerdo con una de las teorías más aceptadas, la endosimbiótica, el origen de los eucariotas está estrechamente relacionado con la aparición de la fotosíntesis oxigénica y su principal consecuencia, la revolución del oxígeno. Según esta teoría, los primeros eucariotas procederían de la unión de dos organismos, uno de los cuales sería el antepasado de nuestras mitocondrias. Esta asociación habría dejado dos importantes "huellas metabólicas" en todos los organismos eucariotas: el ciclo de Krebs y la respiración celular, realizada en la cadena de transporte electrónico mitocondrial.

El ciclo de Krebs es una ruta metabólica oxidativa que ocurre en la matriz mitocondrial, mediante la cual un compuesto orgánico de dos carbonos (el acetato) se degrada completamente para dar lugar a dióxido de carbono. En este proceso se produce tanto energía química en forma de un nucleótido trifosfato como poder reductor, así como un conjunto de sustancias químicas que la célula utiliza en diferentes procesos celulares.

Relación entre la glucolisis y el ciclo de Krebs

El producto final de la glucolisis es el piruvato, un compuesto de tres carbonos que se genera en el citoplasma de la célula. Esta sustancia penetra a la mitocondria a través de transportadores específicos. Una vez en la matriz mitocondrial sufre una reacción crítica para su incorporación al ciclo de Krebs: una descarboxilación oxidativa que lo transforma en acetato al tiempo que aprovecha la energía desprendida para convertirla en una molécula activada, mediante la unión con la coenzima A.

La descarboxilación oxidativa, un tipo de reacción que se producirá de nuevo como parte del propio ciclo de Krebs, consiste en la eliminación de una molécula de dióxido de carbono, dos protones y dos electrones de la molécula inicial, en este caso el piruvato. La reacción resulta tan exotérmica que permite la formación de un enlace de alta energía, aunque en este caso no es un enlace entre grupos fosfato, sino entre un átomo de carbono del acetato y un átomo de azufre de una sustancia llamada coenzima A.

La coenzima A es una molécula compleja derivada de la adenosina, la cisteína y el ácido pantoténico, una vitamina del grupo B. El grupo -SH de la cisteína puede formar un enlace de alta energía con un átomo de carbono de otra molécula, por lo que se utiliza muy frecuentemente para activar esas sustancias y facilitar que intervengan en reacciones químicas. En particular, las células utilizan frecuentemente el acetil coenzima A, resultado de la unión entre esta coenzima y el radical acetilo.

El resultado de la descarboxilación oxidativa del piruvato es, por tanto, el acetil coenzima A, que es precisamente la sustancia que se incorpora al ciclo de Krebs. Además, los protones y los electrones arrancados del piruvato en esa reacción son cedidos al NAD⁺ para formar NADH+H⁺.

Los ciclos metabólicos

El metabolismo celular incluye un cierto número de rutas metabólicas de carácter cíclico, cuyo resultado final es la transformación de una sustancia en otra con la ayuda de un grupo de sustancias intermedias que, después de un recorrido completo de la ruta, se recuperan por completo. En general, esta visión resulta bastante simplista, porque en realidad las moléculas que forman parte del ciclo pueden "entrar" y "salir" de él, incorporándose desde otras vías metabólicas o siendo utilizadas por otras rutas, de modo que el carácter cíclico de la ruta es más teórico que práctico. De hecho, muchas de las sustancias que forman parte de los ciclos metabólicos son intermediarios de gran interés en otras rutas, por lo que la célula utiliza los ciclos tanto por su balance global como para poder sintetizar dichos intermediarios y utilizarlos en otros procesos metabólicos.

El ciclo de Krebs es un buen ejemplo de esto, ya que algunas de las sustancias que participan en él son los productos finales o iniciales de otras rutas de gran importancia en el funcionamiento celular. Es esta versatilidad la que hace que el ciclo de Krebs sea el centro del metabolismo de toda la célula.

Descripción e importancia del ciclo de Krebs


La primera reacción del proceso consiste en la incorporación del acetil coenzima A, que se une al oxalacetato para formar una molécula con tres grupos áciedos. El ciclo se denomina también de los ácidos tricarboxílicos porque incluye varias moléculas con tres grupos ácidos cada una. Globalmente el ciclo de Krebs consiste en la transformación de una molécula de acetato en dos moléculas de dióxido de carbono mediante dos descarboxilaciones oxidativas acopladas a la síntesis de NADH+H⁺. A lo largo del proceso también se producen otras dos reacciones de oxidación que permiten la transferencia de electrones a coenzimas de oxidación reducción y una fosforilación a nivel de sustrato, de modo que finalmente se genera poder reductor (tres moléculas de NADH+H⁺ y una molécula de FADH₂) y energía química en forma de GTP (guanosina trifosfato), que puede transferir su energía muy fácilmente a un ATP.

 

El ciclo de Krebs ocupa, además, un lugar central en el metabolismo celular por la relación que existe entre sus componentes y otras rutas metabólicas:

• El acetil coenzima A es el producto final de la degradación de glúcidos, lípidos y proteínas. Este producto se introduce en el ciclo de Krebs, por lo que esta ruta es la fase final de todo el catabolismo celular.
  
• Algunos de los compuestos que se forman en las reacciones intermedias del ciclo actúan como precursores en el anabolismo de otras familias de compuestos:
• El citrato es uno de los precursores de la síntesis de lípidos.
• El α-oxoglutarato es precursor de la síntesis de bases nitrogenadas.
• El oxalacetato es uno de los precursores de la síntesis de glucosa.
• Tanto el α-oxoglutarato como el oxalacetato son precursores de la síntesis de la mayoría de los aminoácidos y, por tanto, de las proteínas.
• El succinil coenzima A es precursor de la síntesis de diferentes grupos nitrogenados.