Ciclo de Krebs

Introducción

El ciclo de Krebs (también llamado ciclo del
ácido cítrico o ciclo de los ácidos
tricarboxílicos) es una ruta metabólica, es decir,
una sucesión de reacciones químicas, que forma
parte de la respiración celular en todas las
células aeróbicas. En células eucariotas se
realiza en la mitocondria. En las procariotas, el ciclo de Krebs
se realiza en el citoplasma, específicamente en el
citosol.

En organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es
parte de la vía catabólica que realiza la
oxidación de glúcidos, ácidos grasos y
aminoácidos hasta producir CO2, liberando energía
en forma utilizable (poder reductor y GTP).

El metabolismo oxidativo de glúcidos, grasas y
proteínas frecuentemente se divide en tres etapas, de las
cuales, el ciclo de Krebs supone la segunda. En la primera etapa,
los carbonos de estas macromoléculas dan lugar a
moléculas de acetil-CoA de dos carbonos, e incluye las
vías catabólicas de aminoácidos (p. ej.
desaminación oxidativa), la beta oxidación de
ácidos grasos y la glucólisis. La tercera etapa es
la fosforilación oxidativa, en la cual el poder reductor
(NADH y FADH2) generado se emplea para la síntesis de ATP
según la teoría del acomplamiento
quimiosmótico.

El ciclo de Krebs también proporciona precursores
para muchas biomoléculas, como ciertos aminoácidos.
Por ello se considera una vía anfibólica, es decir,
catabólica y anabólica al mismo tiempo.

El Ciclo de Krebs fue descubierto el por el
alemán Hans Adolf Krebs, quien obtuvo el Premio
Nobel

Marco
teórico

El metabolismo comprende una serie de transformaciones
químicas y procesos energéticos que ocurren en el
ser vivo. Para que sucedan cada una de esas transformaciones se
necesitan enzimas que originen sustancias que sean a su vez
productos de otras reacciones. El conjunto de reacciones
químicas y enzimáticas se denomina ruta o
vía metabólica. El metabolismo se divide
en:

El catabolismo es el metabolismo de degradación
de sustancias con liberación de energía.

El anabolismo es el metabolismo de construcción
de sustancias complejas con necesidad de energía en el
proceso.

En las rutas metabólicas se necesitan numerosas y
específicas moléculas que van conformando los pasos
y productos intermedios de las rutas. Pero, además, son
necesarios varios tipos de moléculas indispensables para
su desarrollo final:

• 1. metabolitos (moléculas que ingresan
  en la ruta para su degradación o para participar en la
  síntesis de otras sustancias más
  complejas),

• 2. nucleótidos (moléculas que
  permiten la oxidación y reducción de los
  metabolitos),

• 3. moléculas energéticas (ATP y
  GTP o la Coenzima A que, al almacenar o desprender fosfato de
  sus moléculas, liberan o almacenan
  energía),

• 4. moléculas ambientales
  (oxígeno, agua, dióxido de carbono, etc. que se
  encuentran al comienzo o final de algún proceso
  metabólico).

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 citrato produce
en cada ciclo una molécula de oxaloacetato y dos CO2, por
lo que el balance neto del ciclo es:

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
irreversible. El citrato producido por la enzima, además,
es capaz de inhibir competitivamente la actividad de la enzima.
Incluso estando la reacción muy favorecida (porque es
exoergónica), la citrato sintasa puede ser perfectamente
regulada. Este aspecto tiene una notable importancia
biológica, puesto que permite una completa
regulación del ciclo de Krebs completo, convirtiendo a la
enzima en una especie de marcapasos del ciclo.

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 electronegatividad de esa región molecular.
Esto genera una reorganización de los electrones en la
molécula, con la consiguiente rotura de la unión
entre el carbono en posición gamma y el grupo carboxilo
adyacente. De este modo se tiene una descarboxilación, es
decir, la salida de una molécula de CO2, que conduce a la
formación de a-cetoglutarato, caracterizado por dos
carboxilos en las extremidades y una cetona en posición
alfa con respecto de uno de los dos grupos carboxilo.

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 de la 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.

Conclusiones

La última fuente de energía de la que el
metabolismo hace uso son las reservas de grasa.

2-Mientras haya reservas de glucógeno será
ésta y no otra la fuente de energía
utilizada.

3-Los alimentos con índice glucémico alto
provocan un rápido incremento de presencia
glucémica en sangre.

4-El metabolismo advertido de la presencia de
combustible rápido, deja relegada a un segundo plano la
movilización de las reservas de grasa
(lipólisis).

5-Por lo que para fomentar la lipólisis se
recurre a dietas con una reducida, pero correcta presencia de
glúcidos. Se pretende mantener los azúcares a
niveles un tanto reducidos, con objeto de que el metabolismo
basal eche mano de las indeseadas grasas corporales.

Bibliografía

Bioquimica, Mathews y van Holde, Editorial
McGraw Hill – Interamericana, 1999.

Links -Videos

http://www.youtube.com/watch?v=aCypoN3X7KQ&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=3W0sskfORjU&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=iXmw3fR8fh0

Autores

Pamela Pachas Sotelo

Erika Tipiciano Tasayco

Isel Zamora Atuncar

CURSO : BIOQUIMICA APLICADA

ASESORA : ING. QUIMICA MIRIAM VILCA ARANA

ESPECIALIDAD : TECNICAS EN FARMACIA

SEMESTRE : V

CHINCHA

2012

Año de la Integración
Nacional y el Reconocimiento de nuestra
Diversidad