El Ciclo de Krebs y la Fosforilación Oxidativa: Motores de la Energía Celular

El Ciclo de Krebs o Ciclo del Ácido Cítrico

El ciclo comienza cuando el Acetil-CoA, procedente de la glucólisis, se une a una molécula llamada oxalacetato (de 4 carbonos), la cual se regenera al completar cada vuelta del ciclo. La energía necesaria para esta unión la proporciona la hidrólisis de la molécula de Coenzima A (CoA) que estaba unida al resto acilo. Al unirse ambas moléculas, se obtiene citrato (de 6 carbonos).

Pasos del Ciclo de Krebs

1. A continuación, el citrato pasa a su isómero, el isocitrato. Esta molécula experimenta una descarboxilación oxidativa: en esta oxidación se libera un carbono en forma de CO₂ y se produce el α-cetoglutarato. En esta oxidación también se genera poder reductor en forma de NADH.
2. El α-cetoglutarato sufre otra descarboxilación oxidativa, liberando CO₂ y dando lugar a NADH y a un resto acilo de 4 carbonos, que se une a la Coenzima A para formar el succinil-CoA. La energía de la oxidación se conserva en el enlace con la CoA.
3. La hidrólisis del succinil-CoA libera la energía que se había conservado. Esta energía la toma el GDP (guanosín difosfato), que se convierte en GTP (guanosín trifosfato) mediante una fosforilación a nivel de sustrato. Los productos que se obtienen por la rotura del succinil-CoA son succinato y CoA.
4. La transformación del succinato en fumarato está catalizada por una enzima que utiliza FAD (flavín adenín dinucleótido). Esta reacción consiste en la formación de un doble enlace entre los carbonos centrales. Los átomos de hidrógeno son captados por el FAD, que se convierte en FADH₂.
5. A continuación, el fumarato se hidrata y se obtiene malato.
6. Finalmente, la oxidación del malato, que ocurre por la transformación de un grupo alcohol en un grupo carbonilo, produce NADH y regenera el oxalacetato. Con esto, el ciclo llega a su fin y está listo para volver a empezar al incorporarse una nueva molécula de Acetil-CoA.

La Fosforilación Oxidativa

Es el mecanismo principal de síntesis de ATP en la respiración celular y tiene lugar en la membrana interna mitocondrial.

Síntesis de ATP

La ATP sintasa es la enzima que cataliza la síntesis de ATP. Esta se realiza por la unión de un grupo fosfato al ADP (adenosín difosfato) mediante un enlace de alta energía. Esta reacción de síntesis es endergónica, es decir, requiere un aporte energético importante para producirse.

Cadena de Transporte de Electrones

Los electrones del NADH y FADH₂ se ceden a unas moléculas transportadoras de electrones. Estos electrones pasan de unas moléculas a otras siguiendo un gradiente de potenciales de óxido-reducción hasta llegar a un aceptor final (el oxígeno). En este proceso se libera energía que es usada para establecer a ambos lados de la membrana mitocondrial un gradiente quimiosmótico.

La cadena transportadora de electrones está formada por un conjunto de moléculas capaces de reducirse y oxidarse. Para que este flujo ocurra de manera espontánea, las moléculas transportadoras de electrones deben estar situadas según sus potenciales de óxido-reducción, permitiendo que los electrones "bajen" a niveles energéticos inferiores, liberando energía en el proceso.