Ciclo de Krebs: Mecanismos y Producción Energética Celular

Ciclo de Krebs: Mecanismos y Producción Energética Celular

El Ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, es una ruta metabólica fundamental que ocurre en la matriz mitocondrial. Constituye el eslabón crucial entre la glucólisis y la cadena de transporte de electrones, ya que la descarboxilación oxidativa del piruvato para formar acetil-CoA es su punto de entrada.

Reacciones Clave del Ciclo de Krebs

Durante el ciclo, se producen principalmente dos tipos de reacciones importantes:

• Descarboxilación (liberación de CO₂): Ocurre en 2 ocasiones.
• Oxidación (liberación de hidrógenos): Ocurre en 4 ocasiones. En 3 de ellas, el NAD⁺ capta hidrógenos (formando NADH), y en 1 ocasión, el FAD capta hidrógenos (formando FADH₂).

De cada reacción que tiene lugar, se desprende un producto clave del ciclo.

Fases Detalladas del Ciclo de Krebs

El ciclo se inicia con la condensación del oxalacetato (4C) con el acetil-CoA (2C) para dar lugar al citrato o ácido cítrico (6C), que posteriormente se isomeriza hasta isocitrato (6C). A partir de este punto, se suceden una serie de oxidaciones y descarboxilaciones:

1. Primera Descarboxilación Oxidativa: Se libera una molécula de CO₂ y se producen hidrógenos, que son captados por el NAD⁺ para formar NADH. El compuesto resultante es un ácido de 5 carbonos.
2. Segunda Descarboxilación Oxidativa: El ácido de 5 carbonos sufre otra descarboxilación oxidativa, liberando otro CO₂ y generando más NADH. El compuesto resultante es un ácido de 4 carbonos.
3. Fosforilación a Nivel de Sustrato: El ácido de 4 carbonos resultante incorpora un grupo fosfato (Pi) del medio y lo cede al GDP, formando GTP por fosforilación a nivel de sustrato. Este GTP puede transformarse en ATP.
4. Primera Oxidación (FAD): Después, ocurre una oxidación en la cual el FAD se reduce a FADH₂.
5. Segunda Oxidación (NAD⁺): Finalmente, se produce una última oxidación en la que el NAD⁺ recoge hidrógenos y se reduce a NADH.

Al concluir estas reacciones, se regenera el oxalacetato (4C), lo que permite que el ciclo se cierre y pueda volver a empezar.

Propósito Fundamental del Ciclo de Krebs

La verdadera finalidad del ciclo de Krebs es la degradación completa del compuesto entrante de 2 carbonos, el acetil-CoA. Durante este proceso, sus átomos de carbono se liberan en forma de CO₂, y sus hidrógenos son captados por las coenzimas NAD⁺ y FAD. En esencia, el ciclo busca la degradación del acetil-CoA para la obtención de energía en forma de ATP y coenzimas reducidas.

Es importante recordar que el NAD⁺ capta hidrógenos en 3 ocasiones y el FAD en una durante un ciclo completo.

Rendimiento Energético por Ciclo de Krebs

De un ciclo de Krebs se obtienen las siguientes moléculas energéticas:

• 3 NADH × 3 ATP/NADH = 9 ATP
• 1 FADH₂ × 2 ATP/FADH₂ = 2 ATP
• 1 GTP × 1 ATP/GTP = 1 ATP

Total por un ciclo de Krebs = 12 ATP

Balance Energético Global desde la Glucosa

Realicemos un balance energético hasta este punto, considerando los ATP generados a partir de la oxidación completa de una molécula de glucosa:

• De la glucólisis se obtienen directamente: 2 ATP.
• Dado que una molécula de glucosa produce dos moléculas de piruvato (y, por ende, dos moléculas de acetil-CoA), el ciclo de Krebs se realiza dos veces. Por lo tanto, multiplicamos los ATP obtenidos por ciclo por dos: 12 ATP/ciclo × 2 ciclos = 24 ATP.

Total acumulado (Glucólisis + 2 Ciclos de Krebs) = 2 ATP + 24 ATP = 26 ATP

Nota: Cada NADH genera aproximadamente 3 ATP, y cada FADH₂ genera aproximadamente 2 ATP en la cadena de transporte de electrones.

Dependencia del Oxígeno en el Ciclo de Krebs

Aunque el ciclo de Krebs en sí mismo no consume oxígeno directamente, su funcionamiento es estrictamente dependiente de la presencia de este. El oxígeno es el aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones, lo que permite que las coenzimas reducidas (NADH y FADH₂) cedan sus hidrógenos y se regeneren (vuelvan a NAD⁺ y FAD). Sin esta regeneración, las coenzimas no estarían disponibles para seguir realizando las oxidaciones necesarias en el ciclo de Krebs, deteniéndolo.