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Ciclo de Krebs

Todo sobre el ciclo de Krebs: qué es, para qué sirve, pasos, animación y más

Ciclo de krebs

El ciclo de Krebs se puede encontrar con tres nombres diferentes. El nombre del ciclo del ácido cítrico se debe a la primera molécula de citrato que se crea durante las reacciones del ciclo.

Otra forma de encontrarlo es con el nombre del ciclo del ácido tricarboxílico, para los tres grupos carboxilo en sus dos primeros intermedios, o el ciclo de Krebs, por su descubridor, Hans Krebs.

El ciclo de Krebs es un impulsor central de la respiración celular. Se necesita acetil CoA producido por la oxidación del piruvato y originalmente derivado de la glucosa, como material de partida y, en una serie de reacciones redox, cosecha gran parte de su energía de enlace en forma de NADH, FADH o 2FADH.

Los electrones que se producen durante el ciclo, anpasan sus electrones a la cadena de transporte de electrones y generan la mayor parte de ATP por medio de la fosforilación oxidativa.

¿Qué es el ciclo de Krebs?

Después de la glucólisis, el mecanismo de la respiración celular implica otro proceso de varios pasos: el ciclo de Krebs, que también se denomina ciclo del ácido cítrico o ciclo del ácido tricarboxílico.

Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs

Durante el ciclo del ácido cítrico se producen varios tipos deereacciones que van produciendo dos moléculas de dióxido de carbono, una GTP / ATP y formas reducidas de NADH y FADH2.

El ciclo de Krebs se produce en la mitocondria de una célula. Este orgánulo en forma de salchicha posee membranas internas y externas y, por lo tanto, compartimentos internos y externos.

La membrana interna se dobla sobre sí misma muchas veces; Los pliegues se llaman crestas. Son algo similares a las membranas tilacoides en los cloroplastos. Ubicadas a lo largo de las crestas, se encuentran las enzimas importantes necesarias para la bomba de protones y para la producción de ATP.

¿Para qué sirve?

La principal función del ciclo de Krebs es formar energía que el cuerpo puede almacenar para su uso. Es el proceso de respiración celular donde la célula libera agua, dióxido de carbono y energía.

Este ciclo se produce en las células de los animales, dentro de la mitocondria. En las células vegetales, se produce un ciclo muy parecido que se llama el ciclo de Clavin y se lleva a cabo en los cloroplastos.

Pasos del ciclo de Krebs

Antes de comenzar con la descripción de los pasos del ciclo de Krebs, es importante recordar estos puntos:

  • La molécula de cuatro carbonos, el oxaloacetato, que comenzó el ciclo se regenera después de los ocho pasos del ciclo del ácido cítrico.
  • Los ocho pasos del ciclo del ácido cítrico son una serie de reacciones redox, deshidratación, hidratación y descarboxilación.
  • Cada vuelta del ciclo forma un GTP o ATP, así como tres moléculas NADH y una molécula FADH2, que se utilizarán en etapas adicionales de la respiración celular para producir ATP para la célula.
  • Ciclo del ácido cítrico son varias reacciones químicas utilizadas por todos los organismos aeróbicos para generar energía a través de la oxidación del acetato derivado de carbohidratos, grasas y proteínas en dióxido de carbono.
Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs

Al igual que la conversión de piruvato a acetil CoA, el ciclo del ácido cítrico tiene lugar en la matriz de las mitocondrias.

Casi todas las enzimas del ciclo del ácido cítrico son solubles, con la única excepción de la enzima succinato deshidrogenasa, que está incrustada en la membrana interna de la mitocondria.

A diferencia de la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico es un circuito cerrado: la última parte de la ruta regenera el compuesto utilizado en el primer paso.

Los ocho pasos del ciclo son una serie de reacciones redox, deshidratación, hidratación y descarboxilación que producen dos moléculas de dióxido de carbono, una GTP / ATP y formas reducidas de NADH y FADH2.

Esto se considera una ruta aeróbica porque el NADH y el FADH2 producidos deben transferir sus electrones a la siguiente ruta en el sistema, que utilizará oxígeno.

Si esta transferencia no se produce, las etapas de oxidación del ciclo del ácido cítrico tampoco se producen. Ten en cuenta que el ciclo del ácido cítrico produce muy poca ATP directamente y no consume oxígeno directamente.

Primer paso

Se inica con una etapa de condensación, donde se combinan el grupo acetilo de dos carbonos (del acetil CoA) con una molécula de oxaloacetato de cuatro carbonos para formar una molécula de citrato de seis carbonos.

Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs

El CoA está unida a un grupo sulfhidrilo (-SH) y se difunde para eventualmente combinar con otro grupo acetilo.

Este paso es irreversible porque es altamente exergónico. La velocidad de esta reacción se controla mediante retroalimentación negativa y la cantidad de ATP disponible. Si los niveles de ATP aumentan, la velocidad de esta reacción disminuye. Si la ATP escasea, la tasa aumenta.

Segundo paso

El citrato pierde una molécula de agua y gana otra a medida que el citrato se convierte en su isómero, el isocitrato.

Tercero y Cuarto paso

En la etapa tres, isocitrato se oxida, produciendo una molécula de cinco carbonos, α-cetoglutarato, junto con una molécula de CO 2 y dos electrones, lo que reduce NAD + a NADH. Este paso también está regulado por la retroalimentación negativa de ATP y NADH y por un efecto positivo de ADP.

Los pasos tres y cuatro son pasos de oxidación y descarboxilación, que liberan electrones que reducen NAD + a NADH y liberan grupos carboxilo que forman moléculas de CO2 .

El α-Ketoglutarato es el producto del paso tres, y un grupo succinilo es el producto del paso cuatro. CoA se une al grupo succinilo para formar succinil CoA. La enzima que cataliza el paso cuatro está regulada por la inhibición por retroalimentación de ATP, succinil CoA y NADH.

Quinto paso

Un grupo fosfato se sustituye por la coenzima A y se forma un enlace de alta energía. Esta energía se utiliza en la fosforilación a nivel de sustrato (durante la conversión del grupo succinilo en succinato) para formar trifosfato de guanina (GTP) o ATP.

Hay dos formas de la enzima, llamadas isoenzimas, para este paso, dependiendo del tipo de tejido animal en el que se encuentran. Una forma se encuentra en los tejidos que usan grandes cantidades de ATP, como el corazón y el músculo esquelético.

Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs

Esta forma produce ATP. La segunda forma de la enzima se encuentra en los tejidos que tienen un alto número de vías anabólicas, como el hígado. Esta forma produce GTP. GTP es energéticamente equivalente a ATP, sin embargo, su uso es más restringido. En particular, la síntesis de proteínas utiliza principalmente GTP.

Sexto paso

en este paso es donde se produce la deshidratación que convierte el succinato en fumarato. Dos átomos de hidrógeno se transfieren a FAD, produciendo FADH 2.

La energía que se encuentra en los electrones de estos átomos no es suficiente para reducir el NAD + pero adecuada para reducir el FAD.

A diferencia de NADH, este portador permanece unido a la enzima y transfiere los electrones a la cadena de transporte de electrones directamente. Este proceso es posible gracias a la localización de la enzima que cataliza este paso dentro de la membrana interna de la mitocondria.

Séptimo paso

Se agrega agua al fumarato durante el paso siete, y se produce malato. Durante el último paso se regenera el oxaloacetato oxidando el malato. Se produce otra molécula de NADH.

Animación del ciclo de Krebs

Una vez que hayas comprendido bien los pasos del ciclo, te puede resultar muy útil ver una animación del ciclo de Krebs.

En esta animación se ven muy bien los pasos de forma detallada.

 

Productos del Ciclo del Ácido Cítrico

Dos átomos de carbono entran en el ciclo del ácido cítrico de cada grupo acetilo, representando cuatro de los seis carbonos de una molécula de glucosa.

En cada vuelta del ciclo se sueltan dos moléculas de dióxido de carbono. De todas maneras, estos no necesariamente contienen los átomos de carbono añadidos más recientemente.

Recién en las últimas vueltas del ciclo los dos átomos de carbono acetilo se soltarán. Es así que los seis átomos de carbono de la molécula de glucosa original finalmente se incorporan al dióxido de carbono.

Cada vuelta del ciclo forma tres moléculas NADH y una FADH 2molécula. Estos portadores se conectarán con la última porción de la respiración aeróbica para producir moléculas de ATP. Un GTP o ATP también se hace en cada ciclo.

Durante el ciclo hay algunos compuestos intermedios que se pueden usar para sintetizar aminoácidos no esenciales. Es así que el ciclo es anfibólico, es decir es catabólico y anabólico.

Desglose de piruvato

Luego de la glucólisis, el piruvato pasa a convertirse en acetil CoA y así entra en el ciclo del ácido cítrico.

En la conversión de piruvato a acetil CoA, cada molécula de piruvato pierde un átomo de carbono con la liberación de dióxido de carbono.

Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs

Cuando se descompone el piruvato, hay electrones que se transfieren a NAD + para producir NADH, que la célula utilizará para producir ATP.

En el paso final de la descomposición del piruvato, un grupo acetilo se transfiere a la coenzima A para producir acetil CoA.

Para que el piruvato, el producto de la glucólisis, ingrese en la siguiente vía, debe sufrir varios cambios para convertirse en acetil Coenzima A (acetil CoA).

La molécula Acetil CoA se va a convertir en oxaloacetato, y así entra en el ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs). La conversión de piruvato a acetil CoA es un proceso de tres pasos.

Paso uno

Un grupo carboxilo se elimina del piruvato, liberando una molécula de dióxido de carbono en el medio circundante. (Nota: el dióxido de carbono es un carbono unido a dos átomos de oxígeno y es uno de los principales productos finales de la respiración celular).

El resultado de este paso es un grupo hidroxietilo de dos carbonos unido a la enzima piruvato deshidrogenasa; el dióxido de carbono perdido es el primero de los seis carbonos de la molécula de glucosa original que se eliminará.

El paso dos se hace dos veces por cada molécula de glucosa metabolizada, como hay dos moléculas de piruvato producidas al final de la glucólisis. Es así que dos de los seis carbonos se habrán eliminado al final de estos dos pasos.

Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs

Paso dos

El grupo hidroxietilo se oxida a un grupo acetilo, y los electrones son recogidos por NAD+ , formando NADH (la forma reducida de NAD+).

Los electrones de alta energía de NADH serán utilizados posteriormente por la célula para generar ATP para energía.

Paso tres

En el último paso el grupo acetilo unido a la enzima se traspasa a CoA, produciendo una molécula de acetil CoA. Esta molécula de acetil CoA se convierte luego en una nueva vía para el metabolismo, el ciclo del ácido cítrico.

Acetil CoA y el ciclo del ácido cítrico

El ciclo del ácido cítrico es un componente clave de la vía metabólica por el cual todos los organismos aeróbicos generan energía.

El ciclo del ácido cítrico, también conocido como ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo TCA) o ciclo de Krebs, es una serie de reacciones químicas utilizadas por todos los organismos aeróbicos para generar energía a través de la oxidación del acetato, derivadas de carbohidratos, grasas, y proteínas – en dióxido de carbono.

Lo importante que es para muchas vías bioquímicas sugiere que fue uno de los componentes establecidos más tempranos del metabolismo celular. Puede haberse originado abiogénicamente.

El ácido cítrico, es un tipo de ácido tricarboxílico que primero se consume y luego se regenera por esta secuencia de reacciones para completar el ciclo.

Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs

El ciclo consume acetato (en forma de acetil-CoA) y agua, reduce NAD + a NADH y produce dióxido de carbono. El NADH generado por el ciclo de TCA se alimenta a la vía de fosforilación oxidativa. El resultado neto de estas dos vías estrechamente vinculadas es la oxidación de nutrientes para producir energía utilizable en forma de ATP.

Fue de bacterias anaeróbicas que se pudo estudiar los componentes del ciclo, y el propio ciclo puede haber evolucionado más de una vez. En teoría, existen varias alternativas al ciclo de TCA, sin embargo, el ciclo de TCA parece ser el más eficiente. Si varias alternativas evolucionaron independientemente, todas convergieron rápidamente al ciclo de TCA.

El ciclo del ácido cítrico es un componente importante de la vía metabólica por el cual todos los organismos aeróbicos generan energía. A través del catabolismo de azúcares, grasas y proteínas, se produce un acetato de producto orgánico de dos carbonos en forma de acetil-CoA.

Acetil-CoA junto con dos equivalentes de agua (H2O) son consumidos por el ciclo del ácido cítrico, produciendo dos equivalentes de dióxido de carbono (CO 2 ) y un equivalente de HS-CoA.

Además, un giro completo del ciclo convierte tres equivalentes de nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+ ) en tres equivalentes de NAD + reducido (NADH), un equivalente de ubiquinona en un equivalente de ubiquinona reducida y un equivalente cada uno de difosfato de guanosina y fosfato inorgánico en un equivalente de trifosfato de guanosina.

El NADH y el QH 2 que se generan en el ciclo del ácido cítrico se utilizan en la vía de fosforilación oxidativa para generar trifosfato de adenosina rico en energía (ATP).

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