Ciclo de Krebs para niños
El ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, es una serie de reacciones químicas muy importantes que ocurren dentro de nuestras células. Es una parte fundamental de la respiración celular, el proceso mediante el cual las células obtienen energía. Este ciclo se lleva a cabo en las células que usan oxígeno (aerobias) y ayuda a liberar la energía guardada en los alimentos que comemos, como los carbohidratos, las grasas y las proteínas.
En este proceso, una molécula llamada acetil-CoA se transforma en dióxido de carbono (CO2) y se produce energía química en forma de adenosín trifosfato (ATP). El ATP es como la "moneda de energía" de la célula. En las célula eucariotas (como las nuestras), el ciclo de Krebs ocurre en una parte especial de la célula llamada mitocondria, específicamente en su matriz.
Además de producir energía, el ciclo de Krebs también crea moléculas que son necesarias para construir otras sustancias importantes, como algunos aminoácidos. También produce moléculas que transportan energía, como el NADH, que se usan en muchas otras reacciones dentro de la célula. Su gran importancia sugiere que es una de las vías más antiguas y esenciales del metabolismo celular.
Contenido
¿Qué es el Ciclo de Krebs?
El ciclo de Krebs es una parte clave del proceso en el que los organismos que usan oxígeno (aeróbicos) descomponen glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos. Al hacer esto, producen dióxido de carbono (CO2) y liberan energía que la célula puede usar. Esta energía se presenta como "poder reductor" (moléculas que llevan electrones) y guanosina trifosfato (GTP), que es similar al ATP.
El proceso de obtener energía de los glúcidos, grasas y proteínas se divide en tres etapas principales. El ciclo de Krebs es la segunda etapa. En la primera etapa, las moléculas grandes de los alimentos se transforman en acetil-CoA. La tercera etapa se llama fosforilación oxidativa, donde la energía transportada por el NADH y el FADH2 (generados en el ciclo de Krebs) se usa para crear aún más ATP.
El ciclo de Krebs no solo produce energía, sino que también genera "precursores" (moléculas iniciales) para construir muchas biomoléculas, como ciertos aminoácidos. Por eso, se le considera una vía "anfibólica", lo que significa que participa tanto en la descomposición de moléculas (para obtener energía) como en la construcción de nuevas moléculas.
El nombre de este ciclo viene del ácido cítrico, una molécula que se usa y luego se vuelve a formar en cada vuelta del ciclo. También se le conoce como ciclo de Krebs en honor a Hans Adolf Krebs, un científico alemán que lo descubrió en 1937. Por este importante hallazgo, recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1953, junto con Fritz Lipmann.
¿Cómo funciona el Ciclo de Krebs?
El ciclo del ácido cítrico es una vía metabólica central que conecta cómo el cuerpo procesa los glúcidos, las grasas y las proteínas. Ocho enzimas diferentes participan en las reacciones del ciclo, que oxidan completamente el acetilo (en forma de acetil-CoA). En este proceso, se liberan dos moléculas de dióxido de carbono y agua por cada molécula de acetilo.
Cuando el cuerpo descompone azúcares, grasas y proteínas, se produce una molécula de dos carbonos llamada acetil-CoA. Esta molécula es la que entra en el ciclo del ácido cítrico. Las reacciones del ciclo también transforman otras moléculas: tres de NAD+ se convierten en tres de NADH, una de FAD se convierte en una de FADH2, y una de GDP y fosfato se convierte en una de GTP. El NADH y el FADH2 que se producen en el ciclo de Krebs son luego utilizados en la fosforilación oxidativa para generar el ATP, que es la energía que la célula necesita.
Una de las principales fuentes de acetil-CoA es la descomposición de los azúcares a través de un proceso llamado glucólisis. La glucólisis produce ácido pirúvico, que luego se transforma en acetil-CoA.
El acetil-CoA es el punto de partida para el ciclo del ácido cítrico.
El ciclo comienza cuando el grupo acetilo de dos carbonos del acetil-CoA se une a una molécula de cuatro carbonos llamada oxalacetato. Juntos, forman una molécula de seis carbonos llamada citrato.
El citrato pasa por una serie de cambios químicos, perdiendo dos grupos de carbono en forma de CO2. Es importante saber que los carbonos que se pierden como CO2 provienen del oxalacetato original, no directamente del acetil-CoA. Los carbonos que aporta el acetil-CoA se convierten en parte de la estructura del oxalacetato después de la primera vuelta del ciclo. Para que los carbonos del acetil-CoA se pierdan como CO2, se necesitan varias vueltas del ciclo. Sin embargo, como el ciclo de Krebs también ayuda a construir moléculas, muchos de sus intermediarios pueden usarse para crear otras sustancias, por lo que no siempre se pierden.
La mayor parte de la energía liberada en los pasos de oxidación del ciclo se transfiere como electrones de alta energía al NAD+, formando NADH. Por cada grupo acetilo que entra en el ciclo, se producen tres moléculas de NADH.
Al final de cada ciclo, el oxalacetato de cuatro carbonos se ha regenerado, y el ciclo puede continuar.
Reacciones del Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs ocurre en la matriz mitocondrial de las células eucariotas.
El acetil-CoA es la molécula principal que inicia el ciclo. El ácido cítrico (con 6 carbonos) se forma en cada ciclo cuando un acetil-CoA (2 carbonos) se une a una molécula de oxalacetato (4 carbonos). En cada vuelta, el citrato produce una molécula de oxalacetato y dos moléculas de CO2.
En resumen, la reacción neta del ciclo es:
Los dos carbonos del acetil-CoA se transforman en CO2, y la energía que contenían se libera como energía química: GTP y moléculas que transportan energía (electrones de alto potencial) como el NADH y el FADH2. El NADH y el FADH2 son coenzimas (moléculas que se unen a las enzimas) que pueden almacenar energía para luego convertirla en ATP en la fosforilación oxidativa.
Las reacciones específicas del ciclo son las siguientes:
| Molécula Sustrato | Co-Sustrato | Enzima | Tipo de reacción | Productos | Comentarios |
|---|---|---|---|---|---|
| I. Citrato | - | 1. Aconitasa | Deshidratación | cis-Aconitato+
H2O |
Reacción reversible de isomerización |
| II. cis-Aconitato | H2O | 2. Aconitasa | Hidratación | Isocitrato | Reacción reversible de isomerización |
| III. Isocitrato | NAD | 3. Isocitrato deshidrogenasa | Oxidación
(por transferencia de protones) |
NADH + Oxalosuccinato +H+ | Síntesis de NADH |
| IV. Oxalosuccinato | - | 4. Isocitrato deshidrogenasa | Descarboxilación | α-cetoglutarato+
CO2 |
Reacción irreversible, es dependiente de la velocidad, sintetiza moléculas de 5 carbonos |
| V. α-cetoglutarato | NAD + CoA-SH | 5. α-cetoglutarato deshidrogenasa |
Descarboxilación oxidativa (descarboxilacion y deshidrogenacion) |
NADH + H+ + CO2 + Succinil-CoA |
Reacción irreversible, sintetiza NADH y moléculas de 4 carbonos |
| VI. Succinil-CoA | GDP + Pi | 6. Succinil CoA sintetasa | Hidrólisis | GTP + CoA-SH + Succinato |
La reacción de condensación del GDP + Pi y la hidrólisis de Succinyl-CoA implican el H2O necesario para equilibrar la ecuación. |
| VII. Succinato | FAD | 7. Succinato deshidrogenasa | Oxidación
(por transferencia de protones) |
FADH2 + Fumarato | Utiliza FAD como un grupo prostético en la enzima y sintetiza ATP. |
| VIII. Fumarato | H2O | 8. Fumarato Hidratasa | Hidratación | L-Malato | |
| IX. L-Malato | NAD | 9. Malato deshidrogenasa | Oxidación
(por transferencia de protones) |
NADH + H+ + Oxalacetato | Reacción reversible |
| X. Oxalacetato | Acetil-CoA | 10. Citrato sintasa | Condensación | Citrato + Co-A | Reacción irreversible |
Resumen del proceso y su rendimiento
- El ciclo de Krebs termina con la oxidación de una molécula, produciendo oxaloacetato y dos moléculas de CO2.
- El acetil-CoA (con 2 carbonos) se une al oxaloacetato (con 4 carbonos) para formar citrato (con 6 carbonos).
- A través de varias reacciones, el citrato se transforma de nuevo en oxalacetato.
- Durante estas transformaciones, se eliminan 2 átomos de carbono del citrato (6C) para formar oxalacetato (4C); estos átomos de carbono se liberan como CO2.
- En cada vuelta, el ciclo consume 1 acetil-CoA y produce 2 CO2. También consume 3 NAD+ y 1 FAD, y produce 3 NADH + 3 H+ y 1 FADH2.
- Por cada molécula de piruvato que entra al ciclo, se obtiene: 1 GTP, 3 NADH +3H+, 1 FADH2 y 2 CO2.
- Cada NADH, al pasar por la cadena respiratoria, genera aproximadamente 3 moléculas de ATP. El FADH2 genera aproximadamente 2 ATP. Esto significa que cada acetil-CoA que entra al ciclo de Krebs produce alrededor de 12 unidades de energía (11 ATP + 1 GTP).
- Una molécula de glucosa produce dos moléculas de piruvato, que a su vez producen dos acetil-CoA. Por lo tanto, por cada molécula de glucosa, el ciclo de Krebs genera: 4 CO2, 2 GTP y 22 ATP (gracias a los 6 NADH y 2 FADH2). En total, son 24 unidades de energía por molécula de glucosa en el ciclo de Krebs.
Regulación del Ciclo
Muchas de las enzimas del ciclo de Krebs se controlan mediante un mecanismo de "retroalimentación negativa". Esto significa que si hay mucho ATP (que es un producto del ciclo y una señal de que la célula tiene mucha energía), el ATP se une a las enzimas y las frena.
Por ejemplo, la enzima que produce el acetil-CoA (llamada piruvato deshidrogenasa) es frenada por el NADH y el acetil-CoA. Las enzimas citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y alfa-cetoglutarato deshidrogenasa también son frenadas por altas concentraciones de ATP. Esta regulación es importante porque detiene el ciclo cuando la célula ya tiene suficiente energía, evitando que se gaste energía innecesariamente.
Algunas enzimas también se regulan negativamente si la célula tiene un alto nivel de "poder reductor" (mucho NADH). Esto ocurre cuando el NADH compite con el NAD+ por unirse a las enzimas. Así se regulan, entre otras, las enzimas piruvato deshidrogenasa y citrato sintasa.
Eficiencia Energética
El máximo de ATP que se puede obtener de una molécula de glucosa a través de la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa es de aproximadamente 38 ATP. Sin embargo, en las células eucariotas, el transporte de algunas moléculas de NADH a la mitocondria consume energía, lo que reduce la producción neta a unos 36 ATP.
Además, hay pequeñas ineficiencias en el proceso de fosforilación oxidativa, lo que hace que la producción real de ATP sea un poco menor. Por lo tanto, los rendimientos observados suelen ser más cercanos a 2.5 ATP por NADH y 1.5 ATP por FADH2, lo que reduce la producción total neta de ATP a aproximadamente 30 por molécula de glucosa.
Vías que se conectan con el Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs es una vía metabólica central donde muchas otras vías se encuentran y se conectan, tanto las que construyen moléculas (anabólicas) como las que las descomponen (catabólicas). Diferentes metabolitos (moléculas intermedias) entran al ciclo en distintos puntos:
- Acetil-CoA:
* Viene de la Glucólisis (descomposición de azúcares). * Viene de la Oxidación de ácidos grasos (descomposición de grasas).
- Malato:
* Viene de la Gluconeogénesis (formación de glucosa a partir de otras fuentes).
- Oxalacetato:
* Se relaciona con la formación y descomposición de aminoácidos.
- Fumarato:
* Se produce en la descomposición de algunos aminoácidos como el aspartato, la fenilalanina y la tirosina.
- Succinil-CoA:
* Se usa para construir porfirinas (moléculas importantes en la sangre). * Se produce en la descomposición de algunos aminoácidos y en la oxidación de ácidos grasos.
- Alfa-cetoglutarato:
* Se relaciona con la formación y descomposición de aminoácidos.
- Citrato:
* Se usa para construir ácidos grasos y colesterol.
- NADH y FADH:
* Son esenciales para la Fosforilación oxidativa y la Cadena de transporte de electrones.
Véase también
En inglés: Krebs cycle Facts for Kids
- Descarboxilación oxidativa
- Ácido cítrico
- Glucólisis
- Fosforilación oxidativa
- Ciclo de Krebs inverso (reductor)
