Ciclo de Krebs y Glucólisis: Vías Metabólicas Esenciales

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial de la célula eucariota. El acetil-CoA (Acetil Coenzima A) es el principal precursor del ciclo. El ácido cítrico (6 carbonos) o citrato se obtiene 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:

Acetil-CoA + 3 NAD⁺ + FAD + GDP + P_i + 2 H₂O → CoA-SH + 3 (NADH + H⁺) + FADH₂ + GTP + 2 CO₂

Los dos carbonos del acetil-CoA son oxidados a CO₂, y la energía que tenía 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 (complejo II de la cadena transportadora de electrones), 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.

Reacciones del Ciclo de Krebs:

1. Oxidación del ácido pirúvico formado en la glucólisis: el piruvato pasa a la matriz mitocondrial atravesando sus membranas.
2. Formación del ácido cítrico.
3. Isomerización del ácido cítrico en ácido isocítrico, el cual se va a oxidar y descarboxilar.
4. Oxidación del ácido isocítrico. Pérdida de un átomo de carbono y formación de alfa-cetoglutarato.
5. Oxidación del ácido alfa-cetoglutarico con liberación de CO₂ con el fin de formar succinil-CoA. El NAD⁺ se reduce a NADH + H⁺.
6. Rotura del enlace entre ácido succínico y CoA, liberándose energía para sintetizar GTP.
7. Oxidación del ácido succínico a ácido fumárico y reducción de FAD a FADH₂.
8. Hidratación del ácido fumárico para formar ácido málico.
9. Oxidación del ácido málico para originar ácido oxalacético. El NAD⁺ se reduce a NADH + H⁺.

Glucólisis

La glucólisis es una vía citosólica en la cual una molécula de glucosa es oxidada a dos moléculas de piruvato en presencia de oxígeno. En esta vía se conserva energía en forma de ATP y NADH. La glucólisis consta de dos fases: preparatoria y de beneficios, que a su vez se componen de 10 pasos.

La glucólisis es una vía metabólica estimulada por la hormona insulina.

Fase Preparatoria

1. Fosforilación de la glucosa: la glucosa es fosforilada en su carbono seis a glucosa 6-fosfato por la enzima hexocinasa con gasto de una molécula de ATP. La fosforilación permite que la glucosa pase del torrente sanguíneo al citoplasma y se quede en él.
2. Conversión de glucosa 6-fosfato a fructosa 6-fosfato: la enzima fosfohexosa isomerasa cataliza la conversión de una aldosa a una cetosa.
3. Fosforilación de la fructosa 6-fosfato a fructosa 1,6-bisfosfato: la enzima fosfofructocinasa-1 cataliza la reacción donde se transfiere un grupo fosfato a la fructosa proveniente del ATP.
4. Ruptura de la fructosa 1,6-bisfosfato: la fructosa 1,6-bisfosfato se rompe en las triosas fosfato dihidroxiacetona fosfato (aldolasa) y gliceraldehído 3-fosfato (cetosa) por acción de la enzima aldolasa.
5. Interconversión de triosas fosfato: la triosa fosfato isomerasa convierte la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehído 3-fosfato, que es la triosa que sí puede seguir en la glucólisis.

Fase de Beneficios

1. Oxidación del gliceraldehído 3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato: este paso es catalizado por la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa y se gana una molécula de NADH.
2. Transferencia de un grupo fosfato del 1,3-bisfosfoglicerato al ADP: la enzima fosfoglicerato cinasa transfiere un grupo fosfato del 1,3-bisfosfoglicerato al ADP formando ATP y 3-fosfoglicerato. Es la primera fosforilación a nivel de sustrato.
3. Conversión del 3-fosfoglicerato en 2-fosfoglicerato: la enzima fosfoglicerato mutasa transfiere el grupo fosfato del carbono 3 al carbono 2.
4. Deshidratación del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato: esta reacción es llevada a cabo por la enzima enolasa.
5. Transferencia del grupo fosfato del fosfoenolpiruvato al ADP: la piruvato cinasa cataliza la reacción que da lugar a la segunda fosforilación a nivel de sustrato. En esta fosforilación, el piruvato aparece primero en su forma enol y después pasa automáticamente a su forma ceto sin ayuda de alguna enzima.

Cada una de las dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato son oxidadas en el C1 y la energía generada en esta reacción es conservada en forma de 1 NADH y 2 ATP por cada triosa fosfato oxidada.