El ciclo de Krebs - Colegio San Pedro Pascual

Respiración celular. Fases
Es un proceso catabólico que permite la degradación de
las moléculas combustibles -monosacáridos, ácidos grasos
y aminoácidos-, consiguiendo su oxidación total, con
producción de CO 2 y H 2O.
La respiración celular se produce en tres fases
principales.
• En la primera fase, las moléculas combustibles se oxidan
para rendir moléculas de acetil-coenzima A.
• En la segunda fase, los grupos acetilo se incorporan al
ciclo de Krebs, que los degrada para dar CO 2 y
coenzimas reducidos: NADH y FADH 2.
• En la tercera fase, los coenzimas reducidos son
reoxidados mediante la intervención de una cadena de
moléculas de transporte electrónico, la cadena
respiratoria, hasta el oxígeno molecular, al que reducen
hasta formar agua. Durante este proceso gran parte de
la energía se libera y se conserva en forma de ATP, en
un proceso acoplado llamado fosforilación oxidativa.

Respiración aerobia de la glucosa
En condiciones aeróbicas el ácido pirúvico formado en la glucólisis se oxida a
CO 2 y H 2O en la fase aeróbica del catabolismo que denominamos respiración
Consta de varias etapas sucesivas:
• La glucólisis. En el citosol la glucosa se transforma en dos moléculas de ácido
pirúvico.
• La descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico, que tiene lugar en la matriz
mitocondrial, y produce acetil coenzima A (acetil-CoA) (CH 3CO-S-CoA).
• El ciclo de Krebs, que se desarrolla en la matriz mitocondrial y que permite
oxidar totalmente el acetil-CoA a CO 2 .
• El transporte electrónico que se produce en la cadena respiratoria de la
m.m.i. desde los coenzimas reducidos hasta el último aceptor de electrones
que es el oxígeno molecular (O 2) presente en la matriz. En este proceso de
reoxidación gran parte de la energía almacenada en los coenzimas se libera y
es utilizada para sintetizar ATP en la ATP sintasa de la m.m.i., en un proceso
llamado fosforilación oxidativa.

Descarboxilación oxidativa de ácido pirúvico
• El ácido pirúvico procedente de la glucólisis es transportado desde el citosol a
la matriz mitocondrial atravesando las membranas mitocondriales.
• En la matriz se localizan las moléculas del complejo enzimático de la piruvato
deshidrogenasa (consta de tres apoenzimas y cinco coenzimas) que cataliza la
descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico.
• Por cada molécula de ácido pirúvico se libera una de CO 2 y se forma una de
acetil-CoA y una de NADH + H +.
• Por molécula de glucosa se liberan 2 CO 2 y se forman 2 acetil-CoA y 2 NADH
+ 2 H +.
Ácido
pirúvico
complejo de la piruvato
deshidrogenasa (E 1+E 2+E 3)
Acetil-CoA

Coenzima A (CoA-SH) (SH-CoA) (HS-CoA)

Ácido lipoico

Etapas de la descarboxilación oxidativa del
ácido pirúvico hasta acetil-CoA

Hans A. Krebs
(1900-1981)
Ciclo de Krebs
• El ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos
(CAT o TCA) fue descrito en 1937 por Hans Adolf Krebs que
más tarde fue galardonado por este importante descubrimiento
con el premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1953.
• El ciclo de Krebs ha sido considerado como el descubrimiento
aislado más importante de la historia de la bioquímica
metabólica.
• Es una ruta metabólica cíclica integrada por una secuencia de ocho
reacciones catalizadas por enzimas específicos.
• Tiene lugar en la matriz mitocondrial en las células eucariotas y en el
citosol de muchos microorganismos aeróbicos.
• A partir de una molécula de acetil-CoA que es oxidada en el ciclo de Krebs
se desprenden 2 CO 2 y se producen 3 NADH, 1 FADH 2 y 1 GTP (equivalente
en energía al ATP). Asimismo se consumen 3 moléculas de agua. (1, 5 y 7)
• Por molécula de glucosa se liberan 4 CO 2 y se forman 6 NADH, 2 FADH 2 y
2 ATP.

Panorámica general del ciclo de Krebs

1. Síntesis del ácido cítrico
• El acetil-CoA procedente de la degradación de la glucosa, de los ácidos
grasos y de los aminoácidos transfiere el grupo acetilo a una molécula de
ácido oxalacético para formar ácido cítrico, quedando libre la molécula de
coenzima A. Esta reacción es catalizada por la citrato sintasa.
citrato sintasa
Acetil-CoA Ácido oxalacético
Ácido
cítrico

2. Isomerización a ácido isocítrico
• El ácido cítrico se transforma en ácido isocítrico, en una reacción que
supone la salida y la posterior entrada de una molécula de agua y la
formación de un compuesto intermedio, el ácido cis-aconítico. Esta reacción
es catalizada por la enzima aconitasa.
aconitasa
aconitasa
Ácido cítrico Ácido cis-
Ácido
aconítico
isocítrico

3. Deshidrogenación y descarboxilación del ácido isocítrico
• El ácido isocítrico se oxida por deshidrogenación (se forma como
intermediario el ácido oxalsuccínico) y pierde una molécula de CO 2 para
formar ácido -cetoglutárico. Esta reacción está catalizada por la
isocitrato deshidrogenasa. Existen dos variedades de este enzima, una
depende de NAD + y otra de NADP + .
Ácido
isocítrico
isocitrato
deshidrogenasa
Ácido cetoglutárico

4. Descarboxilación oxidativa del ácido -cetoglutárico
• El ácido -cetoglutárico experimenta una descarboxilación oxidativa y forma
succinil-CoA y CO 2 por acción del complejo enzimático de la -cetoglutarato
deshidrogenasa (como el complejo enzimático de la piruvato deshidrogenasa
consta de tres apoenzimas y cinco coenzimas).
Ácido cetoglutárico
complejo de la -cetoglutarato
deshidrogenasa (E 1+E 2+E 3)
Succinil-CoA

5. Desacilación del succinil-CoA
• El succinil-CoA pierde el coenzima A mediante un proceso e fosforilacón a
nivel de sustrato que está catalizado por el enzima succinil-CoA sintetasa.
Succinil-CoA
Succinil-
CoA
Succinil-CoA sintetasa
Ácido
succínico
• El GTP puede ceder su grupo fosfato al ADP para formar ATP, mediante la
acción de una difosfoquinasa de nucleósido.
*

6. Deshidrogenación del succinato
• El ácido succínico se oxida mediante deshidrogenación para formar ácido
fumárico. El enzima que cataliza la reacción es la succinato deshidrogenasa.
Los electrones son recogidos por el coenzima FAD, que se reduce a FADH 2.
Ácido succínico
succinato deshidrogenasa
Ácido fumárico
• El enzima succinato deshidrogenasa se halla unida íntimamente a la
membrana mitocondrial interna..

7. Hidratación del ácido fumárico
• El enzima que cataliza esta reacción es la fumarasa que es altamente
específica y realiza la hidratación del doble enlace en posición trans del ácido
fumárico.
Ácido fumárico
fumarasa
Ácido málico
• La fumarasa es uno de los pocos enzimas que no requiere coenzima para ser
activo.

8. Deshidrogenación del ácido málico
• En la última reacción del ciclo de Krebs el ácido málico sufre una
deshidrogenación y se transforma en ácido oxalacético, con lo que sae cierra
el ciclo. El enzima que cataliza la reacción es la malato deshidrogenasa.
Ácido málico
malato deshidrogenasa
Ácido
oxalacético
• La reacción está muy desplazada hacia la derecha ya que el ácido oxalacético
se elimina con rapidez por acción de la citrato sintasa de manera que la
concentración del ácido oxalacético en la célula es extremadamente baja.

Esquema resumen del ciclo de Krebs

Balance global de la glucólisis, descarboxilación
oxidativa del piruvato y ciclo de Krebs
1
0
+
4
+