Bioquímica Material de apoyo. Universidad Nacional Francisco de Miranda. UNEFM

1. GUIA TEMA No 10
CICLO DE LOS ACIDOS TRICARBOXILICOS ó CICLO DE KREBS
Profesora Médico Veterinario Nohelia Nova Hernández
Cátedra Bioquimica 1

2. UNIVERSIDADNACIONALEXPERIMENTALFRANCISCODE MIRANDA.
PROGRAMA CIENCIAS VETERINARIAS – CATEDRA BIOQUIMICA I.
PROFESORA M.V. NOHELIA NOVA HERNANDEZ.
GUIA TEMA No 10: CICLODE LOS ACIDOS TRICARBOXILICOS o CICLODE KREBS
DEFINICION.
El Ciclo de Krebs (tambiénllamado Ciclo del Acido Cítrico o Ciclo de los
Acidos Tricarboxílicos) es unaserie de reacciones bioquímicas de gran
importancia, que formanparte de la respiracióncelular entodas las células
aerobias, es decir que utilizanoxígeno.
CONSIDERACIONES GENERALES.
En organismos aeróbicos elCiclo de Krebs es parte de la vía catabólicaque
realizala oxidaciónde hidratos de carbono, ácidos grasos y aminoácidos
hasta producir CO2 y agua, liberando energíaen formautilizable (poder
reductor y ATP).
El metabolismo oxidativo de los nutrientes provenientes de ladieta
(hidratos de carbono, grasas y proteínas) frecuentementese divide en tres
etapas:
Primeraetapa
Los carbonos de estas macromoléculas danlugar a moléculas de acetil-
CoA de dos carbonos, estas moleculas de AcetilCoA provienende vías
metabólicas que incluyen las rutas catabólicas de aminoácidos, la beta
oxidación de ácidos grasos y la glucólisis.
Segunda etapa
La representaelCiclo de los Acidos Tricarboxilicos como tal, enconjunto
contodas las reacciones enzimáticas que se llevana cabo a nivel de la
matriz mitocondrial.
Tercera etapa
Es la fosforilación oxidativa, enla cual el poder reductor (NADHy FADH2)
generado se empleaparala síntesis de ATP segúnla teoríadel
acoplamiento quimiosmótico.

3. PRINCIPALES CARACTERISTICASDELCICLODE KREBS.
1)ElCiclo de Krebs proporciona las biomoléculas precursoras paraotras
biomoléculas, tales comociertos aminoácidos, porello se considerauna
vía anfibólica, es decir, catabólicay anabólicaal mismo tiempo.
2)La funciónprimariadel Ciclo del Acido Cítrico es oxidar los grupos acetilo
de la AcetilCoA, después que reaccionanconelácido oxalacético, conla
formaciónde citrato (moleculaclave de 6 carbonos).
3)Después de una serie de reacciones enzimáticas, dos de los seis
carbonos delácido cítrico se oxidana CO2 , regenerando por último una
moléculade oxalacetato (C-4) pararepetir de nuevo elciclo.
4)Encada vueltadel ciclo del ácido cítrico se producentres moléculas de
CO2; por lo que la oxidaciónde las dos moles de piruvato formadas enla
fase glucolíticade la respiraciónaeróbica, requiere dos vueltas completas
paraformar 6 moles de CO2.
6)El CO2 producido se difunde fuera de la mitocondriao de la bacteria
dejando la célula.
7)Por cadavuelta del ciclo ocurre laconversiónde las siguientes
moléculas:
-Se convierten2 moléculas de NAD+
en2 de NADH (en el citosolse generan
como resultado de la vía glucolítica2 moléculas de NADH2 NADH+ H+
).
-Se convierte 1 moléculade FAD+ en1 de FADH2.
-Se convierte 1 moléculade NADP+
se convierte enNADPH2.
-Se convierte 1moléculade GDP (Guanidín -difosfato) en 1 de GTP
(Guanidín- trifosfato).
8)La energíaalmacenada por la transferenciade electrones enesas
moléculas , se va a transformar mediante lareacciónde la fosforilación
oxidativaen ATP.
El proceso de laoxidacióndel NADH2 , se puede representar de la siguiente
forma:
NADH + H+
+ 0,5 O2 NAD+
+ H2O

4. HISTORIA
Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981)
El ciclo de Krebs recibe sunombreenhonor asu descubridor Sir Hans
Adolf Krebs (1900-1981).
Fue este celebre investigador quienpropusolos elementos clave de esta
vía en 1937.
Krebs estabaestudiando el consumo de oxígeno enmúsculo pectoralde
paloma, un tejido conalta tasa de respiración, y realizó varias
observacionesde granrelevancia.
En primer lugar, elcitrato, elisocitrato y el cis-aconitato estimulabanla
oxidaciónde piruvato y el consumo de O2, en cantidad desproporcionada
respecto alas cantidades añadidas.
En segundo lugar, empleando malonato (inhibidor de la succinato
deshidrogenasa), logrababloquear laoxidacióndel piruvato, lo que
indicaba su participaciónenlavía, además, observó que las células
tratadas conmalonato acumulabancitrato, succinatoy α-cetoglutarato, lo
cual sugeríaque el citrato y α-cetoglutarato eranprecursores del
succinato.
En tercer lugar, la administraciónal tejido de piruvato y oxaloacetato
provocabalaacumulaciónde citrato enel músculo, lo que indicabaque
sonprecursoresdelcitrato, enbase aestas observaciones experimentales
Hans Krebs propuso unarutacíclicay su secuenciade reacciones.
Este esquemainicial, conciertas modificaciones,dio lugar al ciclo de Krebs
tal y como hoy lo conocemos.
Sir Hans AdolfKrebs fue galardonado conel Premio Nobelde Fisiologíay
Medicina en1953, compartido conFritz Lipmann(descubridor de la
CoenzimaA).

5. REGULACIÓN DELCICLODE KREBS
Muchas de las enzimas del ciclo de Krebs sonreguladas por
retroalimentaciónnegativa, por unión alostéricadelATP, que es un
producto de la vía y un indicador del nivel energético de lacélula.
Entre estas enzimas se incluye el complejo de la piruvato deshidrogenasa
que sintetizael Acetil-CoA necesarioparalaprimerareaccióndelciclo a
partir de piruvato, procedentede la glucolisis o del catabolismo de
aminoácidos.
Tambiénlas enzimas citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasay
el complejo α-cetoglutarato deshidrogenasa, que catalizanlas tres
primeras reacciones delciclo de Krebs, soninhibidas por altas
concentraciones de ATP.
Estaregulaciónfrena este ciclo degradativo cuando el nivel energético de
la célula es bueno, aunque tambiénalgunas enzimas sontambién
reguladas negativamente cuando el nivel de poder reductor de lacélula es
elevado.
El mecanismo de estainhibiciónes una inhibicióncompetitivapor
producto (porNADH) de las enzimas que empleanNAD+ como sustrato.
Así se regulan, entre otros, los complejos piruvato deshidrogenasay
citrato sintasa.
PRINCIPALES VÍAS QUE CONVERGEN EN ELCICLODE KREBS
La mayoríade las vías catabólicas de los distintos nutrientes que
provienende la dieta (proteínas, carbohidratos,lípidos) convergenenel
ciclo de Krebs, y la mayoríade las reacciones que ocurrenforman
compuestos intermediariosde este ciclo, por lo que elciclo de Krebs
contituye lasegunda etapadel metabolismode carbohidratos.
Una vez ocurridala primeraetapadelmetabolismo de los carbohidratos
(la glucolisis) donde se rompe lamoleculade glucosa (6 carbonos),se
generandos moléculas de piruvato (3carbonos).
En las células eucarioticas, elpiruvato se desplazaal interior de la
mitocondria (gracias aun transportador específicode membranainterna)
y ocurre simultáneamente conlaentradade los iones hidrogeno o
protones.
En la matriz mitocondrial se produce Acetil-CoA (AcetilCoenzimaA), que
entra a formar parte del ciclo de Krebs.
En el metabolismode proteínas, los enlaces peptídicos de las proteínas son

6. degradados por acciónde enzimas proteasas eneltracto digestivo
liberando sus constituyentesaminoacídicos, estos aminoácidos penetran
en las células, donde puedenser empleados parala síntesis de proteínas o
ser degradados paraproducir energíaenel ciclo de Krebs, parasuentrada
al ciclo debeneliminarse sus grupos amino (terminales y laterales) por
acciónde enzimas aminotransferasas y desaminasas, principalmente.
En el metabolismode grasas, los triglicéridos son hidrolizados liberando
ácidos grasos y glicerol.
En el hígado el glicerolpuede ser convertido englucosavía dihidroxicetona
fosfato y gliceraldehído-3-fosfato, por la gluconeogénesis (rutaanabólica).
En muy diversos tejidos, especialmente enmúsculo cardiaco,los ácidos
grasos sondegradados en la matriz mitocondrialmediante sucesivos ciclos
de betaoxidación que liberanunidades de acetil-CoA, que pueden
incorporarsealciclo de Krebs.
En ocasiones, elciclo de Krebs puede rendir propionil-CoA(3carbonos),
que puede emplearse paralasíntesis de glucosaen la gluconeogénesis
hepática.
El ciclo de Krebs siempre es seguido por la fosforilaciónoxidativa, este
proceso extrae laenergíaenformade electrones de alto potencialde las
moléculas de NADH y FADH2, regenerando NAD+
and FAD, gracias a lo cual
el ciclo de Krebs puede continuar.
Los electrones sontransferidos amoléculas de O2, rindiendo H2O, pero
estatransferenciase realiza a través de una cadena transportadorade
electrones capaz de aprovechar laenergíapotencialde los electrones para
bombear protones alespacio intermembranade la mitocondria, esto
generaun gradiente electroquímico de H+
, que es utilizado parala síntesis
de ATP mediante la enzima ATP sintetasa, de este modo elciclo de Krebs
no utilizadirectamente O2, pero lo requierealestar acoplado ala
fosforilaciónoxidativa, por cadamoléculade glucosala energía obtenida
mediante el metabolismooxidativo, es decir, glucolisis seguidadelciclo de
Krebs, equivale a unas 36 moléculas de ATP.

7. RESPIRACIÓN AERÓBICA
En presenciade oxígeno, elácido pirúvico proveniente de laglucólisis, se
oxidatotalmente enla mitocondria, este procesose divide en dos fases.
En la primera, elácido pirúvico ingresaa la matriz mitocondrial, donde es
fraccionado y oxidado completamente hastaliberar CO2.
Como oxidantes actúan coenzimas, que asuvez son reducidas.
El hidrógeno unido a las coenzimas es transferido enla segunda fase al
oxígeno molecular, conformaciónde agua.
La degradación del ácido pirúvico o piruvato se lleva a cabo enla matriz
mitocondrial, donde se encuentranlas enzimas delciclo de Krebs (Hans
Krebs postuló estavíametabólicaen1937 y posteriormente recibió el
premio Nobelpor sutrabajo) o de los ácidos tricarboxílicos, conocido
tambiéncomo ciclo delácido cítrico.
Los sistemas Red-0x del transporte de electrones se encuentranadosados
a las crestas mitocondriales, terminando conlafosforilaciónoxidativa, la
que ocurre tanto enbacterias aeróbicas comoenlas mitocondrias de
células eucarióticas.
Una versiónresumidade las dos fases la vemos enla figura siguiente:

8. REACCIONES PREVIAS EN LA MOLECULA DE PIRUVATO.
Las reacciones previas enlamoléculade piruvato se llevan a cabo por la
accióndel complejo multienzimático piruvato deshidrogenasa, mediante
reacciones de descarboxilación oxidativade la moléculade piruvato para
la formaciónde la moléculade AcetilcoenzimaA (AcetilCoA) o " ácido
acético activado", como se muestraenla siguiente figura:
PIRUVATO
+DIFOSFATO DE TIAMINA
DIFOSFATO DE
HIDROXIETILAMINA
PIRUVATO
DESHIDROGENASA
DIFOSFATO DE HIDROXIETILAMINA
+LIPOAMIDA REDUCIDA
ACETIL
DIHIDROLIPOAMIDA
ACETIL DIHIDROLIPOAMIDA
+COENZIMA A
ACETIL COENZIMA A
+LIPOAMIDA OXIDADA
DIHIDROLIPOIL
TRANSACETILASA
DIHIDROLIPOIL
DESHIDROGENASA
Estas reacciones previas se resumende lasiguiente manera:
Ácido pirúvico + NAD+
+ CoA-SH Acetil CoA + NADH+ H+
+ CO2

9. REACCIONES ENZIMATICAS DELCICLODE KREBS.
 Acetil CoA + Oxalacetato Citrato
ACETIL CoA CITRATOCITRATO SINTASAOXALACETATO
 Citrato cis-Aconitato Isocitrato
CITRATO ISOCITRATOCIS-ACONITATOACONITASA ACONITASA

10.  Isocitrato α-cetoglutarato
ISOCITRATO α-CETOGLUTARATOISOCITRATO DESHIDROGENASA
 α-cetoglurato Succinil-CoA
α-CETOGLUTARATO SUCCINIL CoA
COMPLEJO
A-CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA

11.  Succinil CoA Succinato
SUCCINIL CoA SUCCINATOSUCCINIL CoA SINTETASA
 Succinato Fumarato
SUCCINATO FUMARATOSUCCINATO DESHIDROGENASA

12.  Fumarato L-Malato
FUMARATO L-MALATOFUMARASA
 L-Malato Oxalacetato
L-MALATO OXALACETATOMALATO DESHIDROGENASA

13. CICLOCOMPLETODEL CICLODE KREBS.

14. VISIÓN CONJUNTA DEL CICLO DE LA VÍA GLUCOLÍTICA + CICLO DELOS
ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS