Ciclo del ácido cítrico o Ciclo de Krebs

La glucólisis libera menos de una cuarta parte de la energía química almacenada en la glucosa; la mayor parte de la energía permanece almacenada en las dos moléculas de piruvato. Si hay oxígeno molecular presente, el piruvato ingresa en la mitocondria, donde las enzimas del ciclo del ácido cítrico completan la oxidación del combustible orgánico.

Al entrar en la mitocondria por medio del transporte activo el piruvato es convertido, en primer lugar, en un compuesto llamado acetil coenzima A, o acetil CoA. Este paso, la unión entre la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico, es llevado a cabo por un complejo multienzimático que cataliza tres reacciones:

  1. El grupo carboxilo del piruvato que ya está completamente oxidado y, por tanto, tiene poca energía química, es eliminado y pasa a formar parte de una molécula de CO2. (Éste es el primer paso en el cual se libera CO2 durante la respiración).
  2. El fragmento de dos carbonos remanente se oxida y forma un compuesto llamado acetato (la forma ionizada del ácido acético). Una enzima transfiere los electrones extraídos al NAD+, y se almacena energía en forma de NADH.
  3. Por último, la coenzima A, un compuesto azufrado derivado de una vitamina B, se une al acetato con un enlace inestable que vuelve muy reactivo al grupo acetilo (el acetato unido). El producto de este enlace químico, la acetil CoA, está preparado ahora para proveer su grupo acetilo al ciclo del ácido cítrico para continuar su oxidación.

El ciclo del ácido cítrico también es conocido como ciclo del ácido tricarboxílico o ciclo de Krebs.

El ciclo funciona como un horno metabólico que oxida combustible orgánico derivado del piruvato.

Las entradas y salidas a medida que el piruvato se degrada a 3 moléculas de CO2 que incluyen la molécula de CO2 liberada durante la conversión de piruvato a acetil CoA. El ciclo genera un ATP en cada vuelta, mediante fosforilación a nivel de sustrato, pero la mayor parte de la energía química se transfiere al NAD+ y a la coenzima relacionada FAD, durante las reacciones redox. Las coenzimas reducidas, NADH y FADH2, transportan su carga de electrones de alta energía hacia la cadena de transporte de electrones.

Analicemos ahora al ciclo del ácido cítrico con mayor detalle. El ciclo tiene ocho pasos, cada uno de los cuales es catalizado por una enzima específica. Por cada vuelta del ciclo del ácido cítrico, se incluyen dos carbonos en la forma relativamente reducida de un grupo acetilo (paso 1), y otros dos carbonos diferentes se liberan en la forma completamente oxidada del CO2 (pasos 3 y 4). El grupo acetilo de la acetil CoA se une al ciclo combinándose con el compuesto oxalacetato, para formar citrato (paso 1) (el citrato es la forma ionizada del ácido cítrico, del cual recibe el nombre ciclo del ácido cítrico). Los siguientes siete pasos descomponen el citrato en oxaloacetato. Esta regeneración de oxaloacetato es la que transforma el proceso en un ciclo.

Para cada grupo acetilo que entra al ciclo se reducen 3 NAD+ a NADH (pasos 3, 4 y 8). En el paso 6, los electrones se transfieren no a un NAD+, sino a un aceptor de electrones distinto, el FAD (flavina adenina dinucleótido, derivado de la riboflavina, una vitamina B). El paso 5 del ciclo del ácido cítrico forma una molécula de GTP directamente por fosforilación a nivel de sustrato, similar a los pasos generadores de ATP de la glucólisis. Este GTP luego se emplea para sintetizar un ATP, el único ATP generado de forma directa por el ciclo del ácido cítrico. La mayor parte de la producción de ATP de la respiración resulta de la fosforilación oxidativa cuando el NADH y el FADH2 producidos por el ciclo del ácido cítrico transfieren los electrones extraídos de los alimentos a la cadena de transporte de electrones. En el proceso proporcionan la energía necesaria para la fosforilación de ADP a ATP.