El ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos TCA) es una vía metabólica, es decir, una serie de reacciones químicas que forman parte de la respiración de todas las células aerobias. El ciclo aprovecha la energía química disponible de la acetil coenzima A (acetil-CoA) en el poder reductor del dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADH).
Como resultado, se libera energía a través de la oxidación del acetil-CoA extraído de glúcidos, lípidos y proteínas en dióxido de carbono y energía química en forma de ATP, NADH y FADH2.
El ciclo TCA es parte del metabolismo más amplio de la glucosa en el que la glucosa se oxida para formar piruvato, que luego se oxida y entra en el ciclo TCA como acetil-CoA.
Por lo tanto, es la principal fuente de energía para las células y una parte importante de la respiración aeróbica.
Tiene lugar en todas las células eucariotas y procariotas. En eucariotas, ocurre en la matriz de la mitocondria. En procariotas, tiene lugar en el citosol. Por eso, las células que no tienen mitocondria no pueden llevar a cabo este proceso.
Es un proceso fundamental para muchas vías bioquímicas.
El metabolismo oxidativo de glúcidos, lípidos y proteínas se produce en tres etapas. En la primera los carbonos de estas macromoléculas dan lugar a acetil-CoA. Después se produce el ciclo de Krebs (es decir, es la segunda etapa) y por último la fosforilación oxidativa, en la cual el poder reductor (NADH y FADH2) generado se emplea para la síntesis de ATP.
El ciclo de Krebs también proporciona precursores para muchas biomoléculas, como ciertos aminoácidos.
El ciclo de Krebs se llama así en honor al alemán Hans Adolf Krebs, quien obtuvo el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1953, junto con Fritz Lipmann, por descubrir este ciclo.
El ciclo de Krebs consta de 8 fases en la que la última es la primera, es devir, es un ciclo cerrado, como un círculo.
1- El ciclo del TCA comienza con una reacción de adición aldólica enzimática de acetil CoA a oxalacetato, formando citrato.
2- El citrato se isomeriza mediante una secuencia de deshidratación-hidratación para producir (2R,3S)-isocitrato.
3- La oxidación enzimática y la descarboxilación adicionales dan 2-cetoglutarato.
4- Después de otra descarboxilación enzimática y oxidación, el 2-cetoglutarato se transforma en succinil-CoA.
5- La hidrólisis de este metabolito a succinato está acoplada a la fosforilación de guanosina difosfato (GDP) a guanosina trifosfato (GTP).
6- La desaturación enzimática por la succinato deshidrogenasa dependiente de flavina adenina dinucleótido (FAD) produce fumarato.
7- Después de la hidratación estereoespecífica, el fumarato catalizado por fumarasa se transforma en L-malato.
8- El último paso de la oxidación acoplada a NAD de L-malato a oxaloacetato es catalizado por la malato deshidrogenasa y cierra el ciclo.
Antes de que comience el ciclo de Krebs, una molécula de glucosa debe convertirse en acetil-CoA. Este proceso produce 2 moléculas de acetil-CoA para alimentar el ciclo. Por lo tanto, el ciclo procede dos veces por glucosa original, produciendo el doble de los productos que se muestran a continuación.
Una vuelta entera del ciclo de Krebs produce 7 productos:
- 1 molécula de GTP o ATP
- 3 moléculas de NADH
- 1 molécula de FADH2, que se convierte en UQH2 en presencia de coenzima Q (ubiquinona)
- 2 moléculas de CO2 (dióxido de carbono)
El ciclo de Krebs es de especial interés para los investigadores en el campo de la metabolómica. Al estudiar las tasas, los subproductos, la actividad enzimática y otras cualidades de los procesos del metabolismo, los investigadores pueden sacar conclusiones sobre las enfermedades e investigar la eficacia de las terapias.
Estas aplicaciones metabólicas relacionadas con TCA se estudian comúnmente utilizando compuestos marcados con isótopos estables y espectrometría de masas:
Metabolismo de lípidos
Metabolismo de aminoácidos
Metabolismo de proteínas (rotación)
Metabolismo de la glucosa
Gasto de energía
