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7.2.2.2.2. Ciclo de Krebs

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es una ruta metabólica, es decir, una sucesión de reacciones químicas, que forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. En células eucariotas se realiza en la matriz mitocondrial. En las procariotas, el ciclo de Krebs se realiza en el citoplasma.

En el ciclo de Krebs se producen una serie de reacciones químicas en las que, en cada una de las cuales, interviene una enzima específica, que llevan a la oxidación total del acetil-CoA hasta CO2. Los electrones que se liberan en esta oxidación son aceptados por las coenzimas NAD+ y FAD, que quedan reducidas en forma de NADH y FADH2.

El acetil-CoA que se introduce en el ciclo y se oxida hasta CO2 proviene de la degradación de principios inmediatos, mediante la β-oxidación de los ácidos grasos y la glucólisis de los glúcidos.

El ciclo de Krebs comienza cuando el grupo acetilo, de dos carbonos, se combina con una molécula de cuatro carbonos (ácido oxalacético) para producir un compuesto de seis carbonos (ácido cítrico). Después de recorrer este ciclo, dos de los seis carbonos se oxidan a CO2 (se eliminan) y se regenera el ácido oxalacético, que queda disponible para unirse nuevamente con otra molécula de acetil-CoA. Por tanto, son necesarias dos vueltas del ciclo para oxidar totalmente una molécula de glucosa, ya que, en la glucólisis, de cada molécula de glucosa se formaron dos de ácido pirúvico.

La energía que se ha liberado por la oxidación de los enlaces carbono-hidrógeno y carbono-carbono se emplea en producir ATP (una molécula por ciclo) a partir de ADP, y en producir NADH a partir del NAD+ (tres moléculas por ciclo). También se emplea en reducir otro portador de electrones, el flavín adenina dinucleótido (FAD), obteniendo una molécula de FADH2 a partir del FAD en cada ciclo.

No se necesita O2 directamente en el ciclo de Krebs, ya que todos los electrones y protones liberados en la oxidación de carbono son aceptados por el NAD+ y el FAD. Sin embargo, sí que es necesario el oxígeno en la cadena transportadora de electrones, la siguiente etapa de la respiración.

Por tanto, el ciclo de Krebs es la ruta metabólica (catabólica) en la que se produce la degradación total de la materia orgánica para transformarla en inorgánica, obteniendo energía directamente (sólo 1 ATP por vuelta) o reoxidando las coenzimas reducidas en la cadena transportadora de electrones de la membrana mitocondrial interna.

Aunque el ciclo de Krebs es catabólico, algunas de sus moléculas intermedias también pueden ser precursores de otros procesos anabólicos que ocurren en el citosol. Por eso se considera una vía anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo.

Balance energético del ciclo de Krebs

En cada vuelta del ciclo se genera:

  • Una molécula de GTP (convertible en ATP).
  • Tres de NADH y una de FADH2. Estas moléculas, por fosforilación oxidativa, formarán moléculas de ATP en la cadena de transporte electrónico.
  • Dos moléculas de CO2, que corresponden a los dos carbonos de una molécula de acetil-CoA completamente oxidados. El CO2 sale de la célula.

Por tanto, en el ciclo de Krebs, a partir de una molécula de glucosa (dos vueltas de ciclo) se forman dos moléculas de GTP, seis de NADH y dos de FADH2. El GTP transfiere su grupo fosfato al ADP, produciendo una molécula de ATP. Aunque el ciclo de Krebs no tiene un gran rendimiento energético en forma de ATP, sí obtiene nucleótidos reducidos de los que obtendrá más ATP posteriormente.

Ciclo de Krebs:
Acetil-CoA + GDP + Pi + 3 NAD+ + FAD → 2 CO2 + CoA + GTP + 3 NADH + FADH2

Preguntas que han salido en exámenes de acceso a la Universidad (Selectividad, EBAU, EvAU)

Madrid, Junio de 2017, opción A, cuestión 5.

Referente al metabolismo celular:

a) Explique brevemente el significado del carácter anfibólico del Ciclo de Krebs. Indique los productos iniciales y finales de dicho ciclo (1,5 puntos).

b) Indique la función de la molécula de ATP en el metabolismo de la célula (0,5 puntos).

Cantabria, Julio de 2019, opción 1, cuestión 2.

Defina el concepto de “Ciclo de Krebs”. Comente su función biológica en la célula. (1,5 puntos)

Castilla y León, Julio de 2019, opción A, cuestión 3.

Relacionado con el metabolismo celular:

a) Indique las moléculas iniciales y los productos finales de la glucólisis. (0,6)
b) Nombre tres rutas de las que puede proceder el acetil-CoA que se incorpora al ciclo de Krebs. (0,3)
c) ¿En qué orgánulo y en qué parte del mismo tiene lugar el ciclo de Krebs? Cite los coenzimas que se originan en esta etapa e indique su destino. (0,85)

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