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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.

Ciclo de Krebs

By Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

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

Síntesis de aminoácidos y ácidos grasos a partir de metabolitos más sencillos derivados del ciclo de Krebs y acetil CoA

La célula puede sintetizar aminoácidos y ácidos grasos a partir de metabolitos más sencillos derivados del ciclo de Krebs y acetil CoA.

Síntesis de aminoácidos

La síntesis de aminoácidos es un proceso anabólico que tiene lugar en el citoplasma celular. Se trata de la formación de aminoácidos a partir de precursores más sencillos, como el piruvato, el α-cetoglutarato, el oxalacetato, el succinato y el glutamato.

Estos precursores se obtienen a partir del ciclo de Krebs o de la degradación de otros aminoácidos. En el caso del ciclo de Krebs, los precursores más importantes son el piruvato, el α-cetoglutarato y el succinato. El piruvato se obtiene a partir de la glucólisis, el α-cetoglutarato se obtiene a partir del piruvato o del ciclo de Krebs, y el succinato se obtiene a partir del ciclo de Krebs.

La síntesis de aminoácidos comienza con la transaminación del precursor, que consiste en la transferencia del grupo amino de un aminoácido a un α-cetoglutarato, dando lugar a un nuevo aminoácido y a un nuevo α-cetoglutarato. El nuevo α-cetoglutarato puede entonces ser utilizado para sintetizar otros aminoácidos.

Síntesis de ácidos grasos

La síntesis de ácidos grasos es un proceso anabólico que tiene lugar en el citoplasma celular. Se trata de la formación de ácidos grasos a partir de acetil CoA, un metabolito que se produce a partir de la oxidación de glúcidos, lípidos o proteínas.

El proceso comienza con la condensación de dos moléculas de acetil CoA, dando lugar a un ácido graso de dos carbonos. El ácido graso de dos carbonos se alarga entonces progresivamente añadiendo unidades de acetil CoA, hasta alcanzar la longitud deseada.

La síntesis de ácidos grasos está catalizada por una serie de enzimas específicas que se encuentran en el citoplasma celular.

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)

Castilla La Mancha, Junio de 2021, pregunta 2.4.

En su discurso por haber recibido el premio Nobel, Hans Krebs dijo: “…el ciclo del ácido cítrico (de oxidación de carbohidratos) también juega un papel importante en las etapas posteriores a la beta oxidación de los ácidos grasos.”

a. ¿En qué orgánulo celular y en qué parte de dicho orgánulo tiene lugar el ciclo de Krebs?
b. ¿Cuál es la función metabólica del ciclo de Krebs? Indique DOS de sus productos finales.
c. ¿En qué molécula, que se incorpora al ciclo de Krebs, convergen la oxidación de carbohidratos y la de ácidos grasos? Justifique su respuesta.

Castilla y León, Junio de 2023, pregunta 3

3. Sobre la imagen del esquema, conteste las siguientes cuestiones:

Castilla y León, Junio de 2023, pregunta 3

a. ¿Qué vía metabólica origina ácido pirúvico a partir de la glucosa? Indique en qué lugar de la célula ocurre y a qué se debe que la reacción continúe por el camino (a) o por el camino (b). (0,8)
b. Nombre el compuesto señalado con el número 1 y la vía metabólica indicada con el número 2. (0,4)
c. De los destinos del ácido pirúvico mostrados en el esquema, explique cuál sería el más rentable desde el punto de vista energético. Razone si las vías metabólicas que aparecen en el esquema forman parte del anabolismo o del catabolismo. (0,8)

Navarra, Julio de 2023, pregunta 5.

En la figura de la izquierda se representa un ciclo metabólico.

a) ¿Qué parte del metabolismo representa?
b) ¿En qué tipo de células ocurre y dónde tiene lugar a nivel sub-celular?
c) Explica su función en la célula.

Ideas fundamentales sobre el ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs

  • El ciclo de Krebs es una ruta metabólica que forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas.
  • Se obtiene energía de la oxidación de acetil-CoA. procedente proviene de la degradación de principios inmediatos, mediante la β-oxidación de los ácidos grasos y la glucólisis de los glúcidos y proteínas, hasta CO2 y ATP.
  •  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.
    • Se obtiene ATP (una molécula por ciclo),  NADH (tres moléculas por ciclo) y una molécula de FADH2 en cada ciclo.
    • No necesita O2 directamente, aunque sí en la cadena transportadora de electrones, la siguiente etapa de la respiración.
  • En cada vuelta del ciclo de Krebs se genera:
    • Una molécula de GTP (convertible en ATP).
    • Tres de NADH y una de FADH2
    • Dos moléculas de CO2.
  • Por cada molécula de glucosa (dos vueltas de ciclo) se forman dos moléculas de GTP, seis de NADH y dos de FADH2
  • Ciclo de Krebs: Acetil-CoA + GDP + Pi + 3 NAD+ + FAD → 2 CO2 + CoA + GTP + 3 NADH + FADH2

Cataluña, Septiembre de 2013, serie 1, pregunta 3A

La figura siguiente (ver imagen del ciclo de Krebs en el texto superior) muestra detalladamente todas las reacciones que forman el ciclo de Krebs, con los enzimas que las catalizan escritos en cursiva en la parte interior

1) Con la información que hay en este esquema, responda las siguientes preguntas: [1 punto]

a) Complete el balance global neto del ciclo de Krebs.

1 Acetil-CoA + ............................................................................

                                                ↓

1 CoA-SH + ................................................................................

b) ¿En qué compartimento de una célula eucariota se produce esta vía metabólica?

2) El sustrato principal del ciclo de Krebs es el acetil-CoA. Enumera dos biomoléculas a partir de las cuales las células pueden obtener acetil-CoA. Indica también el nombre de las vías metabólicas que, mediante la degradación de estas moléculas, permiten obtener acetil-CoA. [1 punto]

Biomoléculas

Vías metabólicas de degradación para obtener acetil-CoA

3) El malonato es una sustancia venenosa que detiene el ciclo de Krebs porque inhibe uno de los enzimas que intervienen en él.[1 punto]

a) Si la presencia de malonato produce una gran acumulación de succinato, ¿cuál de los enzimas del ciclo de Krebs es inhibido por el malonato? Justifica tu respuesta.

b) Un estudiante ha sugerido que se podría compensar el efecto venenoso del malonato aumentando la cantidad de otro de los enzimas del ciclo de Krebs. Explica razonadamente si esta acción sería efectiva.

Repasando el ciclo de Krebs

Pregunta

¿Dónde se realiza el ciclo de Krebs en células eucariotas?

Respuestas

En el citoplasma.

En la membrana mitocondrial interna.

En la matriz mitocondrial.

En la cadena transportadora de electrones.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuántas vueltas del ciclo de Krebs son necesarias para oxidar totalmente una molécula de glucosa?

Respuestas

Una vuelta.

Dos vueltas.

Tres vueltas.

Cuatro vueltas.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué tipo de proceso es el ciclo de Krebs?

Respuestas

Anabólico.

Catabólico.

Fotosintético.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuántas moléculas de ATP se producen directamente en cada vuelta del ciclo de Krebs?

Respuestas

Una molécula.

Dos moléculas.

Tres moléculas.

Cuatro moléculas.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué molécula se regenera al final de cada vuelta del ciclo de Krebs?

Respuestas

ATP.

NADH.

Ácido oxalacético.

FAD.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué compuesto de seis carbonos se forma al inicio del ciclo de Krebs?

Respuestas

Ácido pirúvico.

Ácido cítrico.

Ácido oxalacético.

Acetil-CoA.

Retroalimentación

Pregunta

¿Dónde tiene lugar la síntesis de aminoácidos a partir de metabolitos derivados del ciclo de Krebs?

Respuestas

En la matriz mitocondrial.

En el citoplasma celular.

En la cadena transportadora de electrones.

En el núcleo celular.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cómo se forma un ácido graso durante la síntesis de ácidos grasos a partir de acetil CoA?

Respuestas

Por la glucólisis.

Por la condensación de dos moléculas de acetil CoA.

Por la transaminación de aminoácidos.

Por la oxidación de glúcidos.

Retroalimentación

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