Ciclo de krebs
Jose Domínguez

 El ciclo de Krebs
(también llamado ciclo
del ácido cítrico o ciclo de
los ácidos tricarboxílicos)
es una serie de
reacciones químicas de
gran importancia, que
forman parte de la
respiración celular en
todas las células
aerobias, es decir que
utilizan oxígeno.
Ciclo de los Tres Nombres

Proteínas Ácidos
Nucleicos
Aminoácidos
Nucleótidos
Urea
Lípidos
Glicerol Ácidos
Grasos
e–
O2
H2O
CO2
Polisacáridos
Glucosa
Piruvato
Monosacáridos
ANABOLISMO
CATABOLISMO
Esquema general del metabolismo
AcetilCoA
ATP

Procedencia y destinos del acetil-‐CoA
ACETIL-‐CoA
PIRUVATO
GLUCOSA TAG
ÁCIDOS GRASOS GLICEROL
AA CETOGÉNICOS
PROTEÍNAS
CICLO KREBS
CO2 + H2O
Síntesis de
ÁCIDOS
GRASOS
Síntesis de
ESTEROIDES
Síntesis de
CUERPOS
CETÓNICOS
ATP

La respiración: el ciclo de Krebs
1. Este ciclo es la ruta final de la oxidación del piruvato, ácidos grasos y cadenas de carbono de
los aminoácidos.
2. Se lleva a cabo en la mitocondria.
3. Cada reacción es catalizada por una enzima específica.
4. En la mayoría de los procariotas las enzimas del ciclo se localizan en el citosol, en tanto que
en los eucariotas están dentro de las mitocondrias.
5. Es necesaria una transformación del piruvato para que se inicie el proceso.

Coenzima A
grupo tiol
reactivo
Tioester, alta energía
G0’= –32,2 kJ/mol)
(Vit. B5)
Lehninger Principles of Biochemistry. 5e. Freeman. 2009.

 En organismos aeróbicos
el ciclo de Krebs es parte
de la vía catabólica que
realiza la oxidación de
hidratos de carbono,
ácidos grasos y
aminoácidos hasta
producir CO2 y agua,
liberando energía en
forma utilizable (poder
reductor y ATP).
 El ciclo de Krebs también
proporciona precursores
para muchas biomoléculas
tales como ciertos
aminoácidos. Por ello se
considera una vía
anfibólica, es decir,
catabólica y anabólica al
mismo tiempo.

Transformación del piruvato en Acetil-CoA
Los grupos acetilo entran en el ciclo en forma de acetil-CoA
Es este el producto común de la degradación de carbohidratos,
ácidos grasos y aminoácidos
El grupo acetilo esta unido al grupo sulfhidrilo del CoA por un
enlace tioéster

O
O O
H3C C C
HSCoA
NAD+
NADH
+ CO2
Pyruvate Dehydrogenase
pyruvate
O
H3C C S CoA
acetyl-CoA
El acetil-CoA se forma por descarboxilación
oxidativa del piruvato, por la acción del complejo
enzimático piruvato deshidrogenasa

Complejo piruvato deshidrogenasa
Piruvato Acetil-
‐
CoA
Complejo piruvato-‐DH
(E1 + E2 + E3)
• Descarboxilación oxidativa del piruvato. Irreversible. En la mitocondria.
• Complejo multienzimático: tres enzimas; cinco coenzimas.
• Regulación alostérica y por modificación covalente.
• Prototipo de otros dos complejos: -‐cetoglutaratoDH (Ciclo de Krebs) y
-‐cetoácidoDH(deg. aminoácidos).
Coenzimas:
• TPP (Vit. B1, tiamina).
• FAD (Vit B2, riboflavina).
• NAD+ (Vit B3, niacina).
•CoA (Vit B5,
pantotenato).
• Lipoato.
Enzimas:
• E1 = piruvato DH (TPP).
• E2 = dihidrolipoil transacetilasa (lipoato, CoA).
• E3 = dihidrolipoil deshidrogenasa (FAD, NAD+).
Lehninger Principles of Biochemistry.
5e. Freeman. 2009.

Complejo piruvato-‐DH
Lehninger Principles of Biochemistry. 5e. Freeman. 2009.

 El trabajo acoplado del ciclo del ácido
cítrico y la cadena de transporte de
electrones es la mayor fuente de
energía metabólica.
 El metabolismo aerobio del piruvato
por el ciclo del ácido cítrico y la
cadena de transporte de electrones
produce mucha mas
energía que la simple conversión
aerobia del piruvato a lactato o etanol
.

 El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz
mitocondrial en eucariotas y en el citoplasma
de procariotas.
REACCIONES DEL CICLO DE
KREBS

Condensación del Acetil CoA, gracias a la Citrato sintasa
 Citrato sintasa es una Enzima condensante, cataliza la
condensación aldólica entre el grupo metilo del acetil-CoA y el
carbonilo del Oxalacetato.
 La velocidad depende de la disponibilidad de los sustratos,
además de la Succinil-CoA.

Conversión del Citrato en Isocitrato.
 La enzima es denominada aconitato hidratasa.
 La mezcla en equilibrio, contiene aproximadamente un 93%
citrato y un 7% de isocitrato.
 Se tiene un compuesto intermediario, denominado cis-aconitato.

Oxidación del Isocitrato a α-cetoglutarato (α-
oxoglutarato)
 Existen 2 tipos de Isocitrato deshidrogenasa, uno dependiente
del NAD+ y otro del NADP+.
 Estudios recientes indican que la primera es la que cataliza la
reacción correspondiente.

Oxidación del α-cetoglutarato (α-oxoglutarato) a
Succinil-CoA
 Es biológicamente irreversible en células animales.
 Participan como coenzimas el Pirofosfato de tiamina, ácido
lipoico, CoA, FADy NAD+.

Desacilación del Succinil-CoA
 La pérdida del CoA no se dá por simple hidrólisis sino por reacción de
conservación de energía (GTP).
 El GTP formado en esta reacción cede su fosfato terminal al ADP para
formar ATP mediante acción de la nucleósido-difosfato-quinasa.

Conversión de Succinato a Fumarato
 La succinato deshidrogenasa está ligada covalentemente al FAD
que actúa como aceptor de un hidrógeno en la reacción.

Hidratación del Fumarato
 La enzima se denomina fumarato hidratasa, y tiene la capacidad
de catalizar una hidratación en forma Trans, para obtener Malato.

Oxidación del Malato a Oxalacetato.
 Es la última reacción del ciclo, aún siendo endergónica se dá con
mucha facilidad.
 Es estereoespecífica para la forma L del malato.

ENERGÉTICA DEL CICLO DE KREBS
 El ciclo de Krebs siempre es seguido por la fosforilación
oxidativa.
 Este proceso extrae la energía en forma de electrones de alto
potencial de las moléculas de NADH y FADH2, regenerando
NAD+ y FAD, gracias a lo cual el ciclo de Krebs puede
continuar.

Balance energético del ciclo de Krebs
4 NADH
1 FADH2
1 GTP
Acetil CoA
Como se obtienen 2 piruvatos por cada molécula de glucosa:
Acido Pirúvico
8 NADH
2 FADH2
2 GTP
2 Acetil CoA
2 Acidos Pirúvicos

La respiración: el transporte de electrones en la cadena respiratoria
Durante el catabolismo de la glucosa se obtienen varios coenzimas reducidos: NADH + H+ y FADH2
(moléculas con un alto poder reductor).
Estas moléculas se van a oxidar en la última etapa de la respiración, la cadena respiratoria.
Pasan por una cadena en la que se reducen y se oxidan diferentes moléculas, a medida que se van
traspasando unas a otras los protones y los electrones procedentes del NADH y del FADH2.

En esta cadena, los transportadores de electrones pueden estar agrupados en grandes complejos
de enzimas respiratorios, que se ocupan de transportar simultáneamente electrones y protones (H+)
• complejo NADH deshidrogenasa
• el complejo coenzima-Q reductasa o ubiquinona,
• los citocromos:
• complejo de citocromos b-C1,
• complejo citocromo-oxidasa
La energía que se libera cuando pasan
los electrones se utiliza para bombear
protones desde la matriz mitocondrial al
espacio intermembrana.

Cada transportador de electrones de la cadena se oxida al
ceder electrones y el siguiente se reduce al aceptarlos.
Como la energía liberada durante la oxidación es mayor que
la consumida para la reducción, en cada paso hay un
sobrante de energía que se invierte en la síntesis de ATP.
Si las oxidaciones que se producen en la fosforilación
oxidativa se hicieran en un solo paso, se liberaría una gran
cantidad de calor, que además de suponer una pérdida de
energía, sería incompatible con las condiciones celulares.

Fosforilación oxidativa. Hipótesis quimiosmótica de
Mitchell.
Según esta teoría, la energía liberada se invierte en provocar un bombeo de
protones (H+) desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranal.
Se crea un gradiente electroquímico.
Cuando los protones (H+) en exceso en el espacio intermembranoso vuelven a
la matriz mitocondrial, lo hacen atravesando las partículas F o complejos
enzimáticos ATP-sintetasa, suministrándoles la energía necesaria para la
síntesis de ATP.

Fosforilación oxidativa. Hipótesis quimiosmótica de
Mitchell.
Se ha calculado que los H+ bombeados en cada uno de los complejos NAD
deshidrogenasa, citocromos b-c1 y citocromo-oxidasa, son suficientes para sintetizar un
ATP.
A partir de un NADH+H+ que ingresa en la cadena respiratoria se obtienen 3ATP.
A partir de un FADH2 sólo se obtienen 2ATP, ya que el FADH2 se incorpora a la cadena
respiratoria en el complejo coenzima Q reductasa.
Al final de la cadena respiratoria aeróbica los hidrógenos se unen al oxígeno y forman
agua.

ATP sintasa
• Forman canales por donde
pasan los protones
• Están formados por:
1. Complejo enzimático F1
2. Zona de anclaje Fo
• Por cada 3 protones que pasan
se forma una molécula de ATP

Rendimiento energético del catabolismo por respiración de la
glucosa:
En la glucólisis por cada molécula de glucosa que es degradada se forman dos moléculas de ácido pirúvico, 2
NADH y 2 ATP.
En el sistema piruvato-deshidrogenasa y en el ciclo de Krebs se producen 1 GTP (equivalente a 1 ATP), 4
NADH y 1 FADH2. Si las dos moléculas de ácido pirúvico obtenidas en la glucólisis inician el ciclo de Krebs,
todos los productos de éste hay que multiplicarlos por dos: 2 GTP (equivalente a 2 ATP), 8 NADH y 2 FADH2.
Las coenzimas reducidas ingresan en la cadena respiratoria y se forma ATP.
En las bacterias, como el NADH que se obtiene en la glucólisis no tiene que entrar en la mitocondria (no hay),
pasa directamente a la cadena respiratoria y se obtienen 3 ATP en lugar de 2. El balance global es de 38 ATP
en lugar de 36 ATP (eucariotas).

Rendimiento energético del catabolismo por respiración de la glucosa:
Proceso Citoplasma Matriz mitocondrial Transporte
electrónico
Total
Glucolisis 2 ATP
2 NADH
2 FADH2
2 x (2ATP)
2 ATP
4 ATP
Respiración Ac. Piruvico
a Ac. CoA
2 X (1NADH) 2 x (3ATP) 6 ATP
Ciclo de
Krebs
2 X (1 GTP)
2 X(3 NADH)
2 X(1 FADH2)
6 x (3ATP)
2 x (2ATP)
2 ATP
18 ATP
4 ATP
Balance energético global (por molécula de glucosa) 36 ATP

Papel del ciclo de Krebs en el anabolismo y reacciones anapleróticas (de relleno)
Porfirinas
Aminoácidos
Ácidos grasos
Esteroides
Glucosa
Aminoácidos
Aminoácidos
Lehninger Principles of Biochemistry. 5e. Freeman. 2009.

Complejo
Piruvato-‐DH
Isocitrato-
‐
DH
E1
E1
activa
P inactiva
+ ATP
ATP,
acetilCoA,
NADH
ATP
Regulación del ciclo de Krebs
Citrato
sintasa
ATP
ADP
succinilCoA, NADH
Complejo
-‐cetoglutarato-‐DH
Lehninger Principles of Biochemistry. 5e. Freeman. 2009.