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Ciclo del Ácido Cítrico

El ciclo del ácido cítrico, también conocido como ciclo del ácido tricarboxílico o ciclo de Krebs, es un conjunto cíclico de reacciones que ocurren en la matriz mitocondrial. El ciclo del ácido tricarboxílico es la continuación de cualquier vía metabólica que produce piruvato, que se convierte en su principal sustrato, acetil-CoA. El ciclo del ácido tricarboxílico oxida acetil-CoA y produce 2 CO2, guanosín trifosfato (GTP, por sus siglas en inglés), 3 nicotinamida adenina dinucleótido hidruro (NADH, por sus siglas en inglés) + H+ y flavín adenín dinucleótido hidruro 2 (FADH2, por sus siglas en inglés). Sus productos finales (NADH + H+ y FADH2) pasan a la cadena de transporte de electrones para producir un total de 10 adenosin trifosfato (ATP, por sus siglas en inglés) por ciclo.

Última actualización: 10 Abr, 2022

Responsabilidad editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Funciones

Producción de energía

  • Producción directa de GTP (equivalente a ATP)
  • NADH + H + y FADH2 luego producen ATP dentro de la cadena respiratoria.

Centro anfibólico

El ciclo del ácido cítrico proporciona precursores para muchos procesos catabólicos y anabólicos.

  • Precursores de aminoácidos:
    • Alfa-cetoglutarato para glutamato
    • Oxalacetato para aspartato
  • La succinil-CoA es crucial para la síntesis de porfirinas o hemo.
  • El citrato es necesario para la síntesis de ácidos grasos y colesterol.
  • El oxaloacetato es un sustrato para la gluconeogénesis.

Videos relevantes

Reacciones, Rendimiento y Balance Energético

Ácido cítrico o ciclo de krebs

Diagrama esquemático del ciclo del ácido cítrico


Imagen por Lecturio. Licencia: CC BY-NC-SA 4.0

Dos sustratos principales: acetil-CoA y oxaloacetato

  • Acetil-CoA de la beta-oxidación de ácidos grasos y la glucólisis
    • La piruvato deshidrogenasa produce acetil-CoA a partir del piruvato.
  • Oxalacetato de regeneración dentro del ciclo de Krebs o de piruvato
    • La piruvato carboxilasa produce oxaloacetato a partir de piruvato y CO2.

Pasos:
Acetil-CoA (C2) + oxaloacetato (C4) → Citrato (C6) → Isocitrato (C6) → α- Ketoglutarato (C5) → Succinil-CoA (C4) → Succinato (C4) → Fumarato (C4) → Malato (C4) → Oxalacetato (C4)
Mnemotecnia (en inglés es): Citrate (citrato) Is (es) Krebs’ (Krebs) Starting (inicial) Substrate (sustrato) For (para) Making (formar) Oxaloacetate (oxaloacetato)

Reacciones notables:

  • Irreversibles:
    • Acetil-CoA + oxaloacetato → citrato vía citrato sintasa
    • Isocitrato → α-cetoglutarato vía isocitrato deshidrogenasa
    • α-cetoglutarato → succinil-CoA a través de α-cetoglutarato deshidrogenasa
  • Succinato deshidrogenasa: única enzima del ciclo de Krebs que está anclada a la membrana interna de la mitocondria
  • α-cetoglutarato deshidrogenasa: requiere de 5 cofactores (pirofosfato de tiamina, ácido lipoico, coenzima A, FAD y NAD+)

Rendimiento:
3 NADH + H+ + 1 FADH2 + 1 GTP + 2 CO2 por acetil-CoA (x 2 por glucosa)

Balance de energía:
7,5 ATP (3 NADH + H+) + 1,5 ATP (1 FADH2) + 1 ATP (1 GTP) = 10 ATP por cada acetil-CoA (x 2 por glucosa)

Regulación

Regulación del ciclo del ácido cítrico
(principalmente por la disponibilidad de sustratos y la inhibición del producto)
Enzima Activada por Inhibida por
Piruvato deshidrogenasa
  • Adenosin difosfato (ADP, por sus siglas en inglés)
  • Disminución en la relación NADH/NAD+
  • Ca2+
  • Aumento en la relación acetil-CoA/CoA
  • Aumento en la relación NADH/NAD+
  • Aumento en la relación ATP/ADP
Citrato sintasa
  • ADP
  • Oxaloacetato
  • Acetil-CoA
  • Citrato
  • NADH + H+
  • ATP
  • Succinil-CoA
Isocitrato deshidrogenasa (mayor impacto en el ciclo del ácido cítrico)
  • ADP
  • Ca2+
  • ATP
  • NADH + H+
α-cetoglutarato deshidrogenasa Ca2+
  • Succinil-CoA
  • NADH + H+
Succinato deshidrogenasa Succinato Oxaloacetato

Relevancia Clínica

El siguiente proceso es estimulado por el ciclo del ácido tricarboxílico:

  • Cetogénesis: la síntesis de cuerpos cetónicos a partir de acetil-CoA. La cetogénesis es causada por inanición prolongada, cetoacidosis diabética y alcoholismo. La inhibición del ciclo del ácido tricarboxílico conduce a un aumento de los niveles de acetil-CoA, lo que estimula directamente la cetogénesis.

Las siguientes afecciones inhiben el ciclo del ácido tricarboxílico:

  • Hiperamonemia: una afección definida por un exceso de amoníaco en la sangre. Puede ser adquirida (enfermedad hepática) o hereditaria (deficiencias enzimáticas del ciclo de la urea). En la hiperamonemia, el nivel de α-cetoglutarato aumenta, lo que inhibe el ciclo del ácido tricarboxílico. Se presenta como asterixis, dificultad para hablar, somnolencia, vómitos, edema cerebral y visión borrosa.
  • Deficiencia de tiamina: afección que se produce por desnutrición y/o alcoholismo, que inhibe la enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa por falta de uno de sus cofactores (tiamina). Esto conduce a la acumulación de glutamato, lo que lleva a la encefalopatía de Wernicke. Se presenta como una tríada de confusión, oftalmoplejía y ataxia.
  • Cetoacidosis diabética: una afección que se observa principalmente en pacientes con diabetes mellitus tipo I, que es causada por niveles insuficientes de insulina. Se presenta con hiperglucemia, poliuria, polidipsia, náuseas, vómitos y depleción de volumen. Puede inhibir el ciclo del ácido tricarboxílico al reducir los niveles de oxaloacetato.
  • Trastornos por consumo de alcohol: el alcoholismo es un nivel de consumo de alcohol que excede el estándar sociocultural. La afección está marcada por la adicción mental y física, con un deseo irresistible por el alcohol y la tolerancia a la sustancia. Puede inhibir el ciclo del ácido tricarboxílico provocando un aumento en la relación NADH/NAD+.

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