RUTAS METABÓLICAS.

Una ruta metabólica es una serie de reacciones consecutivas catalizadas por un enzima que produce compuestos

intermedios y finalmente un producto o productos; en muchos casos, el producto final de una ruta metabólica es la

sustancia inicial de otra ruta.

Las rutas metabólicas comparten varias características comunes, por ejemplo, la mayoría requiere de ATP como fuente

fundamental de energía. las sustancias intermedias producidas en las rutas metabólicas generalmente no se almacenan

en cambio, se producen los intermedios de otras sustancias en el momento en que es necesario. En las diferentes partes

de la célula ocurren diferentes reacciones metabólicas, por ejemplo, la degradación de la glucosa ocurre en el

citoplasma, y la oxidación de los ácidos grasos ocurre en las mitocondrias; así, las sustancias comunes a más de una ruta

se deben transportar de un organelo a otro. Finalmente, cada ruta metabólica esta regulada por muchos mecanismos

diferentes; las enzimas alostéricas y las hormonas son generalmente los agentes químicos que regulan a estas.

METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos alimenticios se hidrolizan principalmente a monosacáridos en el intestino delgado y se absorben en la

sangre. El monosacárido más importante y abundante es la glucosa, la cual es la fuente de energía fundamental de las

células vivas.

La glucosa se absorbe por medio de dos mecanismos diferentes. El mecanismo principal requiere de la insulina,

hormona que se necesita para la entrada de las moléculas de la glucosa en el corazón, el músculo esquelético y el tejido

adiposo.

Cuando la concentración de la glucosa en la sangre aumenta, el páncreas secreta la insulina en la sangre, las moléculas

de la insulina viajan a través de ella y se une a los sitios receptores de las membranas celulares de las células objetivo. La

unión de las moléculas de la insulina al sitio receptor origina un mecanismo que transporta las moléculas de la glucosa a

través de la membrana celular hacia el citoplasma de la célula.

La glucosa que entra a las células se puede degradar para producir energía. La ruta por la cual la glucosa se degrada se

denomina glucólisis; si la célula no tiene una demanda de energía, la glucosa se almacena en las moléculas del glicógeno.

La ruta por la cual se produce el glicógeno se denomina glicogénesis. Lo opuesto de la glicogénesis es la glicogenólisis.

Metabolismo de los carbohidratos

El cerebro necesita un continuo aporte de glucosa para su normal funcionamiento, aunque, en ocasiones, puede

adaptarse a niveles más bajos de los habituales, o incluso utilizar cuerpos cetónicos procedentes del fraccionamiento de

las grasas. Los hematíes, también requieren básicamente de la glucosa pasa su metabolismo y funciones. Son

importantes ejemplos de tejidos que necesitan una adecuada regulación del mantenimiento de la glucemia, un proceso

ciertamente complejo, y en el que intervienen varias vías metabólicas

Las concentraciones de la glucosa en sangre, en adultos, se encuentran habitualmente entre 72.0 - 99.0 mg/100 mL (4.0-

5.5 mmol/L). Pero, cuando se ingiere una comida que contiene carbohidratos, las glucemias pueden elevarse hasta 135.0

mg /100 mL, durante un cierto período de tiempo. En una fase de ayuno, pueden ser tan bajas como de 54.0 –, 63.0

mg/100 mL. Si los niveles de glucemia se encuentran alrededor de 180.0 mg /100 mL, como ocurre en la diabetes

mellitus, o con niveles más altos, como en algunos individuos en graves situaciones patológicas, llega a aparecer glucosa

en la orina (glucosuria).

Varios son los procesos que intervienen en el metabolismo hidrocarbonado, que se presentan a continuación.

Glucolisis: Se denomina glucolisis a un conjunto de reacciones enzimáticas en las se metabolizan glucosa y otros

azúcares, liberando energía en forma de ATP. La glucolisis aeróbica, que es la realizada en presencia de oxígeno, produce

ácido pirúvico, y la glucolisis anaeróbica, en ausencia de oxígeno, ácido láctico.

La glucolisis es la principal vía para la utilización de los monosacáridos glucosa, fructosa y galactosa, importantes fuentes

energéticas de las dietas que contienen carbohidratos. Durante la fase postabsortiva la glucosa procede, además, de

otras fuentes. Tras el proceso de absorción intestinal, los azúcares glucosa, fructosa y galactosa son transportados, por la

vena porta, al hígado, en donde la fructosa y la galactosa se convierten rápidamente en glucosa. La fructosa puede

entrar, directamente en la vía de la glucolisis.

La glucolisis se realiza en el citosol de todas las células. Aunque son muchas las reacciones catalizadas por diferentes

enzimas, la glucolisis está regulada, principalmente, por tres enzimas: hexocinasa, fosfofructocinasa y piruvatocinasa, las

cuales intervienen en el paso de las hexosas a piruvato. En condiciones aeróbicas, el piruvato es transportado al interior

de las mitocondrias, mediante un transportador, en donde es decarboxilado a acetil CoA, que entra en el ciclo del ácido

cítrico. En condiciones anaeróbicas, el piruvato se convierte a lactato, que es tranportado al hígado, en donde interviene

en el proceso de gluconeogénesis, y pasa de nuevo a la circulación para intervenir en la oxidación de los tejidos y en el

ciclo del ácido láctico, o de Cori.

Los oligosacáridos y polisacáridos, no digeridos y no absorbidos en el intestino delgado, llegan al grueso en donde son

hidrolizados a monosacáridos por enzimas membranosas secretadas por bacterias, los monosacáridos se convierten a

piruvato, que es inmediatamente metabolizado a ácidos grasos de cadena corta, como acetato, propionato, butirato, y a

gases, como dióxido de carbono, metano e hidrógeno.

Gluconeogénesis

Gluconeogénesis es el proceso de formación de carbohidratos a partir de ácidos grasos y proteínas, en lugar de hacerlo

de carbohidratos. Intervienen, además del piruvato, otros sustratos como aminoácidos y glicerol. Se realiza en el citosol

de las células hepáticas y en él intervienen las enzimas glucosa-6-fosfatasa, fructosa 1,6-bifosfatasa y fosfoenolpiruvato

carboxicinasa, en lugar de hexocinasa, fosfofructocinasa y piruvato cinasa, respectivamente, que son estas últimas las

enzimas que intervienen en la glucolisis.

El aminoácido alanina, transportado del músculo al hígado, puede convertirse en glucosa.

En el tejido adiposo, los acilgliceroles, mediante hidrólisis, pasan continuamente a glicerol libre, que llega al hígado en

donde, inicialmente, se convierte en fructosa 1,6 bifosfato y posteriormente en glucosa.

Glucógeno

Glucógeno es un polisacárido, formado a partir de glucosa. En los animales, cuando la glucosa excede sus

concentraciones circulantes y no se utiliza como fuente de energía, se almacena en forma de glucógeno,

preferentemente en hígado y músculo. La principal función del glucógeno, en el hígado, es la de proporcionar glucosa

cuando no está disponible de las fuentes dietéticas. En el músculo suministra aportes inmediatos de combustible

metabólico.

Glucogenolisis

Glucogenolisis es el proceso por el que los depósitos de glucógeno se convierten en glucosa. Si el aporte de glucosa es

deficiente, el glucógeno se hidroliza mediante la acción de las enzimas fosforilasa y desramificante, que producen

glucosa-1-fosfato, que pasa a formar, por medio de fosfoglucomutasa, glucosa-6-fosfato, la cual por la acción de

glucosa-6-fosfatasa, sale de la célula en forma de glucosa, tras pases previos a glucosa-1-fosfato y glucosa-6-fosfato

Glucogénesis

Es el proceso inverso al de glucogenolisis. La vía del glucógeno tiene lugar en el citosol celular y en él se requieren: a)

tres enzimas, cuales son uridina difosfato (UDP)-glucosa pirofosforilasa, glucógeno sintasa y la enzima ramificadora,

amilol (1,4 -> 1,6) transglicosilasa, b) donante de glucosa, UDP-glucosa, c) cebador para iniciar la síntesis de glucógeno si

no hay una molécula de glucógeno preexistente, d) energía

Regulación del metabolismo del glucógeno

Es un proceso muy complejo y todavía no bien conocido. En él hay que considerar dos niveles: alostérico y hormonal. El

control alostérico depende fundamentalmente de las acciones de las enzimas fosforilasa y glucógeno sintasa. A nivel

hormonal, la adrenalina en el músculo y en hígado, y el glucagón, solo en el hígado, estimulan el fraccionamiento del

glucógeno. Aunque la acción de la insulina no es bien conocido, al tratarse de una hormona anabólica se asume que

estimula la síntesis e inhibe la rotura del glucógeno.

Enfermedades con almacenamiento de glucógeno o tesaurismosis

Una serie de defectos hereditarios en el metabolismo dan lugar a unas enfermedades, por alteraciones enzimáticas, en

la que se detecta almacenamiento del glucógeno. Se conocen 9 tipos diferentes de enfermedades:

I. Enfermedad de von Gierke

Enzima deficiente: glucosa-6-fosfatasa

Afectación: hígado y riñón. Clínica: hepatomegalia, alteraciones del crecimiento, hipoglucemia

II. Enfermedad de Pompe

Enzima deficiente: alfa-(1 - > 4)-glucán-6-glucosiltrasferasa

Afectación: hígado, corazón y músculo. Clínica: insuficiencia cardiorespiratoria, puede ser mortal antes de los 2 años de

edad.

III. Enfermedad de Cori

Enzima deficiente: amilo-(1 - >)-glucosidasa

Afectación: hígado y músculo. Clínica: hepatomegalia, alteraciones del crecimiento, hipoglucemia, aunque con menor

intensidad que en el tipo I

IV. Enfermedad de Andersen

Enzima deficiente: amilo-(1 - >4, 1 - >6)-glucosiltransferasa

Afectación: hígado. Clínica: cirrosis hepática, puede ser mortal antes de los 2 años de edad.

V Enfermedad de McArdle

Enzima deficiente: fosforilasa

Afectación: músculo. Clínica: cansancio y debilidad muscular

VI. Enfermedad de Hers

Enzima deficiente: fosforilasa

Afectación: hígado. Clínica: hepatomegalia, alteraciones del crecimiento, hipoglucemia, aunque con menor intensidad

que en el tipo I

VII. Enfermedad por deficiencia de fosfofructocinasa

Enzima deficiente: fosfofructocinasa.

Afectación: músculo. Clínica: cansancio y debilidad muscular

VIII. Enfermedad de Tarui

Enzima deficiente: fosforilasacinasa

Afectación: hígado. Clínica: hepatomegalia, alteraciones del crecimiento, hipoglucemia, pero con menor intensidad que

en el tipo I.

IX. Enfermedad por deficiencia hepática de glucógeno sintasa

Escasas concentraciones de la enzima realizan alguna biosíntesis de glucógeno

Via de las pentosas fosfato

La vía de las pentosas fosfato, también conocida como vía del fosfoglucanato, es una alternativa para el metabolismo de

la glucosa. Se realiza en el citoplasma de células de hígado, glándulas mamarias durante la lactancia, tejido adiposo,

glándulas suprarrenales y hematíes.

Las principales funciones de esta vía son:

a) producción de NADPH, en esta vía no se consume, ni tampoco se produce ATP. Tanto NADP como NADPH se

consideran moléculas de alta energía en las que sus electrones se emplean en reacciones de síntesis reductoras.

b) producción de ribosa para la síntesis de nucleótidos y de ácido nucleico.

c) regenenación, en hematíes, de la forma reducida de glutation, un antioxidante.

Referencias:

- BENYON S.: Producción de NADPH. En, Lo Esencial en Metabolismo y Nutrición. Cursos “Crash” de Mosby.. Harcourt,

Madrid, 1998

- BENYON S.: Metabolismo de los carbohidratos y energético. En, Lo Esencial en Metabolismo y Nutrición. Cursos

“Crash” de Mosby. Harcourt, Madrid, 1998

- HICKS J J.: Glucolisis, Glucógeno: metabolismo y sus alteraciones. Gluconeogénesis, En, Hicks J J. Bioquímica. Mac

Graw-Hill Interamericana, , 2000

- BENYON S: Metabolismo de las proteína. En, Lo Esencial en Metabolismo y Nutrición. Cursos “Crash” de Mosby..

Harcourt, Madrid, 1998

Toda máquina que se aprecia a realizar movimientos mecánicos, necesita de algún tipo de energía química, el coche

para que se mueva necesita de una reacción química de quema del combustible para que el motor funcione, un barco

necesita que sus calderas sean abastecidas con hulla, de entre otras maquinas, que en materia de energía no se difieren

del cuerpo humano. En realidad funcionamos como máquinas cuando nos referimos al movimiento; somos una máquina

mecánica, y para que se realicen procesos mecánicos, es necesario que antes sean desencadenados procesos químicos

en nuestro organismo, y estos procesos químicos son lo que llamamos de metabolismo.

El metabolismo es el conjunto de transformaciones que las sustancias químicas sufren en el interior de los organismos

vivos. Estas reacciones son responsables por los procesos de síntesis y degradación de los nutrientes en la célula y

constituyen la base de la vida, permitiendo el crecimiento y reproducción de las células, manteniendo sus estructuras y

adecuando respuestas a sus ambientes.

Las reacciones químicas del metabolismo están organizadas en vías metabólicas, que son secuencias de reacciones en

que el producto de una reacción es utilizado como reactivo en la reacción siguiente.

El anabolismo y el catabolismo

Las reacciones anabólicas, o reacciones de síntesis, son reacciones químicas que producen nueva materia orgánica en

los seres vivos. Se sintetizan nuevos compuestos (moléculas más complejas) a partir de moléculas simples (con consumo

de ATP).

Las reacciones catabólicas, o reacciones de descomposición/degradación, son reacciones químicas que producen

grandes cantidades de energía libre (bajo la forma de ATP) a partir de la descomposición o degradación de moléculas

más complejas (materia orgánica).

Cuando el catabolismo supera en actividad al anabolismo, el organismo pierde peso, lo que acontece en períodos en

ayunas, debilidad nutricional para realizar actividades, entrenamientos, o durante una enfermedad;

Si el anabolismo supera al catabolismo, el organismo crece en músculos o gana peso.

Si ambos procesos están en equilibrio, el organismo se encuentra en equilibrio dinámico o homeostasis.

El principal combustible para las reacciones metabólicas energéticas es lo que denominamos de ATP ( Adenosina

Trifosfato); esa molécula de ATP es la que va a suministrarnos energía para que se produzcan las reacciones mecánicas

en nuestro cuerpo. El mecanismo de acción del ATP funciona por degradación de una de las moléculas de FOSFATO (P)

degradación que es realizada por una enzima, la "ATPasa".

Los carbohidratos, lípidos y proteínas

Esos 3 sustratos además de las fibras, vitaminas y sales minerales son a la base de nuestra dieta calórica, sin embargo

cada uno con su importancia.

La moneda de energía de nuestro cuerpo es el ATP, el cuerpo humano tiene como fuente de ATP, 3 vías metabólicas, la

primera de ellas es la que llamamos de ATP-CP o ciclo de los fosfágenos.

Proceso 1 - Ciclo ATP-CP

En esta vía metabólica la principal característica y la obtención de energía e a través de una reacción química rápida.

Dentro de nuestra musculatura existen moléculas de un compuesto químico que denominamos CREATINA FOSFATO

(CP) o Fosfocreatina (PC); la creatina fosfato es responsable de suministrar energía en las ejecuciones de movimientos

explosivos que duran alrededor de 3 a 15 segundos.

Una molécula de ATP se degrada formando el ADP, esa molécula de fosfato que salió del compuesto ATP, generó

energía pro-movimiento, es así que el ATP necesita recomponerse. Entonces de manera rápida actúa la CP; la enzima

creatinaquinasa que se responsabiliza por degradar la molécula de fosfato de la CP y suministrarla al ADP formando

entonces así un nuevo ATP, y ese ciclo es continúo hasta que las reservas de CP en el músculo se agoten, allí el

organismo vuelva a producirlas lo que lleva alrededor de 40 a 60 segundos. Es aquí en donde entra en respuesta el tan

debatido intervalo de descanso en la hipertrofia, y son las moléculas de CP las que suministran energía para los

ejercicios de Fuerza Máxima o Fuerza Rápida. Pero como vimos ellas se agotan y duran solamente 15 segundos.

Proceso 2 - Anaerobio ( Proceso Glicolítico )

Justo después de estos 15 segundos de esfuerzo el cuerpo se ve obligado a buscar energía para la continuidad de la

ejecución mecánica, y realiza la búsqueda en la segunda vía metabólica energética de que es el proceso glicolítico

(anaerobia), en esta segunda vía metabólica los principales proveedores de energía serán las moléculas de glucosa, y

glucógeno muscular y hepático, sin embargo, la glucosa no entra directamente en el cuerpo; primero es metabolizada

antes de volverse glucosa. Los carbohidratos actúan como agente que nos suministra el producto final de glucosa en

esta fase.

Los carbohidratos de entre los 3 sustratos es el máximo responsable por el stock energético del cuerpo humano. Tras

entrar en el cuerpo los carbohidratos son metabolizados y cada gramo de carbohidratos forma 2 moléculas de glucosa o

3 moléculas de glucógeno; la glucosa es la fuente de "energía de urgencia" y es usada rápidamente por el cuerpo,

mientras que el glucógeno funciona como fuente de reserva para que después de ser metabolizado en glucosa,

suministre energía y quede almacenado tanto en los músculos como en el hígado.

Cada gramo de carbohidrato nos suministra aproximadamente 4 kcal y tras ser metabolizado en glucosa o glucógeno,

estos dos polímeros serán nuevamente metabolizados y formarán lo que llamamos de PIRUVATO o ÁCIDO PIRUVICO, y

para que ocurra esta reacción el cuerpo no usa oxígeno para la combustión por ello llamamos vía ANAEROBIA.

Así como en el sistema ATP-CP, el piruvato será metabolizado su resultado es el LACTATO o ÁCIDO LÁCTICO, este

producto final de la degradación anaerobia se distribuirá por el cuerpo y será el precursor de las señales de fatiga,

cuanto más lactato haya, habrá mayor hiper-acidez. Y una mayor fatiga, hace que haya menor disposición para hacer el

ejercicio (aquí está la respuesta del porque no se hace 100 repeticiones en una serie) recordando que el sustrato

priorizado para esa reacción es el CARBOHIDRATO. Los lípidos y grasa no suministran energía en ese proceso.

Proceso 3- Aerobio

La aerobiosis se refiere a un proceso bioquímico que representa la forma más eficaz de obtener energía a partir de

nutrientes como la glucosa, en la presencia obligatoria de oxígeno. Es decir, el proceso anerobio viene de la "respiración

celular"; las mitocondrias presentes en sus células serán las principales estrellas de ese proceso.

El proceso aerobio de obtención de energía se de por el metabolismo de carbohidratos primeramente y de lípidos

posteriormente, en donde las proteínas son usadas en este proceso solamente en situación de urgencia.

Recordemos que en los primeros 15 segundos de actividad el cuerpo adquiere energía para realización del movimiento

proveniente del sistema ATP-CP, justo después de estos 15 segundos, las moléculas de Creatina-Fosfato se agotan y el

cuerpo búsca energía en las moléculas de GLUCOSA, por el proceso anaerobio láctico, proceso que durará como máximo

3 minutos en función de la hiperacidez. El lactato deberá ser removido del cuerpo por la enzima denominada

LACTATODESIDROGENASA y ese proceso dura entre 40 a 60 minutos. En ciertas ocasiones se piensa que el dolor

muscular del día siguiente son provenientes de ácido láctico, lo que está fuera de lugar.

Tras estos 3 minutos el cuerpo ya no tiene como soportar la producción de ácido láctico y mueve el piruvato de sistema

anaerobio, que producirá un grupo ACETIL que se vincula con la COENZIMA A, formando ACETILCoa, sustancia que será

la clave para lo que denominamos el CICLO DEL ÁCIDO TRICARBOLIXICO o ACÍDO CITRICO, el famoso CICLO DE KREBS

que ocurrirá dentro de la mitocondria, responsable por la respiración celular

Loos CARBOHIDRATOS son la principal fuente de energía del cuerpo y no se cansa de usarlos hasta que las reservas

decaigan mucho y el cuerpo entre en estado de alerta necesitando de una nueva fuente de energía mucho más eficiente

para que sean restablecidos los niveles de GLUCÓGENO y GLUCOSA. Esta fuente serán los LIPIDOS, responsables por la

producción de 9 kcal de energía por cado grama de grasas, mas que el doble de la capacidad de los carbohidratos.

Tras la reducción de las reservas de glucosa y glucógeno proveniente de los CARBOHIDRATOS, el cuerpo utiliza los

lípidos, que a través de uno proceso denominado BETA-OXIDACIÓN formarán ACETILCoa e ingresarán en el CICLO DE

KREBS que tendrá como producto final... Agua, CO2 y 38 a 39 moléculas de ATP.

Cuando se está quemando las moléculas de grasas, el cuerpo pausa la degradación de las reservas energéticas y lleva

dos veces más tiempo para agotarse, eso acontece justamente porque los lípidos suministran más de dos veces la

cantidad de energía de los carbohidratos.

Si en 1 minuto se quema 1 gramo de carbohidrato, llevará aproximadamente 2 minutos y 15 segundos quemar un

gramo de grasas, y en ese medio tiempo ya se habrá quemado 2.5 gramos de carbohidratos, convirtiendo al organismo

en un mecanismo perfecto.

Tras la entrada en el CICLO DE KREBS, el cuerpo no prioriza más ninguna vía energética, siendo el último proceso de

obtención de energía para el cuerpo y como vimos él no produce algunas moléculas de ATP como en los sistemas

anaerobios; él produce de 38 a 39 moléculas por moléculas de glucosa, es ahi que se nota la importancia del oxígeno o

de una buena práctica de respiración en el ejercicio.

Ciclo de Krebs El ciclo de Krebs (conocido también como ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico) es un ciclo metabólico de importancia fundamental en todas las células que utilizan oxígeno durante el proceso de respiración celular. En estos organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es el anillo de conjunción de las rutas metabólicas responsables de la degradación y desasimilación de los carbohidratos, las grasas y las proteínas en anhídrido carbónico y agua, con la formación de energía química. El ciclo de Krebs es una ruta metabólica anfibólica, ya que participa tanto en procesos catabólicos como anabólicos. Este ciclo proporciona muchos precursores para la producción de algunos aminoácidos, como por ejemplo el cetoglutarato y el oxalacetato, así como otras moléculas fundamentales para la célula. El ciclo toma su nombre en honor del científico anglo-alemán Hans Adolf Krebs, que propuso en 1937 los elementos clave de la ruta metabólica. Por este descubrimiento recibió en 1953 el Premio Nobel de Medicina.

Etapas del Ciclo de Krebs

Reacción 1: Citrato sintasa (De oxalacetato a citrato)

El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para hacerlo afín a un centro carbonoso del

oxalacetato. Como consecuencia de la unión entre las dos moléculas, el grupo tioéster

(CoA) se hidroliza, formando así la molécula de citrato.

La reacción es sumamente exoergónica (ΔG'°=-31.4 kJ/mol), motivo por el cual este paso

es irreversible. El citrato producido por la enzima, además, es capaz de inhibir

competitivamente la actividad de la enzima. Incluso estando la reacción muy favorecida

(porque es exoergónica), la citrato sintasa puede ser perfectamente regulada. Este aspecto tiene una notable

importancia biológica, puesto que permite una completa regulación del ciclo de Krebs completo, convirtiendo a la

enzima en una especie de marcapasos del ciclo.

Reacción 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato)

La aconitasa cataliza la isomerización del citrato a isocitrato, por la formación de cis-

aconitato. La enzima cataliza también la reacción inversa, pero en el ciclo de Krebs tal

reacción es unidireccional a causa de la ley de acción de masa: las concentraciones (en

condiciones estándar) de citrato (91%), del intermediario cis-aconitato (3%) y de isocitrato

(6%), empujan decididamente la reacción hacia la producción de isocitrato.

En el sitio activo de la enzima está presente un clúster hierro-azufre que, junto a algunos residuos de aminoácidos

polares, liga el sustrato. En concreto, la unión al sustrato se asegura por la presencia de un resto de serina, de arginina,

de histidina y de aspartato, que permiten sólo la unión estereospecifica del citrato 1R,2S, rechazando la forma opuesta.

Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a oxoglutarato)

La isocitrato deshidrogenasa mitocondrial es una enzima dependiente de la presencia de

NAD+ y de Mn2+ o Mg2+. Inicialmente, la enzima cataliza la oxidación del isocitrato a

oxalsuccinato, lo que genera una molécula de NADH a partir de NAD+. Sucesivamente, la

presencia de un ión bivalente, que forma un complejo con los oxígenos del grupo

carboxilo en posición alfa, aumenta la electronegatividad de esa región molecular. Esto

genera una reorganización de los electrones en la molécula, con la consiguiente rotura de la unión entre el carbono en

posición gamma y el grupo carboxilo adyacente. De este modo se tiene una descarboxilación, es decir, la salida de una

molécula de CO2, que conduce a la formación de α-cetoglutarato, caracterizado por dos carboxilos en las extremidades y

una cetona en posición alfa con respecto de uno de los dos grupos carboxilo.

Reacción 4: α-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA)

Después de la conversión del isocitrato en α-cetoglutarato se produce una segunda

reacción de descarboxilación oxidativa, que lleva a la formación de succinil CoA. La

descarboxilación oxidativa del α-chetoglutarato es muy parecida a la del piruvato, otro α-

cetoácido.

Ambas reacciones incluyen la descarboxilación de un α-cetoácido y la consiguiente

producción de una unión tioéster a alta energía con la coenzima A. Los complejos que

catalizan tales reacciones son parecidos entre ellos.

La α-cetoglutarato deshidrogenasa (o, más correctamente, oxoglutarato deshidrogenasa), está compuesta de tres

enzimas diferentes:

* Subunidad E1: las dos cetoglutarato deshidrogenasas.

* Subunidad E2: la transuccinilasa.

(La subunidad E1 y E2 presentan una gran homología con las de la piruvato deshidrogenasa.)

* Subunidad E3: la dihidrolipoamida deshidrogenasa, que es el mismo polipéptido presente en el otro complejo

enzimático.

Reacción 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato)

El succinil-CoA es un tioéster a alta energía (su ΔG°′ de hidrólisis está en unos -33.5 kJ mol-

1, parecido al del ATP que es de -30.5 kJ mol-1). La citrato sintasa se sirve de un

intermediario con tal unión a alta energía para llevar a cabo la fusión entre una molécula

con dos átomos de carbono (acetil-CoA) y una con cuatro (oxalacetato). La enzima

succinil-CoA sintetasa se sirve de tal energía para fosforilar un nucleósido difosfato

purinico como el GDP.

La energía procedente del tioéster viene convertida en energía ligada a una unión fosfato.

El primer paso de la reacción genera un nuevo intermediario a alta energía, conocido como succinil fosfato.

Sucesivamente, una histidina presente en el sitio catalítico remueve el fosfato de la molécula glucídica, generando el

producto succinato y una molécula de fosfohistidina, que dona velozmente el fosfato a un nucleósido difosfato,

recargándolo a trifosfato. Se trata del único paso del ciclo de Krebs en el que se produce una fosforilación a nivel de

sustrato.

El GTP está implicado principalmente en las rutas de transducción de señales, pero su papel en un proceso energético

como el ciclo de Krebs es, en cambio, esencialmente trasladar grupos fosfato hacia el ATP, en una reacción catalizada

por la enzima nucleósido difosfoquinasa.

Reacción 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a fumarato)

La parte final del ciclo consiste en la reorganización de moléculas a cuatro átomos de

carbono hasta la regeneración del oxalacetato. Para que eso sea posible, el grupo metilo

presente en el succinato tiene que convertirse en un carbonilo. Como ocurre en otras

rutas, por ejemplo en la beta oxidación de los ácidos grasos, tal conversión ocurre

mediante tres pasos: una primera oxidación, una hidratación y una segunda oxidación.

Estos tres pasos, además de regenerar oxalacetato, permiten la extracción ulterior de

energía mediante la formación de FADH2 y NADH.

La primera reacción de oxidación es catalizada por el complejo enzimático de la succinato

deshidrogenasa, la única enzima del ciclo que tiene como aceptor de hidrógeno al FAD en vez de al NAD+. El FAD es

enlazado de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina. La enzima se vale del FAD ya que la energía

asociada a la reacción no es suficiente para reducir el NAD+.

El complejo enzimático también es el único del ciclo que pasa dentro de la membrana mitocondrial. Tal posición se debe

a la implicación de la enzima en la cadena de transporte de los electrones. Los electrones pasados sobre el FAD se

introducen directamente en la cadena gracias a la unión estable entre la enzima y el cofactor mismo.

Reacción 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato)

La fumarasa cataliza la adición en trans de un protón y un grupo OH- procedentes de una molécula

de agua. La hidratación del fumarato produce L-malato.

Reacción 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato)

La última reacción del ciclo de Krebs consiste en la oxidación del malato a oxalacetato. La

reacción, catalizada por la malato deshidrogenasa, utiliza otra molécula de NAD+ como

aceptor de hidrógeno, produciendo NADH.

La energía libre de Gibbs asociada con esta última reacción es decididamente positiva, a

diferencia de las otras del ciclo. La actividad de la enzima es remolcada por el consumo de oxalacetato por parte de la

citrato sintasa, y de NADH por parte de la cadena de transporte de electrones.