Krebs y el poder reductor

Últimamente por varias vías me han llegado comentarios sobre el ciclo de Krebs. Suelen ir orientados a lo complicada que es la bioquímica, pero generalmente incluyen lo que yo considero errores: reducir la bioquímica al metabolismo, y considerar el ciclo de Krebs la parte más complicada del metabolismo. Y ni mucho menos, el ciclo de Krebs diría que es hasta de lo más fácil.

No es que sea algo fácil, porque en sí lo normal es que nos explote la cabeza la primera vez que escuchamos hablar de tal cosa, pero la realidad es que al ser una parte tan fundamental, pues se repite tanto que acaba siendo de lo que tenemos más claro. Yo quería hacer un resumen, un resumen que va a tener palabros de esos que no os gustan, pero que seguro que a más de un estudiante le vendrán bien. Para los que estáis leyendo por curiosidad, no hace falta saberse los nombres, lo importante es entender el concepto. Entonces… ¿qué es esto del ciclo de Krebs?

Krebs, el ácido cítrico, y el piruvato

Se llama ciclo de Krebs por ser una reacción que se puede repetir (y se repite) de forma cíclica. También se conoce como ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos. La verdad es que lo de tricarboxílicos está ya muy pasado de moda, pero la verdad es que es mucho más descriptivo.

Al ser un ciclo, hay una serie de componentes que se mantienen estables, y otros que entran y que salen. Básicamente, lo que hacemos es introducir una molécula con carbonos al ciclo (A), que se une a otra (B), para dar lugar a otra (C). Y eso sigue hacia delante liberando carbono en forma de CO2 y cambiando cosas de sitio para extraer energía que servirá para obtener ATP, nuestra moneda de cambio energética. Al final, justo antes de volver al punto uno, hay que volver a obtener la molécula B para poder repetir todo el proceso con una molécula A entrante.

Ahora vamos a ponerle nombre a las cosas: la molécula A es el piruvato, que es justamente una molécula de tres carbonos, y de ahí viene lo de tricarboxílico. No puede entrar así solita en el ciclo, así que el primer paso implica convertirla en acetil-CoA (coenzima A), y en esa reacción se pierde ya un carbono en forma de CO2. Por lo tanto, A no es realmente A… es A*, porque lo que realmente entra en el ciclo es la acetil-CoA, que tiene dos carbonos. Ahora sí, se une a B, siendo B el oxalacetato, y da lugar a C, que es citrato. Como el carbono ni se crea ni se destruye, el oxalacetato tiene cuatro carbonos, que al sumarle los dos de la acetil-CoA, nos da los seis carbonos que tiene el citrato.

Por lo tanto, ya sabemos por qué se llama de los ácidos tricarboxílicos y también sabemos por qué se llama del ácido cítrico. Nos queda Krebs, que fue uno de los señores que estudió todo esto en detalle. Ahora que tenemos citrato… ¿qué ocurre?

Del citrato al oxalacetato

Antes decía que una vez que tenemos la molécula C (citrato), el ciclo se reinicia cuando volvemos a B (oxalacetato). Para eso sabemos que tiene que perder los dos carbonos que hemos añadido, pero además van a ocurrir más cosas, porque lo que queremos es extraer energía. Voy a ir poniendo los nombres de las cosas, pero ahora os voy a poner entre paréntesis el número de carbonos, para que veamos lo que hay en cada caso. Y voy a ir punto por punto:

  • Partimos del citrato (6) que primero pierde agua y pasa a aconitato (6) pero luego la recupera por otro lado para convertirse en isocitrato (6), que ya queda listo para darnos energía.
  • El isocitrato (6) pasa a cetoglutarato (5). Ahí liberamos un CO2.
  • El cetoglutarato (5) pasa a succinil-CoA (4) liberando otro CO2. Ya tenemos 4 carbonos, pero ahora hay que volver al oxalacetato (4).
  • La CoA se libera en una reacción que usa GDP para generar GTP. El GTP es una molécula a efectos equivalente a un ATP. Ahora tenemos succinato (4).
  • El succinato pasa a fumarato y el fumarato a malato. Sigue habiendo 4 carbonos, y son reacciones de conversión. En la primera, se usa un FAD que se convierte a FADH2. Es una oxidación mediada por una deshidrogenasa.
  • Por último, el malato se «deshidrogena» para dar lugar al oxalacetato, en una reacción que libera energía.

Fácil, ¿verdad? Bueno, ahora que sabemos los pasos… hay que ver dónde está toda la energía que se supone que se obtiene.

Contando ATPs

Una pregunta muy típica en un examen de bioquímica básica implica saber cuántos ATPs se liberan en el ciclo de Krebs. Hasta ahora no os he nombrado ni uno. Así que vamos a hacer recuento…

  • Tenemos ese GTP que he dicho que es como un ATP, así que ahí tenemos uno.
  • Hay tres reacciones que implican deshidrogenasas. Son proteínas que usan NAD+ para generar NADH. Tenemos una en cada paso de los que se libera CO2 (isocitrato a cetoglutarato y ceoglutarato a succinil-CoA), y otra del malato al oxalacetato. Así, obtenemos 3 NADH. Cada NADH va a dar lugar a 3 moléculas de ATP en la mitocondria, por lo que podemos contar 9 ATPs.
  • El FADH2 da lugar posteriormente a 2 ATPs.
  • Sumamos, por lo tanto, 1 + 9 + 2 = 11 ATPs pero…
  • Antes de obtener la Acetil-CoA, se perdía otro CO2, que iba asociado a obtener un NADH, así que hay que sumar otros 3, hacen 13.
  • Como cada molécula de glucosa da lugar a dos piruvatos, hay que multiplicar todo por dos, así que tenemos 36 ATPs.
  • Además, antes, durante la glucólisis (eso ya lo explico otro día) se habían generado otros 2 ATPs.
  • En total, por cada glucosa tenemos, en resumen, 38 ATPs. ¡Eso es mucha energía!
Representación de la molécula de ATP con su estructura química plana
Esto es una molécula de ATP, adenosín trifosfato

¿Y lo del poder reductor?

Hablamos de poder reductor cuando hablamos de la energía que se «contiene» en esas moléculas que no son ATP, en el NADH y el FADH2, que lo que almacenan es justamente eso, capacidad para reducir, porque se han generado en reacciones de oxidación (que es lo contrario). Aunque de ellas no se obtiene directamente el ATP, sí se almacena esa energía para reducir, y por eso las contamos igual.

Todos esos pasos que os he contado ocurren en la matriz de la mitocondria, que son los orgánulos de nuestras células que se ocupan de proporcionarnos energía. Son las fábricas de ATP, que se usará después para otras muchas funciones en la célula, ya que es nuestra forma de «contar» la energía disponible, aunque como ya hemos visto, hay otras moléculas que almacenan, de cierta forma, esa energía.

En resumen…

Seguro que a más de un lector esto le parece muy complejo, pero la realidad es que esto es una esquinita de lo que representamos en un mapa metabólico, y yo he resumido mucho los pasos. Ya sabéis, no subestiméis a un estudiante de biología, porque esto es el contenido de una clase cualquiera de bioquímica general. ¿Queréis saber más del metabolismo? Si comemos azúcar… ¿cómo llegamos a ese piruvato para el ciclo de Krebs? O mejor, si comemos grasas… ¿eso va también al ciclo de Krebs? Supongo que eso serán contenidos para posts en el futuro…

Mientras tanto, si queréis agradecerme esta lectura, podéis darme ánimos para que escriba invitándome a un café:

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