La glucólisis a través de reacciones fermentativas produce ATP anaeróbicamente. La evolución de la respiración (el uso aeróbico de oxígeno para quemar eficientemente combustibles nutritivos) tuvo que esperar hasta que la fotosíntesis creó la atmósfera oxigénica en la que vivimos ahora. Lea más sobre la fuente de nuestra atmósfera oxigénica en Dismukes GC et al. .
El ciclo de Krebs es la primera vía de respiración oxigénica. La evolución de esta respiración y el puente químico de la glucólisis al ciclo de Krebs, sin duda, ocurrieron algunas reacciones a la vez, tal vez al principio como un medio para proteger a las células anaeróbicas de los efectos «venenosos» del oxígeno. Más tarde, la selección natural desarrolló el ciclo aeróbico de Krebs, el transporte de electrones y las vías de fosforilación oxidativa que vemos hoy en día.
Cualquiera que sea su utilidad inicial, estas reacciones fueron una respuesta adaptativa al aumento de oxígeno en la atmósfera de la Tierra. Como vía para obtener energía de los nutrientes, la respiración es mucho más eficiente que la glucólisis. Los animales dependen de él, pero incluso las plantas y las algas fotosintéticas utilizan la vía respiratoria cuando la luz solar no está disponible. Aquí nos centramos en las reacciones oxidativas en las mitocondrias, comenzando con la oxidación del piruvato y continuando con las reacciones redox del ciclo de Krebs.
Después de entrar en las mitocondrias, la piruvato deshidrogenasa cataliza la oxidación del piruvato a Acetil-S-Coenzima A (Ac-S-CoA). Luego, el ciclo de Krebs oxida completamente el Ac-S-CoA. Estas reacciones redox mitocondriales generan CO2 y muchos portadores de electrones reducidos (NADH, FADH2). La energía libre liberada en estas reacciones redox se acopla a la síntesis de solo un ATP por piruvato oxidado (es decir, ¡dos por la glucosa con la que comenzamos!). Es que las moléculas de NADH y FADH2 han capturado la mayor parte de la energía libre en las moléculas de glucosa originales. Estas entradas de piruvato en la mitocondria y su oxidación se resumen a continuación.
La oxidación del piruvato convierte un carbohidrato 3C en acetato, una molécula 2C, liberando una molécula de CO2. En esta reacción altamente exergónica, CoA-SH forma un enlace de tioéster de alta energía con el acetato en Ac-S-CoA. La oxidación del ácido pirúvico resulta en la reducción de NAD+, la producción de Ac-S-CoA y una molécula de CO2, como se muestra a continuación.
El ciclo de Krebs funciona durante la respiración para oxidar Ac-S-CoA y reducir NAD+ y FAD a NADH y FADH2 (respectivamente). Los intermedios del ciclo de Krebs también funcionan en el metabolismo de aminoácidos y las interconversiones. Todos los organismos aeróbicos vivos de hoy en día comparten el ciclo de Krebs que vemos en los humanos. Esto es consistente con su propagación temprana en la evolución de nuestro entorno de oxígeno. Debido al papel central de los intermedios del ciclo de Krebs en otras vías bioquímicas, partes de la vía pueden incluso tener una fecha anterior a la vía respiratoria completa. El ciclo de Krebs tiene lugar en las mitocondrias de las células eucariotas.
Después de la oxidación del piruvato, el Ac-S-CoA entra en el ciclo de Krebs, condensándose con oxaloacetato en el ciclo para formar citrato. Hay cuatro reacciones redox en el ciclo de Krebs. Mientras discutimos el ciclo de Krebs, busque la acumulación de portadores de electrones reducidos (FADH2, NADH) y una pequeña cantidad de síntesis de ATP por fosforilación a nivel de sustrato. También, siga los carbonos en piruvato en CO2. El Ciclo de Krebs tal como ocurre en animales se resume a continuación.
para ayudarle A entender los eventos del ciclo,
1. encuentra las dos moléculas de CO2 producidas en el propio ciclo de Krebs.
2. encuentra GTP(que transfiere rápidamente su fosfato al ADP para hacer ATP). Tenga en cuenta que en las bacterias, el ATP se produce directamente en este paso.
3. cuente todos los portadores de electrones reducidos (NADH, FADH2). Ambos portadores de electrones llevan un par de electrones. Si se incluyen los electrones de cada una de las moléculas de NADH producidas en la glucólisis, ¿cuántos electrones se han eliminado de la glucosa durante su oxidación completa?
Recuerde que la glucólisis produce dos piruvatos por glucosa, y por lo tanto dos moléculas de Ac-S-CoA. Por lo tanto, el ciclo de Krebs gira dos veces por cada glucosa que entra en la vía glucolítica. Los enlaces de tioéster de alta energía formados en el ciclo de Krebs alimentan la síntesis de ATP, así como la condensación de oxaloacetato y acetato para formar citrato en la primera reacción. Cada NADH lleva aproximadamente 50 Kcal de los 687 Kcal de energía libre originalmente disponibles en un mol de glucosa; cada FADH2 lleva aproximadamente 45 Kcal de esta energía libre. Esta energía alimentará la producción de ATP durante el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa.
159 Aspectos destacados del Ciclo de Krebs
¡Finalmente, la historia del descubrimiento del ciclo de Krebs es tan interesante como el ciclo en sí! Albert Szent-Györgyi ganó un Premio Nobel en 1937 por descubrir algunas reacciones de oxidación de ácidos orgánicos que inicialmente se creían parte de una vía lineal. Hans Krebs hizo los elegantes experimentos mostrando que las reacciones eran parte de una vía cíclica. Me propuso matrimonio (¡correctamente!) que el ciclo sería un supercatalizador que catalizaría la oxidación de otro ácido orgánico. Algunos de los experimentos son descritos por Krebs y sus compañeros de trabajo en su artículo clásico: Krebs HA, et al. . Hans Krebs y Fritz Lipmann compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1953. Krebs fue reconocido por su elucidación del ciclo de TCA, que ahora lleva más comúnmente su nombre. Lipmann fue reconocido por proponer el ATP como mediador entre la energía de los alimentos (nutrientes) y la energía de trabajo intracelular, y por descubrir las reacciones que oxidan el piruvato y sintetizan Ac-S-CoA, uniendo el Ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa (que se considerará en el próximo capítulo).
160 Descubrimiento del Ciclo de Krebs
