Centro de Enseñanza Técnica y Superior

Campus Mexicali

“Glucólisis y Ciclo de Krebs”

Manuel Muñoz Aguirre 20048

Ing. Cibernética Electrónica

Análisis de Sistemas Biológicos y Fisiológicos

Mexicali, B.C. a 16 de agosto de 2010

GLUCÓLISIS Y CICLO DE KREBS

1. Explique paso a paso qué ocurre en la glucólisis aeróbica, mencione en cada paso qué enzimas participan y señale cuáles son los productos finales de este proceso.

La glucólisis es la etapa inicial en la degradación de glucosa en las células aerobias. Las reacciones de la

glucólisis dan lugar a la degradación de glucosa a piruvato, con una ganancia neta de dos moléculas de ATP y

dos moléculas de NADH (convertidas desde NAD+ que actúa como un agente oxidante). Es un proceso de 10

reacciones enzimáticas, con dos grandes separaciones: fase de energía consumida y fase de energía

producida. En las células eucariotas, la glucólisis tiene lugar en el citoplasma, donde el piruvato se transporta a

la mitocondria.

Fase de energía consumida

Paso 1: Glucosa + ATP -> Glucosa-6-fosfato + ADP (Enzima: Hexoquinasa)

Se utiliza (gasta) el ATP para fosforilar la glucosa a glucosa-6-fosfato. La inhibición de la

fosfofructoquinasa da lugar al acumulo de glucosa-6-fosfato. Puesto que la glucosa-6-fosfato no es

capaz de cruzar la membrana celular como la glucosa, se evita la pérdida de energía para la célula. En

esta reacción se pierde energía en forma de calor.

Paso 2: Glucosa-6-fosfato <-> Fructosa-6-fosfato (Enzima: Glucosa-6-fosfato isomerasa)

Se realiza una isomerización en cuatro etapas de la glucosa-6-fosfato a fructosa-6-fosfato mediante la

enzima glucosa-6-fosfato isomerasa, en este proceso existe un traspaso de electrones. La glucosa-6-

fosfato inhibe la hexoquinasa, así cuando la célula tiene un suministro adecuado de energía metabólica

disponible en forma de ATP, se inhibe la degradación de glucosa.

Paso 3: Fructosa-6-fosfato + ATP -> Fructosa-1,6-difosfato + ADP (Enzima: fosfofructoquinasa)

En este paso existe un gasto de ATP. Se fosforila la fructosa-6-fosfato en el carbono 1, con una baja

energía de hidrólisis. Es un proceso irreversible, por lo que actúa como punto de control en la

glucólisis.

Paso 4: Fructosa-1,6-difosfato <-> Dihidroxiacetona fosfato + Gliceraldehido-3-fosfato (Enzima:

aldolasa)

La fructosa-1,6-difosfato es rota por la enzima aldolasa en un proceso reversible en dos triosas

(molécula de tres carbonos) que son la dihidroxiacetona fosfato y el gliceraldehído-3-fosfato.

Paso 5: Dihidroxiacetona fosfato <-> Gliceraldehído-3-fosfato (Enzima: triosa fosfato isomerasa)

Es el último paso de la fase de energía consumida. Sólo la molécula de gliceraldehído-3-fosfato es

capaz de seguir con el proceso de la glucólisis, por lo que la otra molécula restante (dihidroxiacetona

fosfato) se isomeriza a gliceraldehído-3-fosfato.

Notas: Los pasos que consumen ATP son el 1 y el 3. Como se generaron dos moléculas de gliceraldehído-3-

fosfato (del paso 4 y del 5), el proceso que siga de aquí en adelante va a ocurrir dos veces.

Fase de energía producida

Paso 6: Gliceraldehído-3-fosfato + Pi + NAD+ <-> 1,3-difosfoglicerato + NADH + H+ (Enzima:

gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa)

Por medio del agente oxidante NAD+ y la enzima gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa se oxida el

gliceraldehído-3-fosfato, añadiendo un ion fosfato a la molécula, aumentando así la energía del

compuesto, con una alta energía de hidrólisis, con lo que se podrá recuperar ATP posteriormente. El

NAD+ queda reducido por la incorporación de H+, originando una molécula de NADH.

Paso 7: 1,3-difosfoglicerato + ADP <-> 3-fosfoglicerato + ATP (Enzima: fosfoglicerato quinasa)

Se transfiere el grupo fosfato del 1,3-difosfoglicerato a una molécula de ADP, generando la primera

molécula de ATP, y debido a que el proceso se repite dos veces, se obtiene una ganancia de 2 ATP en

este paso. Se obtiene ATP sin necesidad de oxígeno, a este proceso se le llama fosforilación a nivel de

sustrato.

Paso 8: 3-fosfoglicerato <-> 2-fosfoglicerato (Enzima: fosfoglicerato mutasa)

En este paso ocurre un proceso de isomerización, generando un 2-fosfoglicerato, y lo que ocurre es

que se mueve un fosfato del carbono tres al carbono 2. Es un proceso reversible.

Paso 9: 2-fosfoglicerato <-> Fosfoenolpiruvato + H2O (Enzima: enolasa)

Por acciones de la enzima, se crea un doble enlace en el 2-fosfoglicerato, y así se elimina la molécula

de agua que resulta de la formación de la unión del hidrógeno del carbono 2 y el OH del carbono 3.

Paso 10: fosfoenolpiruvato + ADP <-> piruvato + ATP (Enzima: piruvato quinasa)

Se desfosforila el fosfoenolpiruvato y se obtiene piruvato y ATP como producto final. La enzima

piruvato quinasa depende del magnesio y del potasio en gran medida.

Productos finales: La glucosa se degrada a piruvato, con la formación neta de dos moléculas tanto de

ATP como de NADH. En condiciones anaeróbicas, el NADH se reoxida por la conversión de piruvato a

lactato o etanol. En condiciones aeróbicas, el piruvato es metabolizado en el ciclo del ácido cítrico.

Cada molécula de gliceraldehído-3-fosfato convertida a piruvato se acopla a la generación de dos

moléculas de ATP; en total se sintetizan cuatro moléculas de ATP a partir de cada molécula inicial de

glucosa. Puesto que se requieren dos ATP para promover las reacciones iniciales, la ganancia neta de la

glucólisis es de dos moléculas de ATP.

Diagrama de la glucólisis

2. Explique qué es el ciclo de Krebs, y elabore un esquema del mismo señalando el nombre de los compuestos, las enzimas que participan y los productos que se obtienen del mismo.

Después de la glucólisis, sigue la descarboxilación oxidativa del piruvato en presencia de la coenzima A, que

funciona como un transportador de grupos acetilo en diversas reacciones metabólicas. Un carbono del

piruvato se libera como CO2, y los dos carbonos restantes se unen a la CoA para formar acetil-CoA. Aquí, una

molécula de NAD+ se reduce a NADH. Luego, el acetil-CoA entra en el ciclo del ácido cítrico o el ciclo de Krebs,

que es la vía central en el metabolismo oxidativo. El grupo acetilo de dos carbonos se combina con oxalacetato

(cuatro carbonos) para producir citrato (seis carbonos). A través de otras ocho reacciones, dos carbonos del

citrato se oxidan completamente a CO2 y se regenera el oxalacetato.

En pocas palabras, el ciclo de Krebs, es una ruta metabólica que forma parte del proceso de respiración

de las células aeróbicas, oxidando ácidos grasos, aminoácidos y glúcidos para producir CO2 y liberar energía.

Acetil-CoA

Citrato

Cis-Asconitato

Isocitrato

a-Cetoglutarato

Succinil-CoA

Succinato

Fumarato

Malato

Oxalacetato

H2O

H2O H2O

NAD

NADH

CO2

NAD

NADH

CO2

GTP

GDP

NAD

NADH

FADH2

FAD

Aconitasa

Aconitasa

Isocitrato deshidrogenasa

a-Cetoglutarato deshidrogenasa

Succinil-CoA sintetasa

Succinato deshidrogenasa

Fumarato hidratasa

Malato deshidrogenasa

Citrato sintasa

Ciclo del ácido cítrico

Las reacciones se comportan de la siguiente manera:

Citrato: reacción de deshidratación. Su producto es agua.

Cis-Asconitato: reacción de hidratación. Su reactivo es agua.

Isocitrato: reacción de oxidación. Su reactivo es NAD, sus productos son NADH + H.

a-Cetoglutarato: reacción de descarboxilación oxidativa. Su reactivo es NAD + CoA-SH, sus productos son NADH + H + CO2.

Succinil-CoA: reacción de hidrólisis. Su reactivo es GDP + Pi, sus productos son GTP + CoA-SH.

Succinato: reacción de oxidación. Su reactivo es FAD, su producto es FADH2.

Fumarato: reacción de adición. Su reactivo es agua.

Malato: reacción de oxidación. Su reactivo es NAD y su producto es NADH + H.

Oxalacetato: reacción de condensación.

Productos: Cada vuelta del ciclo se produce 1 molécula de GTP (guanosín trifosfato), 3 de NADH, 2 de CO2, 1 de FADH2. El ciclo del ácido cítrico completa la oxidación de la glucosa a seis moléculas de CO2. Se obtienen cuatro moléculas de ATP directamente de cada molécula de glucosa, dos de la glucólisis y dos del ciclo del ácido cítrico (una por cada molécula de piruvato). Además, 10 moléculas de NADH (dos de la glucólisis, dos de la conversión de piruvato a acetil-CoA y seis del ciclo del ácido cítrico) y se forman dos moléculas de FADH2. El resto de la energía derivada de la degradación de glucosa proviene de la reoxidación del NADH y el FADH2, con sus electrones siendo transferidos a lo largo de la cadena de transporte de electrones a finalmente reducir el O2 a H2O.

Bibliografía

Espasa. (s.f.) Diccionario Médico Espasa. España: Espasa.

Guyton, A.C. (1987). Fisiología Humana. México: McGraw-Hill.

M. Cooper, Geoffrey. (2004). La célula. México: Marbán.