Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs (ciclo del cido ctrico o ciclo de los cidos
tricarboxlicos) es una ruta metablica, es decir, una sucesin de
reacciones qumicas, que forma parte de la respiracin celular en
todas las clulas aerbicas. En clulas eucariotas se realiza en la
matriz mitocondrial. En las procariotas, el ciclo de Krebs se
realiza en el citoplasma
En organismos aerbicos, el ciclo de Krebs es parte de la va
catablica que realiza la oxidacin de glcidos, cidos grasos y
aminocidos hasta producir CO2, liberando energa en forma utilizable
(poder reductor y GTP).
El metabolismo oxidativo de glcidos, grasas y protenas
frecuentemente se divide en tres etapas, de las cuales el ciclo de
Krebs supone la segunda. En la primera etapa, los carbonos de estas
macromolculas dan lugar a molculas de acetil-CoA de dos carbonos, e
incluye las vas catablicas de aminocidos (p. ej. desaminacin
oxidativa), la beta oxidacin de cidos grasos y la gluclisis. La
tercera etapa es la fosforilacin oxidativa, en la cual el poder
reductor (NADH y FADH2) generado se emplea para la sntesis de ATP
segn la teora del acomplamiento quimiosmtico.
Tambin proporciona precursores para muchas biomolculas, como
ciertos aminocidos. Por ello se considera una va anfiblica, es
decir, catablica y anablica al mismo tiempo.
Este ciclo fue descubierto por el alemn Hans Adolf Krebs, quien
obtuvo el Premio Nobel de Fisiologa o Medicina en 1953, junto con
Fritz Lipmann.Reacciones del ciclo de KrebsEl acetil-CoA (Acetil
Coenzima A) es el principal precursor del ciclo. El cido ctrico (6
carbonos) o citrato se obtiene en cada ciclo por condensacin de un
acetil-CoA (2 carbonos) con una molcula de oxaloacetato (4
carbonos). El citrato produce en cada ciclo una molcula de
oxaloacetato y dos CO2, por lo que el balance neto del ciclo
es:
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O CoA-SH + 3 (NADH +
H+) + FADH2 + GTP + 2 CO2Los dos carbonos del Acetil-CoA son
oxidados a CO2, y la energa que estaba acumulada es liberada en
forma de energa qumica: GTP y poder reductor (electrones de alto
potencial): NADH y FADH2. NADH y FADH2 son coenzimas (molculas que
se unen a enzimas) capaces de acumular la energa en forma de poder
reductor para su conversin en energa qumica en la fosforilacin
oxidativa.El FADH2 de la succinato deshidrogenasa, al no poder
desprenderse de la enzima, debe oxidarse nuevamente in situ. El
FADH2 cede sus dos hidrgenos a la ubiquinona (coenzima Q), que se
reduce a ubiquinol (QH2) y abandona la enzima.
Las reacciones son:
MolculaEnzimaTipo de
reaccinReactivos/CoenzimasProductos/Coenzima
I. Citrato1. AconitasaDeshidratacinH2O
II. cis-AconitatoNota 12. AconitasaHidratacinH2O
III. Isocitrato3. Isocitrato deshidrogenasaOxidacinNAD+NADH +
H+
IV. Oxalosuccinato4. Isocitrato
deshidrogenasaDescarboxilacin
V. -cetoglutarato5. -cetoglutaratodeshidrogenasaDescarboxilacin
oxidativaNAD+ +CoA-SHNADH + H++ CO2
VI. Succinil-CoA6. Succinil CoA sintetasaHidrlisisGDP+ PiGTP
+CoA-SH
VII. Succinato7. Succinato deshidrogenasaOxidacinFADFADH2
VIII. Fumarato8. Fumarato HidratasaAdicin (H2O)H2O
IX. L-Malato9. Malato deshidrogenasaOxidacinNAD+NADH + H+
X. Oxalacetato10. Citrato sintasaCondensacin
Visin simplificada y rendimiento del proceso
El paso final es la oxidacin del ciclo de Krebs, produciendo un
oxaloacetato y dos CO2. El acetil-CoA reacciona con una molcula de
oxaloacetato (4 carbonos) para formar citrato (6 carbonos),
mediante una reaccin de condensacin. A travs de una serie de
reacciones, el citrato se convierte de nuevo en oxaloacetato.
Durante estas reacciones, se substraen 2 tomos de carbono del
citrato (6C) para dar oxalacetato (4C); dichos tomos de carbono se
liberan en forma de CO2 El ciclo consume netamente 1 acetil-CoA y
produce 2 CO2. Tambin consume 3 NAD+ y 1 FAD, produciendo 3 NADH +
3 H+ y 1 FADH2.
El rendimiento de un ciclo es (por cada molcula de piruvato): 1
ATP, 3 NADH +3H+, 1 FADH2, 2CO2.
Cada NADH, cuando se oxide en la cadena respiratoria, originar
2,5 molculas de ATP (3 x 2,5 = 7,5), mientras que el FADH2 dar
lugar a 1,5 ATP. Por tanto, 7,5 + 1,5 + 1 GTP = 10 ATP por cada
acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs.
Cada molcula de glucosa produce (va gluclisis) dos molculas de
piruvato, que a su vez producen dos acetil-COA, por lo que por cada
molcula de glucosa en el ciclo de Krebs se produce: 4CO2, 2 GTP, 6
NADH + 6H +, 2 FADH2; total 32 ATP.Regulacin
Muchas de las enzimas del ciclo de Krebs son reguladas por
retroalimentacin negativa, por unin alostrica del ATP, que es un
producto de la va y un indicador del nivel energtico de la clula.
Entre estas enzimas, se incluye el complejo de la piruvato
deshidrogenasa que sintetiza el acetil-CoA necesario para la
primera reaccin del ciclo a partir de piruvato, procedente de la
gluclisis o del catabolismo de aminocidos. Tambin las enzimas
citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y -cetoglutarato
deshidrogenasa, que catalizan las tres primeras reacciones del
ciclo de Krebs, son inhibidas por altas concentraciones de ATP.
Esta regulacin frena este ciclo degradativo cuando el nivel
energtico de la clula es bueno.
Algunas enzimas son tambin reguladas negativamente cuando el
nivel de poder reductor de la clula es elevado. El mecanismo que se
realiza es una inhibicin competitiva por producto (por NADH) de las
enzimas que emplean NAD+ como sustrato. As se regulan, entre otros,
los complejos piruvato deshidrogenasa.Eficiencia
El rendimiento terico mximo de ATP a travs de la oxidacin de una
molcula de glucosa en la gluclisis, ciclo del cido ctrico, y la
fosforilacin oxidativa es treinta y ocho (suponiendo tres
equivalentes molares de ATP por NADH equivalente y dos ATP por
FADH2). En eucariotas, se generan dos equivalentes de NADH en la
gluclisis, que se produce en el citoplasma. El transporte de estos
dos equivalentes en la mitocondria consume dos equivalentes de ATP,
reduciendo de este modo la produccin neta de ATP a treinta y seis.
Adems, las ineficiencias en la fosforilacin oxidativa debido a la
fuga de protones a travs de la membrana mitocondrial y el
deslizamiento de la ATP sintasa/bomba de protones normalmente
reduce la produccin de ATP a partir de NADH y FADH2 por debajo del
rendimiento mximo terico. Los rendimientos observados son, por lo
tanto, ms cercanos a ~ 2,5 ATP por NADH y ~ 1,5 ATP por FADH2,
reduciendo an ms la produccin total neta de ATP a aproximadamente
treinta. La evaluacin del rendimiento total de ATP con
recientemente revisado relaciones de protones a ATP proporciona una
estimacin de 29,85 ATP por molcula de glucosa.EvolucinLos
componentes del ciclo se derivaron de bacterias anaerobias, y es
posible que evolutivamente evolucionara ms de una vez. En teora
existen varias alternativas al ciclo, pero este parece ser el ms
eficiente. Si evolucionaron varios ciclos de Krebs en forma
alternativa, parece que convergieron en un ciclo
cannico.Principales vas que convergen en el ciclo de Krebs
El Ciclo de Krebs es una va metablica central en la que
convergen otras, tanto anablicas como catablicas. Ingresan al ciclo
por diferentes metabolitos: Acetil-CoA:
Glucolisis
Oxidacin de cidos grasos
Produccin de colgeno
Malato:
Gluconeognesis
Oxalacetato:
Oxidacin y biosntesis de aminocidos
Fumarato:
Degradacin de cido asprtico, fenilalanina y tirosina
Succinil-CoA
Biosntesis de porfirina
Degradacin de valina isoleucina y metionina
Oxidacin de cidos grasos
Alfa-cetoglutarato: Oxidacin y biosntesis de aminocidos
Citrato Biosntesis de cidos grasos y colesterol NADH y FADHEl
Ciclo de Krebs
Es tambin llamado ciclo del cido ctrico o ciclo de los cidos
tricarboxlicos, toma su nombre de su descubridor, Hans Adolf Krebs,
un bioqumico alemn premiado con el Nobel en el 1953.Esta ruta
metablica es la tercera etapa de la respiracin celular, el proceso
de produccin de energa en las clulas. Forma parte de la respiracin
aerobia, es decir, se realiza en presencia de oxgeno y se
desarrolla entre los procesos de glicolisis y cadena respiratoria.
Su fin es la obtencin de NADH, una molcula con poder reductor, que
se utiliza para la produccin de ATP mediante la cadena
respiratoria.
La Transformacin del Piruvato en Acetil-CoA mediante
Descarboxilacin Oxidativa.La descarboxilacin oxidativa del piruvato
es un paso anterior al propio ciclo de Krebs. Durante la glicolisis
en el citoplasma se produce el piruvato, que pasa por una etapa de
transicin para convertirse en acetil-CoA para que pueda entrar en
el ciclo de Krebs.
El piruvato pasa del citoplasma en las mitocondrias donde el
complejo enzimtico piruvato-deshidrogenasa lo convierte en
acetil-CoA. Esto ocurre mediante la eliminacin de una molcula de
CO2 (descarboxilacin) y la unin del resto aclico obtenido a la
coenzima A por oxidacin.
La transformacin del piruvato en acetil-CoA es de gran
importancia ya que une la glicolisis y el ciclo de Krebs. Hay que
mencionar que los acetil-CoA que participan en l, no proceden
solamente de la gliclisis, sino tambin de la oxidacin de los cidos
grasos y del catabolismo de los aminocidos. Resulta que el ciclo
del cido ctrico une todas las rutas catablicas de las sustancias
que aportan energa para nuestro cuerpo.
El Ciclo de Krebs
En general, consiste en la formacin de citrato, una molcula de 6
tomos de carbono, mediante la reaccin del acetil-CoA (2 carbonos)
con oxalacetato (4 carbonos). A continuacin, el citrato sufre
algunas transformaciones qumicas hasta llegar a formar otra vez
oxalacetato (4 carbonos). La reduccin del nmero de tomos de carbono
a lo largo del ciclo ocurre porque el compuesto pierde dos grupos
carboxlicos como CO2, respectivamente en el paso 4 y 5. Todos los
pasos son catalizados por enzimas.
Entradas y SalidasEn total, en el ciclo de Krebs entran 1
molcula de acetil-CoA y 3 molculas de H2O. Despus de su transcurso
obtenemos:
1 molcula de Coenzima A 3 NADH/H+ a partir NAD+ 1 molcula de GTP
(guanosina trofosfato) a partir de GDP + Pi 1 molcula de Coenzima Q
reducida (ubiquinol)Los NADH/H+y el ubiquinol tienen un papel
importante en la cadena respiratoria para la produccin de ATP,
producto final de la respiracin celular.
Las reacciones en concretoEn el esquema de abajo, por medio de
los colores es fcil observar cuntos tomos de carbono contiene el
producto de cada paso. Las molculas de color naranja contienen 6
carbonos, la verde (alfa-cetoglutarato) 5 carbonos y las molculas
azules 4. El acetil-CoA (rosa) tiene 2 tomos de carbono.
El Ciclo de Krebs
Las enzimas que juegan un papel en el ciclo de Krebs y las
reacciones que catalizan son las siguientes:
1 - La citrato sintetasa facilita la unin del oxalacetato con el
resto aclico que lleva la coenzima A. Para ello se necesita
adicionalmente un H2O y al final la coenzima A queda libre.
2 y 3 La aconitasa cataliza la produccin de cis-aconitato
quitndo un H2O del citrato. Despus incorpora un H2O al
cis-aconitato para formar isocitrato.
4 La isocitrato deshidrogenasa oxida el isocitrato (y reduce al
mismo tiempo NAD+, produciendo NADH/H+). Como producto intermedio
de este paso resulta oxalosuccinato (no aparece en el esquema) que
se convierte en alfa-cetoglutarato mediante la descarboxilacin.
Resulta que el producto de este paso contiene 5 tomos de carbono en
vez de 6. El grupo carboxlico se libera en forma de dixido de
carbono (CO2).
5 El alfa-cetoglutarato se une con una coenzima A con la ayuda
de la alfa-cetoglutarato-deshidrogenasa para formar succinil-CoA.
En este paso se libera otro CO2, lo que deja el producto con 4
tomos de carbono. Adems se genera un NADH/H+.
6 - Durante la reaccin 6 que es catalizada por la
succinil-CoA-sintetasa, se genera el succinato y una molcula de GTP
(un compuesto rico en energa). La coenzima A queda libre otra vez
para reacciones siguientes.
7 La succinato-deshidrogenasa procede a la oxidacin del
succinato formando el fumarato. En la misma reaccin se obtiene un
FADH2, que a continuacin reduce a la coenzima Q (ubiquinona),
generando QH2 (ubiquinol).
8 Sigue la hidratacin del fumarato por la fumarasa y se obtiene
el malato.
9 Finalmente, la malato-deshidrogenasa permite la oxidacin del
malato, generando oxalacetato y otro NADH/H+. Regenerado, el
oxalacetato puede aceptar de nuevo un acetil-CoA y recorrer el
ciclo, ganando ms energa en forma de NADH/H+ y QH2 que puede ser
utilizada en la cadena respiratoria. El ciclo de Krebs no es
solamente una ruta catablica sino que tambin juega un papel
importante en varios procesos anablicos (por eso se llama una va
anfiblica). Por ejemplo, el oxalacetato y el alfa-cetoglutarato
sirven como precursores en la biosntesis de algunos aminocidos.
Otros de los metabolitos del ciclo participan en la gluconeognesis
y en la sntesis de los cidos grasos.
Historia de la embriologa
Desde siempre se ha sentido curiosidad sobre la forma en la que
los seres vivos se perpetan, proponiendo infinidad de posibles
respuestas, algunas ms disparatadas que otras.Aristoteles realiz
cuidadosas observaciones sobre el desarrollo embrionario del pollo.
Sin embargo, debido a la falta de pensamiento cientfico, pocas
ideas tiles se aportan hasta el siglo XVI.En 1592, Fabricius
dAcquapendente, publica los primeros trabajos detallados sobre la
anatoma fetal de los pollos, peces y mamferos. Sus trabajos son de
gran importancia y se considera como el precursor de la
embriologa.Harvey (1651) public trabajos sobre el desarrollo aviar
y las primeras fases del desarrollo de los mamferos. Tambin estaba
convencido de que el semen fecunda todo el cuerpo de la mujer, pero
solo el tero puede desarrollar al feto, el cual se parece al
padre.En 1672, Regnier de Graaf observ cavidades llenas de lquido
en los ovarios de los animales, pensando que eran los vulos; hoy en
da se sabe que son cavidades en las que estos se desarrollan y son
llamados folculos de Graaf.En 1677, Anton van Leeuwenhoek observ
con su microscopio la forma en la que los espermatozoides y vulos
de peces y anfibios se unan. l pens que en la fecundacin era el
espermatozoide el que provea las sustancias vitales para el
desarrollo del embrin, mientras el ovulo solo proporcionaba un
medio adecuado para su crecimientoEn 1768, Kaspar Friedrich von
Wolf, observando el desarrollo embrionario de pollos, lleg a la
conclusin de que el embrin no est preformado, sino que las partes
se hallan desordenadas en el huevo, y se organizan cuando hay
fecundacin; a esta teora se le conoce como epigenesis.
Karl Ernst Baer (1828-1834) descubri el vulo de los mamferos y
describi cuatro hojas germinales de los mamferos como precursoras
de los rganos internos. Robert Remak, 20 aos despus, aclara que son
tres hojas y las nombra ectodermo, mesodermo y endodermo.En 1847,
Albert van Kolliker establece que los espermatozoides se producen
en los testculos y que fertilizan al ovulo.Oscar Hertwig
(1849-1922) observ la fusin de los proncleos masculino y femenino,
como consecuencia de la fertilizacin de un ovulo por un
espermatozoide.La Embriologa
La Embriologa es la ciencia biolgica que estudia el desarrollo
prenatal de los organismos y trata de comprender y dominar las
leyes que lo regulan y rigen. El inters en el estudio del
desarrollo prenatal es grande, ello se debe a una curiosidad
natural, por el hecho de que muchos fenmenos de la vida postnatal
tienen su origen y explicacin en la etapa de desarrollo prenatal y
es importante conocerlos con el fin de lograr una mejor calidad de
vida en el ser humano. La anatoma del desarrollo es el campo de la
embriologa que se ocupa de los cambios morfolgicos que ocurren en
las clulas, tejidos, rganos y cuerpo en su conjunto desde la clula
germinal de cada progenitor hasta el adulto resultante, la
fisiologa del desarrollo por otro lado explica el funcionamiento
del organismo en estas etapas, sin embargo el desarrollo humano es
un proceso continuo que se inicia con la fecundacin y termina con
la muerte, aunque la mayora de los procesos tienen lugar en etapa
prenatal otros se extienden ms all del nacimiento, ello ha llevado
a que se conozca a la Embriologa con estos horizontes ampliados
como Biologa del Desarrollo.
La teratologa (Gr. teratos, monstruo) es la divisin de la
embriologa y la anatoma patolgica que trata del desarrollo anmalo
(anomalas congnitas). Esta rama de la embriologa se relaciona con
los diversos factores genticos o ambientales que alteran el
desarrollo normal y producen los defectos congnito Llena el vaco
entre el desarrollo prenatal y la Obstetricia, Medicina Perinatal,
Pediatra y Anatoma Clnica.
Proporciona conocimientos acerca del comienzo de la vida humana
y las modificaciones que se producen durante el desarrollo
prenatal.
Resulta de utilidad en la prctica para ayudar a comprender las
causas de las variaciones en la estructura humana.
Aclara la anatoma macroscpica y explica el modo en que se
desarrollan las relaciones normales y anmalas.
El conocimiento que tienen los mdicos acerca del desarrollo
normal y de las causas de las malformaciones congnitas es necesario
para proporcionar al embrin y al feto la mayor posibilidad de
desarrollarse con normalidad. Gran parte de la obstetricia moderna
incluye la denominada embriologa aplicada.
En la actualidad es posible el tratamiento quirrgico del feto.
El reconocimiento y la correccin de la mayora de los trastornos
congnitos dependen del conocimiento del desarrollo normal y de los
trastornos que puede sufrir.
La importancia de la embriologa es obvia para los pediatras, ya
que algunos de sus pacientes presentan anomalas congnitas derivadas
de un desarrollo errneo que causan la mayora de las muertes durante
la lactancia. En la enseanza de las Ciencias Mdicas en Cuba esta
ciencia constituye una disciplina que reciben 1 y 2 aos de Medicina
a travs de las asignaturas Embriologa I y Embriologa II, en
Estomatologa, Licenciatura en Enfermera y Licenciatura en Tecnologa
de la Salud se imparte integrada a la Anatoma e Histologa en la
disciplina Ciencias Morfolgicas. Estas asignaturas se imparten por
mdicos, estomatlogos, licenciados en enfermera y otros graduados
del nivel superior de los cuales algunos se han especializado en
Embriologa y desempean adems tareas investigativas y asistenciales
relacionadas con esta especialidad mdica. Encontramos embrilogos en
todas las universidades mdicas del pas agrupados en la seccin de
Embriologa de la Sociedad Cientfica Cubana de Ciencias Morfolgicas.
A todos los embrilogos del pas y a aquellos profesionales que
imparten esta asignatura o se desempean en actividades vinculadas
al desarrollo prenatal va destinada esta pgina en que podrn
informarse acerca del acontecer de esta especialidad en Cuba y el
mundo y publicar sus resultados comentarios, opiniones y trabajos
en general.
Etapas de la EmbriologiaEtapa 1: Si un espermatozoide encuentra
un vulo en la trompa, intenta atravesar su membrana; si lo
consigue, el vulo produce una cubierta muy resistente que evita la
penetracin de un segundo espermatozoide. La fecundacin concluye
cuando los ncleos del espermatozoide y del vulo se fusionan. A
partir de este momento se inicia el desarrollo embrionario.Etapa 2:
El cigoto formado por una sola clula, sigue desplazndose por la
trompa en su camino hacia el tero y comienza a dividirse. Al final
del segundo da ya est formado por dos clulas que se mantienen
juntas.Etapa 3: Las clulas comienzan a dividirse hasta formar un
embrin de 32 clulas, llamado mrula debido a su aspecto de mora o
pelota mazizaEtapa 4: Se forma una cavidad en el interior de la
mrula que adopta la forma de pelota hueca. Esta estructura se
denomina blastocisto temprano.Etapa 5: Un grupo de clulas se
condensa en el interior del blastocisto y forma una masa compacta
disuelta en un extremo; as se constituye el determinado blastocisto
tardo. Las clulas internas originarn el embrin, es decir, sus
tejidos y rganos, y por lo tanto la futura persona adulta. Las
clulas de la cubierta producirn las estructuras externas al embrin,
como la placenta, con funcin de nutrir y proteger al embrin.Etapa
6: El embrin se implanta en la pared del tero que se ha preparado
para este acontecimiento recubrindose de una cama denominada
endometrio. Este proceso se extiende hasta el da 14 despus de la
fecundacin.La Transformacin del Piruvato en Acetil-CoA mediante
Descarboxilacin Oxidativa.
Ciclo de krebs
Desarrollo embrionario
Etapa embrionaria
