El ciclo del ácido cítrico ( CAC ), también conocido como ciclo TCA (ciclo del ácido tricarboxílico) o ciclo de Krebs [1] [2] , es una serie de reacciones químicas para liberar la energía almacenada a través de la oxidación del acetil-CoA derivado de los carbohidratos . , grasas y proteínas . El ciclo de Krebs es utilizado por organismos que respiran (a diferencia de los organismos que fermentan ) para generar energía, ya sea mediante respiración anaeróbica o respiración aeróbica . Además, el ciclo proporcionaprecursores de ciertos aminoácidos , así como el agente reductor NADH , que se utilizan en muchas otras reacciones. Su importancia central para muchas vías bioquímicas sugiere que fue uno de los primeros componentes del metabolismo y puede haberse originado de forma abiogénica . [3] [4] A pesar de que se califica como un "ciclo", no es necesario que los metabolitos sigan una sola ruta específica; Se han reconocido al menos tres segmentos alternativos del ciclo del ácido cítrico. [5]
El nombre de esta ruta metabólica se deriva del ácido cítrico (un ácido tricarboxílico , a menudo llamado citrato, ya que la forma ionizada predomina en el pH biológico [6] ) que se consume y luego se regenera mediante esta secuencia de reacciones para completar el ciclo. El ciclo consume acetato (en forma de acetil-CoA ) y agua , reduce el NAD + a NADH, liberando dióxido de carbono. El NADH generado por el ciclo del ácido cítrico se introduce en la vía de fosforilación oxidativa (transporte de electrones). El resultado neto de estas dos vías estrechamente vinculadas es la oxidación de nutrientes para producir energía química utilizable en forma de ATP..
En las células eucariotas , el ciclo del ácido cítrico ocurre en la matriz de la mitocondria . En las células procarióticas , como las bacterias, que carecen de mitocondrias, la secuencia de reacción del ciclo del ácido cítrico se realiza en el citosol con el gradiente de protones para la producción de ATP a través de la superficie de la célula ( membrana plasmática ) en lugar de la membrana interna de la mitocondria . El rendimiento total de compuestos que contienen energía del ciclo TCA es de tres NADH, uno FADH 2 y un GTP . [7]
Varios de los componentes y reacciones del ciclo del ácido cítrico fueron establecidos en la década de 1930 por la investigación de Albert Szent-Györgyi , quien recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1937 específicamente por sus descubrimientos relacionados con el ácido fumárico , un componente clave del ciclo. [8] Hizo este descubrimiento al estudiar el músculo de la pechuga de una paloma. Debido a que este tejido mantiene su capacidad oxidativa mucho después de romperse en el molino Latapie y liberarse en soluciones acuosas, el músculo de la pechuga de la paloma estaba muy bien calificado para el estudio de las reacciones oxidativas. [9] El ciclo del ácido cítrico en sí mismo fue finalmente identificado en 1937 por Hans Adolf Krebsy William Arthur Johnson mientras estaba en la Universidad de Sheffield , [10] por lo que el primero recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1953, y por quien el ciclo a veces se denomina "ciclo de Krebs". [11]
El ciclo del ácido cítrico es una vía metabólica clave que conecta el metabolismo de los carbohidratos , las grasas y las proteínas . Las reacciones del ciclo son realizadas por ocho enzimas que oxidan completamente el acetato (una molécula de dos carbonos), en forma de acetil-CoA, en dos moléculas de dióxido de carbono y agua. A través del catabolismo de azúcares, grasas y proteínas, se produce el producto orgánico de dos carbonos acetil-CoA que ingresa al ciclo del ácido cítrico. Las reacciones del ciclo también convierten tres equivalentes de nicotinamida adenina dinucleótido (NAD +) en tres equivalentes de NAD + reducido (NADH), un equivalente de dinucleótido de flavina y adenina (FAD) en un equivalente de FADH 2 , y un equivalente de guanosina difosfato (GDP) y fosfato inorgánico (P i ) en un equivalente de guanosina trifosfato (GTP). El NADH y el FADH 2 generados por el ciclo del ácido cítrico son, a su vez, utilizados por la vía de fosforilación oxidativa para generar ATP rico en energía.