Ciclo de Krebs

Ciclo de Krebs

Introducción

Se lo conoce también como  ciclo de los ácidos tricarboxilos, su nombre fue en honor al científico Hans Adolf Krebs por su descubrimiento. Este ciclo es de mucha importancia e indispensable para las células que utilizan el oxígeno mediante el proceso de respiración celular. El ciclo de Krebs es el responsable de la formación de energía química  ya que es una conjunción de rutas metabólicas  que degradan y desasimilan los carbohidratos, lípidos y proteínas en anhídrido carbónico y agua. Esta ruta metabólica participa en procesos catabólicos y anabólicos, es decir, es una ruta anfibólica.

Ilustración 1 ciclo de Krebs / google.images

Desarrollo

 El ciclo de Krebs se produce en las  mitocondrias de las células de las células eucariotas y en las células procariotas se produce en el citoplasma.

En el proceso del ciclo de Krebs encontramos ocho reacciones:

1)    Citrato sintasa (De oxalacetato a citrato)

 El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para hacerlo afín a un centro carbonoso del oxalacetato. Como consecuencia de la unión entre las dos moléculas, el grupo tioéster (CoA) se hidroliza, formando así la molécula de citrato.

La reacción es sumamente exoergónica (ΔG'°=-31.4 kJ/mol), motivo por el cual este paso es irreversible. El citrato producido por la enzima, además, es capaz de inhibir competitivamente la actividad de la enzima.

2)    Reacción 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato)

Reacción citrato-isocitratoLa aconitasa cataliza la isomerización del citrato a isocitrato, por la formación de cis-aconitato. La enzima cataliza también la reacción inversa, pero en el ciclo de Krebs tal reacción es unidireccional a causa de la ley de acción de masa: las concentraciones (en condiciones estándar) de citrato (91%), del intermediario cis-aconitato (3%) y de isocitrato (6%), empujan decididamente la reacción hacia la producción de isocitrato.

En el sitio activo de la enzima está presente un clúster hierro-azufre que, junto a algunos residuos de aminoácidos polares, liga el sustrato. En concreto, la unión al sustrato se asegura por la presencia de un resto de serina, de arginina, de histidina y de aspartato, que permiten sólo la unión estereospecifica del citrato 1R,2S, rechazando la forma opuesta.

3)    Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a oxoglutarato)

Reacción isocitrato-oxoglutaratoLa isocitrato deshidrogenasa mitocondrial es una enzima dependiente de la presencia de NAD+ y de Mn2+ o Mg2+. Inicialmente, la enzima cataliza la oxidación del isocitrato a oxalsuccinato, lo que genera una molécula de NADH a partir de NAD+. Sucesivamente, la presencia de un ión bivalente, que forma un complejo con los oxígenos del grupo carboxilo en posición alfa, aumenta la electronegatividad de esa región molecular. Esto genera una reorganización de los electrones en la molécula, con la consiguiente rotura de la unión entre el carbono en posición gamma y el grupo carboxilo adyacente. De este modo se tiene una descarboxilación, es decir, la salida de una molécula de CO2, que conduce a la formación de α-cetoglutarato, caracterizado por dos carboxilos en las extremidades y una cetona en posición alfa con respecto de uno de los dos grupos carboxilo.

4)    Reacción 4: α-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA)

Después de la conversión del isocitrato en α-cetoglutarato se produce una segunda reacción de descarboxilación oxidativa, que lleva a la formación de succinil CoA. La descarboxilación oxidativa del α-chetoglutarato es muy parecida a la del piruvato, otro α-cetoácido.

Ambas reacciones incluyen la descarboxilación de un α-cetoácido y la consiguiente producción de una unión tioéster a alta energía con la coenzima A. Los complejos que catalizan tales reacciones son parecidos entre ellos.

5)    Reacción 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato)

Reacción succinil-CoA-succinatoEl succinil-CoA es un tioéster a alta energía (su ΔG°′ de hidrólisis está en unos -33.5 kJ mol-1, parecido al del ATP que es de -30.5 kJ mol-1). La citrato sintasa se sirve de un intermediario con tal unión a alta energía para llevar a cabo la fusión entre una molécula con dos átomos de carbono (acetil-CoA) y una con cuatro (oxalacetato). La enzima succinil-CoA sintetasa se sirve de tal energía para fosforilar un nucleósido difosfato purinico como el GDP.

La energía procedente del tioéster viene convertida en energía ligada a una unión fosfato. El primer paso de la reacción genera un nuevo intermediario a alta energía, conocido como succinil fosfato. Sucesivamente, una histidina presente en el sitio catalítico remueve el fosfato de la molécula glucídica, generando el producto succinato y una molécula de fosfohistidina, que dona velozmente el fosfato a un nucleósido difosfato, recargándolo a trifosfato. Se trata del único paso del ciclo de Krebs en el que se produce una fosforilación a nivel de sustrato.

6)    Reacción 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a fumarato)

Reacción succinato-fumaratoLa parte final del ciclo consiste en la reorganización de moléculas a cuatro átomos de carbono hasta la regeneración del oxalacetato. Para que eso sea posible, el grupo metilo presente en el succinato tiene que convertirse en un carbonilo. Como ocurre en otras rutas, por ejemplo en la beta oxidación de los ácidos grasos, tal conversión ocurre mediante tres pasos: una primera oxidación, una hidratación y una segunda oxidación. Estos tres pasos, además de regenerar oxalacetato, permiten la extracción ulterior de energía mediante la formación de FADH2 y NADH.

La primera reacción de oxidación es catalizada por el complejo enzimático de la succinato deshidrogenasa, la única enzima del ciclo que tiene como aceptor de hidrógeno al FAD en vez de al NAD+. El FAD es enlazado de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina. La enzima se vale del FAD ya que la energía asociada a la reacción no es suficiente para reducir el NAD+.

7)    Reacción 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato)

Reacción fumarato-L-malatoLa fumarasa cataliza la adición en trans de un protón y un grupo OH- procedentes de una molécula de agua. La hidratación del fumarato produce L-malato.

8)    Reacción 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato)

Reacción L-malato-oxalacetatoLa última reacción del ciclo de Krebs consiste en la oxidación del malato a oxalacetato. La reacción, catalizada por la malato deshidrogenasa, utiliza otra molécula de NAD+ como aceptor de hidrógeno, produciendo NADH.

La energía libre de Gibbs asociada con esta última reacción es decididamente positiva, a diferencia de las otras del ciclo. La actividad de la enzima es remolcada por el consumo de oxalacetato por parte del citrato sintasa, y de NADH por parte de la cadena de transporte de electrones.

Enfermedades asociadas a la inadecuada realización del ciclo de Krebs

Mediante el proceso de ciclo de krebs se pueden ver afectadas las reacciones que se produce estas afectaciones puede provocar ciertas enfermedades:

·  

•        Citrato sintasa (De oxalacetato a citrato)

Su afeccion provoca:

Cáncer de prostata

• ·         Reacción 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato)

Su afección provoca:

Gliomas

• ·         Reacción 4: α-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA)

Su afección provoca:

Retraso psicomotor

Hipotonía

Ataxia

Convulsiones

Síndrome de leigh

Alteraciones hepáticas

Incluso muerte repentina

• ·         Reacción 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato)

Su afección provoca:

Anemia sideroblastica

• ·         Reacción 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a fumarato)

Su afección provoca:

Intoxicación de vías respiratorias

• ·         Reacción 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato)

Su afección provoca:

Fibromialgia

• ·         Reacción 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato)

Su afección provoca:

Hipoglucemia inicial

Acidosis láctica en la sangre

En casos graves ocasiona  el síndrome de leigh

Implicación de la fisioterapia como medio de tratamiento para estas afecciones

En el campo de la fisioterapia, se puede brindar ayuda en rehabilitaciones como en el caso de enfermedades  neurológicas se pueden hacer terapias de relajaciones neuro musculares mediante el uso de la hidroterapia y electroterapia. También se puede brindar una terapia específica en fisioterapia neurológica  para enfermedades como la ataxia que es una enfermedad neurodegenerativa con afectación grave  a nivel del cerebelo,  que ocasiona que el paciente no pueda equilibrarse de manera adecuada, también para este enfermedad se pueden realizar terapia de lenguaje ya que también los pacientes no pueden hablar bien, a esta enfermedad se la conoce como  la enfermedad del borracho, ya que los síntomas presentes son similares a un estado de embriagues. De igual manera para pacientes que sufren de convulsiones se pueden aplicar diferentes ejercicios y terapias para de alguna manera lograr disminuir  en número de convulsiones y muchas otras enfermedades que se presentan en afecciones de las reacciones del ciclo de Krebs, estas enfermedades hasta la actualidad no pueden ser modificadas y arregladas y  la tarea que el fisioterapeuta realiza en estos caso es, mediante terapias hacia el paciente, disminuir los síntomas presentados en su enfermedad y mejorar la calidad de vida de los pacientes.

Conclusiones:

En conclusión, el ciclo de Krebs es un proceso metabólico importante para la células que realizan el proceso de respiración celular, en este proceso intervienen varias encimas, que participan en ocho reacciones, si algunas de estas reacciones se ven afectadas pueden provocar enfermedades como ataxia, hipoglucemia, convulsiones, cáncer de próstata, entre otras. No es posible curar estas enfermedades pero si es posible controlarlas y disminuir síntomas por medio de la fisioterapia y mejorar la calidad de vida de los pacientes.

Referencias

Pérez. (2017). Etapas del Ciclo de Krebs. Ciclodekrebs.com. Retrieved 2 June 2017, from http://www.ciclodekrebs.com/etapas_del_ciclo_de_krebs