Ciclo de Krebs — pasos, esquema y rendimiento de ATP

El ciclo de Krebs es la etapa de la respiración celular que oxida el acetil-CoA a $CO_2$ y captura energía principalmente como $NADH$ y $FADH_2$. También se llama ciclo del ácido cítrico o ciclo TCA. En las células eucariotas ocurre en la matriz mitocondrial; en las procariotas ocurre en el citosol.

Si solo necesitas el resumen para examen, empieza aquí: una vuelta del ciclo procesa un acetil-CoA y normalmente produce $2 CO_2$, $3 NADH$, $1 FADH_2$ y $1 GTP$ o ATP. El propio ciclo produce poco ATP de forma directa. Su función principal es generar transportadores de electrones reducidos para la fosforilación oxidativa.

Pasos del ciclo de Krebs de un vistazo

No necesitas saber el nombre de cada enzima para seguir la ruta. La secuencia clave es:

$$\text{oxaloacetate} + \text{acetyl-CoA} \to \text{citrate} \to \text{isocitrate} \to \text{alpha-ketoglutarate} \to \text{succinyl-CoA} \to \text{succinate} \to \text{fumarate} \to \text{malate} \to \text{oxaloacetate}$$

Ese regreso final al oxaloacetato es la razón por la que se llama ciclo. El aceptor inicial se regenera y puede aceptar otro grupo acetilo.

Qué hace realmente el ciclo de Krebs

La ruta cumple dos funciones al mismo tiempo. Primero, oxida el grupo acetilo del acetil-CoA y libera carbono como $CO_2$. Segundo, captura energía utilizable en transportadores de electrones reducidos.

Por eso el ciclo de Krebs es importante aunque no produzca mucho ATP directamente. La mayor parte de su valor energético aparece después, cuando $NADH$ y $FADH_2$ donan electrones a la cadena de transporte de electrones.

Pasos principales que importan

1. Se forma citrato

El acetil-CoA se combina con oxaloacetato para formar citrato. Este es el punto de entrada del grupo acetilo de dos carbonos.

2. Comienza la oxidación

El citrato se reorganiza y luego se oxida. A medida que la ruta avanza, los electrones se transfieren a $NAD^+$ para formar $NADH$.

3. Dos carbonos salen como $CO_2$

Durante las etapas de descarboxilación, el ciclo libera dos moléculas de dióxido de carbono por vuelta. Un atajo común es suponer que ambas proceden directamente del grupo acetilo que acaba de entrar, pero esa conclusión no se deduce solo del resumen básico de productos.

4. Se produce directamente una pequeña cantidad de ATP

En la etapa de succinil-CoA, el ciclo produce un $GTP$ o ATP por fosforilación a nivel de sustrato, según el organismo y el tejido.

5. Se regenera el oxaloacetato

Las reacciones finales producen $FADH_2$, otro $NADH$, y reconstruyen el oxaloacetato para que la ruta pueda repetirse.

Productos del ciclo de Krebs por vuelta

Para un acetil-CoA, el rendimiento estándar de los libros de texto es:

• $2 CO_2$
• $3 NADH$
• $1 FADH_2$
• $1 GTP$ o ATP

Esa es la respuesta corta más útil para biología introductoria y muchas preguntas de examen.

El rendimiento de ATP del ciclo de Krebs depende de qué cuentes

El ciclo de Krebs produce directamente solo un equivalente de fosfato de alta energía por vuelta, que normalmente se escribe como $1 ATP$ o $1 GTP$.

También verás que se asigna al ciclo un rendimiento mayor de ATP al convertir su $NADH$ y $FADH_2$ en equivalentes de ATP. Ese número depende del sistema de cálculo que se esté usando. Según una estimación moderna común, una vuelta suele tratarse aproximadamente como:

$$3(2.5) + 1(1.5) + 1 = 10$$

equivalentes de ATP por acetil-CoA.

Ese valor es un modelo, no un total de ATP contado directamente dentro del propio ciclo. Si una clase usa convenciones antiguas de libros de texto, el número informado puede ser diferente.

Ejemplo resuelto: rendimiento del ciclo de Krebs a partir de una glucosa

Una molécula de glucosa normalmente produce dos acetil-CoA antes de entrar en el ciclo de Krebs, así que el ciclo da dos vueltas por glucosa.

Duplica los productos de una vuelta:

$$2 \times (2 CO_2,\ 3 NADH,\ 1 FADH_2,\ 1 GTP)$$

Así, la contribución del ciclo de Krebs por glucosa es:

• $4 CO_2$
• $6 NADH$
• $2 FADH_2$
• $2 GTP$ o ATP

Si en tu curso se convierten los transportadores reducidos en equivalentes de ATP usando los valores comunes de $2.5$ y $1.5$, eso da unos $20$ equivalentes de ATP de las dos vueltas combinadas. Si en tu curso solo se cuenta el ATP producido directamente en el ciclo, la respuesta es $2$.

Por qué importa el oxígeno aunque $O_2$ no sea un reactivo

El ciclo de Krebs no usa $O_2$ directamente en ninguno de sus pasos de reacción. Pero en células aerobias sigue dependiendo del oxígeno de forma indirecta, porque la cadena de transporte de electrones debe reoxidar $NADH$ y $FADH_2$ a $NAD^+$ y $FAD$.

Si no hay oxígeno disponible, ese reciclaje se ralentiza o se detiene, y el ciclo de Krebs no puede seguir funcionando con eficiencia.

Errores comunes sobre el ciclo de Krebs

Pensar que la función principal del ciclo es producir ATP

La principal salida energética no es el ATP directo. Es la producción de $NADH$ y $FADH_2$ para la generación posterior de ATP.

Olvidar que una glucosa significa dos vueltas

Muchos estudiantes memorizan el rendimiento por vuelta y olvidan duplicarlo cuando la pregunta empieza con una glucosa.

Tratar el ciclo de Krebs, el ciclo del ácido cítrico y el ciclo TCA como rutas diferentes

En el uso estándar de biología y bioquímica, estos nombres se refieren a la misma ruta.

Cuándo usan las células el ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs es central cuando las células oxidan combustibles en condiciones aerobias. Conecta el metabolismo de los carbohidratos, la degradación de grasas y parte del metabolismo de aminoácidos porque muchos de esos combustibles entran como acetil-CoA o como intermediarios del ciclo.

También es importante más allá de la obtención de energía. Varios intermediarios se usan en biosíntesis, así que el ciclo contribuye tanto al metabolismo como a la construcción celular.

Prueba un tema relacionado

Si quieres fijar bien la ruta, compara el ciclo de Krebs con la respiración celular en su conjunto y luego colócalo entre la glucólisis y la cadena de transporte de electrones. Esa secuencia hace que los números del rendimiento de ATP sean más fáciles de interpretar porque puedes ver qué ATP se produce directamente y cuál depende de los transportadores de electrones.