Segurament has hagut d'estudiar en biologia una de les etapes metabòliques més importants en la respiració cel·lular aeròbica que té lloc al nostre organisme: el Cicle de Krebs. És conegut també com el cicle de l'àcid cítric i es tracta d'una etapa metabòlica crítica que passa a la matriu mitocondrial de les cèl·lules animals. En aquest article, descobriràs detalladament les característiques del cicle de Krebs, el seu funcionament pas a pas i la seva importància vital per al metabolisme cel·lular.
respiració cel·lular
Per comprendre el cicle de Krebs, cal tenir en compte que la respiració cel·lular es divideix en tres fases fonamentals:
- glucòlisi: Procés en què es descompon la glucosa en piruvat o àcid pirúvic, que després es converteix en Acetil-CoA.
- Cicle de Krebs: Aquí, l'Acetil-CoA s'oxida a CO2.
- Cadena de transport d'electrons (també coneguda com a cadena respiratòria): És la fase en què es genera la major part denergia a través de la transferència delectrons dhidrogen, aprofitant els subproductes de les etapes anteriors.
Què és el cicle de Krebs?
El cicle de Krebs és una part crucial del metabolisme cel·lular i una de les principals vies per les quals es genera energia en forma d'ATP. Aquest cicle promou la descomposició dels productes finals del metabolisme de carbohidrats, lípids i alguns aminoàcids. A través del cicle de Krebs, l'Acetil-CoA és oxidat, alliberant CO2, H2O i ATP. Aquest procés és essencial perquè les nostres cèl·lules obtinguin l'energia necessària per fer funcions vitals i activitats físiques. A més, durant el cicle de Krebs també es produeixen intermediaris metabòlics com a precursors en la biosíntesi d'aminoàcids i altres biomolècules.
Passos de el cicle de Krebs
Al cicle de Krebs, una sèrie de reaccions químiques permeten l'oxidació de l'Acetil-CoA en CO2, generant molècules d'alta energia com NADH, FADH2 i GTP (o ATP). Aquestes etapes tenen lloc a la matriu mitocondrial i requereixen oxigen.
- Descarboxilació oxidativa del piruvat: El procés comença quan el piruvat provinent de la glucòlisi es converteix en Acetil-CoA mitjançant una descarboxilació oxidativa, produint NADH i alliberant CO2.
- Formació de citrat: L'Acetil-CoA es combina amb oxalacetato per formar citrat, el compost que dóna nom a aquest cicle.
- Conversió de citrat en isocitrat: A través d'una reacció d'isomerització catalitzada per l'enzim aconitas, el citrat es converteix en isocitrat.
- Oxidació d'isocitrat: L'isocitrat passa per una descarboxilació oxidativa que el converteix en α-cetoglutarat, alliberant una molècula de CO2 i produint NADH en el procés.
- Formació de succinil-CoA: L'α-cetoglutarat s'oxida i es converteix en succinil-CoA. En aquest pas també s'allibera CO2 i es genera una altra molècula de NADH.
- Conversió de succinil-CoA a succinat: A través d'una fosforilació a nivell de substrat, el succinil-CoA es converteix en succinat, generant-se GTP o ATP, depenent del tipus de cèl·lula.
- Oxidació de succinat a fumarat: El succinat s'oxida a fumarat mitjançant l'acció de la succinat deshidrogenasa, i es produeix FADH2.
- Hidratació del fumarat a malat: El fumarat es converteix en malat mitjançant una hidratació catalitzada per la fumarasa.
- Oxidació de malat a oxalacetat: Finalment, el malat s'oxida novament a oxalacetato, regenerant el compost que és essencial per iniciar de nou el cicle. A més, es genera una altra molècula de NADH.
El cicle es repeteix contínuament mentre hi hagi Acetil-CoA disponible, fet que demostra la seva importància metabòlica en la generació constant d'energia.
Història del Cicle de Krebs
Hans Adolf Krebs, bioquímic alemany, va descobrir el cicle el 1937, i el seu treball va ser tan influent que li va valer el Premi Nobel el 1953. Krebs va demostrar com els diferents nutrients, com carbohidrats, greixos i proteïnes, es poden descompondre en un únic procés metabòlic per a generar energia. El seu descobriment va permetre entendre de manera integral com les cèl·lules extreuen energia dels aliments.
Importància del cicle de Krebs
El cicle de Krebs no és només crucial per a la producció d'ATP, sinó que també genera materials que l'organisme utilitza en la síntesi de biomolècules. Intermediaris com l'oxalacetato i l'α-cetoglutarat són fonamentals per a la síntesi d'aminoàcids, mentre que el citrat és utilitzat per a la síntesi d'àcids grassos. A més, el cicle de Krebs és un reciclador eficient: els productes finals, com l'oxalacetat, es regeneren per iniciar el cicle novament. És un sistema autosuficient que maximitza leficiència cel·lular.
Productes del cicle de Krebs
Per cada volta del cicle de Krebs, es generen:
- 3 NADH
- 1 FADH2
- 1 GTP (o ATP)
- 2 molècules de CO2
Tant el NADH com el FADH2 són fonamentals per a la cadena de transport delectrons, on es produeixen grans quantitats dATP mitjançant fosforilació oxidativa. Encara que tècnicament el cicle de Krebs no genera ATP directament, el GTP es pot convertir en ATP, i els portadors NADH i FADH2 juguen un rol essencial en la producció de l'energia cel·lular. Cada molècula de glucosa que entra al cicle produeix dues molècules d'Acetil-CoA, cosa que duplica la quantitat total d'energia generada. Tot això converteix el cicle de Krebs en un procés central no només per a la producció d'energia, sinó també per a altres processos anabòlics a l'organisme. El cicle de Krebs és el veritable cor del metabolisme cel·lular, per on convergeix l'energia provinent de carbohidrats, lípids i proteïnes per ser convertida en les formes d'energia necessàries per al funcionament i el manteniment de la vida. És un procés fascinant que, repetit milions de vegades a cadascuna de les nostres cèl·lules, assegura que puguem realitzar les nostres funcions quotidianes amb l'energia necessària.