En la primera etapa, el piruvato se oxida y se descarboxila a acetato activo.
La reacción es compleja y requiere tres enzimas y cinco coenzirnas entre las cuales se hallan el NAD, la CoA y el TPP. La reacción global es:
La segunda etapa es la transferencia del acetilo de la acetil-CoA al oxalacetato (del ciclo) para formar ácido cítrico. La reación emplea como catalizador a la enzima citrato sintetasa (conocida anteriormente como enzima de condensación ).
La tercera etapa El ácido cítrico así formado se mantiene en equilibrio con su isómero, el ácido isocítrico y el ácido cisaconítico, a través de la enzima aconitasa. La aconitasa requiere hierro bivalente.
La cuarta etapa En la etapa siguiente, el isocitrato se deshidrogena y se descarboxila simultáneamente a ?-cetoglutarato. La isocitrato deshidrogenasa cataliza esta reacción; el hidrógeno se transfiere ya sea al NAD o al NADP.
La quinta etapa La reacción siguiente es la descarboxilación oxidativa del ?-cetoglutarato a succinato. Esta reacción se asemeja a la transformación de piruvato a acetato activo en cuanto a que requiere TPP, NAD y CoA. Se realiza en dos etapas. El succinato emerge de la primera etapa como el complejo succinil-CoA.
La descomposición de este complejo en succinato y CoA se produce simultáneamente con la fosforilación de la guanosina difosf ato (GDP) a GTP, a expensas de la energía liberada de la unión del tioéster de alta energía.
El resultado neto de estas dos etapas es:
El GDP se genera mediante la transferencia de fosfato del GTP al ADP,para formar ATP.
La sexta etapa El succinato se oxida ahora a fumarato mediante la enzima succinato deshidrogenasa, que contiene FAD.
La séptima etapa En la siguiente etapa, el fumarato se hidrata a malato, reacción catalizada por la enzima fumarasa:
En la última etapa del ciclo, el malato se deshidrogena mediante la enzima malato deshidrogenasa, que requiere NAD, para formar ácido oxaloacétic, oel cual está listo para aceptar otra molécula de acetil CoA y comenzar el ciclo una vez más:
La importancia del ciclo de los ácidos tricarboxílicos no se limita al catabolismo aeróbico de los carbohidratos. Este ciclo representa también la principal vía para la oxidación final de las grasas y las proteínas.
Se recordará que la mayoría de los ácidos grasos naturales contiene una cantidad par de átomos de carbono. Se consideró durante mucho tiempo a este hecho como una clave de la degradación (obiosíntesis) de los ácidos grasos en etapas que involucraban la eliminación (o adición) de fragmentos de dos átomos de carbono, Este punto de vista ha recibido mucho apoyo en virtud de un gran caudal de evidencias experimentales. Las teorías actuales acerca de la oxidación de los ácidos grasos reconocen el siguiente camino general:
– Un ácido graso con 2 átomos de carbono se activa en primer lugar por condensación con CoA.
– El complejo ácido graso-CoA se oxida (deshidrogena) al homólogo insaturado correspondiente, con una doble ligadura entre los á tomos de carbono (n—3) y (n—2).
– El complejo ácido insaturado CoA se hidrata y oxida de forma tal que aparece ahora una función cetónica en la posición (n—3) ó?.
– El complejo se divide ahora en acetil—CoA y un complejo con CoA semejante, correspondiente al ácido graso con n—2 átomos de carbono, para lo cual se requiere una molécula de CoA libre.
La acetil-CoA se incorpora al ciclo de Krebs mientras que el complejo nuevamente se oxida, se acorta en dos átomos de carbono y así sucesivamente. La oxidación de los ácidos grasos, siguiendo este esquema, ocurre exclusivamente en las mitocondrias.
La degradación oxidativa de los aminoácidos es más compleja. El proceso de degradación es diferente para cada aminoácido, y también puede diferir de un organismo a otro. Al final, sin embargo, todos los aminoácidos se convierten en un pequeño número de ácidos orgánicos, todos ellos participantes del ciclo de Krebs (acetato, piruvato, oxaloacetato, fumarato, succinato y ?-cetoglutarato).
En una u otra etapa, el proceso requiere de la eliminación del grupo amino. En la mayoría de los aminoácidos, esto se realiza por transaminación, es decir, la transferencia de un grupo amino de un aminoácido a un aceto ácido, tal como se observa a continuación:
Las transaminasas catalizan esta reacción; estas enzimas requieren la presencia de la coenzima fosfato de piridoxal, un derivado de un grupo de factores dietéticos intercambiables, conocido como vitamina B6.
Cualquiera de los tres ?-ceto ácidos del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (piruvato, oxaloacetato, a-cetoglutarato) puede servir como aceptor del grupo amino, formando alanina, ácido aspártico y ácido glutámico, respectivamente. Sin embargo, la mayor parte del nitrógeno de los grupos amino eliminados por transaminación se recupera finalmente como glutamato. El glutamato sufre desaminación oxidativa, catalizada por glutamato deshidrogenasa que requiere NAD:
El ácido ?-cetoglutárico se incorpora al ciclo de los ácidos tricarboxílicos. El destino del amoníaco Depende del organismo en particular. Puede ser excretado como tal (invertebrados acuáticos), como óxido de trimetilam ina (peces teleósteos), como urea (mamíferos, peces cartilaginosos), o ácido úrico (reptiles, aves).
La observación de que el camino catabólico de los rest principales tipos de nutrientes —carbohidratos, proteínas y grasas— converge al ciclo de los ácidos tricarboxílicos explica la estrecha interrelación entre el metabolismo de estos tres grupos. Más aún, el ciclo de Krebs a menudo participa en el flujo “río arriba” de sustratos metabólicos, para producir las sustancias necesarias para los procesos anabólicos (acetil-CoA para la biosíntesis de los ácidos grasos y algunos aminoácidos, ?-ceto ácidos como aceptores de NH2 en la biosíntesis de aminoácidos, etc.). Estos flujos anabólicos laterales tienden a empobrecer el medio celular en intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos.
Para contrabalancear esta merma y mantener el ciclo en funcionamiento, se requiere de un mecanismo adicional para la síntesis de nuevo oxalacetato. Este mecanismo consiste en la carboxilación del piruvato, acoplado al sistema ATP-ADP que suministra el necesario aumento de energía libre.
En conexión con esto, nos encontramos con otra vitamina hidrosoluble, la biotina (a veces denominada vitamina H), que sirve de grupo prostético para la enzima ácido pirúvico carboxilasa. La estructura de la biotina (que también es importante en otros procesos de carboxilación en la biosíntesis de ácidos grasos) puede apreciarse a continuación: