¿Qué es el ciclo de Krebs y cuál es su función?

Te vamos a explicar de forma sencilla una de las bases del metabolismo aeróbico, el ciclo de Krebs. Esta ruta es esencial para la génesis de energía.
¿Qué es el ciclo de Krebs y cuál es su función?
Saúl Sánchez

Escrito y verificado por el nutricionista Saúl Sánchez el 21 octubre, 2021.

Última actualización: 21 octubre, 2021

El ciclo de Krebs es una de las rutas metabólicas más importantes para la obtención de energía. Se incluye dentro del metabolismo aeróbico y resulta un mecanismo muy eficiente que resulta ser un elemento clave dentro de la respiración celular. Se conoce también como ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos.

Te vamos a explicar en qué consiste exactamente el ciclo de Krebs, cómo se desarrolla y cuál es su importancia dentro del organismo. Ten en cuenta que se trata de un proceso esencial para la vida y cuya activación por encima de lo normal puede determinar el estado de composición corporal.

¿Cómo se desarrolla el ciclo de Krebs?

El sustrato principal del ciclo de Krebs es el acetil-CoA, una molécula que resulta del proceso de glucólisis aeróbica. Se trata de un mecanismo que tiene lugar en la matriz de la mitocondria y que cuenta con un carácter oxidativo. Además de la molécula de acetil-CoA, se obtiene una unidad de NADH y un dióxido de carbono, elementos claves en el proceso de obtención de energía.

El ciclo de Krebs está compuesto por un conjunto de 8 reacciones moduladas por distintas enzimas. En total se llevan a cabo cuatro oxidaciones. El acetil-CoA sufre una serie de transformaciones que se van catalizando con el paso del tiempo. Algunas de ellas son reversibles, pero otras no.

En un primer momento, la molécula de acetil-CoA se combina con oxalacetato para formar citrato. Este libera un par de moléculas de dióxido de carbono. A partir de aquí se genera un compuesto conocido como GTP que tiene como objetivo la reducción de ciertos compuestos, lo que termina con el restablecimiento del oxalacetato inicial. Se podría repetir el ciclo de nuevo.

Cuando se produce una vuelta completa a todo el sistema se liberan dos moléculas de CO2, se producen tres NADH, un FADH2 y un ATP o GTP. Estos dos últimos elementos son los que se utilizan para la producción de energía. Se pueden obtener a partir del propio ciclo de Krebs, aunque hay otras reacciones metabólicas que los generan por medio de diferentes sustratos.

Hay que tener en cuenta que el ciclo de Krebs ocurre 2 veces por cada molécula de glucosa aportada al proceso de respiración celular. A partir de esta se obtienen dos piruvatos, que más tarde se convertirán en dos acetil-CoA.

Fosforilación oxidativa

Cuando se concluye el ciclo de Krebs, se ponen en marcha unas rutas metabólicas que terminan por generar una gran cantidad de moléculas de ATP. Entre ellas destaca la cadena transportadora de electrones, en la que se introducen los NADH y FADH2 generados al final del ciclo anterior. Durante este proceso se transportan los electrones desde la mitocondria hasta el espacio intermembranoso, por medio de la acción de unas proteínas.

Cada vez que se experimenta una transferencia de electrones se libera energía que puede ser utilizada. No obstante, la mayor parte de la misma se produce en el último paso de esta cadena, en el que una buena parte de los electrones pasan de nuevo a la matriz mitocondrial a través de una enzima denominada ATP sintasa.

Hay que tener en cuenta que el 80 % del ATP generado por la degradación de la molécula de glucosa se produce en este punto, gracia a la cadena de transporte de electrones. Se trata de un mecanismo dependiente del oxígeno, ya que al final de la propia cadena existe una formación de agua. En ausencia de la molécula el proceso se paraliza.

¿Para qué sirve el ciclo de Krebs?

El ciclo de Krebs y la producción de energía celular
Ninguna de las estructuras del organismo humano funcionaría como la conocemos sin una cantidad suficiente de energía en forma de moléculas de ATP. El ciclo de Krebs es el principal método para su obtención.

La principal función del ciclo de Krebs es la génesis de energía a nivel mitocondrial. Gracias a esta ruta metabólica se pueden conseguir moléculas de ATP. No solo se obtienen mediante el metabolismo de la glucosa, sino que también es posible su génesis a partir de los aminoácidos o de los ácidos grasos.

Cuando los niveles de glucosa en el organismo son bajos, o los depósitos de glucógeno se encuentran disminuidos, se activa una ruta denominada betaoxidación de los ácidos grasos. A partir de aquí se experimenta una movilización de los lípidos acumulados en el organismo, así como de las grasas circulantes, para la producción de energía.

No obstante, estos elementos no entran en el ciclo de Krebs o en la respiración celular como tal, sino que antes sufren una serie de procesos de conversión al complejo acil-CoA. Este sustrato ingresa al interior de la mitocondria donde sufre una serie de procesos de conversión hasta que se obtiene una unidad de acetil-CoA. Esta sí que puede entrar al ciclo de Krebs de forma normal para la producción de ATP.

De todos modos, hay que tener en cuenta que los ácidos grasos son capaces de generar un rendimiento energético muy superior que el de los azúcares o el de las proteínas. Mientras estos dos últimos nutrientes aportan aproximadamente 4 calorías por gramo, los lípidos son capaces de ofrecer hasta 9 calorías por gramos.

¿Cuándo se activa el ciclo de Krebs?

El ciclo de Krebs está activado constantemente, de lo contrario no podría existir la vida. Constituye uno de los mecanismos principales de obtención de energía. Junto a los procesos de respiración aeróbica forma parte de un complejo de reacciones bastante eficientes en cuanto a rendimiento energético, mucho más que todas aquellas de tipo anaeróbico que se promocionan ante esfuerzos intensos.

De todos modos, el ciclo de Krebs gana todavía más protagonismo cuando se realiza un ejercicio de resistencia de intensidad media o moderada y de larga duración. En este caso el metabolismo aeróbico se sitúa como el proceso principal de obtención de energía. El objetivo en este caso es el ahorro del glucógeno muscular, ya que de lo contrario aparecería la fatiga de forma prematura.

Hay que tener en cuenta que la eficiencia del propio ciclo es una capacidad entrenable, sobre todo en lo que al proceso de betaoxidación de los ácidos grasos se refiere. Cuando se realizan ejercicios de resistencia el organismo trata de evitar un consumo excesivo de glucosa, por lo que incrementa la tasa de conversión de los ácidos grasos y de los aminoácidos en acetil-CoA.

Para maximizar la eficiencia de este proceso y mejorar el ahorro del glucógeno se pueden utilizar ciertas ayudas ergogénicas externas, como es el caso de la cafeína. Esta ha demostrado ser capaz de incrementar el rendimiento deportivo y de retrasar la aparición de la fatiga, según un estudio publicado en la revista Sports Medicine. No obstante, se deben utilizar dosis óptimas.

Aunque durante los esfuerzos de resistencia predomine la obtención de energía por medio del ciclo de Krebs, no se “apagan” las demás rutas metabólicas. Las de carácter anaeróbico siguen funcionando, aunque pierden parte de su peso y de su protagonismo. Del mismo modo, ante una situación de esfuerzo máximo el ciclo de Krebs continúa trabajando, aunque su aportación energética al total es menor.

¿Cómo perder peso estimulando la función del ciclo de Krebs?

La mayor parte de las dietas para perder peso buscan incrementar la función del ciclo de Krebs, estimulando la betaoxidación de ácidos grasos previa para generar una movilización del tejido adiposo. Para ello se pueden tomar varias estrategias distintas. Una de las más clásicas tiene que ver con la restricción calórica. Cuando hay falta de glucosa circulante, se utilizarán las reservas almacenadas.

También existen ciertos mecanismos que estimulan un proceso denominado autofagia. Este podría contar con la característica de reducir el riesgo de desarrollar cáncer, según una investigación publicada en la revista Clinics. A partir de la autofagia se eliminan las proteínas y células ineficientes, sustituyéndose por otras que realizan bien sus funciones.

Se trata de un mecanismo que va de la mano con el incremento de la eficiencia de la oxidación de los lípidos. Se consigue por lo tanto un incremento de la sensibilidad a la insulina y una mayor capacidad del organismo de movilizar las grasas para producir energía, ahorrando glucógeno y estimulando la pérdida de peso procedente del tejido adiposo.

La mejor manera de activar todo este proceso es poniendo en marcha el protocolo del ayuno intermitente, por medio del cual se restringe el aporte de calorías durante un periodo de tiempo no inferior a 16 horas. Mientras dure la restricción, el ciclo de Krebs y el resto de las rutas del metabolismo aeróbico serán las protagonistas en lo que a obtención de energía se refiere.

De todos modos, cualquier hábito que consiga incrementar la flexibilidad metabólica resultará positivo para activar el ciclo de Krebs y la oxidación de las grasas, mejorando así el estado de composición corporal. Para ello puede ser determinante la práctica de ejercicio físico, sobre todo el trabajo de fuerza. Genera un proceso de hipertrofia muscular que ha demostrado promocionar la eficiencia metabólica y la pérdida de peso.

La dieta cetogénica y la activación del ciclo de Krebs

Una de las dietas que apuesta por la activación del ciclo de Krebs y el incremento de la eficiencia en la oxidación de los ácidos grasos es la cetogénica. Esta se basa en la restricción del aporte de carbohidratos, lo que consigue generar un incremento de la sensación de saciedad y una pérdida de peso progresiva. Así lo afirma una investigación publicada en la revista Nutrition & Diabetes.

En este contexto, se reduce la importancia del metabolismo anaeróbico. La mayor parte de la energía producida se genera durante la respiración celular. Además se estimulan los procesos de oxidación de lípidos. Es necesario reponer mediante su transformación los depósitos de glucógeno. También asegurar que existen sustratos para iniciar el ciclo de Krebs.

De todos modos, la dieta cetogénica crea un estado metabólico muy característico conocido como cetosis. En este contexto, son los cuerpos cetónicos los sustratos preferentes del cerebro. Se experimenta un incremento de la flexibilidad metabólica a partir de una mayor sensibilidad a la insulina.

No obstante, la dieta cetogénica provoca ciertos efectos secundarios transitorios a corto plazo, insalvables para algunos. Dichos inconvenientes pueden condicionar la adherencia al tratamiento, llevando a que muchos de sus practicantes abandonen la pauta durante los primeros días de la misma.

Dieta cetogénica, ciclo de Krebs y deporte

Se propone este método de alimentación en determinados contextos deportivos buscando un incremento de la eficiencia del uso de lípidos para la génesis de energía. Se trata de una estrategia habitual dentro del marco de los deportes de resistencia. A medio plazo se puede traducir en un incremento del rendimiento y en un retraso en la aparición de la fatiga en competición.

Cuando se aplica la dieta cetogénica durante la práctica de ejercicio físico de alta intensidad se produce un proceso conocido como cetoadaptación. A partir del mismo los cuerpos cetónicos generados durante el metabolismo son capaces de sufragar el 75 % de las necesidades energéticas del cerebro.

Se experimenta un incremento de las enzimas encargadas de oxidar los ácidos grasos. Además, estos principios inmediatos comienzan a ser utilizados por otras células del cuerpo, como pueden ser las nerviosas. Así se satisfacen los requerimientos energéticos de las mismas. Incluso el músculo cardíaco podría hacer uso de estos elementos para sus funciones.

De todos modos, se recomienda la supervisión profesional. Si no está bien pautada pueden experimentarse problemas intestinales y déficits de nutrientes esenciales que condicionen el bienestar. Suele ser necesaria la suplementación con fibra en estos casos para evitar alteraciones en la microbiota. Los pre y probióticos también son beneficiosos en estos contextos.

Enfermedades relacionadas con el ciclo de Krebs

Existen algunas patologías desarrolladas o adquiridas que pueden condicionar el buen funcionamiento del ciclo de Krebs. Todavía se desconocen muchos puntos clave alrededor de este tema, pero sí se han identificado ciertas ineficiencias en cuanto al desarrollo del ciclo que pueden generar problemas de salud graves.

Algunos de los problemas podrían venir derivados de una privación excesiva de nutrientes. Por ejemplo, en una situación de déficit de tiamina, se experimentan problemas en la oxidación del piruvato, lo cual podría limitar la producción de acetil-CoA para poner en marcha el ciclo de Krebs. La deficiencia de esta vitamina resulta especialmente peligrosa a nivel cerebral.

De hecho, existen ciertas patologías que pueden desarrollarse a partir de una situación de este estilo, siendo el beriberi la más conocida. Es una enfermedad frecuente en personas con restricciones dietéticas excesivas o en consumidores de alcohol dependientes. En ambas situaciones se detectarán concentraciones excesivas de piruvato en sangre.

Otras condiciones pueden generar situaciones similares. Por ejemplo, cuando se produce una intoxicación con mercurio o con arsénico se experimentan unos síntomas muy parecidos. Es normal que en estos casos se manifiesten problemas a nivel del sistema nervioso central generados a partir de un defecto en el metabolismo del piruvato.

En ambos casos se priva al cerebro de una fuente de energía sostenida, ya que el ciclo de Krebs es una de las rutas principales que permiten el mantenimiento de sus funciones. En el momento en el que el órgano principal del sistema nervioso central no es abastecido de forma óptima, se comienzan a producir ineficiencias importantes en sus funciones.

Otras enfermedades mitocondriales

El ciclo de Krebs y las enfermedades de las mitocondrias
Algunas enfermedades mitocondriales se descubren en los primeros años de vida, ya que suelen tratarse de problemas congénitos.

Además de las patologías comentadas, pueden existir otras enfermedades mitocondriales que dificulten los procesos metabólicos llevados a cabo en estos orgánulos celulares. Las más frecuentes tienen que ver con las alteraciones en el material genético de dichos elementos. Esto puede condicionar la síntesis de proteínas endógenas determinantes para que la mitocondria cumpla con sus funciones.

En la mayor parte de los casos es preciso recurrir a medidas farmacológicas para solucionar estos problemas. Suele funcionar bien la aplicación de un fuerte antioxidante que intervenga en la cadena transportadora de electrones dentro de la mitocondria, como puede ser la coenzima Q10. Se utilizan dosis elevadas para tratar de corregir los defectos en el orgánulo y recuperar la condición de homeostasis.

De acuerdo con un estudio publicado en la revista International Journal of Molecular Science, la coenzima Q10 es determinante para conseguir un buen funcionamiento a nivel mitocondrial. Si se experimenta un déficit de la misma se generarán alteraciones que pueden condicionar la eficiencia del metabolismo, provocando patologías crónicas y complejas a medio plazo.

También existen vitaminas que son determinantes a la hora de asegurar la salud mitocondrial. La riboflavina sería una de ellas. También la vitamina K y la vitamina C juegan papeles importantes, ya que cuentan con un marcado carácter antioxidante. Incluso sustancias como la L-carnitina son determinantes para permitir la entrada de sustratos en la célula.

De hecho, durante mucho tiempo se creyó que la suplementación con L-carnitina podría estimular la pérdida de peso a partir de la oxidación de las grasas. No obstante, las evidencias actuales sugieren que no se experimentan resultados positivos, salvo en el caso de personas obesas. Por este motivo no tiene sentido introducir el elemento en la pauta nutricional de una persona que desea mejorar su composición corporal.

El ciclo de Krebs, una parte esencial del metabolismo aeróbico

El ciclo de Krebs supone una piedra angular en el metabolismo aeróbico. Por una parte, utilizar los resultados de la descomposición del piruvato para la génesis de energía. Por otra, crea los sustratos necesarios para activar la cadena de transporte de electrones, uno de los procesos más eficientes en cuanto a síntesis de ATP.

Una de las características principales de dicho mecanismo metabólico, a parte de su carácter cíclico, tiene que ver con la posibilidad de utilizar sustratos energéticos diferentes. El proceso es capaz de comenzar con una molécula de glucosa. También los ácidos grasos y los aminoácidos pueden iniciar el ciclo si sufren una serie de transformaciones previas.

Sea como fuere, el ciclo de Krebs es un proceso determinante en la síntesis de energía. Si no funciona sería imposible la vida. De hecho, todas las patologías que alteran la homeostasis mitocondrial se consideran complejas y graves. Cuentan con consecuencias desastrosas para la salud a medio plazo y es preciso su tratamiento por medio de la farmacología.

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