Ciclo del glioxilato

Qué es el ciclo del glioxilato

Los mamíferos no pueden convertir grasas en azúcares porque el ciclo de Krebs pierde los dos carbonos del acetil-CoA como CO₂ en las descarboxilaciones catalizadas por la isocitrato deshidrogenasa y la α-cetoglutarato deshidrogenasa. El ciclo del glioxilato resuelve este problema saltándose esas dos reacciones.

El descubrimiento de la ruta se debe al propio Hans Krebs junto con Hans Kornberg, que en 1957, trabajando en la Universidad de Sheffield, describieron cómo la bacteria Escherichia coli podía crecer con acetato como única fuente de carbono. Harvey Beevers, por su parte, demostró que las plántulas del ricino (Ricinus communis) empleaban el mismo atajo para convertir las reservas de grasa de la semilla en azúcares durante la germinación. El nombre "glioxilato" se refiere al aldehído de dos carbonos (CHO-COO⁻) que se produce al escindir el isocitrato.

Reacciones y localización

Las dos primeras reacciones son idénticas a las del ciclo de Krebs: la citrato sintasa condensa acetil-CoA con oxalacetato para dar citrato, y la aconitasa isomeriza el citrato a isocitrato. A partir de ahí el camino se bifurca. La enzima isocitrato liasa escinde el isocitrato en succinato (cuatro carbonos) y glioxilato (dos carbonos). La malato sintasa condensa entonces el glioxilato con una segunda molécula de acetil-CoA para formar malato, que se oxida a oxalacetato y cierra el circuito.

El resultado neto es que por cada vuelta entran dos moléculas de acetil-CoA y sale una de succinato. Ese succinato, de cuatro carbonos, puede encaminarse hacia la gluconeogénesis y transformarse en glucosa. En los mamíferos esto resulta imposible justamente por la ausencia de isocitrato liasa y malato sintasa.

En las plantas, el ciclo tiene lugar en unos orgánulos especializados denominados glioxisomas, peroxisomas modificados presentes en las semillas oleaginosas durante la germinación. En bacterias y hongos las reacciones ocurren en el citoplasma.

Relevancia médica

La ausencia de este ciclo en los vertebrados tiene una consecuencia práctica bien conocida en bioquímica: los humanos no podemos fabricar glucosa a partir de ácidos grasos. Esta es la razón metabólica de que el ayuno prolongado obligue a degradar proteínas musculares para mantener la glucemia, ya que la grasa almacenada no puede suplir la demanda de glucosa del cerebro por esta vía.

En microbiología, las enzimas del ciclo del glioxilato se han estudiado como posibles dianas frente a hongos patógenos como Candida albicans y a micobacterias como Mycobacterium tuberculosis, que activan esta ruta cuando sobreviven en el interior de los macrófagos del hospedador y dependen de ácidos grasos como fuente de carbono. La lógica es sencilla: si el humano carece de isocitrato liasa y malato sintasa, un inhibidor de esas enzimas podría afectar al patógeno sin dañar al paciente.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el nombre "glioxilato"?

Del aldehído glioxílico (CHO-COO⁻), un compuesto de dos carbonos que se genera cuando la isocitrato liasa escinde el isocitrato. Ese aldehído da nombre a toda la ruta.

¿Pueden los humanos realizar el ciclo del glioxilato?

No. Carecemos de las dos enzimas propias de la ruta: la isocitrato liasa y la malato sintasa. Esto ha quedado confirmado tanto por datos enzimáticos como genómicos.

¿Es una ruta que produce energía?

No directamente. Su función es anabólica: permite la síntesis neta de carbohidratos a partir de acetato o ácidos grasos. La energía se obtiene después, cuando esos carbohidratos se oxidan por otras vías.

Referencias

1. Dunn MF et al. Major roles of isocitrate lyase and malate synthase in bacterial and fungal pathogenesis. Microbiology (PubMed, NIH).
2. National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Summary: Glyoxylic Acid (CID 760).
3. Kornberg HL, Krebs HA. Synthesis of cell constituents from C2-units by a modified tricarboxylic acid cycle. Nature 179, 988-991 (1957).
4. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Metabolismo. MedlinePlus, enciclopedia médica en español.