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Ciclo di Krebs

Ciclo di Krebs
Curatore scientifico
Dr. Mario Vasta
Specialità del contenuto
Ematologia Endocrinologia

Cos’è il ciclo di Krebs

La scoperta del ciclo di Krebs è da attribuirsi al biochimico britannico Hans Adolf Krebs, che nel 1937 ne descrisse i passaggi principali. Per questa sua scoperta Krebs fu insignito del premio Nobel per la medicina nel 1953.

Il ciclo di Krebs, noto anche come ciclo degli acidi tricarbossilici (TCA) o ciclo dell'acido citrico, è un ciclo metabolico che ha lo scopo di trasformare in un’unica sorgente di energia tutte le molecole introdotte nell’organismo attraverso l’alimentazione quali proteine, zuccheri e grassi.  

Il ciclo di Krebs è dunque un ciclo metabolico costituito da una serie di reazioni chimiche, di importanza fondamentale in tutte le cellule aerobie, ovvero tutte quelle cellule che utilizzano l’ossigeno nel processo della respirazione cellulare.

Esso è infatti attivo in tutti gli animali, nelle piante superiori e nella maggior parte dei batteri. l ciclo di Krebs è una via metabolica anfibolica, in quanto partecipa sia a processi catabolici che a processi anabolici.

Il ciclo fornisce infatti anche molti precursori per la produzione di alcuni amminoacidi (ad esempio l'α-chetoglutarato e l'ossalacetato) e di altre molecole fondamentali per la cellula.

In cosa consiste il ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs consiste in una serie di otto reazioni biochimiche che, a partire dalle molecole degli alimenti, portano alla formazione di anidride carbonica e di coenzimi ridotti (molecole ricche di energia).

Vediamo insieme nel dettaglio le otto reazioni che costituiscono il ciclo di Krebs.

  • Reazione 1 Condensazione di Acetil-CoA e ossalacetato – La prima reazione del ciclo è la condensazione dell'acetil-CoA con l'ossalacetato per formare il citrato. L'enzima che catalizza la reazione è la citrato sintasi. La reazione libera il Coenzima-A che può partecipare alla decarbossilazione ossidativa di un'altra molecola di piruvato da parte del complesso della piruvato deidrogenasi. In questo caso la reazione è fortemente esoergonica e non è reversibile.
  • Reazione 2: Deidratazione-Idratazione del citrato – Nella seconda reazione, il citrato viene disidratato dall'enzima aconitasi. Si forma un intermedio insaturo chiamato cis-aconitato che, per mezzo dello stesso enzima aconitato, viene idratato per formare l'isocitrato.
  • Reazione 3: Decarbossilazione ossidativa dell'isocitrato – L'enzima isocitrato deidrogenasi catalizza la decarbossilazione ossidativa dell'isocitrato per formare l’α-chetoglutarato. I protoni strappati dall'isocitrato vengono convogliati verso il NAD ossidato (NAD+).
  • Reazione 4: Decarbossilazione ossidativa dell'α-chetoglutarato deidrogenasi – A questo punto l'α-chetoglutarato viene convertito in succinil-CoA ed anidride carbonica, da parte del complesso dell'α-chetoglutarato deidrogenasi. Complesso che utilizza anche il CoA e il NAD+ per completare la reazione. L'anidride carbonica viene dunque liberata dal sistema.
  • Reazione 5: Fosforilazione a livello del substrato del Succinil-CoA – Il succinilCoA perde il coenzimaA, liberando l'energia necessaria per la fosforilazione a livello del substrato del GDP a GTP, subito convertito in ATP. Processo che porta alla formazione del succinato. 
  • Reazione 6: Deidrogenazione (reversibile) del Succinato – Il succinato, formato nella reazione precedente, viene quindi ossidato a fumarato da parte della succinato deidrogenasi. In questa reazione interviene l'enzima succinato deidrogenasi che strappa dal succinato due protoni trasferendoli al FAD che diventa FADH2. Il fumarato viene, dunque, sintetizzato.
  • Reazione 7: Idratazione del fumarato – Il fumarato viene idratato mediante l'enzima fumarato idratasi. Il cui prodotto è il malato, un’ enzima altamente stereospecifico, che porta alla formazione di L-malato. Anche in questo caso, la reazione è modestamente esoergonica per cui è reversibile.
  • Reazione 8: Deidrogenazione del L-Malato L'ultima reazione del ciclo è rappresentata dall’ossidazione dell’enzima L-malato ad ossalacetato. La catalizzazione avviene ad opera dell’enzima L-malato deidrogenasi NAD-dipendente, che riduce una molecola di NAD a NADH. Tramite questa reazione che prevede il ripristino della molecola di ossalacetato, si conclude il ciclo di Krebs , che a questo punto può proseguire con i cicli successivi. Queste otto reazioni, costituendo un ciclo, possono continuare all’infinito, liberando l’energia contenuta nei legami delle molecole che si sono formate con la glicolisi e liberando in seguito gli atomi di carbonio sottoforma di CO2. La CO2 che viene eliminata durante l’espirazione dai polmoni, è quella che proviene dai cicli di Krebs che si susseguono nei miliardi di mitocondri delle cellule del nostro corpo. Di per sé il ciclo di Krebs non produce energia liberamente utilizzabile, se non nella reazione tra succinil-Coa e succinato, dove si assiste alla formazione di GTP facilmente convertibile in ATP. Per finire, nel corso del ciclo di Krebs si producono in tutto 6 molecole di CO2, 2 di ATP e 10 di NADH per ogni molecola di glucosio iniziale.

Dove avviene il ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs si verifica all’interno dei mitocondri organismi eucarioti, mentre negli organismi procarioti prende luogo nel citoplasma.

Più nello specifico, il ciclo di Krebs negli eucarioti ha luogo nella matrice mitocondriale. Essa circonda le creste dei mitocondri ed è composta da una soluzione densa che contiene gli enzimi utili alle reazioni biochimiche del processo, dai fosfati ai coenzimi.

Glicolisi e ciclo di Krebs

La glicolisi consiste nella demolizione di una molecola di glucosio. Nel ciclo di Krebs, la glicolisi dà inizio alla respirazione cellulare che si verifica nel citoplasma della cellula.

La glicolisi è un processo che coinvolge enzimi e cofattori. Nel processo si formano due molecole di ATP, due molecole di piruvato e due molecole di trasportatori di elettroni ad alta energia (NADH).

Ciclo di Krebs: schema

Ciclo di Krebs: schema
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