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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?

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 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.

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

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 del ciclo di Krebs: 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 del ciclo di Krebs: 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 del ciclo di Krebs: 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 del ciclo di Krebs: 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 del ciclo di Krebs: 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 del ciclo di Krebs: 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 del ciclo di Krebs: 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 del ciclo di Krebs: 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.

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