Il ciclo di Krebs

Come visto nell’articolo sulla glicolisi, l’evoluzione ha scelto il glucosio come fonte energetica di gran parte degli organismi. Questo, tramite il pathway glicolitico, viene processato per ottenere due molecole di piruvato con un guadagno di 2 ATP, determinando che quindi la glicolisi non sia un metabolismo a scopo energetico. Infatti, per produrre energia, vi è la respirazione cellulare: l’insieme di reazioni che producono CO2 e ATP consumando l’ossigeno.

La respirazione cellulare si divide in tre fasi principali:

  1. Ossidazione di molecole organiche in Acetil-CoA
  2. Ciclo di Krebs, o dell’acido citrico
  3. Fosforilazione ossidativa

Tutte e tre avvengono nei mitocondri in cui sono trasportati tramite trasporto attivo secondario. In questo articolo ci occuperemo delle prime due.

Decarbossilazione ossidativa

La prima fase consiste della decarbossilazione del piruvato. È una reazione irreversibile dato il ΔG molto negativo e porta alla formazione di 1 NADH e 1 Acetil-CoA. La piruvato deidrogenasi è il complesso enzimatico che catalizza l’intera reazione.

Questo è formato da tre enzimi presenti in quantità variabili a seconda dell’organismo considerato:

  • piruvato deidrogenasi (E1)
  • diidrolipoil transacetilasi (E2)
  • diidrolipoil deidrogenasi (E3)

Oltre questi ci sono 5 cofattori fondamentali:

  • tiamina pirofosfato
  • FAD
  • NAD
  • coenzima A
  • lipoato

Come prima tappa il carbonio 1 del piruvato decarbossila e rilascia CO2, il gruppo acetilico restante lega la tiamina pirofosfato come gruppo idrossietilico, il gruppo carbonilico viene ridotto.

Nella seconda tappa tale gruppo viene nuovamente ossidato e gli elettroni riducono il ponte disolfuro del lipoato presente sull’E2 formando due gruppi tiolici(SH). L’acetato viene esterificato con uno dei due gruppi e poi trans esterificato con il CoA formando l’acetil-Coa.

Il complesso E3 ossida i gruppi tiolici del lipoato riducendo prima il FAD e poi il NAD e ristabilendo il ponte disolfuro.

Ovviamente, essendo formatesi 2 molecole di piruvato al termine della glicolisi, la reazione avviene per entrambi i piruvati.

I principi di biochimica di Lehninger

Ciclo di Krebs

Il ciclo dell’acido citrico è caratterizzato da 8 tappe, anch’esso non è prettamente energetico, ma prepara i trasportatori di elettroni alla fosforilazione ossidativa.

Prima tappa

Il gruppo acetilico dell’Acetil-CoA lega il carbonio 2 dell’ossalacetato formando il citrato. L’enzima catalizzante è la citrato sintasi e la reazione è altamente esoergonica, ΔG= -32,2 Kj/mol. La reazione è una condensazione di Claisen, idrolisi di un H2O, e l’energia rilasciata è necessaria affinché il ciclo proceda a destra in quanto la concentrazione di ossalacetato è molto bassa.

Seconda tappa

Viene catalizzata da una liasi chiamata aconitasi. Questo trasferisce il gruppo ossidrilico presente sul carbonio 3 al carbonio 4 e l’idrogeno di quest’ultimo al primo formando iso-citrato. La reazione passa tramite un intermedio detto cis-aconitato caratterizzato da un doppio legame tra i due carboni e la formazione con successiva idrolisi di una molecola di acqua.

Terza tappa

Il gruppo carbosilico legato al carbonio 3 decarbossila e il gruppo ossidrilico sul carbonio 4 viene ossidato per mezzo della isocitrato deidrogenasi, formando α-chetoglutarato. La reazione è fortemente esoergonica e un NAD+ viene ridotto.

Quarta tappa

Decarbossilazione del carbonio 5, un coenzima A si lega al carbonio 4 e si forma un NADH, con l’ossido-riduzione tra il gruppo tiolico del coenzima e un NAD+. Il complesso catalizzatore è l’α-chetoglutarato deidrogenasi. Alla fine si forma succinil-CoA.

Quinta tappa 

E’ catalizzata dalla succinil-CoA sintetasi ed è molto importante perché è l’unica tappa in cui viene prodotto un nucleotide diverso dall’ATP. Tale enzima separa il CoA dal succinil-CoA sotituendolo con un fosfato libero. Verrà quindi rilasciato il succinato e il gruppo fosfato legherà un GDP per formare una molecola di GTP.

Sesta tappa

Il succinato viene ossidato nei carboni 2 e 3 formando un doppio legame tra i due con la formazione di un FADH2. L’enzima è la succinato deidrogenasi e la molecola formata è il fumarato.

Settima tappa 

Il doppio legame viene idratato tramite la fumarasi formando L-malato. L’enzima è altamente stereospecifico e l’isomero che può formarsi è solo il “trans L”.

Ottava tappa

Il gruppo ossidrilico viene ossidato dalla malato deidrogenasi formando nuovamente ossalacetato e un NADH.

Riassumendo

Nel ciclo di Krebs si ottengono 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP e 2 CO2. Ovviamente il ciclo avviene per entrambe le molecole di piruvato quindi tali prodotti vanno moltiplicati per 2: 6 NADH, 2 FADH2, 2GTP, 4 CO2.

Il ciclo, detto tale in quanto si autorifornisce, è regolato dalle concentrazioni di ATP: se questo si trova in grandi quantità inibisce l’azione di alcuni enzimi quali la piruvato deidrogenasi, la citrato sintasi, l’isocitrato deidrogenasi e l’α-chetoglutarato deidrogenasi. L’AMP invece stimola allostericamente il funzionamento di tali enzimi.

Il ciclo di Krebs è molto importante in quanto alcuni dei suoi intermedi non terminano il ciclo, ma vengono utilizzati per altri pathways. Ad esempio l’α-chetoglutarato è importante nella regolazione del glutammato mediata dalle transaminasi. Tali reazioni sono dette cataplerotiche. Le reazioni che invece riforniscono il ciclo sono dette anaplerotiche.

Il professore che vorrei

IL CICLO DI KREBS – IL PROFESSORE CHE VORREIInutile dirvelo, quando ci ha scritto il prof. Gianluca Grossi lo abbiamo capito da subito.. è lui il professore che abbiamo tanto atteso ma mai avuto. Vi lasciamo nei commenti il link del suo profilo YouTube, ovviamente vi invitiamo a seguirlo.CONSIDERAZIONIQuanti di voi vorrebbero un professore che durante la lezione sfoggiasse una chitarra e iniziasse a cantare canzoni a pure scopo didattico? Logicamente non si potrebbe studiare un corso di Biochimica con uno spartito al posto del Lehninger ma quanto aiuterebbe, oltre allo scopo educativo, fare sentire gli studenti più vicini ai professori? Si sa, per gli studenti in fondo i professori non sono essere umani, c'è questa visione contorta che difficilmente viene meno. Forse sono cose come questa che potrebbero creare un'aria diversa.Insomma diteci la vostra nei commenti e sopratutto taggate i vostri compagni di corso.

Pubblicato da BioPills su lunedì 13 novembre 2017

Fonti

  • I principi di biochimica di Lehninger – David L. Nelson, Michael M. Cox
  • Biochimicamente – Maria Pia Boschi, Pietro Rizzoni
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