L’importanza del ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs (scoperto da Sir Hans Adolf Krebs) è un insieme di reazioni che può ossidare completamente l’acetil-CoA a CO2 al fine di liberare l’energia per sintetizzare l’ATP, la moneta energetica della cellula, ed è costituito da un insieme di reazioni attraverso le quali si completa la degradazione totale dei prodotti della glicolisi.

Processi importanti per la vita

Gli enzimi del ciclo di Krebs sono presenti nella matrice mitocondriale; l’acido piruvico attraversa la membrana mitocondriale e penetra nel mitocondrio, dove viene trasformato in acetil-CoA, che entra nel ciclo di Krebs.

La catena respiratoria è un insieme di reazioni di ossidoriduzione che avviene nei mitocondri, a conclusione dei processi respiratori, ed è formata da un insieme di molecole, chiamate trasportatori di protoni e di elettroni, presenti nelle creste mitocondriali.

Queste molecole, riducendosi e ossidandosi, trasferiscono protoni ed elettroni dal substrato all’ossigeno molecolare, che si riduce formando acqua; in questo processo si forma l’ATP, ma affinché le varie sequenze di reazioni della catena avvengano è necessaria la presenza di diversi enzimi specifici che catalizzano l’intero processo.

• Il bilancio energetico della respirazione aerobica di una molecola di glucosio è di 38 molecole di ATP, pari a 266 kilocalorie.
• Il metabolismo di una cellula contiene innumerevoli reazioni biochimiche; tuttavia, è possibile identificare un metabolismo dello scheletro.

Il ciclo di Krebs, o ciclo dell’acido tricarbossilico o ciclo dell’acido citrico, avviene interamente nella matrice mitocondriale e la sua funzione principale è agire come via finale comune di ossidazione delle molecole organiche (carboidrati, lipidi, aminoacidi) attraverso l’acetil-CoA e il suo substrato.

L’acetil-CoA deriva principalmente dalla glicolisi, dalla beta-ossidazione, dagli aminoacidi e dai corpi chetonici in un evento fisiologico; il ciclo di Krebs è un “crocevia metabolico”, dove viene eseguita la maggior parte dell’ossidazione e della produzione di energia di una cellula.

Di seguito due video che rappresentano il ciclo di Krebs e la produzione di ATP; e sebbene il secondo video sia in spagnolo, rappresenta esattamente ciò che desideriamo esporre, ma con un’eccellente animazione 3D.

I composti e il ciclo di Krebs

L’ossalacetato, un composto che aiuta il processo ed è presente in quantità molto piccole, può quindi essere paragonato a un catalizzatore (che viene utilizzato molte volte e si ritrova alla fine della reazione).

Il ciclo produce l’ossidazione del carbonio integrando composti (come la CO2), ma soprattutto coenzimi ridotti (NADH + H⁺ e FADH2) che vengono ossidati nella catena respiratoria, inducendo la produzione di grandi quantità di ATP per fosforilazione ossidativa.

• I grassi hanno grande importanza come combustibile organico per il fatto di possedere un elevato valore calorico, e il principale meccanismo di produzione di energia dei lipidi consiste nell’ossidazione degli acidi grassi.
• L’idrolisi dei lipidi viene eseguita da lipasi specifiche che liberano gli acidi grassi dal glicerolo; una volta prodotti, gli acidi grassi subiscono il processo di beta-ossidazione nel citoplasma; l’acetil-CoA così formato può quindi entrare nel ciclo di Krebs; la resa energetica della beta-ossidazione di una molecola di 16 atomi di carbonio è di 130 molecole di ATP, pari a 910 kilocalorie.
• Le proteine vengono idrolizzate nel tubo digerente e gli aminoacidi entrano nelle cellule, dove possono subire diversi tipi di ossidazione che determineranno l’ingresso dei loro derivati nel ciclo di Krebs, essendo i due principali meccanismi di ossidazione degli aminoacidi la transaminazione e la deaminazione ossidativa.

La transaminazione consiste nel trasferimento del gruppo amminico di un aminoacido a un chetoacido, in modo che un aminoacido venga degradato affinché un altro si formi; queste reazioni sono catalizzate da enzimi chiamati transaminasi; al contrario, nella deaminazione ossidativa i gruppi amminici degli aminoacidi vengono liberati sotto forma di NH3.

D’altra parte, la fermentazione, che è un processo anaerobico in cui non interviene la catena respiratoria, è poco redditizia rispetto alla respirazione; una molecola di glucosio permette di ottenere solo 2 molecole di ATP, trattandosi di un processo incompleto in cui il prodotto finale è un composto organico.