Concetti Chiave
- Il ciclo di Krebs è un processo fondamentale nel metabolismo energetico di tutti gli organismi aerobi, avviene nei mitocondri e produce intermedi metabolici essenziali.
- L'Acetil-CoA entra nel ciclo reagendo con l'ossalacetato per formare citrato, avviando una serie di reazioni che portano alla produzione di energia sotto forma di GTP e successivamente ATP.
- Durante il ciclo, avvengono decarbossilazioni che rilasciano CO2, mentre il NAD+ e FAD vengono ridotti a NADH e FADH2, cruciali per la produzione di ATP.
- Il ciclo di Krebs è strettamente legato alla catena di trasporto degli elettroni, dove gli elettroni sono trasferiti attraverso complessi proteici, contribuendo alla formazione di un gradiente protonico.
- La fosforilazione ossidativa nella catena respiratoria genera un guadagno netto di 28 molecole di ATP, con la sintesi finale di circa 32 ATP per molecola di glucosio.
Indice
Il ciclo di Krebs
Diversamente dalle piante in cui ci sono cicli ausiliari (C4, CAM), il ciclo di Krebs lo troviamo in tutti gli organismi che vivono in presenza di ossigeno, nei mitocondri. Sono delle strutture che ospitano in qualche modo il segreto degli eucarioti. L’Acetil-CoA entra nella reazione. Ognuno di questi prodotti intermedi del ciclo è prodotto da altre vie metaboliche. Nel metabolismo energetico praticamente tutti i processi che producono ATP passano per il ciclo di Krebs. Entrano 2 atomi di carbonio con l’Acetil-CoA, che reagiscono con l’ossalacetato. Si forma citrato. Nella tappa 3 se ne va un’altra molecola di CO2. La prima è uscita nella carbossilazione ossidativa del piruvato; dalla tappa 3 ne va via un’altra, mentre l’NAD+ diventa NADH. Di forma alpha-chetogluterato (composto a 5 atomi di C). Questo viene decarbossilato per formare succinato (atomo bicarbossilico 4 atomi di C); abbiamo formazione di energia e formazione di un GTP (guanina al posto di adenina), che poi diventa ATP. Il succinato si trasforma poi in fumarato; c’è un cambiamento di legami, dove si ha un’ossidazione e una riduzione del FAD. Il fumarato si trasforma per idratazione in malato; non avviene nessun processo redox, solo cambiamento di struttura. Dal malato si forma nuovamente ossalacetato, e viene ridotta una molecola di NAD+ in NADH.
Reazioni redox e catena respiratoria
Come abbiamo visto nella fase luminosa della fotosintesi, nei complessi della catena respiratoria avviene una serie di reazioni redox. Gli elettroni partono dal complesso 1 e 2 muovendosi verso la stessa direzione. Il verso è indicato dal potenziale elettrochimico (redox). Avvenuta la prima riduzione gli elettroni vengono trasportati fino ad arrivare ad un accettore finale, nel complesso 4, con in metto un citocromo C. Le reazioni redox dal complesso 3 passano per il citocromo e arrivano al complesso 4 che si chiama citocromo C ossidasi; esso si ossida e cede l’ultimo elettrone che si riduce e si lega all’idrogeno, creando l’acqua. Avviene il contrario della fase luminosa: in essa l’acqua cede elettroni, che fanno un salto elettronico, scendono ed arrivano all’NADP che si riduce; qui gli elettroni arrivano all’ossigeno, che con l’H forma H2O. Qui si forma acqua mentre nella fotosintesi c’era la lisi dell’acqua. Anche in questo caso c’è un trasporto di ioni H+ lungo la membrana. I complessi proteici agiscono come pompe; ogni 2 elettroni che vengono trasferiti, 4 protoni vengono spinti per trasporto attivo attraverso i complessi proteici (pompe ioniche). Come nella fotosintesi clorofilliana gli ioni H+ sono spinti nello spazio intermembrana, che si carica sempre più positivamente; la matrice a sua volta si carica negativamente. Questa differenza di concentrazione fa tornare con grande energia gli ioni H+ nella matrice attraverso ATP sintasi. Questo complesso lavora sia in una direzione che nell’altra. L’ATP sintasi serve a svolgere la fosforilazione ADP + P ATP.
Produzione di ATP nella respirazione cellulare
Alla fine la respirazione cellulare fa produrre 32 ATP. Il guadagno effettivo è 28 molecole di ATP. Gli ATP sintasi possono lavorare anche al contrario: se c’è troppo ATP, esso può servire per fornire energia all’ADP + P. Questo nucleotide (ATP) lavora sia caricandosi di E che liberandola. Per ogni NADH si dovrebbero formare 1,5 ATP; per ogni FADH2 se ne formano 2,5. Essi, uniti ai 4 della glicolisi e ox del glucosio (altri 4), portano alla formazione finale di 32 molecole di ATP.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo del ciclo di Krebs nel metabolismo energetico?
- Come avviene la produzione di ATP nella respirazione cellulare?
- Qual è la funzione degli elettroni nella catena di trasporto degli elettroni?
- In che modo il ciclo di Krebs e la fotosintesi sono collegati?
- Qual è la differenza tra il ruolo del NADH e del FADH2 nella produzione di ATP?
Il ciclo di Krebs è fondamentale nel metabolismo energetico poiché tutti i processi che producono ATP passano attraverso di esso, coinvolgendo l'Acetil-CoA e vari intermedi metabolici.
Nella respirazione cellulare, gli elettroni vengono trasportati attraverso complessi proteici, creando un gradiente di protoni che alimenta l'ATP sintasi per produrre ATP, con un guadagno effettivo di 28 molecole di ATP.
Gli elettroni si muovono attraverso i complessi della catena respiratoria, riducendo l'ossigeno a acqua e contribuendo al trasporto attivo di protoni che genera ATP.
Entrambi i processi coinvolgono reazioni redox e il trasporto di protoni attraverso membrane, ma mentre la fotosintesi produce ossigeno, la respirazione cellulare lo consuma per formare acqua.
Il NADH e il FADH2 differiscono nella quantità di ATP prodotta: ogni NADH genera circa 1,5 ATP, mentre ogni FADH2 ne produce circa 2,5, contribuendo al totale di 32 ATP.