Ciclo di Krebs
Descrizione generale
Il ciclo di Krebs, noto anche come ciclo dell'acido citrico o ciclo degli acidi tricarbossilici, è un complesso di reazioni chimiche utilizzato da tutti gli organismi aerobi per generare energia attraverso l'ossidazione di acetil-CoA derivato da carboidrati, grassi e proteine in anidride carbonica e acqua.
Componenti chimici e reazioni
Durante il ciclo di Krebs, molecole come NADH, FADH2, GTP e CO2 sono prodotte. Ecco una successione delle principali molecole coinvolte:
- Acetil-CoA
- Citrato
- cis-Aconitato
- Isocitrato
- α-Ketoglutarato
- Succinil CoA
- Succinate
- Fumarato
- Malato
- Ossalacetato
Enzimi coinvolti
Gli enzimi che catalizzano le varie reazioni del ciclo di Krebs sono:
- Piruvato deidrogenasi (PDH)
- Citrato sintasi (TCA-1)
- Aconitasi (TCA-2)
- Isocitrato deidrogenasi (TCA-3)
- α-chetoglutarato deidrogenasi (TCA-4)
- Succinil-CoA sintasi (TCA-5)
- Succianato deidrogenasi (TCA-6)
- Fumarato idratasi (TCA-7)
- Malato deidrogenasi (TCA-8)
Dettagli della piruvato deidrogenasi
| Enzyme | Abbreviation | Number of chains | Prosthetic group | Reaction catalyzed |
|---|---|---|---|---|
| Piruvato deidrogenasi component | E1 | 24 | TPP | Oxidative decarboxylation of pyruvate |
| Dihydrolipoyl transacetylase | E2 | 24 | Lipoamide | Transfer of the acetyl group to CoA |
| Dihydrolipoyl dehydrogenase | E3 | 12 | FAD | Regeneration of the oxidized form of lipoamide |
Reazioni del ciclo dell'acido citrico
| Step | Reaction | Enzyme | Prosthetic group | Type* | ΔG°' (kcal mol−1) | ΔG°' (kJ mol−1) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Acetyl CoA + oxaloacetate + H2O ⟶ citrate + CoA + H+ | Citrate synthase | - | a | −7.5 | −31.4 |
| 2a | Citrate ⟷ cis-aconitate + H2O | Aconitase | Fe−S | b | +2.0 | +8.4 |
| 2b | cis-Aconitate + H2O ⟶ isocitrate | Aconitase | Fe−S | c | −0.5 | −2.1 |
| 3 | Isocitrate + NAD+ ⟶ α-ketoglutarate + CO2 + NADH | Isocitrate dehydrogenase | - | d + e | −2.0 | −8.4 |
| 4 | α-Ketoglutarate + NAD+ + CoA ⟶ succinyl CoA + CO2 + NADH | α-Ketoglutarate dehydrogenase complex | Lipoic acid, FAD, TPP | d + e | −7.2 | −30.1 |
| 5 | Succinyl CoA + Pi + GDP ⟶ succinate + GTP + CoA | Succinyl CoA synthetase | - | f | −0.8 | −3.3 |
| 6 | Succinate + FAD (enzyme-bound) ⟶ fumarate + FADH2 (enzyme-bound) | Succinate dehydrogenase | FAD, Fe−S | e | ~0 | 0 |
| 7 | Fumarate + H2O ⟶ L-malate | Fumarase | - | c | −0.9 | −3.8 |
| 8 | L-Malate + NAD+ ⟶ oxaloacetate + NADH + H+ | Malate dehydrogenase | - | e | +7.1 | +29.7 |
*Reaction type: (a) condensation; (b) dehydration; (c) hydration; (d) decarboxylation; (e) oxidation; (f) substrate-level phosphorylation.
Regolazione e resa energetica
La regolazione del ciclo di Krebs è cruciale per l'efficienza metabolica. La glicolisi aerobica produce 2 ATP e 2 NADH, generando 6/8 ATP complessivi. Il ciclo di Krebs genera 2 GTP, 4 NADH e 1 FADH2 per un totale di 30 ATP.
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