Biochimica: ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa

Destino del piruvato in condizioni aerobiche

La reazione della piruvato deidrogenasi

Uno dei destini del piruvato è quello di entrare nel ciclo di Krebs, che è una delle possibilità per l'ossidazione del piruvato così da ottenere non solo i 2 ATP della glicolisi ma molti di più.

Il ciclo di Krebs è indipendente dal metabolismo del glucosio. Questo ciclo avviene quando è presente l'ossigeno. Le 2 molecole di piruvato (il piruvato ha 3 atomi di carbonio) vengono trasformate in 2 molecole di acetil coenzima A (il quale ha invece 2 atomi di carbonio), e così si perde un atomo di carbonio formando 1 molecola di CO₂. Quindi, si prosegue l'ossidazione del piruvato. Si tratta di una decarbossilazione, che dà infatti una molecola di CO₂.

La reazione avviene all'interno della matrice mitocondriale. Il piruvato viene decarbossilato, poi ossidato e successivamente si lega all'acetil CoA. La piruvato deidrogenasi è un complesso di enzimi, unione di più enzimi che concorrono a fare una certa reazione, la quale quindi è unica, ma ciò che avviene nella molecola sono 3 reazioni: la decarbossilazione, ossidazione e l'attacco dell'acetil CoA al piruvato, e non possono essere effettuate da un singolo enzima.

I coenzimi che partecipano alla reazione catalizzata dal complesso della piruvato deidrogenasi sono NAD, che esce poi come NADH, FAD, acido lipoico, coenzima A, tiamina piro-fosfato (derivano tutti da vitamine del gruppo B).

Il piruvato viene trasformato in acetil coenzima A poiché quest'ultimo ha un legame molto energetico, e quando si lega al substrato lo attiva! In sintesi, prepara la molecola di piruvato ad essere più facilmente reattiva, quindi dopo il legame con l'acetil coenzima A la reazione procede molto più velocemente. La parte che verrà ossidata non è il CoA, ma sarà il gruppo acetile.

Ciclo di Krebs

• Avviene nella matrice mitocondriale, quindi le cellule senza mitocondri non hanno il ciclo di Krebs;
• Avviene in presenza di O₂, in assenza o carenza diminuisce ma non è mai fermo (come ogni altra via metabolica);
• È un ciclo, quindi inizia con un composto (primer) e termina con lo stesso composto, così da poter ricominciare dal punto di fine, in cui confluiscono gran parte dei nutrienti per essere completamente ossidati (glucosio, amminoacidi, etc.).

Il ciclo di Krebs serve per arrivare alla fosforilazione ossidativa, la quale poi ha bisogno di ossigeno per proseguire, infatti nel ciclo di Krebs non compare mai l'ossigeno.

Nella fosforilazione ossidativa

• Ogni NADH (prodotto dalle vie metaboliche) sarà riossidato nella fosforilazione ossidativa e si produrranno 3 ATP per ogni molecola di NADH;
• Ogni FADH₂ (prodotto dalle vie metaboliche) sarà riossidato nella fosforilazione ossidativa e si produrranno 2 ATP per ogni molecola di FADH₂.

1 GTP deriva direttamente dal ciclo di Krebs, e nel ciclo di Krebs viene completata l'ossidazione dell'acetile (formato da 2 atomi di carbonio) e si liberano quindi 2 molecole di CO₂.

NB: Il CO₂ nelle cellule è presente come bicarbonato, il quale poi va in circolo e...