Ciclo di Krebs

Ciclo dell'acido citrico

Introduzione al ciclo di Krebs

Il ciclo dell'acido citrico, noto anche come ciclo di Krebs o ciclo degli acidi tricarbossilici, è parte del metabolismo ossidativo nei procarioti ed eucarioti. Due carboni vengono ossidati completamente entrando nel ciclo come acetil-CoA, formando composti ridotti che entrano nella catena di trasporto degli elettroni, conservando l'energia libera per la sintesi di ATP. Ogni molecola di glucosio porta dentro due acetil-CoA.

La reazione generale è la seguente:

Ac-CoA + GDP + Pi + 3NAD + FAD → 2CO₂ + CoA + GTP + 3NADH + FADH₂

Glicolisi + Ciclo = 6CO₂ + 2GTP + 2ATP + 10NADH + 10H + 2FADH₂

Fase 1: Entrata e uscita di 2C

• Piruvato entra come Acetil-CoA con l'ossidazione di NAD ad NADH. Questa è una reazione fortemente esoergonica e rappresenta una tappa di comando sequenziale da citrato sintasi (dimero di 2b).
• Isomerizzazione del citrato in isocitrato. È una reazione stereospecifica preparatoria alla decarbossilazione, condotta da aconitasi che crea un legame asimmetrico. La reazione è reversibile, ma procede verso l'isocitrato poiché esso viene subito consumato.
• Generazione di CO₂ con isocitrato deidrogenasi e NAD. È una decarbossilazione ossidativa con espulsione di CO₂, perdita del gruppo carbonilico e riarrangiamento. La reazione è fortemente sensibile allo stato energetico della cellula (+ATP accelera), producendo α-chetoglutarato.
• Generazione di CO₂ attraverso la decarbossilazione ossidativa condotta da complesso multienzimatico α-chetoglutarato deidrogenasi (E1, E2, E3). La reazione è irreversibile e produce Succinil-CoA dal legame prodotto-CoA.

Fase 2: Rigenerazione dell'ossalacetato

• Fosforilazione a livello del substrato GDP con enzima succinil-CoA sintetasi, con un P inorganico a livello del sito catalitico, formando succinil-fosfato. Succ-P subisce un attacco nucleofilico dall'His, formando 3-fosfoHis + Succinato con legame tioestere enzima-P ad alta energia, che si lega con il GDP formando GTP.
• Deidrogenazione reversibile ossido-riduttiva flavina-dipendente con ΔG=0 del succinato in fumarato, riducendo FAD in FADH₂ (ossidante più forte), riossidato nella catena di trasporto con succinato deidrogenasi legato alla membrana mitocondriale, creando un legame covalente.
• Idratazione del doppio legame C-C del fumarato, formando L-malato.
• Deidrogenazione dell'L-malato che rigenera l'ossalacetato, riducendo NAD a NADH+H. Questa è una reazione endoergonica che procede verso destra quando la citrato sintasi è attiva.

Regolazione del ciclo

La regolazione del ciclo dell'acido citrico avviene sia attraverso l'entrata dei substrati sia attraverso il controllo cinetico nelle tappe di comando:

• L'entrata di Acetil-CoA dipende dalla piruvato deidrogenasi che controlla l'ossidazione del piruvato.
• Tappa 1: La citrato sintasi è inibita da NADH e Succinil-CoA.
• Tappa 3: L'isocitrato deidrogenasi è inibita da NADH.
• Tappa 4: Il complesso dell'α-chetoglutarato-deidrogenasi è regolato da vari fattori all'interno della cellula.