Ciclo di Krebs e ciclo del gliossilato

CO

trasformato in isocitrato (6C), che viene deidrogenato con perdita di , producendo l’ -chetoglutarato

α

2

CO

(5C). Quest’ultimo perde un’altra molecola di per formare il succinato (4C). Il succinato viene

2

convertito enzimaticamente in tre tappe in ossalacetato, il composto con cui era iniziato il ciclo.

- In ogni giro del ciclo entra un gruppo acetilico (2C) sotto forma di acetilCoA ed escono due

CO

molecole di .

2 −¿

FADH

- Nel ciclo vengono formati coenzimi ridotti: 3 NADH e (ricevono gli ), molecole

¿

e

2

altamente energetiche. Inoltre viene prodotta una molecola di GTP (stesso significato nella cellula

dell’ATP).

Quindi la maggior parte di energia che viene prodotta è sottoforma di coenzimi ridotti.

O

- Il ciclo è un processo solo aerobico (solo se la cellula è ossigenata), anche se l’ non è

2

implicato direttamente.

Punti chiave (irreversibili) catalizzati da enzimi chiave del ciclo:

- Produzione di acetilCoA citrato sintasi

- Reazione catalizzata dalla isocitraro deidrogenasi

- Reazione catalizzata dalla chetoglutarato deidrogenasi

- Reazione catalizzata dalla - (complesso di 3 enzimi che usa un

α

meccanismo uguale a quello della piruvato deidrogenasi)

I reazione: via irreversibile, enzima chiave della reazione

Reazione di condensazione dell’acetilCoA con

l’ossalacetato per formare citrato: l’atomo di carbonio

metilico del gruppo acetilico si lega al gruppo carbonilico

citrato

dell’ossalacetato. Reazione catalizzata dalla

sintasi. II reazione: via reversibile

aconitasi

L’enzima catalizza la trasformazione

reversibile del citrato in isocitrato (un isomero),

mediante la formazione di un intermedio, il

H O

cis-aconitato. Per far questo toglie una molecola di che si riaddiziona ma con la posizione degli

2

OH in maniera opposta. gruppo Ferro-Zolfo,

Questo enzima usa come cofattore un legato all’aconitasi grazie ai residui di cisteine.

Questi gruppi servono come scambiatori di elettorni, si introduce il doppio legame (quindi ho meno idrogeni

quindi si ossida), in realtà la risultante redox sarà nulla perché l’acqua rientra subito.

III reazione: via irreversibile –reazione redox

deidrogenasi

L’isocitrato catalizza la

decarbossilazione ossidativa per ottenere

-chetoglutarato. È una reazione doppia:

α

l’isocitrato si ossida ad

-chetoglutarato in più si decarbossila

α CO

perdendo . Inoltre il NAD(P) si riduce

2

a NAD(P)H.

A questo livello si produce NADH. IV reazione: via irreversibile – reazione redox

Reazione di decarbossilazione ossidativa:

l’-chetoglutarato si ossida a succinilCoA, il NAD si

riduce diventando NADH. Reazione catalizzata dall’ -

α

chetoglutarato deidrogenasi, che utilizza lo stesso

meccanismo della PDH (in questo lucido mancano i

coenzimi: la TPP, il FAD e il lipoato).

V reazione: via reversibile

Da succinilCoA ottengo succinato. Il succinilCoA ha un

legame tioestere, la cui rottura da l’energia necessaria

per sintetizzare un nucleotide trifosfato (GTP): unica

reazione in cui si sintetizza un nucleotide trifosfato.

succinilCoA sintetasi.

Catalizzata dalla

VI reazione: via reversibile - reazione redox succinato

Il succinato viene ossidato a Fumarato dalla

FADH

deidrogenasi (il FAD si riduce a ). L’unico punto a

2

contatto con la membrana mitoconriale esterna è questo enizima.

VII reazione: via reversibile

Da fumarato si forma malato con una reazione di idratazione,

fumarasi

catalizzata dalla (fumarato idratasi).

VIII reazione: via reversibile - ultima reazione redox del ciclo malato deidrogenasi

Il malato si ossidare a ossalacetato (molecola di partenza) grazie alla (il NAD si

riduce a NADH).

Regolazione del ciclo dell’acido citrico:

Il ciclo dell’acido citrico è regolato a livello delle sue 3 tappe

esoergoniche:

Blocca il ciclo: alta carica energetica alta conc di ATP, NADH,



acetilCoA

Attiva il ciclo: bassa carica energetica alta conc di ADP o AMP

 2+¿

Un altro controllo importante che attiva il ciclo è dato dagli ioni ¿

Ca

che nella cellula muscolare sono il segnale per la contrazione muscolare

e per la concomitante richiesta di ATP. Essi attivano sia l’isocitrato

deidrogenasi sia l’ -chetoglutarato deidrogenasi, oltre al complesso della

α

piruvato deidrogenasi.

L’adrenalina/noradrenalina attivano il ciclo!



RUOLO ANFIBOLICO DEL CICLO DI KREBS: negli organismi aerobici, il ciclo dell’acido citrico è una via

anfibolica, serve cioè sia a processi anabolici che catabolici.

Ruolo anabolico:

- la produzione di alcuni intermedi del ciclo citrico servono come precursori per molte vie

biosintetiche.

Ruolo catabolico:

- Ossidazione di acetilCoA

- Biosintesi di ATP

REAZIONI ANAPLEROTICHE: reazioni che forniscono degli intermedi che servono per altri cicli.

- La più importante di queste reazioni è la

carbossilazione del piruvato ad OA

(ossalacetato), che può servire anche nella



gluconeogenesi ruolo anaplerotico.

- Un altro ruolo anaplerotico è il citrato, che serve

anche come punto di partenza per la sintesi di

acidi grassi e steroli.



- -Chetoglutarato glutammato che serve per



la sintetizzazione di amminoacidi e quindi sintesi

delle proteine

- SuccinilCoA serve per la partenza della sintesi

dell’eme, delle clorofille

- Ossalacetato acquistando un gruppo amminico diventa aspartato serve per la sintesi delle



proteine, delle basi nucleotidiche

Reazioni anaplerotiche:

−¿

Piruvato + + ATP ossalacetato+ ATP + Pi (piruvato carbossilasi) Fegato, rene

⇔

¿

HCO 3 CO

Fosfoenolpiruvato + + GDP ossalacetato + GTP (PEP carbossichinasi) Cuore, muscolo

⇔

2

scheletrico −¿

Fosfoenolpiruvato + ossalacetato + Pi (PEP carbossilasi) Piante superiori, lievito, batteri

⇔

¿

HCO 3

−¿ +¿

Piruvato + + NAD(P)H malato + (enzima malico) Eucarioti e procarioti

⇔

¿ ¿

HCO NAD( P)

3

Nel ciclo non vi è né produzione né consumo netti di qualunque dei suoi metaboliti (si parte da ossalacetato

e si ritorna a ossalacetato).

bassa [ATP] catabolica

Una esalta la funzione

 [ATP] anabolica

Un’alta spinge la funzione



L’azione combinata del ciclo di Krebs e della fosforilazione ossidativa fornisce oltre il 95% dell’ATP prodotta

nel metabolismo.

Ciclo del gliossilato

I vertebrati non possono convertire acidi grassi e acetato in zuccheri. ciclo

Nelle piante, in alcuni invertebrati, in lieviti e alcuni microrganismi possiedono una via metabolica, il

del gliossilato. Le piante hanno bisogno di zucchero sia per ottenere energia ma anche per sintetizzarsi i

suoi elementi strutturali. Il ciclo del gliossilato ha il compito di sintetizzare zuccheri, partendo dall’acetato,

(uno dei prodotti finali della degradazione dei lipidi) trasformando l’acetato in fosfoenolpiruvato per

trasformarlo in zuccheri.

+¿ +¿

H O

2 acetilCoA + 2 + 2 succinato + 2 CoA + 2 NADH +

→

¿ ¿

NAD H

2 gliossisomi.

Il ciclo del gliossilato avviene in organelli subcellulari, i

L’acetilCoA che si ottiene dalla degradazione dei lipidi, si condensa

per formare citrato, che viene convertito in isocitrato esattamente

come nel ciclo di Krebs. La tappa successiva è la scissione

isocitrato liasi,

dell’isocitrato, catalizzata dall’enzima per formare

gliossilato.

succinato e Il succinato liberato esce dai gliossisomi per

andare nei mitocondri ed entrare nel ciclo di Krebs. Il gliossilato, si

condensa con una seconda molecola di acetilCoA formando malato

malato sintasi

in una reazione catalizzata dalla (rompe un legame

tioestere altamente energetico). Il malato viene ossidato a

ossalacetato (il NAD si riduce a NADH), che può condensarsi con

un'altra molecola di acetilCoA e iniziare un altro giro del cilo.

L’ossalacetato è il punto di partenza della gluconeogenesi da qui

→

si sintetizzano gli zuccheri.

Regolazione: il ciclo dell’acido citrico e il ciclo del gliossilato sono regolati in modo coordinato.