Ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa

Il ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs o dell’acido citrico è un ciclo metabolico che consiste nella degradazione ossidativa di unità acetiliche derivanti da carboidrati, acidi grassi e amminoacidi. Questo processo avviene nel mitocondrio, collega la via di degradazione a vie biosintetiche e prevede 8 reazioni che ossidano acetil-CoA a 2 CO₂. L’energia liberata è conservata in 3 NADH e 1 FADH₂; si produce, inoltre, una GTP. È una via metabolica anfibolica poiché partecipa sia a processi catabolici che anabolici.

Reazione globale

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

Reazione 1: Citrato sintasi

La citrato sintasi catalizza la condensazione dell’ossalacetato con acetil-CoA per ottenere citrato. La struttura quaternaria dell’enzima ha due subunità che legano i due substrati; in seguito al legame tra le due molecole, il gruppo tioestere (CoA) è idrolizzato, formando così la molecola di citrato.

Reazione 2: Aconitasi

L’aconitasi catalizza l’isomerizzazione del citrato ad isocitrato, conformazione dell’intermedio cis-aconitato a cui è aggiunta una molecola d’acqua per ossidare il doppio legame a gruppo -OH. Nel sito attivo dell’enzima è presente un cluster Fe-S che lega il substrato.

Reazione 3: Isocitrato deidrogenasi

Nella reazione catalizzata dall’isocitrato deidrogenasi si ha decarbossilazione ossidativa dell’isocitrato ad α-chetoglutarato con eliminazione della prima molecola di CO₂ e formazione di NADH. Il C della molecola di CO₂ non appartiene all’acetil-CoA entrato nel ciclo, ma all’ossalacetato.

Reazione 4: α-chetoglutarato deidrogenasi

Questa reazione prevede una seconda decarbossilazione ossidativa, quella dell’α-chetoglutarato a succinil-CoA, con eliminazione della seconda molecola di CO₂ e formazione della seconda molecola di NADH. L’α-chetoglutarato deidrogenasi è simile alla piruvato deidrogenasi.

Reazione 5: Succinil-CoA sintetasi o tiochinasi

La succinil-CoA sintetasi accoppia la scissione del legame tioestere ad alta energia del succinil-CoA con la sintesi di GTP per ottenere succinato: l’acetile proveniente dal piruvato è stato ossidato a CO₂ con produzione di 2 NADH e una GTP.

Le ultime tre reazioni del ciclo di Krebs

Queste reazioni convertono il succinato in ossalacetato e producono un FADH₂ e un NADH per l’estrazione di ulteriore energia.

Reazione 6: Succinato deidrogenasi

La succinato deidrogenasi catalizza la deidrogenazione del succinato con formazione di fumarato: è l’unico enzima ad avere come accettore di H il FAD anziché NAD⁺. Il FAD è legato covalentemente all’enzima attraverso un residuo di istidina.

Reazione 7: Fumarasi

La fumarasi catalizza l’idratazione del fumarato con produzione di malato, continuando il ciclo verso la rigenerazione dell’ossalacetato.