Ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa

Il ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs o dell’acido citrico è un ciclo metabolico consistente nella

degradazione ossidativa di unità acetiliche derivanti da carboidrati, acidi grassi e

amminoacidi; esso avviene nel mitocondrio, collega la via di degradazione a vie

biosintetiche e prevede 8 reazioni che ossidano acetil-CoA a 2 CO2 e 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, che catalizza la condensazione dell’ossalacetato con

acetil-CoA per ottenere citrato. La struttura quaternaria dell’enzima ha due sub

unità 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, che catalizza l’isomerizzazione del citrato ad isocitrato, con

formazione 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

cluste Fe-S che lega il substrato.

Reazione 3: isocitrato deidrogenasi, in cui 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, in cui si ha 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, che 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 convertono il succinato in ossalacetato e

producono un FADH2 e un NADH per l’estrazione di ulteriore energia

Reazione 6: succinato deidrogenasi, che catalizza la deidrogenazione del

succinato con formazione di fumarato: esso 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, che catalizza l’idratazione del fumarato con produzione di L-

malato.

Reazione 8: malato deidrogenasi, che catalizza l’ossidazione del malato a

ossalacetato, utilizzando un’altra molecola di NAD+ e producendo un NADH. Questa

reazione, che è altamente endoergonica, è accoppiata alla successiva condensazione

dell’ossalacetato con acetil-CoA, che è altamente esoergonica.

Il guadagno netto è di 11 ATP per ogni molecola di acetil-CoA.

I siti primari di controllo del ciclo di Krebs sono gli enzimi allosterici, cioè l’isocitrato

2+

deidrogenasi e l’ɑ-chetoglutarato: la prima è stimolata da ADP, NAD+ e Mg ed

è inibita da ATP e NADH; la seconda è attivata dal Ca e inibita da succinil-CoA e

NADH. Il metabolismo ossidativo: la fosforilazione ossidativa

La fosforilazione ossidativa è un processo biochimico per la produzione di ATP ed è

la fase finale della respirazione cellulare. Essa inizia con l’ingresso degli elettroni nella

catena respiratoria, la maggior parte dei quali è frutto dell’azione di deidrogenasi

che li raccolgono dai processi catabolici per incanalarli verso accettori, quali NAD+,

NADP+, FMN o FAD. Oltre a questi, nella catena respiratoria ci sono altri tre tipi di

trasportatori, l’ubichinone e due proteine contenenti ferro, cioè i citocromi e le

proteine Fe-S.

Speciali sistemi navetta o shuttle trasportano elettroni dal NADH citosolico nel

mitocondrio: quello più attivo è lo shuttle del malato-aspartato, in cui il NADH

citosolico passa i suoi due elettroni all’ossalacetato, formando malato ad opera

della malato deidrogenasi citosolica; il malato è poi trasportato nella matrice

attraverso la membrana interna dal malato ɑ-chetoglutarato; nella matrice il

malato trasferisce i suoi due elettroni al NAD+, formando NADH che sarà poi riossidato

dalla malato deidrogenasi mitocondriale. Questo shuttle fornisce 2,5 ATP per