Il ciclo di Krebs - Schemi riassuntivi di Biochimica

Il ciclo di Krebs

Il piruvato prodotto dalla glicolisi viene ulteriormente ossidato ad H₂O e CO₂. Il ciclo di Krebs è una via catabolica che rappresenta il punto d’incontro della maggior parte delle vie degradative ossidative del metabolismo degli eucarioti e dei procarioti.

Negli organismi aerobici, il ciclo dell’acido citrico è una via anfibolica, serve cioè sia ai processi anabolici, sia a quelli catabolici. Non soltanto agisce nel catabolismo ossidativo dei carboidrati, degli acidi grassi e degli amminoacidi, ma produce anche precursori per molte vie biosintetiche, come negli anaerobi primitivi.

Durante questo ciclo, un gruppo acetilico (sotto forma del suo tioestere con il coenzima A), derivato da altre vie cataboliche viene ossidato a due molecole di CO₂ e 1 GTP, e genera 3 NADH, 1 FADH₂. La reazione netta è quindi:

Produzione di acetil-CoA

Negli organismi aerobici il glucosio, gli altri zuccheri, gli acidi grassi e la maggiore parte degli amminoacidi sono ossidati a CO₂ attraverso il ciclo di Krebs e la catena respiratoria. Prima di poter entrare nel ciclo, lo scheletro carbonioso degli zuccheri e degli acidi grassi deve essere degradato a gruppo acetilico dell’acetil-CoA, la forma con cui il ciclo accetta la maggior parte del combustibile metabolico.

Ora analizzeremo come il piruvato, derivato dal glucosio ad opera della glicolisi, per mezzo della piruvato deidrogenasi (PDH), viene ossidato ad acetil-CoA e CO₂ insieme organizzato di tre enzimi. La reazione complessiva catalizzata dalla piruvato deidrogenasi è una decarbossilazione ossidativa, un processo di ossidazione irreversibile in cui il gruppo carbossilico viene rimosso dal piruvato sotto forma di una molecola di CO₂ e i due atomi di C che restano diventano il gruppo acetilico dell’acetil-CoA.

Il NADH formato in questa reazione porta uno ione iduro (H⁻) alla catena respiratoria, che trasporta i due elettroni poi all’ossigeno. Il trasferimento degli elettroni all’ossigeno produce 2,5 molecole di ATP per coppia di elettroni.

Deidrogenazione e decarbossilazione del piruvato ad acetil-CoA

La deidrogenazione e la decarbossilazione combinata del piruvato ad acetil-CoA coinvolgono l’azione sequenziale di 3 enzimi diversi e 5 gruppi prostetici o coenzimi:

• Tiamina pirofosfato (TPP)
• Flavin adenin dinucleotide (FAD)
• Coenzima A (CoA, talvolta indicato come CoA-SH)
• Nicotinammide adenin dinucleotide (NAD)
• Lipoato

Ben quattro vitamine che devono essere assunte con l’alimentazione sono elementi essenziali per questo sistema: la tiamina (per TPP), la riboflavina (per il FAD), la niacina (per il NAD) e il pantotenato (per il coenzima A).

Il coenzima A ha un gruppo reattivo tiolico (-SH) essenziale per la sua formazione di trasportatore di gruppi acilici. I gruppi acilici formano legami tioestere quando si legano covalentemente al gruppo tiolico del coenzima A. Il gruppo acilico legato al coenzima A può quindi essere considerato come una forma “attivata” pronta per il trasferimento del gruppo.

Il complesso della piruvato deidrogenasi

Il complesso della piruvato deidrogenasi (PDH) è costituito da molte coppie di 3 enzimi, associati tra di loro non covalentemente, che lavorano in stretta prossimità come fossero una catena di montaggio. Questi tre enzimi sono:

• Piruvato deidrogenasi (E1): il sito attivo di E1 contiene TPP
• Diidrolipoil transacetilasi (E2): presenta 3 domini funzionali distinti: (1) il dominio lipoilico amminoterminale che contiene uno o più residui di lipoil-lisina, (2) il dominio centrale di legame a E1 e a E3, (3) e il dominio interno aciltrasferasico che contiene il sito attivo
• Diidrolipoil deidrogenasi (E3): il sito attivo dell’E3 ha legato a sé il FAD

La presenza di un complesso multienzimatico velocizza le reazioni e diminuisce la distanza di diffusione necessaria al substrato ad incontrare l’enzima che ne catalizza la conversione in prodotto.

Il complesso della piruvato deidrogenasi catalizza il processo di decarbossilazione ossidativa del piruvato in 5 reazioni catalitiche:

• Decarbossilazione del piruvato (E1): l’atomo C-1 del piruvato viene rilasciato sotto forma di CO₂ e l’atomo C-2 viene legato alla TPP come gruppo idrossietilico. Questa prima tappa è la più lenta.
• Trasferimento del gruppo acetilico dal complesso E2