Produzione di Acetil coenzima A e ciclo di Krebs (ciclo dell'acido citrico) - Biochimica

Ciclo dell'acido citrico

Introduzione

Il ciclo dell'acido citrico, detto anche ciclo di Krebs o ciclo degli acidi tricarbossilici, è una parte fondamentale della respirazione cellulare. Questa è l'insieme dei processi molecolari attraverso i quali le cellule consumano ossigeno per produrre anidride carbonica (CO₂).

Le cellule eucariote ed alcuni batteri, in condizioni aerobiche, ossidano i composti organici (come il piruvato derivato dalla glicolisi) a CO₂ ed H₂O.

Fasi del processo

• Fase 1: Le molecole organiche, come il glucosio, gli acidi grassi e alcuni amminoacidi, vengono ossidati per produrre frammenti a 2 atomi di carbonio, che saranno poi il gruppo acetilico dell'acetil-CoA.
• Fase 2: I gruppi acetilici sono ossidati nel ciclo dell'acido citrico a CO₂ e l'energia liberata (gli elettroni strappati) da queste ossidazioni è conservata dai trasportatori di elettroni che quindi sono nelle forme ridotte (NADH e FADH₂).
• Fase 3: I coenzimi ridotti vengono riossidati liberando elettroni e protoni; questi elettroni vengono trasferiti all'ossigeno mediante una serie di molecole trasportatrici di elettroni (la catena respiratoria) che porta alla formazione di acqua. Nel corso del trasferimento, l'energia liberata dalle reazioni redox viene conservata sotto forma di ATP mediante il processo di fosforilazione ossidativa.

Produzione di Acetil-Coenzima A

Nelle cellule normali, il piruvato nella matrice mitocondriale viene ossidato ad acetil-CoA e CO₂ per mezzo del complesso della piruvato deidrogenasi (PDH). La reazione catalizzata è una decarbossilazione ossidativa: processo di ossidazione irreversibile in cui il gruppo carbossilico viene rimosso da piruvato sotto forma di CO₂ e i due atomi di carbonio restanti diventano il gruppo acetile dell'AcetilCoA. I due elettroni ottenuti in questa reazione saranno portati alla catena respiratoria fino all'ossigeno dal NADH.

Complesso della Piruvato Deidrogenasi

Il complesso della piruvato deidrogenasi è costituito da:

• 3 enzimi:
  • La piruvato deidrogenasi (E1)
  • La diidrolipoil transacetilasi (E2)
  • La diidrolipoil deidrogenasi (E3)
• 5 coenzimi:
  • TTP (tiamina pirofosfato)
  • FAD (flavin adenindinucleotide)
  • CoA (il coenzima A, talvolta indicato come CoA-SH per porre in evidenza il ruolo del gruppo –SH)
  • NAD (nicotinammideadenindinucleotide)
  • Lipoato

Insieme e in maniera sequenziale, portano alla decarbossilazione e deidrogenazione del piruvato a formare acetil-coenzima A.

Dettagli sugli enzimi

Il complesso della piruvato deidrogenasi è costituito da più copie dei 3 enzimi, che variano a seconda degli organismi, quindi anche le dimensioni del complesso variano.

• E1: Nel suo sito attivo è contenuta la TPP.
• E3: Nel suo sito attivo contiene il FAD.
• E2: Mediante un residuo di Lys lega in maniera covalente il lipoato, tramite un legame ammidico.

E2 contiene 3 domini:

• Il dominio lipolico che contiene i residui di Lys a formare la lipoil-lisina.
• Il dominio centrale di legame per E1 e E3.
• Il dominio aciltransferasico che è il vero e proprio sito attivo.