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Metabolismo
Metabolismo Via e catena metabolica Catabolismo Glicolisi Beta ossidazione Ciclo di Krebs Catena di trasporto degli elettroni Fosforilazione ossidativa Glicogenolisi Anabolismo Gluconeogenesi Sintesi proteica Sintesi degli acidi grassi Glicogenosintesi Altre voci... Fotosintesi Aerobiosi Ciclo dell'azoto Ciclo dell'urea Ciclo di Calvin Corpi chetonici Fermentazione
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Il ciclo di Krebs (anche detto ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo dell'acido citrico) è un ciclo metabolico di importanza fondamentale in tutte le cellule che utilizzano ossigeno nel processo della respirazione cellulare. In questi organismi aerobici, il ciclo di Krebs è l'anello di congiunzione delle vie metaboliche responsabili della degradazione (catabolismo) dei carboidrati, dei grassi e delle proteine in anidride carbonica e acqua con la formazione di energia chimica.

Il ciclo di Krebs fornisce anche molte sostanze precursori per la produzione di alcuni amminoacidi (ad esempio l'α-chetoglutarato e l'ossalacetato) e di altre molecole fondamentali per la cellula.

Il nome del ciclo è così denominato in onore dello scienziato anglo-tedesco Sir Hans Adolf Krebs, che propose nel 1937 gli elementi chiave della via metabolica. Per questo scoperta ricevette nel 1953 il Premio Nobel per la medicina

Indice [nascondi] 1 Localizzazione del ciclo con i relativi input e output 2 Tappe del ciclo di Krebs 2.1 Reazione 1: citrato sintasi 2.2 Reazione 2: aconitasi 2.3 Reazione 3: Isocitrato deidrogenasi 2.4 Reazione 4: α-chetoglutarato deidrogenasi 2.5 Reazione 5: succinil-CoA sintetasi 2.6 Reazione 6: Succinato deidrogenasi 2.7 Reazione 7: fumarasi 2.8 Reazione 8: malato deidrogenasi 3 Le principali vie metaboliche che convergono sul "ciclo di Krebs" 4 Ricavo teorico complessivo di energia 5 Bibliografia 6 Voci correlate 7 Altri progetti 8 Collegamenti esterni

Localizzazione del ciclo con i relativi input e output

Il ciclo di Krebs avviene nei mitocondri in cellule eucariote e nel citoplasma nelle cellule procariote.

Il catabolismo delle molecole "combustibili" di glucosio e di acidi grassi, tramite la glicolisi e la beta ossidazione, produce acetil-CoA, un gruppo acetile legato al coenzima A. L'acetil-CoA è il principale input del Ciclo, ma non meno importanti sono i cofattori ossidati NAD⁺ e FAD. Il Citrato è sia il primo che l'ultimo prodotto del ciclo (Fig. 1) ed è rigenerato attraverso la condensazione dell'acido ossalacetico con acetil-CoA.

 

	Substrato	Coenzimi	Enzima	Tipo di reazione	Inibitori	Attivatori	Prodotto
1	Ossalacetato	Acetil-CoA, acqua	Citrato-sintasi	Condensazione	Citrato, NADH, Succinil-CoA	-	Citrato
2a	Citrato	-	Aconitasi	Deidratazione	-	-	cis-Aconitato, acqua
2b	cis-Aconitato	Acqua		Idratazione			Isocitrato
3a	Isocitrato	NAD+	Isocitrato deidrogenasi	Ossidazione	NADH, ATP	Ca2+, ADP	Ossalsuccinato, NADH
3b	Ossalsuccinato	H+		Decarbossilazione			α-chetoglutarato, CO2
4	α-Chetoglutarato	NAD+, CoA-SH	α-chetoglutarato deidrogenasi	Decarbossilazione ossidativa	NADH, Succinil-CoA	Ca2+	Succinil-CoA, NADH, CO2
5	Succinil-CoA	GDP, Fosfato	Succinil-CoA sintetasi	Trasferimento di fosfato	-	-	Succinato, GTP, CoA-SH
6	Succinato	FAD	Succinato deidrogenasi	Ossidazione	-	-	Fumarato, FADH2
7	Fumarato	Acqua	Fumarasi	Idratazione	-	-	L-Malato
8	L-Malato	NAD+	Malato deidrogenasi	Ossidazione	-	-	Ossalacetato, NADH

La reazione netta è la seguente:

Acetil-CoA + 3 NAD⁺ + FAD + ADP + P_i ⇒ CoA-SH + 3 NADH + H⁺ + FADH₂ + ATP + 2 CO₂

Due atomi di carbonio sono ossidati a CO₂, e una piccola parte dell'energia liberata durante la reazione è immagazzinata direttamente in ATP (l'ATP è la principale molecola energetica utilizzata dalla cellula). I prodotti più importanti del ciclo sono i cofattori ridotti NADH e FADH₂, che si comportano come intermedi ossido/riduttivi, ovvero trasportano elettroni ad energia reativamente alta sottratti ai substrati ossidati fino alla catena respiratoria mitocondriale dove vengono riossidati cedendo gli elettroni ad energia di poco più bassa.

Tappe del ciclo di Krebs

Reazione 1: citrato sintasi

Per approfondire, vedi la voce citrato sintasi.

La citrato sintasi (EC-Number 2.3.3.1) catalizza la condensazione dell'ossalacetato con acetil-CoA. La sua struttura quaternaria consta di due subunità, ad ognuna delle quali si legano i due substrati.

Reazione 2: aconitasi

Reazione 3: Isocitrato deidrogenasi

Reazione 4: α-chetoglutarato deidrogenasi

Reazione 5: succinil-CoA sintetasi

Reazione 6: Succinato deidrogenasi

Reazione 7: fumarasi

Reazione 8: malato deidrogenasi

Le principali vie metaboliche che convergono sul "ciclo di Krebs"

Figura 2: Schema che rappresenta le maggiori vie metaboliche che sono associate con il ciclo di Krebs Catabolismo proteico Catabolismo dei grassi Carboidrati Amminoacidi Acetil-CoA Piruvato Ciclo di Krebs

Guardando dalla prospettiva dei principi alimentari:

Il ciclo di Krebs è il secondo stadio del catabolismo dei carboidrati (la degradazione degli zuccheri). La Glicolisi demolisce il glucosio (una molecola con sei atomi di carbonio) in Acido piruvico (un αchetoacido contenente tre atomi di carbonio). Negli eucarioti il piruvato è trasferito dal citoplasma (dove si effettua la glicolisi) nei mitocondri dove viene convertito in acetil-CoA perdendo un atomo di carbonio come CO₂ ed entra nel ciclo di Krebs.

Nel catabolismo delle proteine le proteine sono degradate da enzimi (le proteasi) negli amminoacidi costituenti. Alcuni amminoacidi possono costituire una fonte di energia se vengono incanalati nel ciclo di Krebs dopo opportune modificazioni

Nel catabolismo dei grassi i trigliceridi sono idrolizzati per formare acidi grassi e glicerolo. Nel fegato il glicerolo può entrare nella glicolisi o essere trasformato in glucosio attraverso il diidrossiacetone fosfato e la gliceraldeide-3-fosfato seguendo la via metabolica della gluconeogenesi. In molti tessuti, specialmente nel cuore, gli acidi grassi sono degradati attraverso un processo noto come beta-ossidazione, che produce acetil-CoA che a sua volta può essere usato nel ciclo di Krebs. La beta-ossidazione può anche fornire propionil-CoA che a sua volta può dare seguito ad ulteriore produzione di glucosio nel fegato attraverso la gluconeogenesi.

Dal punto di vista dei reagenti:

Acetil-CoA da:

• piruvato
  • attraverso il complesso trienzimatico piruvato decarbossilasi
• Etanolo -> Acetaldeide -> Acido acetico -> Acetil adenilato -> Acetil-CoA
• Malonato semialdeide
  • Malonato semialdeide deidrogenasi
• Acido malico IX molecola della figura 1(!!!)
  • Malato sintasi - fosfoenolpiruvato
• O-acetil-carnitina
  • Carnitina acetil trasferasi
• 5-3-idrossi-3-metil-glutaril-CoA (dalla Treonina e dalla leucina)
  • idrossimetil-glutaril-CoA liasi (nel mitocondrio)
• Aceto-acetil- CoA intrermedio della famiglia dei corpi chetonici
  • Aceil-CoA acetil transferasi
• Trans-2,3-deidro-acil-CoA dalla β ossidazione degli acidi grassi
• Malonil-CoA dalla sintesi degli acidi grassi
  • Malonil-CoA decarbossilasi

Aconitato a: (!!!)

• itaconato
  • Aconitato decarbossilasi

2--ossoglutarato da:

• 2-idrossiglutarato
  • Malato deidrogenasi
  • 2-idrossiglutarato deidrogenasi
• Glutammato
• 2-ossoglutarammato dalla glutammina
  • ω-amidasi

Succinil-CoA da:

• Metilmalonil-CoA negli animali proveniente dal propionil-CoA dalla degradazioe degli acidi grassi a numero dispari di atomi di carbonio

Succinil-CoA a:

• +glicina a 2-amino-3-ossoadipato che perde CO₂ e diventa 5-aminolevulinato precursore della sintesi dei composti tetrapirrolici

Succinato da:

• succinato semialdeide shunt da ossoglutarato nelle piante
• Isocitrato shunt nelle piante e nei batteri
  • Isocitrato liasi

Fumarato da:

• Aspartato

Ossalacetato da:

• Aspartato
  • Aspartato transaminasi
• L-ossosuccinammato dall'asparagina
  • ω-amidasi
• fosfoenolpiruvato secondo le reazioni anaplerotiche

Tutte queste reazioni ed in particolare le reazioni contrassegnate con (!!!) sono di particolare importanza in quanto oltre a utilizzare cataboliti e fornire substrati per la sintesi di vari intermedi, tutte, ad eccezione di quelle che coinvolgono l'Acetil-CoA, servono ad aumentare o a diminuire il numero di cicli attivi in modo tale da regolare la produzione di energia di intermedi di reazione e di cofattori ridotti secondo le necessità della cellula. I vari shunt presenti hanno invece la funzione di escludere la produzioni di qualche prodotto dal ciclo. In particolare lo shunt isocitrato-ossoglutarato permette alla cellula di produrre NADPH o NADH.

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Il ciclo di Krebs è sempre seguito dalla fosforilazione ossidativa, una catena di trasporto di elettroni. L'una non avrebbe senso senza l'altra in quanto l'ATP e il GTP prodotto dal ciclo in sé è scarso e la produzione di NADH e FADH₂ porterebbe ad un'ambiente mitocondriale eccessivamente ridotto, mentre la sola catena respiratoria necessiterebbe di una fonte di cofattori ridotti pena l'ossidazione dell'ambiente. Questa respirazione cellulare estrae energia da NADH e FADH₂, ricreando NAD⁺ e FAD, permettendo in tal modo al ciclo di continuare. Il ciclo di Krebs non usa ossigeno, che è invece utilizzato nella fosforilazione ossidativa.

Ricavo teorico complessivo di energia

L'energia che si ricava dalla completa demolizione di una molecola di glucosio attraverso i tre diversi stadi della respirazione cellulare, glicolisi -> Ciclo di Krebs -> catena di trasporto di elettroni, è idealmente di 36 molecole di ATP: 38 molecole nette vengono prodotte, ma 2 di queste vengono consumate per trasportare tramite trasporto attivo i 2NADH + H⁺ prodotti nella glicolisi dal citoplasma alla matrice mitocondriale. Il ciclo di Krebs è una via metabolica anfibolica in quanto partecipa sia a processi catabolici che anabolici.

Bibliografia

• V. Donald, Voet Judith G. e Pratt Charlotte W., Fondamenti di biochimica, Bologna, Zanichelli, 2001 ISBN 8808091511
• Nelson David L. e Cox Michael M., Principi di biochimica, Bologna, Zanichelli, 2002 ISBN 8808-09035-3
• Berg Jeremy M., Tymoczko John L. e Stryer Lubert Biochimica, Bologna, Zanichelli, 2003 ISBN 8808-07893-0
• RH Garret, CM Grisham Principi di Biochimica Padova, Ed. PICCIN, 2004 ISBN 88-299-1693-5

Voci correlate

• Glicolisi
• Catena di trasporto di elettroni

Altri progetti

• Commons contiene file multimediali su Ciclo di Krebs

Collegamenti esterni

• • (EN) Il ciclo di Krebs

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