Ciclo di Krebs

Definizione del ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs, chiamato anche ciclo dell’acido citrico, è il secondo passo principale nella fosforilazione ossidativa. Dopo che la glicolisi rompe il glucosio in piccole molecole a 3 carboni, il ciclo di Krebs trasferisce l’energia da queste molecole ai trasportatori di elettroni, che saranno usati nella catena di trasporto degli elettroni per produrre ATP.

Panoramica del ciclo di Krebs

La maggior parte degli organismi usa il glucosio come principale fonte di carburante, ma deve scomporre questo glucosio e immagazzinare l’energia in ATP e altre molecole. Il ciclo di Krebs è contenuto nei mitocondri. All’interno della matrice mitocondriale, le reazioni del ciclo di Krebs aggiungono elettroni e protoni a un certo numero di portatori di elettroni, che vengono poi utilizzati dalla catena di trasporto degli elettroni per produrre ATP.

Il ciclo di Krebs inizia con i prodotti della glicolisi, che sono due molecole a tre carboni note come piruvato. Questa molecola è acida, ed è per questo che il ciclo di Krebs è anche chiamato ciclo dell’acido tricarbossilico (TCA). Attraverso una serie di reazioni, queste molecole vengono ulteriormente scomposte in anidride carbonica. L’energia delle molecole viene trasferita ad altre molecole, chiamate portatori di elettroni. Queste molecole portano l’energia immagazzinata alla catena di trasporto degli elettroni, che a sua volta crea ATP.

Poi, la cellula usa questo ATP per alimentare varie reazioni cellulari, come l’attivazione di enzimi o proteine di trasporto. Il ciclo di Krebs è il secondo di 4 diversi processi che devono avvenire per estrarre l’energia dal glucosio. Complessivamente, il ciclo di Krebs consiste di 9 reazioni sequenziali.

Prodotti del ciclo di Krebs

La prima fase dell’utilizzo del glucosio, la glicolisi, produce un po’ di ATP così come le molecole che saranno processate con il ciclo di Krebs. Durante la glicolisi, una singola molecola di glucosio viene scissa in due più piccole molecole a tre carboni chiamate piruvato. Il piruvato viene poi convertito in acetil CoA. L’acetil CoA viene poi utilizzato nel ciclo di Krebs per produrre diversi prodotti principali. A loro volta, questi prodotti guidano la formazione di ATP, la principale fonte di energia della cellula.

Prima delle prime fasi del ciclo di Krebs, il piruvato viene convertito in acetil CoA. Durante questo processo, vengono prodotte una molecola di CO2 e una molecola del trasportatore di elettroni NADH. Il ciclo di Krebs comporta la conversione di questo acetil CoA in anidride carbonica. Durante le fasi del ciclo, vengono rilasciate due molecole di CO2, oltre ad altre 3 molecole di NADH, una di FADH2 e una di GTP.

Quindi, per ogni 1 molecola di piruvato aggiunta, il ciclo di Krebs produce:

• 2 molecole di CO2
• 3 molecole di NADH
• 1 molecola di FADH2
• 1 molecola di GTP

Una molecola di glucosio contiene 2 molecole di piruvato, quindi 1 molecola di glucosio produrrà il doppio dei prodotti sopra elencati mentre passa attraverso il ciclo di Krebs. Questi prodotti saranno poi convertiti in ATP nelle fasi successive della respirazione aerobica. L’anidride carbonica è l’unico prodotto di “scarto” e deve essere rimosso dalla cellula. I grandi organismi devono rimuovere l’anidride carbonica da tutte le loro cellule. In questi animali, l’anidride carbonica è tipicamente scambiata nelle branchie o nei polmoni con l’ossigeno, che aiuta a guidare le fasi finali della respirazione aerobica.

Dove avviene il ciclo di Krebs?

Il ciclo di Krebs avviene solo all’interno della matrice mitocondriale. Il piruvato si forma nel citosol della cellula, poi viene importato nei mitocondri. Qui, viene convertito in acetil CoA e importato nella matrice mitocondriale. La matrice mitocondriale è la parte più interna dei mitocondri. Il grafico qui sotto mostra le diverse parti dei mitocondri.

La matrice mitocondriale ha gli enzimi necessari e l’ambiente per le reazioni complesse del ciclo di Krebs. Inoltre, i prodotti del ciclo di Krebs guidano la catena di trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa, entrambe le quali avvengono nella membrana mitocondriale interna. I trasportatori di elettroni scaricano i loro elettroni e protoni nella catena, che alla fine guida la produzione di ATP. Questa molecola viene poi esportata dai mitocondri come principale fonte di energia per la cellula.

I mitocondri si trovano in quasi tutti gli organismi, specialmente quelli multicellulari. Piante, animali e funghi usano tutti il ciclo di Krebs come parte indispensabile della respirazione aerobica.

Passi del ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs ha 9 reazioni principali, che avvengono rapidamente in successione. L’immagine qui sotto mostra queste reazioni.

Nota che il citrato è la prima molecola creata dopo l’aggiunta di acetil CoA. Questo è il motivo per cui il ciclo di Krebs è anche conosciuto come ciclo dell’acido citrico. I prodotti del ciclo sono nell’immagine sopra. Questo processo è conosciuto come “ciclo” perché termina sempre con l’ossalacetato che può essere combinato con un nuovo acetil CoA per produrre una nuova molecola di citrato per ogni ciclo.

Funzione del ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs è probabilmente la parte più importante del processo di respirazione aerobica perché guida la formazione di portatori di elettroni. Questi trasportatori sono importanti. Essi trasportano l’energia utilizzata per creare un gran numero di molecole di ATP nelle fasi finali della respirazione aerobica. I trasportatori di elettroni prodotti (NADH e FADH2) non possono fornire direttamente energia al processo cellulare. Invece, i processi della catena di trasporto degli elettroni e della fosforilazione ossidativa useranno l’energia di queste molecole per attivare il complesso enzimatico ATP sintasi, che produce ATP.