Prima di addentrarci nei dettagli relativi al ciclo di Krebs, facciamo un rapido riepilogo del punto in cui ci troviamo nel processo di respirazione cellulare.

Introduzione al ciclo di Krebs

La respirazione può avvenire in modo aerobico o anaerobico. In entrambi i processi si verifica una reazione chiamata glicolisi. Questa reazione avviene nel citoplasma della cellula. La glicolisi comporta la scissione del glucosio, che da una molecola a 6 atomi di carbonio si trasforma in due molecole a 3 atomi di carbonio. Questa molecola a 3 atomi di carbonio è chiamata piruvato (C₃H₄O₃).

Nella respirazione anaerobica, questa molecola di piruvato viene convertita in ATP attraverso la fermentazione. Il piruvato rimane nel citoplasma della cellula.

Tuttavia, la respirazione aerobica produce molto più ATP, anidride carbonica e acqua. Il piruvato dovrà subire una serie di ulteriori reazioni per liberare tutta l'energia. Due di queste reazioni sono la piruvato deigrogenasi e il ciclo di Krebs.

La reazione catalizzata dall'enzima piruvato deidrogenasi un processo che ossida il piruvato per produrre un composto chiamato acetil-coenzima A (acetil CoA), e avviene subito dopo la glicolisi.

Il ciclo di Krebs viene utilizzato per estrarre ATP dall'acetil CoA attraverso una serie di reazioni di ossidoriduzione. Come il ciclo di Calvin nella fotosintesi, il ciclo di Krebs è rigenerativo. Produce una serie di composti intermedi utilizzati dalle cellule per creare una serie di importanti biomolecole.

Dove avviene il ciclo di Krebs ?

La reazione catalizzata dall'enzima piruvato deidrogenasi e il ciclo di Krebs avvengono nei mitocondri della cellula. I mitocondri contengono una struttura di "pieghe" all'interno della loro membrana interna. Questa struttura è chiamata matrice mitocondriale e contiene una serie di composti come il DNA del mitocondrio, i ribosomi e gli enzimi solubili. Dopo la glicolisi, che avviene prima della reazione di legame, le molecole di piruvato vengono trasportate nella matrice mitocondriale attraverso il trasporto attivo (carico attivo di piruvato che richiede ATP). Queste molecole di piruvato subiscono il ciclo di Krebs all'interno di questa struttura matrice.

Le reazioni del ciclo di Krebs

Il ciclo di Krebs avviene nella matrice mitocondriale. Questa reazione prevede che l'acetil CoA, venga convertito, attraverso una serie di reazioni, in una molecola a 4 atomi di carbonio. Questa molecola a 4 atomi di carbonio si combina poi con un'altra molecola di acetil CoA; questa reazione rappresenta quindi un ciclo. Questo ciclo produce anidride carbonica, NADH e ATP come sottoprodotti.

Produce anche FADH₂, a partire da FAD. Il FAD (Flavina Adenina Dinucleotide) è un coenzima utilizzato come catalizzatore di reazione da diversi enzimi. Anche il NAD e il NADP sono coenzimi.

Le fasi del ciclo di Krebs sono le seguenti:

1. Formazione di una molecola a 6 atomi di carbonio: L'acetil CoA, una molecola a 2 atomi di carbonio, si combina con l'ossalacetato, una molecola a 4 atomi di carbonio. Si forma così il citrato, una molecola a 6 atomi di carbonio. Anche il coenzima A viene perso ed esce dalla reazione come sottoprodotto quando si forma il citrato.
2. Formazione di una molecola a 5 atomi di carbonio: Il citrato viene convertito in una molecola a 5 atomi di carbonio chiamata alfa-chetoglutarato. Il NAD + viene ridotto a NADH. L'anidride carbonica si forma come sottoprodotto ed esce dalla reazione.
3. Formazione di una molecola a 4 atomi di carbonio: L'alfa-chetoglutarato viene riconvertito nella molecola a 4 atomi di carbonio ossalacetato attraverso una serie di reazioni diverse. Perde un altro carbonio, che esce dalla reazione come anidride carbonica. Durante queste diverse reazioni, altre due molecole di NAD⁺ vengono ridotte a NADH, una molecola di FAD viene convertita in FAD ridotto e una molecola di ATP si forma da ADP e fosfato inorganico.
4. Rigenerazione: L'ossalacetato, che è stato rigenerato, si combina nuovamente con l'acetil CoA e il ciclo continua.

I prodotti finali del ciclo di Krebs

Complessivamente, per ogni molecola di acetil CoA, il ciclo del cancro produce:

• Tre molecole di NADH e una molecola di FAD ridotto: questi coenzimi ridotti sono fondamentali per la catena di trasporto degli elettroni durante la fosforilazione ossidativa.
• Una molecola di ATP viene utilizzata come fonte di energia per alimentare i processi biochimici vitali della cellula.
• Due molecole di anidride carbonica. Vengono rilasciate come sottoprodotti della respirazione.