Il ciclo di Krebs: cos’è e cosa vuole dalla tua vita

Il Ciclo di Krebs (e i prodotti che ne derivano) è una di quelle cose che devi proprio sapere se stai preparandoti per il test d’ammissione.
Vedrai che dopo la lettura di questo articolo, anche se non ti chiami Hans Adolf Krebs – dal nome dello scopritore – maneggerai quanto basta per rispondere a tutte le domande sull’argomento.

Iniziamo con il dire che questo processo metabolico, è talmente importante che ha altri 3 nomi.

Tipo la nobiltà di altri tempi o i calciatori brasiliani 🤴🇧🇷.

Infatti può essere chiamato anche “ciclo degli acidi tricarbossilici“, “ciclo dell’acido citrico” o “ciclo dell’ossalacetato“.

Questo perché è il processo del ciclo metabolico attraverso cui gli organismi aerobici (tipo me e te per esempio) ricavano energia attraverso la respirazione.

Direi roba al livello di importanza: “perché continuo a respirare” quindi.

Ora che sappiamo cos’è il ciclo di Krebs e cosa vuole dalla tua vita, entriamo un po’ più nel dettaglio.

Abbiamo detto che serve a produrre energia, bene, adesso aggiungiamo il fatto che inizia con l’ossidazione del piruvato derivante dalla glicolisi.

Ora, se mi segui assiduamente come se fossi bello bello in modo assurdo, potresti ricordare che, nello scorso episodio, abbiamo visto che la glicolisi è una delle prime fasi della respirazione cellulare e può avvenire sia in condizioni aerobiche (in presenza di ossigeno), sia in condizioni anaerobiche (in assenza di ossigeno).

Ecco, il ciclo di Krebs non è altro che il sequel della glicolisi nel momento in cui le condizioni sono di aerobiosi. Quindi potremmo anche chiamare l’articolo “glicolisi 2: il ritorno dell’ossigeno“, o qualcosa di simile 🎬.

Il ruolo dei mitocondri

Ora che sappiamo a cosa serve e come inizia, mi chiederei “dove”.

Bene, Il ciclo dell’acido citrico (è sempre il ciclo di Krebs come ti dicevo) avviene all’interno dei mitocondri delle cellule eucariotiche.

In pratica, il ciclo di Krebs inizia quando le molecole di piruvato entrano nei mitocondri e vengono scomposte in sostanze più semplici. Questo processo rilascia una piccola quantità di energia, sotto forma di ATP.

Le molecole più piccole vengono combinate con altre per formare ulteriori sostanze chimiche come il NADH, il FADH₂ e CO₂, i famosi prodotti tra i protagonisti delle domande del test d’ammissione.

I prodotti del ciclo di Krebs sono poi utilizzati in altre fasi del processo di produzione di energia cellulare, come la catena di trasporto degli elettroni.

I prodotti e le fasi del ciclo di Krebs

In generale, il ciclo di Krebs è un “centro di smistamento” delle sostanze chimiche prodotte dalla glicolisi e il suo risultato principale è la produzione di energia sotto forma di ATP.
Inoltre, questo processo permette anche di liberare CO₂, che se accumulata diventa dannosa per le cellule.

I prodotti del ciclo di Krebs sono ATP, CO₂, NADH, FADH₂ e ossalacetato.

Il primo passo del ciclo è la sintesi dell’acetil-CoA. Questo processo avviene nel citoplasma, dove le molecole di piruvato vengono trasformate in acetil-CoA.

Tale reazione richiede l’apporto di energia, che è fornita grazie all’azione di un enzima chiamato piruvato deidrogenasi.

Una volta che le molecole di acetil-CoA sono state prodotte, entrano nel mitocondrio dove iniziano le diverse fasi del processo aerobico della respirazione cellulare.

Il ciclo di Krebs è composto da otto fasi, che possiamo dividere in due processi principali:

• fase anaplerotica, in cui l’ossalacetato si combina con l’acetil-CoA per formare il citrato e rifornire gli intermedi sottratti per la sintesi dei composti;
• fase catabolica, in cui il citrato viene ossidato in CO₂ e altri composti intermedi per degradare il glucosio (e altre molecole a sei atomi di carbonio) in piruvato.

Tutto inizia con l’ossidazione del piruvato e termina quando è rigenerato il composto di partenza, l’ossalacetato.

In generale, non è necessario ricordare tutte le modifiche chimiche, piuttosto è utile focalizzare l’attenzione su attori e prodotti.

Le fasi del ciclo di Krebs

Inizialmente l’acetil-CoA è combinato con una molecola di ossalacetato per formare una molecola di citrato. Tale reazione è catalizzata dall’enzima citrato sintasi.

In seguito, il citrato è convertito in isocitrato grazie all’azione dell’enzima aconitasi.

A questo punto l’isocitrato è trasformato dall’isocitrato deidrogenasi in alfa-chetoglutarato.

Quest’ultimo è convertito a sua volta in succinil-CoA grazie all’azione del complesso dell’alfa-chetoglutarato deidrogenasi.

Successivamente, il succinil-CoA è trasformato in succinato grazie all’azione dell’enzima succinil-CoA sintetasi. Il succinato è poi convertito in fumarato grazie all’azione dell’enzima succinato deidrogenasi.

Infine, il fumarato è convertito in malato (🤒) grazie all’azione dell’enzima fumarasi. Il malato, a sua volta, è poi trasformato di nuovo in ossalacetato grazie all’azione dell’enzima malato deidrogenasi.

A questo punto il ciclo è completo e durante le reazioni chimiche sono state prodotte molecole importanti per il processo di produzione di energia cellulare, come l’ATP, il NADH e il FADH₂.

Questi due coenzimi sono poi utilizzati nella fase di fosforilazione ossidativa, che è il processo finale della produzione di energia cellulare e avviene sulla membrana interna del mitocondrio.

Complessivamente, ogni “giro” del ciclo di Krebs produce una molecola di ATP, tre molecole di NADH e una molecola di FADH₂, che sono poi utilizzati nella fase conclusiva.

Occhio però 👀, poiché nel ciclo di Krebs entrano in gioco due molecole di acetil-CoA per ogni molecola iniziale di glucosio, la produzione complessiva di ATP, NADH e FADH₂ è rispettivamente due, sei e due.

La fosforilazione ossidativa e il ruolo dei coenzimi NAD e FAD

La produzione di NADH e FADH₂ durante il ciclo di Krebs è importante in quanto entrambi i coenzimi sono poi utili nella fase finale del processo biochimico.

Questo momento conclusivo prende il nome di fosforilazione ossidativa e avviene nei mitocondri.

Produce ATP a partire dall’energia liberata dagli intermedi del ciclo di Krebs e dalla catena di trasporto degli elettroni. Quest’ultima è costituita da una serie di complessi proteici, localizzati nella membrana interna dei mitocondri.

Qui cosa accade? In pratica il NADH e il FADH₂ trasferiscono elettroni sulla catena di trasporto degli elettroni, che è costituita da una serie di proteine presenti sulla membrana interna del mitocondrio.

Tale processo genera un gradiente di protoni tra la membrana interna ed esterna del mitocondrio. Questa concentrazione di particelle con carica positiva è utilizzata per produrre ATP grazie all’azione dell’enzima ATP sintasi.

Bene! Questo è ciò che c’è da sapere sulla respirazione cellulare passando per le fasi e i prodotti del ciclo di Krebs.

Mettiamo dei punti per orientarci.

Rispetto alla glicolisi, il ciclo di Krebs genera un maggiore rendimento di energia.

Infatti per ogni “giro” il ciclo genera:

• una molecola di ATP;
• tre molecole di NADH;
• una molecola di FADH₂.

Inoltre, poiché nel ciclo di Krebs entrano in gioco due molecole di acetila-CoA per ogni molecola iniziale di glucosio dobbiamo raddoppiare i risultati (come abbiamo visto qualche riga più sopra 😉).

In più, non dimenticare che saranno generate 2 molecole di CO2 come scarto.

Speriamo che questo step in più sul metabolismo cellulare ti sia utile per lo studio e il ripasso dei cocnetti di biologia. Se vuoi una spiegazione più interattiva puoi dare un’occhiata al nostro video dedicato all’argomento. Lo trovi proprio qui 👇!

Nei prossimi episodi faremo un focus anche sulla fermentazione per vedere cosa succede dopo la glicolisi se le condizioni sono anaerobiche.

Ti ricordo che se proprio non puoi aspettare trovi la nostra playlist YouTube dedicata all’argomento con cui puoi portarti avanti con il programma 😉🔔.

Ciao doctorz!