Il ciclo di krebs

Nell’esposizione della glicolisi abbiamo potuto osservare come, il prodotto finale, è il piruvato, il quale può seguire diverse vie per fornire energia.

In presenza di ossigeno, il piruvato, non viene fatto fermentare producendo etanolo o altri prodotti, ma viene ossidato completamente a CO₂ e H₂O, attraverso il processo di respirazione cellulare capace di fornire l’ossigeno necessario.

La respirazione cellulare ha luogo in 3 fasi:

• nella prima fase le molecole delle sostanze nutrienti organiche (glucosio, acidi grassi, alcuni amminoacidi) sono ossidate sino alla formazione dei complessi a 2 atomi di carbonio, vale a dire il gruppo acetilico dell’Acetil-CoA
• nella seconda fase tali gruppi acetilici entrano nel ciclo dell’acido citrico che provvede a ossidarli per via enzimatica a CO₂. In questo processo, l’energia rilasciata dall’ossidazione viene conservata mediante la riduzione contemporanea di due trasportatori di elettroni NAD⁺ e FAD, che divengono NADH e FADH₂
• nella terza fase i cofattori ridotti sono ossidati a loro volta liberando protoni H⁺ ed elettroni. Gli elettroni vengono trasferiti attraverso quella che è denominata come catena respiratoria, sino all’ossigeno che si riduce formando acqua. Durante questo processo viene rilasciata una notevole quantità di energia, tramutata in ATP per mezzo della cosiddetta fosforilazione ossidativa

Osserviamo ora nel dettaglio le tre fasi sopra descritte.

Ossidazione del piruvato ad acetil-CoA e CO₂

Il piruvato frutto della glicolisi viene ossidato ad opera di tre enzimi noti come il complesso della piruvato deidrogenasi che catalizzano una reazione di decarbossilazione ossidativa, vale a dire l’ossidazione irreversibile di un gruppo carbossilico rimosso dal piruvato sottoforma di CO2. I due atomi di carbonio rimanenti divengono il gruppo acetilico legato al coenzima A.
In questa fase il NADH formato, accetta uno ione idruro che aggiunge ai suoi due elettroni e li trasporta alla catena respiratoria, che li trasporterà all’ossigeno producendo 3 molecole di ATP per ogni coppia di elettroni.

Le operazioni sopra descritte richiedono l’azione sequenziale di tre enzimi diversi e di 5 coenzimi (gruppi prostetici): TPP; FAD; CoA; NAD e lipoato. 4 vitamine sono elementi essenziali del sistema (tiamina, riboflavina, niacina e pantotenato).
Il CoA ha un gruppo reattivo tiolico (-SH) che provvede alla sua funzione di trasportatore di gruppi acilici. Il gruppo acilico legato al coenzima A può essere considerato una forma attivata pronta per un trasferimento di gruppo.
Il lipoato ha due gruppi tiolico, entrambi essenziali per la sua funzione di cofattori, è utile sia nel trasporto di elettroni che nel trasporto di acili (entrambi fondamentali nell’azione della piruvato deidrogenasi), grazie alla sua capacità di andare incontro a reazioni di ossido-riduzione.

I tre enzimi che compongono il complesso della piruvato deidrogenasi sono: E₁ (piruvato deidrogenasi); E₂ (diidrolipoil trnsacetilasi); E₃ (diidrolipoildeidrogenasi). La prima ha legata a se la TPP, la seconda il lipoato, la terza il FAD.
Le 5 tappe che portano dal piruvato al gruppo acetilico del coenzima A sono:

• rilascio sottoforma di CO2 dell’atomo C-1 del piruvato e legame fra il secondo atomo C-2 e la TPP
• ossidazione del gruppo C-2-TPP ad acetato (acido carbossilico), con rimozione di 2 elettroni, segue la sua esterificazione e la transesterificazione al CoA, formando acetil-CoA
• l’energia dell’ossidazione guida la formazione di un tioestere dell’acetato
• trasferimenti di elettroni che rigenerano la forma ossidata del disolfuro
• come sopra