Enzimi del Ciclo di Krebs

Da Dr. Caterina Shaffer, Ph. D. Recensito da Dr. Liji Thomas, MD

Il ciclo di Krebs, noto anche come il ciclo dell’acido citrico, è una serie di reazioni enzimatiche che libera l’energia accumulata carboidrati, grassi e proteine.

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Il ciclo di Krebs è stato proposto per la prima volta da Hans Adolf Krebs nel 1937. Il ciclo produce anche precursori di aminoacidi e ridotto nicotinamide adenina dinucleotide (NADH). È la via metabolica primaria per tutti i processi aerobici nel tessuto animale. Negli eucarioti, il ciclo di Krebs avviene nella matrice mitocondriale mentre nei procarioti, si verifica nel citosol.

Fasi del ciclo di Krebs

L’acetil-CoA è il punto di partenza per il ciclo di Krebs. Durante le otto reazioni del ciclo, vengono prodotte tre molecole di NADH e una di flavina adenina dinucleotide (FAD/FADH2). Di seguito sono riportati i passaggi del ciclo:

1. L’acetil-CoA è combinato con ossaloacetato dalla citrato sintasi, per formare una molecola a sei atomi di carbonio. Quindi la molecola di acido citrico viene rilasciata dal complesso enzimatico.
2. Una molecola d’acqua viene rimossa dalla posizione 3′ sull’acido citrico e aggiunta alla posizione 4′ dall’enzima aconitasi con conseguente isocitrato.
3. L’isocitrato deidrogenasi catalizza l’ossidazione di un gruppo 4 ‘ – OH di isocitrato per produrre alfa-chetoglutarato. Una molecola di NAD viene convertita in NADH.
4. L’alfa-chetoglutarato è decarbossilato, convertendo un’altra molecola di NAD in NADH, dall’alfa-chetoglutarato deidrogenasi, producendo succinil CoA che è un composto instabile.
5. La succinil-CoA sintetasi catalizza l’aggiunta di un gruppo fosfato libero alla guanosina difosfato (GDP), creando guanosina trifosfato. Nel processo, il gruppo CoA viene rilasciato da succinyl-CoA. La molecola risultante è succinato.
6. Due idrogeni vengono rilasciati da succinato quando succinato deidrogenasi riduce FAD a FADH2. L’uscita della reazione è fumarato.
7. La fumarasi catalizza l’aggiunta del gruppo an-OH al fumarato, producendo L-malato.
8. Nella reazione finale del ciclo, l’ossaloacetato viene rigenerato dall’ossidazione del L-malato da parte del malato deidrogenasi. Una molecola di NAD viene convertita in NADH.

Enzimi del ciclo di Krebs

Gli enzimi del ciclo di Krebs sono proteine di membrana che si trovano all’interno della matrice dei mitocondri ad eccezione della succinato deidrogenasi che è una proteina di membrana integrale bloccata alla membrana mitocondriale interna.

Mentre il NAD è il gruppo protesico utilizzato per accettare i protoni generati durante le tre fasi dell’ossidazione, il FAD viene utilizzato dalla succinato deidrogenasi. Il destino ultimo di questi coenzimi ridotti deve essere riossidato inserendo le reazioni a catena di trasporto degli elettroni nella membrana mitocondriale interna, quando viene generato ATP.

Alcune reazioni del ciclo di Krebs sono vicine all’equilibrio termodinamico e sono, quindi, bidirezionali. Quelli includono enzimi che interconvertono succinato, fumarato, malato e ossaloacetato. La reversibilità delle reazioni consente la generazione di precursori per la sintesi del glucosio, la sintesi degli acidi grassi e del colesterolo, l’anabolismo degli aminoacidi, i nucleotidi e la biosintesi dell’eme.

Il ciclo di Krebs utilizza circa due terzi dell’ossigeno totale consumato dal corpo e genera circa ⅔ dell’energia. Svolge un ruolo nella gluconeogenesi, transaminazione, deaminazione e lipogenesi. Sono state trovate pochissime anomalie genetiche del ciclo di Krebs, probabilmente perché è fondamentale per la sopravvivenza.

Evoluzione del ciclo di Krebs

La maggior parte degli enzimi del ciclo di Krebs sono codificati nel nucleo negli eucarioti. Si ritiene che i geni nucleari siano stati acquisiti da geni mitocondriali ancestrali durante l’evoluzione. Durante questo processo, noto come endosimbiosi, le cellule hanno iniziato a vivere in relazioni simbiotiche.

Si suppone che il mitocondrio e il cloroplasto fossero originariamente cellule viventi libere che alla fine iniziarono a vivere all’interno di altre cellule. Prima di questo evento, gli enzimi del ciclo di Krebs possono aver operato solo come passaggi isolati nell’ospite e nei mitocondri.

Diverse isoforme degli enzimi in diversi compartimenti cellulari possono essere sorte a seguito di eventi di trasferimento genico. Il processo attraverso il quale questi passaggi isolati del ciclo si sono riuniti per formare un ciclo complesso e critico necessario alla vita non è ancora compreso.

bibliografia

• Tutti Biochimica Contenuto
• Introduzione alla Cinetica Enzimatica
• Chiralità in Biochimica
• L e D Isomeri
• Suzuki-Miyaura Cross-Reazione di Accoppiamento

Scritto da

Dr. Caterina Shaffer

Catherine Shaffer è un freelance scienza e salute scrittore Michigan. Ha scritto per una vasta gamma di pubblicazioni commerciali e di consumo su argomenti di scienze della vita, in particolare nell’area della scoperta e dello sviluppo di farmaci. Ha conseguito un dottorato di ricerca in Chimica biologica e ha iniziato la sua carriera come ricercatrice di laboratorio prima di passare alla scrittura scientifica. Scrive e pubblica anche fiction, e nel tempo libero si diverte a fare yoga, andare in bicicletta e prendersi cura dei suoi animali domestici.

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