Le otto tappe del Ciclo di Krebs

Tra le varie  reazioni chimiche che avvengono nella cellula durante il processo di respirazione, secondo il quale le molecole provenienti dalla glicolisi vengono scisse in anidride carbonica, energia per i corpo e acqua, il Ciclo di Krebs rientra tra i principali responsabili di questa naturale reazione biologica che fa parte di tutti gli esseri viventi.

In questo articolo cercheremo quindi di sintetizzare e capire per sommi capi come funziona il Ciclo di Krebs e le sue principali tappe costitutive.

Che cos’è il Ciclo di Krebs?

Questo Ciclo di trasformazione che deve il nome allo scienziato Hans Adolf Krebs, il quale nel 1937 ne scoprì il funzionamento e le tappe principali, è attivo in tutti gli esseri viventi, nelle piante e in alcuni batteri.

Il Ciclo di Krebs si compone di otto reazioni catalizzate da specifici enzimi, che lavorano all’interno del mitocondrio, che nelle cellule di tipo eucariota sono i “motori” principali dell’organismo in cui abitano.

Alla fine di queste otto reazioni si ha dunque la produzione di energia e di anidride carbonica che viene espulsa dall’organismo per via del sistema respiratorio.

In termini di chimica organica, la reazione si può sintetizzare attraverso la seguente formula:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36 (o 38) ATP

Le otto tappe del Ciclo di Krebs

Procedendo all’analisi delle singole tappe che formano l’intero Ciclo di Krebs, partiamo dalla prima, ossia dalla reazione dell’acetilCoA che va a reagire con l’ossalacetato, andando a formare la cosiddetta citrato sintasi, una reazione fondamentale a livello biologico in quanto garantisce il funzionamento dell’intero ciclo produttivo di energia.

La seconda tappa del Ciclo di Krebs è la aconitasi, un processo chimico secondo il quale il citrato del primo step viene a sua volta trasformato nel suo isomero isocitrato dall’enzima dell’aconitasi, quello che dà il nome alla tappa stessa, e che contribuisce alla formazione del cis-aconitato, che con l’aggiunta da parte dell’organismo di una molecola d’acqua va a forma re il terzo prodotto della catena, ossia l’isocitrato.

Quest’ultimo prodotto del Ciclo di Krebs è il punto di partenza della terza tappa, secondo cui esso viene ossidato per formare l’α-chetoglutarato mediante l’azione dall’enzima isocitrato deidrogenasi, che necessita tuttavia dell’intervento  NAD+, che reagendo con molecole di Mn²⁺ e Mg²⁺ contribuisce a formare una molecola di NADH, la quale diviene la base per la formazione dell’α-chetoglutarato. Tale processo produttivo prende il nome di isocitrato deidrogenasi.

Nella quarta fase del Ciclo di Krebs, che prende il nome di α-chetoglutarato deidrogenasi, l’α-chetoglutarato subisce un processo irreversibile di ossidazione, secondo il quale si forma una molecola di succinilCoA.

A questo punto prende vita il quinto stadio di questo processo produttivo di energia, secondo il quale il succinilCoA perde il coenzima A, frutto del legame tiostere del precedente processo. Tale scissione del legame porta ad una reazione entropica che forma l’energia necessaria per la fosforilazione del GDP in GTP, un nucleotide responsabile della sintesi proteica.

Da questa rottura di legame si arriva alla produzione di succinil fosfato, il quale nella sesta tappa, viene ossidato a fumarato dall’enzima succinato deidrogenasi, che dà il nome al processo di ossidazione, con la conseguente liberazione di molecole di  FADH2 e NADH.

Nella settima fase del Ciclo di Krebs il fumarato, grazie ad una molecola di acqua, si trasforma in L-malato, grazie all’azione dell’enzima fumarato idratasi.

L’ultima tappa del Ciclo di Krebs vede infine l’L-malato subire un processo ossidativo che porta alla formazione di  ossalacetato, grazie all’enzima malato deidrogenasi, che provoca nella reazione energetica la formazione di NADH.

Patologie legata al malfunzionamento del Ciclo di Krebs

Un malfunzionamento del Ciclo di Krebs può essere imputato in primis ad alcune patologie neurologiche, e in secondo luogo rientrano encefalopatia e patologie cardiache e strutturali.

Infine, in casi molto rari, la Sindrome di Leigh è uno dei fattori scatenanti un malfunzionamento del Ciclo di Krebs.