Cos’è e a cosa serve il ciclo di Krebs

In Italia, l’accesso alle università che offrono corsi di laurea in Medicina avviene tramite un test d’ingresso, ovvero una prova scritta preselettiva volta a selezionare gli studenti più qualificati a frequentare il corso.

Il ciclo di Krebs è una delle domande più frequenti in questo tipo di test di ammissione all’università.

Scopriamo insieme cos’è e a cosa serve il ciclo di Krebs.

Il ciclo di Krebs: cos’è?

Il ciclo di Krebs prende il nome dal suo scopritore, ovvero il biochimico tedesco Hans Adolf Krebs. Conosciuto anche come “ciclo dell’acido citrico” o “ciclo dell’acido tricarbossilico”, è un processo metabolico che avviene all’interno delle cellule durante la respirazione cellulare.

Per questa scoperta, Krebs ricevette il Premio Nobel per la Medicina nel 1953.

Il ciclo di Krebs è di fatto un ciclo metabolico che ha lo scopo di convertire tutte le molecole assunte dall’organismo attraverso il cibo, come proteine, zuccheri e grassi, in un’unica fonte di energia. Pertanto, il ciclo di Krebs fa parte del catabolismo, un insieme di reazioni chimiche del nostro organismo in cui sostanze complesse vengono gradualmente trasformate in molecole più semplici.

Il ciclo di Krebs è quindi un ciclo metabolico costituito da una serie di reazioni chimiche ed è di fondamentale importanza in tutte le cellule aerobiche, cioè in tutte le cellule che utilizzano l’ossigeno nel processo di respirazione cellulare.

È attivo in tutti gli animali, nelle piante superiori e nella maggior parte dei batteri. Inoltre, il ciclo di Krebs è una via metabolica anfibolica, in quanto coinvolge sia processi catabolici che anabolici.

Infatti, il ciclo fornisce anche molti precursori per la produzione di alcuni aminoacidi (come l’acido α-chetoglutarico e l’acido ossalacetico) e altre molecole essenziali per le cellule.

Il ciclo di Krebs: le reazioni

In breve, attraverso i vari cicli di Krebs, gli organismi aerobici sono in grado di produrre energia attraverso l’ossidazione delle molecole di acetil-CoA (cioè i gruppi acetilici attaccati al coenzima A).

Questo processo svolge un ruolo fondamentale nel metabolismo degli acidi grassi e del glucosio.

Nelle cellule eucariotiche il ciclo di Krebs si svolge nei mitocondri, mentre nelle cellule procariotiche ha luogo nel citoplasma. L’intero ciclo consiste in otto reazioni consecutive.

Il ciclo di Krebs, come si evince dal suo nome, ha un andamento circolare. Infatti, il primo composto che reagisce con l’acetil-CoA entrante, è l’ossalacetato che costituisce anche il prodotto finale del ciclo.

Nel mezzo, si verificano una serie di otto reazioni e nello specifico sono:

• Citrato Sintasi (è la prima reazione che porta alla formazione del citrato, dovuta alla condensazione dell’ossalacetato con l’acetil-CoA);
• Aconitasi (è la seconda reazione che conduce all’eliminazione di una molecola di acqua attraverso il citrato);
• Isocitrato Deidrogenasi (è la terza reazione e comporta due fasi, la prima si ha quando l’enzima catalizza l’ossidazione del gruppo –OH e genera una molecola NADH. La seconda fase è la produzione della molecola di CO2);
• Alfa-Chetoglucarato Deidrogenasi (è la quarta reazione e produce una dispersione di anidride carbonica che va a formare il succinil-CoA);
• Succinil-CoA Sintetasi (è la quinta reazione dove si genera una molecola di GTP per poi arrivare alla formazione del succinato);
• Succinato Deidrogenasi (è la sesta reazione che conduce alla rimozione di due atomi di idrogeno dalla molecola di succinato, per poi formare il fumarato);
• Fumarasi (è la settima reazione dove viene usata una molecola di acqua e il fumarato viene trasformato in Malato);
• Malato Deidrogenasi (è l’ottava reazione che comporta la riduzione della molecola in NAD a NADH).

Il ciclo, una volta concluso, riattiva una molecola di Ossalacetato che può continuare per i cicli successivi.

Nel ciclo di Krebs vengono generate due molecole di anidride carbonica, tre molecole di NADH, una molecola di FADH2, una molecola di GTP. Il risultato finale della reazione è l’anidride carbonica che viene espulsa dall’organismo. NADH e FADH offrono l’energia necessaria per poter sintetizzare l’ATP.

Il ciclo di Krebs: a cosa serve?

In poche parole, il ciclo di Krebs è una serie di reazioni chimiche che si svolgono all’interno delle cellule degli organismi aerobici, come gli esseri umani e molti altri organismi viventi.

In pratica, serve a produrre energia e di fatto il ciclo di Krebs inizia quando le molecole di piruvato entrano nei mitocondri e vengono scomposte in sostanze più semplici.

Questo processo rilascia proprio una piccola quantità di energia, sotto forma di ATP.

Le molecole più piccole vengono combinate con altre per generare diverse sostanze chimiche, come il NADH, il FADH2 e CO2. I prodotti del ciclo di Krebs vengono poi utilizzati in altre fasi del processo di produzione di energia cellulare, come la catena di trasporto degli elettroni.

Il ciclo di Krebs: i prodotti e le due fasi principali

In generale, il ciclo di Krebs è la “zona di smistamento” delle sostanze chimiche prodotte dalla glicolisi, il cui risultato principale è la produzione di energia sotto forma di ATP.

Inoltre, durante questo processo viene rilasciata anche la CO2, che è tossica per le cellule se viene accumulata.

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

La prima fase del ciclo è la sintesi dell’acetil-CoA. Questo processo avviene nel citoplasma, dove le molecole di piruvato vengono convertite in acetil-CoA.

Questa reazione richiede energia, che viene fornita dall’azione di un enzima denominato piruvato deidrogenasi.

Una volta prodotte la molecole di acetil-CoA, queste entrano nei mitocondri, dove iniziano le diverse fasi del processo aerobico di respirazione cellulare.

Come abbiamo visto, il ciclo di Krebs è composto da otto fasi, che possono essere suddivise in due processi principali:

• la fase anaplerotica (l’acido ossalacetico si combina con l’acetil-CoA per formare l’acido citrico);
• la fase catabolica (l’acido citrico viene ossidato in CO2 e in altri composti intermedi per degradare il glucosio e le altre molecole a sei atomi di carbonio in piruvato).

Quindi, tutto inizia con l’ossidazione del piruvato e termina con la rigenerazione del composto di partenza, ovvero l’ossalacetato.

Inoltre, come già anticipato, questo ciclo ha un ruolo importante nel metabolismo cellulare e svolge diverse funzioni chiave, tra cui:

• produzione di energia (il ciclo di Krebs è una parte importante del processo di produzione di energia intracellulare noto come respirazione cellulare. In questo ciclo, le molecole di citrato vengono ossidate per produrre i trasportatori di elettroni NADH e FADH2. Questi trasportatori di elettroni vengono poi utilizzati nella catena di trasferimento degli elettroni per produrre adenosina trifosfato, ovvero ATP, la principale fonte di energia chimica usata dalle cellule);
• fornitura di precursori metabolici (il ciclo di Krebs garantisce intermedi metabolici come l’alfa-chetoglutarato e il succinil-CoA, che vengono utilizzati per sintetizzare altre molecole, come aminoacidi, acidi grassi e nucleotidi);
• riduzione del NAD+ e del FAD (nel ciclo di Krebs, NAD+ e FAD vengono ridotti rispettivamente a NADH e FADH2. Quest’ultimi svolgono un ruolo importante nel trasferire gli elettroni alla catena di trasporto degli elettroni che verranno utilizzati per generare ATP);
• rimozione di prodotti di scarto (il ciclo di Krebs contribuisce alla rimozione dei prodotti di scarto, come l’anidride carbonica generata durante la reazione di ossidazione delle molecole di acido citrico).

Di conseguenza, il ciclo di Krebs è un processo fondamentale per la produzione di energia, la sintesi di molecole importanti e la regolazione delle reazioni redox nelle cellule aerobiche. È un ciclo centrale della respirazione cellulare, perché consente alle cellule di ottenere l’energia necessaria per svolgere le loro funzioni vitali.