Nel ciclo di Krebs inoltre si producono intermedi importanti usati in altri percorsi metabolici come gluconeogenesi, lipolisi, sintesi di neurotrasmettitori o amminoacidi.
Il ciclo di Krebs avviene nella matrice dei mitocondri per le cellule eucariote. Siccome i batteri e i procarioti NON hanno i mitocondri il ciclo deve avvenire nel citoplasma, mentre la la sintesi dell’ATP avviene sulla membrana cellulare.
Al fine di produrre energia o molecole energetiche entrano in questo ciclo AcetilCoeA a partire dal piruvato prodotto nella glicolisi, dalla beta ossidazione degli acidi grassi, amminoacidi chetogenici e chetoni.
Il ciclo di Krebs si dice che è anfibolico perché fa sia la fase del catabolismo della respirazione sia perché dal ciclo hanno inizio la fase anabolica di sintesi di glucosio, amminoacidi o grassi.
Schema complessivo del ciclo di Krebs
Il primo stadio è la sintesi dell’acido citrico a partire dal gruppo acetile con l’ossalacetato mediante la citrato sintasi con rilascio di CoeSH e calore.
Lo ione citrato attraverso disidratazione e reidratazione è isomerizzato in isocitrato mediante la catalisi della Aconitasi e formazione dell’intermedio cis-aconitato. In questa fase sono importanti i cluster Fe-S.
I prossimi due passaggi sono catalizzati dall’isocitrato deidrogenasi con formazione dell’oxalsuccinato che si decarbosilizza ad alfachetoglutarato.
Quest’ultimo è ulteriormente decarbossilato in modo ossidativo dalla alfachetoglutarato deidrogenasi, complesso multienzimatico formando in questa fase la succinilcoenzimaA, una reazione unidirezionale.
La succinato tiochinasi trasforma il CuccinilCoeA in succinato generando prima una molecola di GTP/ATP con una fosforilazione a livello di substrato.
Il succinato viene trasformato in fumarato dalla succinato deidrogenasi con il FAD e una proteina Fe-S.
La fumarasi aggiunge una molecola di acqua al doppio legame portando all’acido malico, isomero L, che poi rigenera l’ossalacetato con un enzima malico deidrogenasi dipendente dal NAD+. Così si chiude il ciclo di Krebs.
I coenzimi FAD e NAD+ nel ciclo di Krebs sono ridotti prendendo elettroni che poi finiranno attraverso la catena di trasporto degli elettroni all’Ossigeno come accettore finale della respirazione aerobica.
Da 3 NADH e un FADH2 che entrano nella catena di trasporto di elettroni si formano 10 ATP a cui si aggiunge un ATP per la fosforilazione a livello di substrato avvenuta.
In un giro si consumano due atomi di C che però non sono gli stessi che sono entrati nel ciclo come Acetile.
Nel ciclo lavorano la riboflavina, niacina e tiamina mentre l’acido pantotenico forma il CoeA.
La resa energetica del ciclo di Krebs
La resa teorica massima di ATP con l’ossidazione di una molecola di glucosio dopo la glicolisi, la sintesi dell’AceCoeA, il ciclo di krebs e la fosforilazione ossidativa è di 38 ATP, supponendo che ogni NADH produca 2ATP e FADH2 produca 2 ATP.
Nelle cellule procariote NADH prodottosi nella glicolisi deve entrare nel mitocondrio e questo avviene con due possibili meccanismi: o lo shuttle del glicerolo fosfato oppure del malato-aspartato.
La resa in ATP da 38 ATP si riduce a 36 ATP per le cellule che utilizzano lo shuttle del glicerolo-fosfato, dove è consumato un ATP per NADH.
Poiché la sintesi dell’ATP si basa sull’energia associata alla formazione e mantenimento di un gradiente protonico tra la membrana interna ed esterna del mitocondrio, gradiente chemiosmotico, una membrana mitocondriale imperfetta fa abbassare la resa teorica fino a 30 ATP per molecola di glucosio
Il controllo del ciclo di Krebs avviene in molteplici modi.
C’è per prima cosa una inibizione da prodotto come NADH che inibisce la maggior parte degli enzimi del ciclo.
L’acido citrico prodotto è un inibitore della Fosfofruttochinasi della glicolisi. Lo ione calcio invece accelera il ciclo.
Il ciclo di Krebs è anche un ciclo anfibolico in quanto agisce sia nel catabolismo dei carboidrati fornendo energia, ma anche come inizio di molti processi anabolici di sintesi di amminoacidi, grassi e zuccheri.
Il citrato che esce dai mitocodri va nel citosol per riformare AcetilCoeA che inizia la sintesi degli acidi grassi.
Alfachetoglutarato è il punto di partenza per la sintesi del glutammato mentre l’ossalacetato è il punto di partenza dell’acido aspartico, pirimidina e alcaloidi.
Il SuccinilCoeA forma i composti pirrolici come citocromi e clorofille.
Variazioni nell’energia libera di GIBBS nel ciclo di Krebs
| Stadio | Enzima | Delta G (kJ/mol) |
|---|---|---|
| 1 | Citrato sintasi | -32.2 |
| 2 | Aconitasi | +6.3 |
| 3 | Isocitrato deidrogenasi | -20.9 |
| 4 | a-Ketoglutarato deidrogenasi complesso | -33.5 |
| 5 | Succinil-CoA sintetasi | -2.9 |
| 6 | Succinato deidrogenasi | 0.0 |
| 7 | Fumarasi FAD | -3.8 |
| 8 | Malato deidrogenasi | +29.7 |
Ciclo di Krebs
Per ogni ciclo si ha:
Acetyl-CoA + 3 NAD++ FAD + GDP + Pi+ 3 H2O--->3NADH + FADH2+ CoA-SH + GTP + 3 CO2
 Acetyl-CoA |
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 Ossalacetato |
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 Citrato |
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 Malato |
 Isocitrato |
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 Fumarato |
 alfaChetoetoglutarato |
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 Succinato |
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 Succinil-CoA |
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