Uno di tali cicli di trasformazione è il cosiddetto Ciclo di Krebs, il quale deve il proprio nome allo scienziato Hans Adolf Krebs, che ne scoprì il meccanismo e gli stadi principali nel 1937, e in questa sede ci occuperemo di capirne meglio il suo funzionamento sintetizzando le 8 tappe che lo compongono.
Il Ciclo di Krebs è un processo che avviene all’interno delle cellule di tutti gli esseri viventi, piante e batteri compresi.
Questo ciclo si manifesta durante il normale processo di respirazione, in cui nell’uomo le molecole provenienti dalla glicolisi vengono rispettivamente trasformate in anidride carbonica, energia per i muscoli da bruciare e acqua.
Il Ciclo di Krebs è schematizzabile a livello grafico in un anello circolare composto da 8 reazioni chimiche, le quali vengono a loro volta accelerate e prodotte da alcuni particolari enzimi, i quali sono situati all’interno del mitocondrio cellulare, vale a dire la “centrale di energia” che è deputata a questo ciclo di trasformazione.
Alla fine di queste otto reazioni la cellula riesce quindi a produrre energia, e come scarto di lavorazione si ha un accumulo di anidride carbonica, la quale viene espulsa dal nostro corpo per mezzo del sistema di respirazione.
Se spiegare con le parole il Ciclo di Krebs può sembrare un’impresa abbastanza difficoltosa, la chimica organica ci viene in aiuto con una formula stechiometrica semplice e lineare: infatti a livello numerico la reazione che sottende al Ciclo di Krebs si può esprimere con questa formula:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36 (o 38) ATP
Come detto in apertura di articolo, il Ciclo di Krebs si compone di 8 stadi complessivi, durante i quali si ha la trasformazione da parte delle cellule in energia delle molecole di acetilCoA, una sostanza che si ottiene dalla lavorazione di grassi e proteine che quotidianamente consumiamo.
Ma vediamo ora nel dettaglio quali sono le reazioni fondamentali che accadono in ogni singola tappa.
Nella prima tappa del Ciclo di Krebs le molecole di acetilCoA vanno a reagire con l’ossalacetato, andando a formare la reazione di citrato sintasi, la quale assicura al nostro corpo il funzionamento dell’intero ciclo produttivo di energia.
Il risultato dell’interazione è la formazione di una molecola di citrato.
La seconda tappa del Ciclo di Krebs prevede la reazione chimica di aconitasi, un processo secondo cui il citrato della prima tappa viene a sua volta trasformato in un isomero isocitrato dall’enzima che dà il nome alla reazione stessa, così come avviene per tutte le altre tappe.
Questa reazione chimica contribuisce alla formazione del cis-aconitato, molecola che, con l’aggiunta di una molecola d’acqua, va a formare un terzo prodotto finale, vale a dire l’isocitrato.
Nella terza tappa l’isocitrato diviene la molecola di partenza per poi andare, mediante processo di ossidazione, a formare l’α-chetoglutarato.
Questa reazione viene catalizzata dall’enzima isocitrato deidrogenasi, che necessita tuttavia dell’intervento di una molecola di NAD+, la quale a sua volta, reagendo con altre molecole di Mn2+ e Mg2+, contribuisce a formare un composto chiamato NADH.
Una volta eliminato il gruppo carbossilico di questa molecola, il prodotto finale sarà proprio l’α-chetoglutarato.
Nella quarta tappa del Ciclo di Krebs l’α-chetoglutarato viene sottoposto a un processo irreversibile di ossidazione, in base al quale si forma una molecola di succinilCoA.
L’enzima catalizzatore di questa reazione è l’ α-chetoglutarato deidrogenasi.
Nel quinto stadio di questo processo il succinilCoA ottenuto dalla trasformazione precedente perde il coenzima A mediante la rottura del legame tioestere ad alta energia.
Da questa separazione, aggiungendo al succinilCOA privo di legame tioestere una molecola di GDP, prende vita una reazione entropica che genera l’energia sufficiente per andare ad effettuare la fosforilazione del GDP in GTP, che prevede l’aggiunta di una molecola di fosforo al GDP.
Tale processo prende il nome di succinil-CoA sintetasi, e ha come risultato di produzione finale una molecola di succinato.
La sesta fase del Ciclo di Krebs prevede la trasformazione del succinato in fumarato, il quale deriva dall’interazione tra l’enzima succinato deidrogenasi, che dà il nome al processo di ossidazione, con una molecola di FAD, nella quale si ha una liberazione di due molecole di idrogeno.
In questo processo il fumarato, mediante aggiunta di una molecola di acqua, si trasforma in malato, grazie all’azione dell’enzima fumarato idratasi.
Nell’ultima tappa il malato subisce un processo di ossidazione che porta alla formazione di ossalacetato, grazie all’interazione tra l’ enzima malato deidrogenasi e una molecola di NAD+.
Tale reazione ci riporta quindi alla condizione di partenza, col risultato finale di produzione di energia e di anidride carbonica come scarto.