Ciclo di Krebs Flashcards
Preparazione al ciclo di Krebs
Il piruvato formato con la glicolisi per poter entrare nel ciclo di Krebs deve essere prima trasformato in ACETIL CoA.
L’acetil CoA è un composto a 2C per cui il piruvato in una tappa preparatoria viene DECARBOSSILATO ed OSSIDATO e si ha la RIDUZIONE di NAD⁺. A questo punto l’acetil CoA può entrare nel ciclo dell’acido citrico.
Il ciclo dell’acido citrico è un processo ciclico che consente di metabolizzare completamente l’acetil CoA ma anche di ricostituire il primo metabolita che continuerà il ciclo nonché la formazione di CO₂, NADH, FADH₂ e GTP.
Il ciclo di Krebs è un ciclo ANFIBOLICO perché può essere
CATABOLICO: piruvato viene trasformato in acetil CoA che viene catabolizzato completamente a CO₂
ANABOLICO: molti intermedi possono essere utilizzati per la sintesi di altri composti
Questa via metabolica unisce il metabolismo dl glucosio, degli acidi grassi e degli aa alla fosforilazione ossidativa che porta alla produzione di una grande quantità di ATP
Complesso della piruvato deidrogenasi
La tappa preparatoria è catalizzata dal COMPLESSO DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI ed è IRREVERSIBILE ed ESOERGONICA (ΔG°’= -33.4KJ/mol).
Il complesso della piruvato deidrogenasi è costituito da:
PIRUVATO DEIDROGENASI (E1) che lavora con TPP (tiamina pirofosfato)
DIIDROLIPOIL TRANSACETILASI (E2) che lavora con CoA e LIPOAMMIDE
DIIDROLIPOIL DEIDROGENASI (E3) che lavora con FAD e NAD⁺
Reazione della tappa preparatoria
Il PIRUVATO viene decarbossilato sull’enzima E1 che lavora con TPP nella forma YLID (più stabile, presenza di una carica negativa e positiva).
1.Il carboanione promuove un attacco nucleofilo sul C carbonilico e consente lo spostamento degli elettroni sull’ossigeno formando l’IDROSSIETIL TPP che può andare incontro a decarbossilazione
2.La decarbossilazione comporta la formazione del doppio legame C=C e la perdita della carica positiva sull’N. Si libera CO₂
3.C’è un equilibrio di RISONANZA con una struttura che permette di recuperare la CARICA POSITIVA sull’N perché il doppietto dell’N forma il doppio legame e gli elettroni vanno sul C
4.L’idrossietil-TPP reagisce con la LIPOAMMIDE: si ha l’attacco del carboanione sull’atomo di S e il RILASCIO del legame DISOLFURO. Si forma un COMPOSTO INTERMEDIO A 3 formato dalla TPP, dall’IDROSSIETILE che è legato alla LIPOAMMIDE RIDOTTA (aperta)
5.Avviene il DISTACCO della TPP che viene resa disponibile per altre reazioni mediante la trasformazione del gruppo idrossietile in ACETILE (acetildiidrolipoammide). Si riforma il CARBOANIONE. La TPP torna insieme a E1 a riprendere un’altra molecola di piruvato per proseguire la reazione
6.L’ACETILDIIDROLIPOAMMIDE reagisce con CoASH e viene rilasciato il legame con lo S. Si forma l’ACETIL CoA che continua con il ciclo di Krebs mentre la DIIDROLIPOAMMIDE RIDOTTA deve essere RIGENERATA (riossidata)
7.La DIIDROLIPOAMMIDE RIDOTTA reagisce con un enzima a cui è legato il FAD e che contiene un PONTE DISOLFURO. Il PONTE DISOLFURO viene RIDOTTO generando SH e la DIIDROLIPOAMMIDE viene OSSIDATA e riciclata per le prossime reazioni
8.L’enzima contenente il FAD viene RIDOTTO e c’è uno SCAMBIO DI DISOLFURI all’interno (le cisteine si riossidano)
9.Il FADH₂ reagisce con NAD⁺ e si forma NADH + H⁺ e l’enzima FAD OSSIDATO
Prima parte del ciclo di Krebs
1.FORMAZIONE DEL CITRATO: l’acetil CoA deve essere condensato con l’ossalacetato per formare il citrato (acido tricarbossilico).
L’acetil CoA e l’ossalacetato reagiscono formando un intermedio (citril CoA) che con H₂O in una reazione catalizzata dalla CITRATO SINTASI opera l’idrolisi del CoA liberando CITRATO.
ΔG°’= -32KJ/mol IRREVERSIBILE, ESOERGONICA
2.FORMAZIONE DELL’ISOCITRATO ATTRAVERSO IL CIS-ACONITATO: in questa reazione catalizzata dall’ACONITASI l’H₂O viene rimossa e poi aggiunta con la formazione di un intermedio per spostare OH da C3 a C2.
REVERSIBILE
3.OSSIDAZIONE DELL’ISOCITRATO AD αCHETOGLUTARATO E CO₂ (DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA): isocitrato viene decarbossilato e ossidato ad αchetoglutarato in una reazione catalizzata dall’ISOCITRATO DEIDROGENASI che utilizza NAD⁺ che viene ridotto a NADH.
Quindi si libera CO₂ e si forma la prima molecola di NADH.
ΔG°’= -20.9KJ/mol IRREVERSIBILE, ESOERGONICA
4.OSSIDAZIONE DELL’αCHETOGLUTARATO A SUCCINIL CoA E CO₂ (DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA): in questa reazione catalizzata dall’αCHETOGLUTARATO DEIDROGENASI che utilizza NAD⁺ si sfrutta l’energia liberata dalla CO₂ per formare un LEGAME AD ALTA ENERGIA utilizzando il CoA (legame tioestere).
Viene rilasciata CO₂ e si forma la seconda molecola di NADH.
ΔG°’= -33.5KJ/mol IRREVERSIBILE, ESOERGONICA
La prima parte del ciclo serve per produrre coenzimi ridotti e per decarbossilare substrati e ossidare completamente l’acetil CoA
Seconda parte del ciclo di Krebs
5.CONVERSIONE DEL SUCCINIL CoA A SUCCINATO: in questa reazione catalizzata dalla SUCCINIL CoA SINTETASI l’idrolisi del CoA permette di generare l’energia per sintetizzare GTP.
REVERSIBILE
6.OSSIDAZIONE DEL SUCCINATO A FUMARATO: il succinato si deve trasformare per rigenerare l’ossalacetato. Questa reazione è catalizzata dalla SUCCINATO DEIDROGENASI che opera una deidrogenazione rimuovendo 2 atomi di H e lavora con FAD riducendolo: si crea una INSATURAZIONE IN TRANS.
Il FAD che si riduce già è presente in uno dei complessi della catena di trasporto degli elettroni e può essere subito riossidato. Con la sua ossidazione e il trasferimento degli elettroni genera la forza necessaria per sintetizzare ATP.
Si forma FADH₂.
REVERSIBILE
7.IDRATAZIONE DEL FUMARATO A MALATO: reazione catalizzata dalla FUMARASI che aggiunge una molecola di H₂O.
REVERSIBILE
8.OSSIDAZIONE DEL MALATO A OSSALACETATO: reazione catalizzata dalla MALATO DEIDROGENASI che utilizza NAD⁺ che si riduce a NADH.
L’ossalacetato è disponibile per riniziare il ciclo di Krebs con un’altra molecola di acetil CoA
La seconda parte del ciclo di Krebs serve per rigenerare l’ossalacetato sintetizzando GTP, FADH₂ e NADH
Bilancio energetico del ciclo di Krebs
3NADH + FADH₂ + CoASH + GTP + 2CO₂
La demolizione di 1 acetil CoA produce 12 ATP
GLICOLISI + CICLO DI KREBS : 38 ATP
Regolazione ciclo di Krebs
La reazione della citrato sintasi e le reazioni catalizzate da deidrogenasi sono esoergoniche quindi con un ΔG°’ negativo, mentre le altre sono all’equilibrio.
Solo la reazione della malato deidrogenasi nella direzione di formazione dell’ossalacetato è sfavorita (ΔG°’= +29.5KJ/mol) ma dal momento che l’ossalacetato viene sottratto all’equilibrio per essere condensato con l’acetil CoA per ricominciare il ciclo è possibile andare avanti
Piruvato deidrogenasi
INIBIZIONE DA PRODOTTO: NADH su E3, ACETIL CoA su E2
INIBIZIONE DA FOSFORILAZIONE dovuta a PDH CHINASI: ALTO ATP, ALTO NADH/NAD⁺, ALTO ACETIL CoA/CoASH (non c’è bisogno di portare avanti il ciclo)
ATTIVAZIONE DA DEFOSFORILAZIONE dovuta a PDH FOSFATASI: BASSO ATP, BASSO NADH/NAD⁺, BASSO ACETIL CoA/CoASH (richiesta energetica)
Citrato sintasi, isocitrato deidrogenasi e αchetoglutarato deidrogenasi
INIBIZIONE: ATP e NADH (carica energetica alta, accumulo di substrati come citrato, succinil CoA)
ATTIVAZIONE: AMP e ADP (carica energetica bassa)
Reazione anaplerotica di riempimento
Il ciclo di Krebs fornisce intermedi per altre biosintesi.
Citrato: metabolita per la sintesi degli acidi grassi e di alcuni steroli
αChetoglutarato: si trasforma in glutammato ed entra nella via delle proteine, ma il glutammato può formare altri aa da cui si formano le purine per la sintesi dell’ATP e delle basi azotate
Succinil CoA: intermedio per la sintesi di porfirine, eme e clorofilla
Ossalacetato: può generare glucosio tramite la gluconeogenesi, ma può essere trasformato in aspartato che forma altri aa da cui si possono formare purine e pirimidine.
Quindi il ciclo di Krebs è estremamente versatile perché può produrre coenzimi ridotti per la produzione di energia, ma anche metaboliti intermedi che servono per altre biosintesi.
Il LIMITE del ciclo di Krebs è l’OSSALACETATO.
La REAZIONE ANAPLEROTICA DI RIEMPIMENTO produce ossalacetato aumentandone la quantità cosicché possa essere utilizzato per varie funzioni compreso il il ciclo di Krebs. Questa reazione di rinforzo consente di avere una quantità di ossalacetato adeguata in modo tale che l’acetil CoA possa condensarsi con esso ed entrare nel ciclo di Krebs
