L’energia, definibile come la capacità di compiere un lavoro, può essere di vario tipo: potenziale, radiante, termica, elettrica. Tutti gli organismi richiedono energia per compiere determinate funzioni cellulari essenziali per la sopravvivenza: trasporto di soluti attraverso la membrana citoplasmatica, movimento, biosintesi…
L’uomo, insieme agli animali e alla gran parte dei batteri, dei funghi e dei protozoi, è un organismo eterotrofo che non è in grado di sintetizzare le biomolecole, le deve, infatti, assumere nutrendosi; è quindi un essere chemioeterotrofo che produce energia attraverso l’ossidazione di diverse sostanze organiche nelle reazioni che fanno parte di un ciclo metabolico.
I cicli metabolici cellulari sono sequenze di reazioni chimiche catalizzate da specifici enzimi in cui il prodotto finale di una reazione chimica funge da substrato per la successiva reazione enzimatica. I singoli prodotti della reazione che fanno parte di un ciclo metabolico sono detti metaboliti; ciascun metabolita viene chimicamente modificato, per aggiunta, rimozione o riarrangiamento di gruppi chimici, fino ad ottenere il prodotto finale dell’intero ciclo metabolico. Questi prodotti finali possono essere secreti dalla cellula e utilizzati come substrati in altre reazioni metaboliche.
I cicli metabolici vengono distinti in due tipi: anabolici e catabolici. Quelli anabolici (biosintetici) consumano energia per costruire i componenti cellulari, quelli catabolici sono rappresentati da sequenze di reazioni chimiche la cui funzione è quella di rilasciare energia libera attraverso la degradazione o l’ossidazione di molecole organiche.
Con la glicolisi anaerobica, il catabolismo del glucosio fornisce solo una parte di energia, resa disponibile come ATP (molecola energetica della cellula). La maggior parte dell’ATP che si genera durante il metabolismo deriva dal catabolismo aerobico del glucosio. Questo processo inizia con la completa ossidazione dei derivati del glucosio ad anidride carbonica e si realizza attraverso una serie di reazioni, chiamate Ciclo dell’acido citrico, conosciuto anche con il nome di Ciclo degli acidi tricarbossilici o Ciclo di Krebs.
LA VIA METABOLICA FINALE DI OSSIDAZIONE DEI NUTRIENTI
Il Ciclo dell’acido citrico è la via metabolica finale di ossidazione delle molecole organiche presenti nelle sostanze nutrienti: i carboidrati, gli acidi grassi e gli amminoacidi.
Il ciclo dell’acido citrico è anche un’importante fonte di precursori per la biosintesi di altre molecole, come amminoacidi, basi puriniche e pirimidiniche (che servono per la sintesi degli acidi nucleici: DNA e RNA).
Le sostanze nutrienti sono costituite da composti organici che possono essere ossidati, cioè possono perdere elettroni. Il ciclo dell’acido citrico comprende una serie di reazioni di ossidoriduzione, che conducono all’ossidazione delle unità di acetil CoA in anidride carbonica. Questa ossidazione libera elettroni ad alta energia, che saranno utilizzati per la sintesi di ATP.
IL CROCEVIA TRA GLICOLISI E CICLO DI KREBS
I carboidrati, soprattutto il glucosio, sono processati nella glicolisi a piruvato.
Prima che il ciclo di Krebs abbia inizio, il piruvato viene trasportato nei mitocondri (organelli cellulari) e ossidato ad acetato che entra a far parte della molecola del coenzima A (CoA), attivandosi.
Il gruppo acetile dell’acetil CoA viene trasferito enzimaticamente sull’ossalacetato, con formazione del citrato. Attraverso questa reazione ha inizio il Ciclo di Krebs e si rigenera il CoA; il ciclo continua poi con altri 8 passaggi, schematizzati a lato.
Il ciclo dell’acido citrico di per sé non genera quantità significative di ATP e non comprende l’ossigeno tra i suoi reagenti, esso rimuove elettroni dall’acetil CoA, questi elettroni riducono l’ossigeno nella successiva fosforilazione ossidativa e servono per la successiva produzione di energia.
Il Ciclo dell’acido citrico, insieme con la fosforilazione ossidativa, fornisce la maggior parte dell’energia usata dalle cellule dell’uomo, ovvero più del 90%.
In definitiva, un’unità di acetile genera approssimativamente 10 molecole di ATP, la glicolisi anaerobica invece genera solo 2 molecole di ATP per un’intera molecola di glucosio. L’ossigeno molecolare non partecipa direttamente al ciclo dell’acido citrico. Tuttavia, il ciclo opera solo in condizioni aerobiche; la glicolisi può avvenire sia in condizioni aerobiche sia anaerobiche, mentre il ciclo dell’acido citrico è un processo strettamente aerobico.
L’ossidazione completa del glucosio ad anidride carbonica e acqua che si attua nella respirazione fornisce 38 molecole di ATP.
La velocità con cui avviene il ciclo è regolata dalla carica energetica che la cellula possiede e dall’abbondanza degli intermedi biosintetici presenti nella cellula stessa.
Microbiologia Generale, 1992 Medical books, R.F.Boyd
Biochimica, 2020 Zanichelli, L. Stryer et al
