Principi di Biochimica/ciclo di Krebs o ciclo dell’acido Citrico
Citrate synthaseEdit
L’enzima citrato sintasi (E. C. 2.3.3.1 ) esiste in quasi tutte le cellule viventi e rappresenta un passo decisionale enzima nella prima fase del Ciclo dell’Acido Citrico (o Ciclo di Krebs). La citrato sintasi è localizzata all’interno delle cellule eucariotiche nella matrice mitocondriale, ma è codificata dal DNA nucleare piuttosto che mitocondriale. Viene sintetizzato utilizzando ribosomi citoplasmatici, quindi trasportato nella matrice mitocondriale. La citrato sintasi è comunemente usata come marcatore enzimatico quantitativo per la presenza di mitocondri intatti.La citrato sintasi catalizza la reazione di condensazione del residuo di acetato a due atomi di carbonio dall’acetil coenzima A e da una molecola di ossaloacetato a quattro atomi di carbonio per formare il citrato a sei atomi di carbonio.L’ossaloacetato sarà rigenerato dopo il completamento di un giro del ciclo di Krebs.
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Oxaloacetic acido
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acido Citrico
acetil-CoA + ossalacetato + H2O → citrate + CoA-SH
Ossalacetato è il primo substrato di legarsi all’enzima. Questo induce l’enzima a cambiare la sua conformazione e crea un sito di legame per l’acetil-CoA. Solo quando questo citroyl-CoA si è formato, un altro cambiamento conformazionale causerà l’idrolisi dei tioesteri e rilascerà il coenzima A. Ciò assicura che l’energia rilasciata dalla scissione del legame tioestere guidi la condensazione.
AconitaseEdit
Aconitasi (aconitato idratasi; EC 4.2.1.3) è un enzima che catalizza l’isomerizzazione stereo-specifica del citrato in isocitrato tramite cis-aconitato nel ciclo dell’acido tricarbossilico, un processo non redox-attivo.
L’isocitrato deidrogenaseedit
L’isocitrato deidrogenasi (EC 1.1.1.42) e (EC 1.1.1.41), noto anche come IDH, è un enzima che partecipa al ciclo dell’acido citrico. Catalizza la terza fase del ciclo: la decarbossilazione ossidativa dell’isocitrato, producendo alfa-chetoglutarato (α-chetoglutarato) e CO2 durante la conversione di NAD+ in NADH. Questo è un processo in due fasi, che comporta l’ossidazione dell’isocitrato (un alcol secondario) in ossalosuccinato (un chetone), seguito dalla decarbossilazione del gruppo carbossilico beta al chetone, formando alfa-chetoglutarato. Un’altra isoforma dell’enzima catalizza la stessa reazione, tuttavia questa reazione non è correlata al ciclo dell’acido citrico, viene effettuata nel citosol così come nel mitocondrio e nel perossisoma e utilizza NADP+ come cofattore invece di NAD+.
All’interno del ciclo dell’acido citrico, l’isocitrato, prodotto dall’isomerizzazione del citrato, subisce sia l’ossidazione che la decarbossilazione. Facendo uso dell’enzima isocitrato deidrogenasi (IDH), l’isocitrato è tenuto all’interno del suo sito attivo circondando l’arginina, la tirosina, l’asparagina, la serina, la treonina e gli amminoacidi dell’acido aspartico. La prima casella mostra la reazione complessiva di isocitrato deidrogenasi. I reagenti necessari affinché questo meccanismo enzimatico funzioni sono isocitrato, NAD + /NADP + e Mn2 + o Mg2+. I prodotti della reazione sono alfa-chetoglutarato, anidride carbonica e NADH + H+/NADPH + H+. Le molecole d’acqua sono usate per aiutare a deprotonare gli ossigeni (O3) dell’isocitrato.La seconda casella è il passaggio 1, che è l’ossidazione dell’alfa-C (C#2).L’ossidazione è il primo passo che l’isocitrato attraversa. In questo processo, il gruppo alcolico al largo dell’alfa-carbonio (C#2) viene deprotonato e gli elettroni fluiscono verso l’alfa-C formando un gruppo chetonico e rimuovendo un idruro dal C#2 usando NAD+/NADP+ come cofattore di accettazione dell’elettrone. L’ossidazione dell’alfa-C consente una posizione in cui gli elettroni (nella fase successiva) scenderanno dal gruppo carbossilico e spingeranno gli elettroni (rendendo l’ossigeno doppio legato) sull’ossigeno o afferrando un protone vicino da un aminoacido Lisina vicino.La terza casella è il passaggio 2, che è la decarbossilazione dell’ossalosuccinato. In questa fase, l’ossigeno del gruppo carbossilico viene deprotonato da un aminoacido tirosina nelle vicinanze e quegli elettroni fluiscono fino al carbonio 2. L’anidride carbonica lascia il carbonio beta dell’isocitrato come gruppo di partenza con gli elettroni che fluiscono verso l’ossigeno chetonico dall’alfa-C ponendo una carica negativa sull’ossigeno dell’alfa-C e formando un doppio legame alfa-beta insaturo tra i carboni 2 e 3. La coppia solitaria sull’ossigeno alfa-C raccoglie un protone da un aminoacido lisina vicino.La quarta casella è il passaggio 3, che è la saturazione del doppio legame alfa-beta insaturo tra i carboni 2 e 3. In questa fase della reazione, la lisina deprotona l’ossigeno dal carbonio alfa e la coppia solitaria di elettroni sull’ossigeno del carbonio alfa scende riformando il doppio legame chetonico e spingendo la coppia solitaria (formando il doppio legame tra il carbonio alfa e beta), raccogliendo un protone dal vicino amminoacido tirosina. Questa reazione provoca la formazione di alfa-chetoglutarato, NADH + H + / NADPH + H + e CO2.
α-chetoglutarato deidrogenaseedit
Il complesso di ossoglutarato deidrogenasi (OGDC) o complesso di α-chetoglutarato deidrogenasi è un complesso enzimatico, più comunemente noto per il suo ruolo nel ciclo dell’acido citrico.La reazione catalizzata da questo enzima nel ciclo dell’acido citrico è:
α-chetoglutarato + NAD + + CoA → Succinil COA + CO2 + NADH
Questa reazione procede in tre fasi: decarbossilazione di α-chetoglutarato, riduzione di NAD + a NADH e successivo trasferimento a CoA, che forma il prodotto finale, succinil CoA.ΔG° ‘ per questa reazione è -7,2 kcal mol-1. L’energia necessaria per questa ossidazione è conservata nella formazione di un legame tioestere di succinil CoA.
Succinil coenzima A sintetaseedit
Succinil coenzima A sintetasi (succinato tiochinasi) catalizza la formazione di succinato e coenzima-A, un metabolita 4-carbonio, da succinil-CoA.La succinil-COA sintetasi catalizza una fase reversibile del ciclo dell’acido citrico, che comporta la fosforilazione a livello di substrato del PIL.
Succinato deidrogenaseedit
Succinato deidrogenasi o succinato-coenzima Q reduttasi (SQR) o Complesso II è un complesso enzimatico, legato alla membrana mitocondriale interna dei mitocondri dei mammiferi e di molte cellule batteriche. È l’unico enzima che partecipa sia al ciclo dell’acido citrico che alla catena di trasporto degli elettroni.
Nella fase 8 del ciclo dell’acido citrico, SQR catalizza l’ossidazione del succinato in fumarato con la riduzione dell’ubiquinone in ubiquinolo. Ciò si verifica nella membrana mitocondriale interna accoppiando le due reazioni insieme.
FumaraseEdit
La fumarasi (o fumarato idratasi) è un enzima che catalizza l’idratazione/disidratazione reversibile del fumarato in S-malato. La fumarasi si presenta in due forme: mitocondriale e citosolica. L’isoenzima mitocondriale è coinvolto nel ciclo di Krebs (noto anche come ciclo dell’acido citrico) e l’isoenzima citosolico è coinvolto nel metabolismo degli aminoacidi e del fumarato. La localizzazione subcellulare è stabilita dalla presenza di una sequenza di segnale sul terminale amminico nella forma mitocondriale, mentre la localizzazione subcellulare nella forma citosolica è stabilita dall’assenza della sequenza di segnale trovata nella varietà mitocondriale.Questo enzima partecipa ad altre due vie metaboliche: ciclo di carbossilazione riduttiva (fissazione di CO2) e anche nel carcinoma a cellule renali.
Malato deidrogenaseedit
Malato deidrogenasi (EC 1.1.1.37) (MDH) è un enzima nel ciclo dell’acido citrico che catalizza la conversione del malato in ossaloacetato (usando NAD+) e viceversa (questa è una reazione reversibile). Il malato deidrogenasi non deve essere confuso con l’enzima malico, che catalizza la conversione del malato in piruvato, producendo NADPH.Il malato deidrogenasi è anche coinvolto nella gluconeogenesi, la sintesi del glucosio da molecole più piccole. Il piruvato nei mitocondri viene agito dalla piruvato carbossilasi per formare ossaloacetato, un intermedio del ciclo dell’acido citrico. Al fine di ottenere l’ossaloacetato fuori dei mitocondri, malato deidrogenasi riduce a malato, e poi attraversa la membrana mitocondriale interna. Una volta nel citosol, il malato viene ossidato di nuovo a ossaloacetato da malato citosolico deidrogenasi. Infine, la fosfoenol-piruvato carbossi chinasi (PEPCK) converte l’ossaloacetato in fosfoenol piruvato.
