GLICOLISI E CICLO DI KREBS

La cellula attiva la glicolisi e il ciclo di krebs

Ogni cellula del nostro corpo, come ogni funzione svolta dal nostro metabolismo, ha bisogno di energia (prodotta dalla glicolisi e dal ciclo di krebs). Sappiamo che gli alimenti ingeriti hanno una capacità calorica intrinseca e siamo a conoscenza che il numero di calorie medio, di cui ognuno di noi ha bisogno ogni giorno, è pari a 2.000 circa.
Vi siete mai chiesti in che modo questi alimenti sono trasformati in energia?
Dov’é prodotta l’energia che utilizziamo?

Argomenti sicuramente complessi, che cercheremo di spiegare senza usare termini tecnici ed aiutandoci con dei paragoni. Sappiamo ad esempio che un gruppo elettrogeno (utile per la produzione di energia) utilizza il gasolio come combustibile per muovere dei pistoni (motore a scoppio come nell’automobile) e tramite l’alternatore esso produce un flusso di elettroni, incanalati in una linea elettrica, poi utilizzata sotto forma di corrente elettrica.

Nel corpo umano non esiste un gruppo elettrogeno centrale, ma ogni nostra cellula produce l’energia di cui necessita.

Innanzitutto com’é trasportata l’energia?

La molecola Atp

Esistono delle molecole, chiamate Adp (adenosindifosfato), a disposizione delle cellule, le quali tramite alcuni meccanismi chimici sono caricate di una molecola energetica e quindi trasformate in Atp (adenosintrifosfato). La particolarità di tali molecole è di cedere facilmente l’energia (con l’utilizzo di un solo enzima).

L’Atp è di fatto, la moneta di scambio per ogni azione metabolica del nostro corpo. Una volta scaricata l’energia, esso ritorna ad essere un Adp, utilizzabile quindi di nuovo per trasportare un’altra molecola energetica (trasformandosi di nuovo in un Atp) e ricominciare il ciclo. 

Dove sono prodotti gli Atp

Ogni cellula del corpo ha due processi di produzione energetica (esclusi i globuli rossi), la glicolisi ed il Ciclo di Krebs. Sappiamo che i substrati energetici usati per la produzione energetica sono i glucidi (zuccheri) ed i lipidi (grassi), mentre le proteine sono utilizzate solo saltuariamente (se trasformate dal fegato in glucosio).

Il processo della glicolisi è ad uso esclusivo del glucosio, mentre nel Ciclo di Krebs possono essere utilizzati i glucidi (dopo essere stati processati nella glicolisi) ed i grassi.

Vediamoli nel dettaglio.

Produzione energetica della glicolisi

Come abbiamo detto, la glicolisi è un processo energetico che utilizza solo il glucosio e funziona senza bisogno dell’ossigeno (anaerobico). Quando una molecola di zucchero attraversa la membrana cellulare, la cellula attiva una serie di enzimi (come in una catena di montaggio) svolgendo dieci differenti reazioni chimiche progressive (glicolisi).

Alla fine verranno prodotte, per ogni molecola di glucosio, 2 molecole di ATP ed 2 particelle di acido piruvico che potranno essere usati nel Ciclo di Krebs (una piccola parte saranno trasformate in acetil-coA) o ricorvertite in glucosio (nel fegato). 

Approfondimento tecnico.

Fasi d’investimento

Reazione 1: esochinasi

Reazione 2: fosfoglucosio isomerasi

Reazione 3: fosfofruttochinasi

Reazione 4: aldolasi

Reazione 5: trioso fosfato isomerasi

Fasi di rendimento

Reazione 6: gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi

Reazione 7: fosfoglicerato chinasi

Reazione 8: fosfoglicerato mutasi

Reazione 9: enolasi

Reazione 10: piruvato chinasi

Alla fine di tale processo (glicolisi), per ogni molecola di glucosio processata, rimangono 2 molecole di piruvato (acido piruvico), 2 ioni H+ (idrogeno) e 2 molecole Atp. Complessivamente le 10 reazioni chimiche hanno prodotto 8 Atp, ma durante questi 10 processi sono stati consumati 6 Atp.

A questo punto il piruvato può prendere due strade differenti: quella aerobica (in presenza di ossigeno), che permette di trasformare l’acido piruvico, tramite altri enzimi, in acetil Coa, per poi essere utilizzato come carburante per il Ciclo di Krebs. L’altra strada è anaerobica (senza ossigeno), dov’é trasformato in lattato e poi espulso dalla cellula. Solo una piccola quantità di acido piruvico sarà utilizzato nel mitocondrio (nel ciclo di krebs) mentre la maggior parte verrà riversato nel flusso sanguigno. Infine sarà poi processato nel fegato per ritornare alla sua forma originale (il glucosio). Durante tale processo (glicolisi), se avviene una produzione eccessiva di piruvato (non processabile nel Ciclo di Krebs), pur in presenza di ossigeno, la cellula espelle comunque il piruvato che tramite il sangue torna al fegato (stesso processo del lattato).

Produzione energetica del Ciclo di Krebs

Il ciclo di krebs è chiamato anche respirazione cellulare, avendo bisogno dell’ossigeno per poter funzionare. Esso ha luogo nel mitocondrio, organello presente all’interno del citoplasma, deputato alla produzione energetica.

Possiamo paragonare il mitocondrio ad un piccolo gruppo elettrogeno, dove il gasolio è sostituito dalla molecola acetil-Coa e la corrente prodotta, dagli Atp. Il ciclo di krebs è particolarmente efficiente, considerando che il mitocondrio è in grado di produrre da una sola molecola di acetil-CoA 34 Atp (un numero di molecole 17 volte maggiore a quelle prodotte nella glicolisi).

Come abbiamo detto il carburante è l’acetil-CoA e la produzione di tale molecola può provenire da tutti e tre i macronutrienti (glucosio, grassi e aminoacidi-proteine).

Per quanto riguarda gli zuccheri, abbiamo già approfondito la via della glicolisi, mentre per i grassi la via è più semplice.

Infatti ll mitocondrio è in grado, semplicemente ossidando gli acidi grassi di trasformarli in acetil-CoA (un solo processo chimico).

Approfondimento tecnico.

I trigliceridi (come abbiamo già detto a pag. 94) sono composti da una molecola di glicerolo e tre di acidi grassi. Quando una cellula fa entrare un trigliceride, tramite una sola azione enzimatica, separa la molecola di glicerolo (che entra nel percorso della glicolisi) dalle tre molecole degli acidi grassi. All’interno del citoplasma avviene la B-ossidazione (con il consumo di due Atp) dove gli acidi grassi sono trasformati in acetil-CoA. Poi con l’aiuto della carnitina (aminoacido) raggiunge l’interno del mitocondrio per iniziare il Ciclo di Krebs.

Il mitocondrio (con il ciclo di krebs)è molto efficiente, però oltre a produrre 34 Atp per ogni molecola di acetil-CoA, produce molecole instabili, conosciute con il nome di radicali liberi. Circa il 3% dell’ossigeno utilizzato nel Ciclo di Krebs si trasforma in radicali liberi, ma tale percentuale può aumentare in caso di deterioramento dei mitocondri (disfunzione mitocondriale), di cui parleremo più avanti.

 Le differenze tra la glicolisi e il ciclo di krebs:

Le differenze sostanziali tra la glicolisi e il Ciclo di Krebs, riguardano l’efficienza e la velocità di produzione degli Atp. Come abbiamo detto il processo della glicolisi è in grado di fabbricare 2 Atp per ogni molecola di glucosio, mentre il Ciclo di Krebs è in grado di fabbricare 34 Atp da una molecola di grasso (aceltil-CoA).

È palese la differenza di efficienza tra i due percorsi energetici. Al contrario per quanto riguarda la velocità di produzione degli Atp, la glicolisi è in grado di fabbricare 5 Atp nello stesso tempo che il Ciclo di Krebs impiega per produrre 1 Atp, sviluppando una velocità produttiva 5 volte maggiore. Se volessimo paragonare la nostra cellula ad un’automobile, il mitocondrio con Ciclo di Krebs rappresenterebbe il motore diesel, mentre la glicolisi il turbo del motore a benzina.

Per comprendere meglio, paragoniamo una cellula che utilizza solo il mitocondrio (ciclo di krebs e quella che attiva, nello stesso tempo, sia la glicolisi che il ciclo di krebs.

Nel primo caso la cellula può disporre di 34 Atp, nel secondo caso la cellula disporrà di 34 Atp prodotti dal mitocondrio e 170 dalla glicolisi (in totale 204). In conseguenza di ciò, alcune cellule che necessitano di più energia, utilizzeranno contestualmente sia la glicolisi che i mitocondri (ciclo di krebs).

Ciò avviene principalmente nei neuroni del cervello che hanno bisogno di una maggiore quantità di energia (per la presenza di un numero 100 volte superiore di pompe sodio-potassio). Per tale motivo, alle cellule encefaliche è inibito l’accesso degli acidi grassi. Anche le fibrocellule di tipo bianco, appartenenti alle fibre muscolari veloci (che hanno meno mitocondri) utilizzano la glicolisi.