[0:20]Bentornati in questo nuovo video in cui andremo a vedere come si svolge il ciclo di Krebs. Il ciclo di Krebs è quella parte del metabolismo e più precisamente del catabolismo che avviene successivamente alla glicolisi. Ovviamente, dal momento in cui il piruvato non entri in fermentazione. Dobbiamo tenere a mente che il processo del ciclo di Krebs prende anche altri nomi, come ad esempio ciclo dell'acido citrico oppure ciclo degli acidi tricarbossilici. Ma noi in questo video lo chiameremo semplicemente ciclo di Krebs, che è anche il nome più comune con cui si tratta in buona parte delle scuole e degli esami universitari. Innanzitutto, prima di partire, dobbiamo andare a fare un piccolo riepilogo e andare a trattare una molecolina che finora non abbiamo ancora visto. Abbiamo già visto come il NAD ossidato, o meglio detto NAD+ come vedete in figura, con l'aggiunta di due elettroni si va a ridurre. Tenete conto che tutte le molecole, quando gli si aggiungono elettroni, si dice che si riducono, quando perdono elettroni si dice che si ossidano. Quindi il NAD+ con due elettroni si riduce. Da dove arrivano questi due elettroni? Molto spesso arrivano da una reazione chimica, solitamente di decomposizione, di scomposizione di una molecola. Quindi quando noi rompiamo un legame, questo legame potrebbe rilasciare degli elettroni che vengono presi da questa molecolina chiamata NAD. Come abbiamo già detto, gli elettroni trasportano energia. Il fatto di rompere o formare legami vuol dire appunto liberare energia se rompiamo un legame, oppure conservare energia nel momento in cui formiamo un legame. L'energia viene conservata all'interno di quel legame. Siccome i legami sono fatti da elettroni, sappiamo che spostando elettroni stiamo appunto spostando dell'energia. Di conseguenza, quando il NAD ossidato prende due elettroni, possiamo anche dire che il NAD si è caricato di energia, diventando NAD ridotto. Il NAD ridotto, quindi, sta trasportando energia. Infatti, questa molecola, il NAD, e vedremo tra poco anche il FAD, vengono chiamate appunto molecole trasportatrici di energia. Perché? Perché trasportano gli elettroni, i quali contengono energia. L'altra molecola di cui stiamo parlando è il FAD, molecola molto simile al NAD, che serve per gli stessi scopi e semplicemente anche il FAD, prendendo gli elettroni si carica, sostanzialmente si dice si riduce. E ovviamente, di conseguenza, invece, nel momento in cui o NAD o FAD vanno a cedere gli elettroni, si ossidano. Molto spesso mi sentirete chiamare il NAD e il FAD ossidati semplicemente NAD e FAD, mentre invece il NAD e FAD ridotti si chiamano NADH e FADH2. Altra cosa da tenere bene a mente è che il NADH e il FADH2, cioè NAD e FAD ridotti, possono passare l'energia ad una molecola chiamata ATP. L'ATP l'abbiamo già visto in molte delle lezioni precedenti ed è quella molecolina che viene utilizzata come moneta di scambio energetico all'interno di una cellula, o meglio all'interno proprio di tutto il nostro organismo. E cioè quando ci serve energia, viene consumata ATP, quando invece l'energia la vogliamo conservare, viene formata ATP. L'ATP, quando si scarica, e cioè che rilascia energia, diventa ADP, cioè adenosina difosfato. Quando invece l'energia la conserviamo dentro la molecola di ATP, appunto, da ADP si ritrasforma in ATP, cioè adenosina trifosfato. Ecco, dovete sapere che il NAD e il FAD ridotti, cioè NADH e FADH2, non riescono poi a essere delle buone monete di scambio per l'energia e cioè il nostro organismo non riesce ad utilizzarli poi quando gli serve l'energia. E allora semplicemente il NAD e il FAD devono passare quell'energia e cioè quegli elettroni in qualche modo all'ATP. Ecco perché ho fatto tutto questo preambolo, perché vedremo che nel ciclo di Krebs si creano tanti NADH e FADH2, poca ATP, ma bisogna anche sapere che poi successivamente tutti quei NADH e FADH2 andranno a trasformarsi in ATP e cioè andranno a passare l'energia che hanno ricavato dal ciclo di Krebs in ATP. Quando lo faranno? Lo faranno nella fosforilazione ossidativa, e cioè quel piccolo passaggio che viene in parallelo, avviene quindi in parallelo e non dopo, attenzione, avviene in parallelo al ciclo di Krebs. Questi due processi, ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa, si chiamano respirazione cellulare, e ovviamente tratteremo la fosforilazione nella prossima lezione. Oggi ci concentriamo sul ciclo di Krebs. E per fare questo, andiamo a ripassare come si può arrivare al ciclo di Krebs, e poi come vi ho già detto, di conseguenza la fosforilazione ossidativa. E quindi nel momento in cui manca ossigeno all'interno della cellula, si va incontro a fermentazione, che abbiamo visto nel video precedente, che vi lascio qua in alto nelle schede. Quando invece c'è presenza di ossigeno nella cellula, semplicemente il catabolismo prosegue nel migliore dei modi e cioè andrà a formare tantissima energia, andrà a distruggere completamente la molecola di glucosio iniziale. Andando a separare tutti i legami tra i carboni e quindi conservando poi tutta quell'energia che se ne libera. Questo lo fa attraverso il ciclo di Krebs.
[6:04]Precisiamo dove avviene il ciclo di Krebs. Il ciclo di Krebs avviene nella matrice mitocondriale. Cosa sono i mitocondri? Li abbiamo visti nella lezione riguardante le cellule eucariote. I mitocondri sono questi organelli formati da una doppia membrana, perché è una doppia membrana? Perché molto probabilmente sono derivati da cellule procariote che sono state inglobate dentro cellule eucariote, cioè le nostre. E di conseguenza hanno sviluppato questo rapporto di simbiosi con le cellule eucariote, cioè le nostre. Questo è successo perché i mitocondri sono degli organelli molto utili alle nostre cellule perché ci aiutano a svolgere il metabolismo. O meglio producono tantissima energia dal catabolismo andando a svolgere quelle funzioni definite aerobie, e cioè in presenza di ossigeno. E infatti il ciclo di Krebs, che avviene appunto in presenza di ossigeno, avviene proprio all'interno dei mitocondri. Dove avviene? Nella matrice mitocondriale, e cioè esattamente all'interno del mitocondrio, all'interno della membrana interna, si potrebbe dire. Questo perché va precisato?
[7:29]Perché esattamente lì vicino, e cioè sulla membrana interna, avviene un processo definito fosforilazione ossidativa, di cui vi ho parlato poco fa e che andremo a vedere ovviamente nella prossima lezione. Possiamo quindi dire che dopo la glicolisi, il piruvato, e cioè quella molecolina che è uscita dalla glicolisi, verrà trasportata all'interno del mitocondrio. E nella matrice, cioè al centro del mitocondrio, effettuerà il ciclo di Krebs. Le molecole che vengono prodotte dal ciclo di Krebs, e cioè NADH e FADH2, vengono trasportate lì vicino sulla membrana interna del mitocondrio e andranno a fare fosforilazione. Tramite la fosforilazione passano questa energia all'ATP. Ecco, in sintesi, sostanzialmente ciclo di Krebs e fosforilazione fanno questo. Dal ciclo di Krebs si rompono gli ultimi legami del glucosio, andando a produrre NADH e FADH2 che trasportano energia. Queste molecole trasportatrici di energia poi andranno a situarsi sulla membrana interna del mitocondrio e andranno a fare fosforilazione. Tramite la fosforilazione passano questa energia all'ATP. Vedremo però, ovviamente, come avviene il tutto. Nella maggior parte degli organismi, i prodotti della glicolisi subiscono ulteriori trasformazioni in una serie di reazioni che costituiscono il ciclo di Krebs, una fase che si svolge nella matrice dei mitocondri. Il collegamento tra la glicolisi e il ciclo di Krebs avviene attraverso una reazione in cui l'acido piruvico, prodotto dalla glicolisi, perde un atomo di carbonio e si lega a un particolare coenzima, il coenzima A.
[9:56]Quindi in questo passaggio viene perso un atomo di carbonio sotto forma di CO2. La decarbossilazione ossidativa del piruvato. Il piruvato prodotto nel citoplasma della glicolisi entra nella matrice dei mitocondri grazie a una proteina di trasporto. Nella matrice, la piruvato deidrogenasi trasforma il piruvato in acetil-CoA. Andiamo a vedere in che modo.
[10:29]Vediamo il piruvato. Vediamo che tramite la riduzione di un NAD che diventa NADH, viene persa una CO2, e cioè un carbonio. Qua lo vediamo segnalato in rosso. Questo piruvato si trasforma di conseguenza in acido acetico. L'acido acetico però non ha finito qua il processo, perché andrà a legarsi al coenzima A, che qua lo vedete simboleggiato con CoA-SH. Non vi preoccupate del simbolo SH, è semplicemente una parte di questo coenzima, ci serve specificarlo per far vedere dove si aggancia. Ecco che questo CoA va a legarsi a quello che è l'acido acetico, e cioè al gruppo acetile. Di conseguenza, questa molecolina che entrerà nel ciclo di Krebs finalmente si chiama acetil-CoA, perché è un acetile legato al coenzima A. Andiamo a vedere in questa immagine ancora meglio cosa succede. Una molecola da tre carboni, il piruvato, perde un carbonio, vedete, sotto forma di CO2, tramite la riduzione di un NAD e grazie all'aggiunta del coenzima A. Ovviamente tutta questa operazione, così come tutto il ciclo di Krebs, avviene in parallelo per due molecole di piruvato, perché ricordiamoci che si sviluppano dalla glicolisi due molecole di piruvato. Perché derivano ovviamente dalla separazione di un glucosio formato da sei atomi di carbonio. Nel corso del ciclo di Krebs, l'ossidazione dello zucchero si completa portando alla liberazione di due molecole di anidride carbonica CO2. Inoltre, durante il ciclo si formano tre molecole di NADH e una molecola di FADH2, due coenzimi trasportatori di elettroni. Ecco, finalmente andremo a vedere cosa succede nel ciclo di Krebs. Qua, finalmente, si ha la completa suddivisione, rottura, dei legami che componevano la molecola di glucosio iniziale. Perché qua abbiamo la rottura dell'ultimo legame tra i due carboni, andando a formare due molecole di CO2 che vanno via, vanno a liberarsi. Inoltre, però, la cosa molto importante che ci interessa è che in questo ciclo, ovviamente, grazie alla rottura dei legami col carbonio, si produce tanta energia. Questa energia viene incanalata nelle molecole che abbiamo chiamato prima, NADH e FADH2. Vedremo che si forma anche un ATP. E infatti, andiamo a osservare il ciclo, come avviene. Guardate, il ciclo parte, dobbiamo iniziare qua a sinistra, perché dentro il ciclo è già presente una molecola fatta da quattro atomi di carbonio, chiamata, lo vedete qua, ossalacetato. Poi, questi quattro atomi di carbonio, che semplicemente facevano già parte del ciclo, vengono a legarsi con la nostra molecolina derivante dalla glicolisi, e cioè l'acetil-CoA. Acetil-CoA legata ad ossalacetato forma il citrato. In questo caso ci troviamo quindi di fronte a una molecola con sei atomi di carbonio, vedete, sei C, cioè sei carboni. Ora vediamo che, tramite vari passaggi, abbiamo la produzione di NADH e quindi energia, e CO2, e cioè qua si è staccato un carbonio. E infatti, vediamo come adesso abbiamo una molecolina formata solo più da cinque atomi di carbonio. Tramite un altro passaggio, abbiamo di nuovo la formazione di energia, perché si rompe un legame, e si stacca un altro carbonio, vedete, CO2 che si libera. E infatti, la molecolina successiva è formata solo da quattro atomi di carbonio. Ora noi, da questa molecola da quattro atomi di carbonio, che ovviamente non è l'ossalacetato iniziale, dobbiamo riarrangiarla per farla ritornare ossalacetato e quindi rifar partire il ciclo. In questi passaggi per riarrangiare la molecola, si ha la formazione di un ATP, vedete, formazione di GTP, che non vi preoccupate, è molto simile all'ATP, e infatti vi fa vedere come poi viene trasformata in ATP. Formazione di FADH2, formazione di un altro NADH. E quindi abbiamo la formazione di tre molecole di NADH, un ATP e un FADH2. Tutte queste molecoline sono molecoline che contengono energia. In tutto questo abbiamo perso gli ultimi due carboni che facevano parte del nostro zucchero, del nostro glucosio iniziale. Al termine quindi del ciclo, gran parte dell'energia della molecola di glucosio di partenza, ora tra l'altro completamente demolita, è rimasta negli elettroni. Rimossi dagli atomi di carbonio e trasferiti ai trasportatori di elettroni che abbiamo detto sono il NAD e il FAD. Ed ora vediamo esattamente cosa si trova dentro il ciclo di Krebs. Ecco, fino a qua, come vedete, a me preme indicarvi il motivo, cioè la motivazione per cui avviene il tutto. Perché semplicemente, per andare poi a studiare le varie molecole del ciclo è un lavoro mnemonico, e cioè basta ricordarsi i nomi e a quel punto avete già fatto. Per cui, secondo me, è molto importante capire perché avviene tutto il ciclo e cosa avviene nel ciclo. Di conseguenza, poi, andare a studiare tutte le molecoline che ne fanno parte, ovviamente, se vi viene richiesto nell'esame, e andare a studiare anche, magari, se fate biochimica, gli enzimi che prendono parte a queste reazioni. Sono sostanzialmente otto reazioni. In realtà poi sarebbero nove, perché le andiamo a vedere. Nella prima fase si forma il citrato e si perde il coenzima A, e cioè l'acetil-CoA perde il CoA e diventa citrato, legandosi con l'ossalacetato. Poi, il citrato va a fare una reazione molto veloce, cioè diventa cis-aconitato tramite la perdita di H2O che però riacquisisce subito dopo, andando a diventare isocitrato. Qua abbiamo la prima perdita di CO2 e la prima formazione di NADH, diventando alfa-chetoglutarato. Qua si reinserisce il coenzima A, facendo perdere una CO2 e diventando succinil-CoA. Anche qua si forma dell'altro NADH, quindi altra energia che viene presa. Il succinil-CoA va a diventare succinato, andando a formare una molecola chiamata GTP e andando a perdere il coenzima A. Il GTP, come vi ho detto, è un equivalente dell'ATP, quindi energia anche qua. Dal succinato in poi, per ricordarsi le molecole che fanno parte di queste tappe, secondo me è molto semplice. Io ho trovato un escamotage molto interessante. Guardate, il succinato deve riarrangiarsi per andare a far ripartire poi il ciclo successivo e quindi deve tornare ossalacetato. E le molecole che fanno parte di questi step sono il fumarato, il malato e poi infine, appunto, l'ossalacetato. Di conseguenza, io ho trovato questo escamotage, come vi dicevo. Da succinato, mi viene in mente fumarato, e cioè una persona che fuma, malato, perché fumando ci si ammala, ossalacetato, perché dopo che ci si ammala per il fumo, si rimane solo con le ossa. Quindi, fumarato, malato, ossalacetato, e di qua, ovviamente, poi il ciclo riparte.
[18:04]Troviamo anche la prima molecola di questo ciclo che è il citrato e da qua, in effetti, questo ciclo prende anche il nome di ciclo dell'acido citrico. Ed ecco che concludiamo andando velocemente a vedere cosa succede dopo il ciclo di Krebs. Come vi ho detto, avviene la fosforilazione ossidativa, e cioè i NAD e i FAD vengono trasportati sulla membrana del mitocondrio, la membrana interna, e andranno a trasferire l'energia che trasportano all'ATP. Questi due processi, il ciclo di Krebs e la fosforilazione, avvengono in parallelo, quindi non avviene prima il ciclo e poi la fosforilazione, ma avvengono in parallelo, anche perché si trovano in posizioni veramente vicine tra loro, e cioè sono adiacenti. Detto questo, vediamo anche la resa complessiva di tutto il processo catabolico dalla glicolisi alla fosforilazione. Ovviamente questa resa è ideale, cioè avremo per forza di cose una perdita di energia, ma questo lo vedremo nel prossimo video. Questo video è già abbastanza lungo, mi sono dilungato abbastanza e quindi io vi saluto, vi do appuntamento alla prossima lezione in cui andremo a trattare appunto la fosforilazione ossidativa, e quindi l'ultima tappa della respirazione cellulare. E vi chiedo, se vi è piaciuto questo video e vi è stato utile, di lasciare un like, così che aiutate anche il canale a crescere. E per vedere tutte le lezioni precedenti e le prossime che usciranno, iscrivetevi al canale. Detto questo, vi saluto e vi do appuntamento alla prossima lezione.
