Le cellule stanno costantemente portando avanti reazioni biochimiche per crescere, riprodursi, mantenere le loro strutture e reagire ai loro ambienti. Tutto ciò richiede energia, che la cellula raccoglie distruggendo le molecole organiche in reazioni che liberano l'energia del legame chimico tra gli atomi. La glicolisi e il ciclo dell'acido citrico, noto anche come ciclo di Krebs, sono due importanti percorsi di approvvigionamento energetico. Sono collegati dallo stadio del ponte, una reazione chiamata decarbossilazione piruvata.

The Bridge

(Ref 1) Lo scopo della glicolisi è quello di abbattere il glucosio zuccherino a sei-carbonio in varie sostanze, mentre immagazzinando l'energia rilasciata in altre molecole, tra cui adenosina trifosfato (ATP) e nicotinammide adenina dinucleotide ridotta (NADH). Un sottoprodotto della glicolisi è l'acido piruvico, che contiene tre atomi di carbonio, quattro atomi di idrogeno e tre atomi di ossigeno. La reazione a ponte in tre passaggi converte l'acido piruvico in acetil CoA, un input per il ciclo dell'acido citrico. Tre enzimi catalizzano le fasi della decarbossilazione piruvata.

Decarbossilazione piruvata

La reazione che rimuove il biossido di carbonio dall'acido piruvico richiede un triplo enzima biochimico, chiamato complesso piruvato deidrogenasi, che contiene molte subunità proteiche . Gli enzimi sono abbreviati da E1 a E3. La reazione richiede la presenza di ossigeno e il processo fa parte del ciclo di respirazione aerobica della cellula. L'enzima E1 estrae la molecola di CO2 dal piruvato. E1 catalizza anche le reazioni che utilizzano il residuo, un gruppo acetile, per produrre una molecola di lipoato contenente una coppia di atomi di zolfo. E2 trasferisce quindi il gruppo acetile al coenzima A per formare acetil CoA, l'input per il ciclo di Krebs. Nella fase finale, E3 aiuta a ossidare il residuo lipidico, risultante nella produzione di NADH.

Ruolo dei mitocondri

Nella glicolisi, il glucosio dà il via a una lunga catena di reazioni chimiche che danno origine al piruvato ed energia. Queste reazioni si verificano nel componente liquido della cellula, o citosol, che non è racchiuso all'interno di un organello. Organelli comuni includono il nucleo, i mitocondri, il reticolo endoplasmatico e l'apparato di Golgi. Il piruvato viene assorbito dai mitocondri di cellule eucariotiche, quelle contenenti un nucleo organizzato, in cui partecipa alla produzione di acetil CoA. L'accaparramento mitocondriale del piruvato impedisce altri usi del piruvato, come la produzione di glucosio da parte del fegato.

Rendimento energetico

L'importanza del gradino del ponte è che consente una resa molto elevata di energia estratta dalla molecola di glucosio originale. La glicolisi produce una scarsa produzione di energia, misurata dalla produzione netta di solo due molecole di ATP e due di NADH. La decarbossilazione del piruvato e il ciclo dell'acido citrico producono altri due ATP, ma il grande profitto è la produzione di otto molecole di NADH, ciascuna trasformabile in tre ATP attraverso altri processi di respirazione aerobica. Pertanto, lo stadio del ponte è direttamente o indirettamente responsabile della produzione di ulteriori 24 ATP.