Cos'è il ciclo di Krebs e qual è la sua funzione?

Spiegheremo in modo semplice una delle basi del metabolismo aerobico, il ciclo di Krebs. Questo percorso è essenziale per la genesi dell'energia.

Scritto e verificato el nutricionista Saúl Sánchez.

Ultimo aggiornamento: 14 gennaio, 2023

Il ciclo di Krebs è una delle vie metaboliche più importanti per ottenere energia. Fa parte del metabolismo aerobico ed è un meccanismo molto efficiente che risulta essere un elemento chiave nella respirazione cellulare. È anche noto come ciclo dell’acido citrico o dell’acido tricarbossilico.

Spiegheremo in cosa consiste esattamente il ciclo di Krebs, come si sviluppa e qual è la sua importanza all’interno del corpo. Tenete presente che è un processo essenziale per la vita e la cui attivazione al di sopra del normale può determinare lo stato della composizione corporea.

Come si sviluppa il ciclo di Krebs?

Il substrato principale del ciclo di Krebs è l’acetil-CoA, una molecola che risulta dal processo di glicolisi aerobica. È un meccanismo che avviene nella matrice dei mitocondri e ha un carattere ossidativo. Oltre alla molecola di acetil-CoA si ottiene un’unità di NADH e anidride carbonica, elementi chiave nel processo di ottenimento dell’energia.

Il ciclo di Krebs è costituito da un insieme di 8 reazioni modulate da diversi enzimi. In totale vengono eseguite quattro ossidazioni. L’acetil-CoA subisce una serie di trasformazioni che vengono catalizzate nel tempo. Alcuni di essi sono reversibili, ma altri no.

Inizialmente, la molecola di acetil-CoA si combina con l’ossalacetato per formare il citrato. Questo rilascia un paio di molecole di anidride carbonica. Da qui viene generato un composto noto come GTP che mira a ridurre alcuni composti, che termina con il ripristino dell’ossalacetato iniziale. Il ciclo potrebbe essere ripetuto di nuovo.

Quando c’è un giro completo dell’intero sistema , vengono rilasciate due molecole di CO2, vengono prodotte tre NADH, una FADH2 e una ATP o GTP. Questi ultimi due elementi sono quelli utilizzati per la produzione di energia. Possono essere ottenuti dal ciclo di Krebs stesso, sebbene ci siano altre reazioni metaboliche che li generano attraverso diversi substrati.

Va tenuto presente che il ciclo di Krebs si verifica 2 volte per ogni molecola di glucosio che ha contribuito al processo di respirazione cellulare. Da questo si ottengono due piruvati, che poi diventano due acetil-CoA.

Fosforilazione ossidativa

Quando il ciclo di Krebs si conclude, vengono messe in moto vie metaboliche che finiscono per generare un gran numero di molecole di ATP. Tra questi spicca la catena di trasporto degli elettroni, in cui vengono introdotti il NADH e il FADH2 generati alla fine del ciclo precedente. Durante questo processo, gli elettroni vengono trasportati dai mitocondri allo spazio intermembrana, attraverso l’azione delle proteine.

Ogni volta che si verifica un trasferimento di elettroni, viene rilasciata energia che può essere utilizzata. Tuttavia, la maggior parte viene prodotta nell’ultimo passaggio di questa catena, in cui buona parte degli elettroni ritorna alla matrice mitocondriale attraverso un enzima chiamato ATP sintasi.

Bisogna tener conto che l’80% dell’ATP generato dalla degradazione della molecola di glucosio viene prodotto a questo punto, grazie alla catena di trasporto degli elettroni. È un meccanismo dipendente dall’ossigeno, poiché alla fine della catena stessa c’è una formazione di acqua. In assenza della molecola il processo è paralizzato.

A cosa serve il ciclo di Krebs?

La funzione principale del ciclo di Krebs è la genesi dell’energia a livello mitocondriale. Grazie a questa via metabolica si possono ottenere molecole di ATP. Non si ottengono solo attraverso il metabolismo del glucosio, ma è anche possibile la loro genesi da aminoacidi o acidi grassi.

Quando i livelli di glucosio nel corpo sono bassi o le riserve di glicogeno sono esaurite, viene attivata una via chiamata beta-ossidazione degli acidi grassi. Da qui si ha una mobilitazione dei lipidi accumulati nell’organismo, così come dei grassi circolanti, per la produzione di energia.

Tuttavia, questi elementi non entrano nel ciclo di Krebs o nella respirazione cellulare in quanto tali, ma subiscono una serie di processi di conversione al complesso acil-CoA. Questo substrato entra all’interno dei mitocondri dove subisce una serie di processi di conversione fino ad ottenere un’unità di acetil-CoA. Questo può entrare nel ciclo di Krebs in modo normale per la produzione di ATP.

In ogni caso va tenuto presente che gli acidi grassi sono in grado di generare una resa energetica molto più elevata di quella degli zuccheri o delle proteine. Mentre questi ultimi due nutrienti forniscono circa 4 calorie per grammo, i lipidi sono in grado di offrire fino a 9 calorie per grammo.

Quando viene attivato?

Il ciclo di Krebs è costantemente attivato, altrimenti la vita non potrebbe esistere. È uno dei principali meccanismi per ottenere energia. Insieme ai processi di respirazione aerobica, fa parte di un complesso di reazioni abbastanza efficienti in termini di rendimento energetico, molto più di tutte quelle di tipo anaerobico che vengono promosse a fronte di sforzi intensi.

In ogni caso, il ciclo di Krebs acquista ancora più risalto quando si esegue un esercizio di resistenza di lunga durata di media o moderata intensità. In questo caso, il metabolismo aerobico è il processo principale per ottenere energia. L’obiettivo in questo caso è quello di risparmiare glicogeno muscolare, poiché altrimenti la fatica apparirebbe prematuramente.

Va tenuto presente che l’efficienza del ciclo stesso è una capacità allenabile, soprattutto per quanto riguarda il processo di beta-ossidazione degli acidi grassi. Quando si eseguono esercizi di resistenza, l’organismo cerca di evitare un consumo eccessivo di glucosio, aumentando così il tasso di conversione degli acidi grassi e degli amminoacidi in acetil-CoA.

Per massimizzare l’efficienza di questo processo e migliorare il risparmio di glicogeno , possono essere utilizzati alcuni coadiuvanti ergogenici esterni, come la caffeina. Secondo uno studio pubblicato sulla rivista Sports Medicine, questo ha dimostrato di essere in grado di aumentare le prestazioni sportive e di ritardare l’insorgenza della fatica. Tuttavia, dovrebbero essere usati dosaggi ottimali.

Sebbene la produzione di energia attraverso il ciclo di Krebs predomini durante gli sforzi di resistenza, le altre vie metaboliche non sono “disattivate”. Quelli di natura anaerobica continuano a funzionare, sebbene perdano parte del loro peso e della loro prominenza. Allo stesso modo, in una situazione di massimo sforzo, il ciclo di Krebs continua a funzionare, sebbene il suo contributo energetico al totale sia inferiore.

Come perdere peso stimolando la funzione del ciclo di Krebs?

La maggior parte delle diete per dimagrire cercano di aumentare la funzione del ciclo di Krebs, stimolando la precedente beta-ossidazione degli acidi grassi per generare una mobilitazione del tessuto adiposo. Per questo, possono essere adottate diverse strategie. Uno dei più classici ha a che fare con la restrizione calorica. In caso di carenza di glucosio circolante, verranno utilizzate le riserve immagazzinate.

Esistono anche alcuni meccanismi che stimolano un processo chiamato autofagia. Questo potrebbe avere la caratteristica di ridurre il rischio di sviluppare il cancro, secondo una ricerca pubblicata sulla rivista Clinics. Dall’autofagia vengono eliminate le proteine e le cellule inefficienti, sostituite da altre che svolgono bene le loro funzioni.

È un meccanismo che va di pari passo con l’aumento dell’efficienza dell’ossidazione dei lipidi. Si ottiene quindi un aumento della sensibilità all’insulina e una maggiore capacità dell’organismo di mobilitare i grassi per produrre energia, risparmiando glicogeno e stimolando la perdita di peso dal tessuto adiposo.

Il modo migliore per attivare tutto questo processo è avviare il protocollo di digiuno intermittente, per mezzo del quale l’apporto calorico viene limitato per un periodo di tempo non inferiore a 16 ore. Fino a quando durerà la restrizione, il ciclo di Krebs e il resto delle vie metaboliche aerobiche saranno i protagonisti in termini di acquisizione di energia.

Comunque, qualsiasi abitudine che riesca ad aumentare la flessibilità metabolica sarà positiva per attivare il ciclo di Krebs e l’ossidazione dei grassi, migliorando così lo stato della composizione corporea. Per questo può essere determinante la pratica dell’esercizio fisico, soprattutto il lavoro di forza. Genera un processo di ipertrofia muscolare che ha dimostrato di promuovere l’efficienza metabolica e la perdita di peso.

La dieta chetogenica e l’attivazione del ciclo di Krebs

Una delle diete che si impegna ad attivare il ciclo di Krebs e ad aumentare l’efficienza nell’ossidazione degli acidi grassi è quella chetogenica. Questo si basa sulla restrizione dell’assunzione di carboidrati, che riesce a generare un aumento della sensazione di sazietà e un progressivo dimagrimento. Lo afferma una ricerca pubblicata sulla rivista Nutrition & Diabetes.

In questo contesto, l’importanza del metabolismo anaerobico è ridotta. La maggior parte dell’energia prodotta viene generata durante la respirazione cellulare. Inoltre, vengono stimolati i processi di ossidazione dei lipidi. È necessario ricostituire le riserve di glicogeno attraverso la sua trasformazione. Assicurati anche che ci siano substrati per avviare il ciclo di Krebs.

Indipendentemente da ciò, la dieta chetogenica crea uno stato metabolico molto caratteristico noto come chetosi. In questo contesto, i corpi chetonici sono i substrati preferiti del cervello. L’aumento della flessibilità metabolica è dovuto all’aumento della sensibilità all’insulina.

Tuttavia, la dieta chetogenica provoca alcuni effetti collaterali transitori a breve termine, insormontabili per alcuni. Questi inconvenienti possono condizionare l’aderenza al trattamento, portando molti dei suoi praticanti ad abbandonare il regime durante i primi giorni di esso.

Dieta chetogenica, ciclo di Krebs e sport

Questo metodo di alimentazione viene proposto in alcuni contesti sportivi che cercano un aumento dell’efficienza dell’uso dei lipidi per la genesi dell’energia. È una strategia comune nell’ambito degli sport di resistenza. A medio termine può tradursi in un aumento delle prestazioni e in un ritardo nell’insorgenza della fatica in gara.

Quando la dieta chetogenica viene applicata durante un esercizio fisico ad alta intensità, si verifica un processo noto come chetoadattamento. Da esso, i corpi chetonici generati durante il metabolismo sono in grado di soddisfare il 75% del fabbisogno energetico del cervello.

Vi è un aumento degli enzimi responsabili dell’ossidazione degli acidi grassi. Inoltre, questi principi immediati iniziano ad essere utilizzati da altre cellule del corpo, come le cellule nervose. Vengono così soddisfatti i fabbisogni energetici degli stessi. Anche il muscolo cardiaco potrebbe utilizzare questi elementi per le sue funzioni.

Si consiglia comunque una supervisione professionale. Se non è ben regolato, si possono sperimentare problemi intestinali e carenze di nutrienti essenziali che influiscono sul benessere. L’integrazione di fibre è solitamente necessaria in questi casi per evitare alterazioni del microbiota. Anche i pre e i probiotici sono utili in questi contesti.

Malattie legate al ciclo di Krebs

Esistono alcune patologie sviluppate o acquisite che possono condizionare il corretto funzionamento del ciclo di Krebs. Molti punti chiave intorno a questo problema sono ancora sconosciuti, ma sono state individuate alcune inefficienze in termini di sviluppo del ciclo che possono portare a gravi problemi di salute.

Alcuni dei problemi potrebbero derivare da un’eccessiva privazione di nutrienti. Ad esempio, in una situazione di carenza di tiamina, si verificano problemi nell’ossidazione del piruvato, che potrebbe limitare la produzione di acetil-CoA per avviare il ciclo di Krebs. La carenza di questa vitamina è particolarmente pericolosa per il cervello.

In effetti, ci sono alcune patologie che possono svilupparsi da una situazione di questo stile, il beriberi è il più noto. È una malattia comune nelle persone con restrizioni dietetiche eccessive o nei consumatori dipendenti di alcol. In entrambe le situazioni verranno rilevate concentrazioni eccessive di piruvato nel sangue.

Altre condizioni possono generare situazioni simili. Ad esempio, quando si verifica un avvelenamento da mercurio o arsenico, si verificano sintomi molto simili. È normale che in questi casi ci siano problemi a livello del sistema nervoso centrale generati da un difetto nel metabolismo del piruvato.

In entrambi i casi, il cervello è privato di una fonte di energia sostenuta, poiché il ciclo di Krebs è una delle principali vie che consentono il mantenimento delle sue funzioni. Nel momento in cui l’organo principale del sistema nervoso centrale non viene rifornito in modo ottimale, iniziano a manifestarsi importanti inefficienze nelle sue funzioni.

Altre malattie mitocondriali

Oltre alle suddette patologie, possono esistere altre malattie mitocondriali che ostacolano i processi metabolici svolti in questi organelli cellulari. I più frequenti riguardano alterazioni del materiale genetico di questi elementi. Ciò può condizionare la sintesi di proteine determinanti endogene affinché i mitocondri possano svolgere le sue funzioni.

Nella maggior parte dei casi è necessario ricorrere a misure farmacologiche per risolvere questi problemi. L’applicazione di un forte antiossidante che interviene nella catena di trasporto degli elettroni all’interno dei mitocondri, come il coenzima Q10, di solito funziona bene. Alte dosi vengono utilizzate per cercare di correggere i difetti nell’organello e ripristinare la condizione dell’omeostasi.

Secondo uno studio pubblicato sull’International Journal of Molecular Science, il coenzima Q10 è decisivo per ottenere una buona funzione a livello mitocondriale. Se si sperimenta una carenza, si genereranno alterazioni che possono condizionare l’efficienza del metabolismo, provocando nel medio termine patologie croniche e complesse.

Ci sono anche vitamine che sono decisive quando si tratta di garantire la salute dei mitocondri. La riboflavina sarebbe uno di questi. Anche la vitamina K e la vitamina C svolgono un ruolo importante, poiché hanno un spiccato carattere antiossidante. Anche sostanze come la L-carnitina sono decisive nel consentire l’ingresso di substrati nella cellula.

In effetti, si è creduto a lungo che l’integrazione di L-carnitina potesse stimolare la perdita di peso dall’ossidazione dei grassi. Tuttavia, le prove attuali suggeriscono che non si verificano risultati positivi, tranne nel caso di persone obese. Per questo motivo non ha senso introdurre l’elemento nelle linee guida nutrizionali di una persona che vuole migliorare la propria composizione corporea.

Una parte essenziale del metabolismo aerobico

Il ciclo di Krebs è un caposaldo del metabolismo aerobico. Da un lato, utilizzare i risultati della decomposizione del piruvato per la genesi dell’energia. Dall’altro, crea i substrati necessari per attivare la catena di trasporto degli elettroni, uno dei processi più efficienti in termini di sintesi di ATP.

Una delle caratteristiche principali di questo meccanismo metabolico, oltre alla sua natura ciclica, ha a che fare con la possibilità di utilizzare diversi substrati energetici. Il processo è in grado di iniziare con una molecola di glucosio. Anche gli acidi grassi e gli amminoacidi possono iniziare il ciclo se subiscono una serie di precedenti trasformazioni.

Comunque sia, il ciclo di Krebs è un processo determinante nella sintesi dell’energia. Se non funziona, la vita sarebbe impossibile. Sono infatti considerate complesse e gravi tutte le patologie che alterano l’omeostasi mitocondriale. Hanno conseguenze disastrose per la salute a medio termine e il loro trattamento attraverso la farmacologia è necessario.