Il ciclo di krebs e il fascino del genio naturale: capitolo I

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Il titolo sembra un po’ fare a pugni con se stesso perché mette insieme due cose che apparentemente verrebbero trattate come due cose diverse: la scienza da un lato, qualcosa di affascinante dall’altro. Chi mai si preoccuperebbe di mostrare il fascino della scienza? La scienza è una materia molto affascinante ma per essere apprezzata bisogna vederla dalla giusta prospettiva, altrimenti non si riesce a cogliere quanto essa sappia rivelare di noi stessi e di ciò che ci circonda.

Questo non è un trattato scientifico, è un articolo semplificato e leggero che ha come obiettivo quello di farti vedere qualcosa di ostico e apparentemente complicato, dalla giusta prospettiva, per apprezzarne il sapore.

Una cosa che ha stupito non pochi addetti ai lavori è che gli esseri umani, gli animali e anche moltissimi microrganismi, hanno lo stesso metabolismo. Questa informazione viene fatta passare come se non fosse nulla di che eppure non dovrebbe essere così scontato. Una volta digeriti, gli alimenti seguono le stesse vie metaboliche per essere trasformati in energia, che tu sia un uomo italiano, una donna giapponese, una giraffa, un coccodrillo o una zanzara. Dentro di noi abbiamo cellule fatte alla stessa maniera che eseguono principalmente le stesse azioni.

Gli alimenti, dopo essere stati ingeriti, vengono digeriti dal nostro apparato digerente (tralasciamo la digestione in sé così non scomodiamo nessuna bilancia e possiamo stare sereni) e quindi vengono immessi nel sangue e distribuiti alle varie cellule. Dei carboidrati, grassi e proteine resteranno zuccheri semplici, amminoacidi e acidi grassi. In particolare, ci soffermeremo sugli zuccheri semplici. Ne esistono vari tipi, tuttavia il corpo umano (o per meglio dire la singola cellula) è in grado di metabolizzarne solo uno: il glucosio. Alcuni, il corpo non è in grado di convertirli in energia e quindi verranno espulsi, altri ancora – come il fruttosio –  semplicemente vengono trasformati in glucosio.

Il glucosio è la nostra principale fonte di energia, questo lo sappiamo bene, ma non solo. Il corpo in realtà si è saputo ingegnare così bene che ha saputo “inventarsi” come ottenere ciò che voleva in base a quello che aveva a disposizione.

Andiamolo a vedere.

Prima di tutto serve una piccola distinzione, due piccole paroline nuove. Quando si parla di metabolismo, si fa riferimento in realtà a due tipi di processi differenti: il catabolismo e l’anabolismo. Spiegati semplicemente:

Il catabolismo è l’insieme dei processi attraverso i quali la cellula “spezzetta” in frammenti sempre più piccoli gli zuccheri (e le altre molecole organiche) per ottenere energia. È come quando prendi una cipolla e la triti in pezzettini sempre più piccoli…

L’anabolismo invece è l’insieme dei processi con cui il corpo s’ingegna per ottenere ciò che gli serve. Come quando non hai nulla di pronto, apri il frigo e inizi a prendere i singoli ingredienti, mescolarli e cucinarli per prepararti la cena.

Facciamo un esempio coi Lego. Li ricevi che sono tutti attaccati a mo’ di torre (il tuo pasto), la dividi nei singoli pezzettini (catabolismo) e quindi ne prendi alcuni e li attacchi assieme per creare una casetta (anabolismo), poi la togli dalla vista del tuo simpatico fratellino prima che la distrugga in mille pezzi.

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Il metabolismo ha più fasi, complicate nei nomi ma semplici a livello concettuale. Dal momento che parleremo di catabolismo, come ogni buona storia che si rispetti, non mancheranno tradimenti, violenze e sangue.

In pratica, nella prima fase, detta glicolisi (che significa scissione del glucosio) il glucosio viene diviso in due molecole uguali: il piruvato. Questo processo avviene in più passaggi e molti di essi sono controllati. Ovvero il corpo è in grado di fermarli, rallentarli o accelerarli a seconda di quello che gli serve. Tutto quanto è tenuto sotto sorveglianza, la cellula ha il controllo di tutto, tipo “big brother” di Orwell.

Dopodiché il piruvato viene convertito in un’altra molecola e quindi inserito nella cosa che fa più paura agli studenti: il ciclo degli acidi tricarbossilici o anche detto Ciclo di Krebs.

Ciclo di Krebs. I composti nei rettangoli verdi sono gli intermedi del ciclo di Krebs,
in alto c’è il piruvato che proviene dalla glicolisi.

 

La cosa che lascia più perplessi, è che sembra un ciclo chiuso e quindi non si capisce bene da dove arrivano certe molecole e dove finiscono altre. Raccontiamolo con una storia.

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In pratica, il piruvato che abbiamo appena ottenuto, viene trasformato in un’altra molecola (Acetil Coenzima A) che arrivata da questa via metabolica, si trova davanti una bella giostra. Qui conosce un simpatico ragazzo, l’ossalacetato (il cui nome non dovrebbe ispirare molta fiducia) ma a lei piace e salgono insieme sulla giostra. I due si uniscono con la comunione dei beni e si trasformano in varie sostanze, tutti acidi organici: il citrato, l’isocitrato… fino ad arrivare al fumarato. Come fa un po’ intuire il nome, si sono praticamente fumati tutti il patrimonio che avevano e non è rimasto quasi niente. Così il fumarato si trasforma in malato (si chiama veramente così) e a quel punto è chiaro che non sta più bene. Avviene così il divorzio. Quello che un tempo era l’acetil Coenzima A è andata distrutta, di lei rimangono pochi pezzi, mentre l’ossalacetato è ancora in forma e sicuro di sé, pronto ad unirsi in un nuovo matrimonio con un’altra acetil CoA. I resti della precedente seguono un ulteriore processo detto fosforilazione ossidativa, che in pratica lo possiamo paragonare ad uno smaltimento rifiuti intelligente, dove si ha un alto recupero energetico. Non è la discarica, come invece vedremo per le fermentazioni.

In maniera un pochino più tecnica, il glucosio che entra nella glicolisi è costituito da 6 atomi di carbonio. Al termine della glicolisi abbiamo due molecole di piruvato, da 3 atomi di carbonio ciascuno. Durante il ciclo di Krebs, queste vengono spezzettate, trovandoci alla fine con i loro “resti”. Gli atomi di carbonio ce li ritroviamo come CO2 (che verrà poi espulsa con la respirazione) e inoltre abbiamo ioni idrogeno (H+) e elettroni. La cellula è precisa e pulita e, da brava cittadina del corpo umano, fa la raccolta differenziata, non lascia perciò i rifiuti in giro. Gli elettroni vengono raccolti da opportuni coenzimi (il FAD e il NAD+). A questo punto segue la fosforilazione ossidativa, ovvero la parte di smaltimento rifiuti e recupero energetico. Solo in questa fase entra in gioco l’ossigeno che arriva dalla respirazione (finora non l’avevamo ancora visto).

A questo punto del racconto abbiamo ioni H+, i coenzimi con i loro elettroni (possiamo vederli come pistole di elettroni) e l’ignaro ossigeno che passa di lì, non sapendo che tutti gli stanno tendendo un agguato. L’ossigeno riceve due colpi di pistola (si becca due elettroni) e due ioni H+ lo trascinano via, prendendolo uno per parte. Diventa così H2O: l’acqua. I due rifiuti così ottenuti, CO2 e acqua (vapore) vengono espulsi con la respirazione.

Questo che abbiamo visto è il catabolismo, ovvero come vengono sbriciolate le molecole per produrre energia.

La parte affascinante del ciclo di Krebs riguarda però l’anabolismo. Il corpo infatti è in grado, quando necessario, di prendersi alcuni di questi tanti intermedi del metabolismo, per trasformarli in ciò che gli serve. È in grado di creare davvero molte sostanze che gli servono, dimostrando così di avere la capacità di adattarsi e sapersi inventare dei modi per sopperire alla mancanza di alcuni costituenti. Attraverso questi processi la cellula produce le basi azotate per il DNA, alcuni amminoacidi che le mancano come il glutammato (di cui ho parlato in un altro articolo), acidi grassi…

Piccola nota: la cellula è in grado di produrre solo alcuni amminoacidi, quelli “non essenziali”. Gli amminoacidi essenziali sono quelli che si possono assumere solo attraverso l’alimentazione (e sono 9) mentre quelli non essenziali (sono 11) possono essere prodotti autonomamente.

Con queste brevi spiegazioni ho voluto accennarti come funziona il nostro metabolismo, quali sono le sue capacità, cos’è in grado di fare il corpo umano per reagire ad alcune mancanze, per farti provare un po’ del fascino che si prova nel vedere le scienze da un altro punto di vista.

Questo era solamente un assaggio, perché ora vorrei spiegarti qualcosa di più avanti, di più affascinante. Perché con queste basi possiamo ora parlare di fermentazioni, di cibi fermentati, della nuova frontiera della chimica (cioè la biotecnologia) e di manipolazioni genetiche.
Vì e Davide D.

 

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1 Commento

  1. Ho fatto l’esame di Biochimica proprio qualche settimana fa, se avessi letto questo articolo prima mi sarei ricordata molto meglio a memoria tutto il ciclo di Krebs 😂😂 fantastico comunque, continuate così, è davvero bello leggere questo tipo di articoli :3

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