Il ciclo dell’acido citrico è una serie di reazioni chimiche che si verificano durante la respirazione cellulare, il processo mediante il quale le cellule degli organismi producono energia. Viene anche chiamato ciclo di Krebs o ciclo dell’acido tricarbossilico. Nel ciclo, una serie di reazioni chimiche che generano energia sono catalizzate, o accelerate, da vari enzimi. In genere, gli studenti studiano prima il ciclo dell’acido citrico nelle lezioni di biologia delle scuole superiori avanzate o nelle lezioni introduttive di biologia del college. Viene quindi affrontato in modo più dettagliato nelle lezioni di biochimica, poiché è un processo intrinsecamente chimico.
Ci sono molte diverse reazioni chimiche complesse nel ciclo, la maggior parte delle quali coinvolge molecole composte da carbonio, ossigeno e idrogeno. Ci sono circa dieci fasi del ciclo e ogni fase è catalizzata da un enzima diverso. Immediatamente prima del ciclo dell’acido citrico, un processo chiamato glicolisi produce piruvato, una molecola contenente energia che viene ulteriormente scomposta in energia utilizzabile mentre procede il processo di respirazione cellulare. Il ciclo dell’acido citrico scompone le molecole di piruvato in molecole di NADH (nicotinammide adenina dinucleotide) e di ATP (adenosina trifosfato), entrambe contenenti una quantità significativa di energia a cui l’organismo può accedere rapidamente. La maggior parte delle molecole energetiche prodotte durante la respirazione cellulare sono, attraverso una serie di processi metabolici, derivate dalle molecole di glucosio (zucchero).
La respirazione cellulare è solitamente un processo aerobico, il che significa che utilizza l’ossigeno. Se l’ossigeno è presente, il piruvato prodotto attraverso la glicolosi procederà normalmente al ciclo dell’acido citrico per essere scomposto in NADH e ATP (adenosina trifosfato). Se non è presente ossigeno, tuttavia, il piruvato inizia un processo chiamato fermentazione. La fermentazione non utilizza ossigeno, il che significa che è un processo anaerobico. La fermentazione è un processo di produzione di energia molto meno efficiente rispetto al ciclo dell’acido citrico; non produce energia sufficiente per sostenere un organismo per un periodo di tempo prolungato.
Nella maggior parte degli organismi multicellulari complessi, il ciclo dell’acido citrico avviene nei mitocondri, un organello che produce energia che esiste all’interno delle cellule. I mitocondri sono i principali produttori di ATP, che le cellule sono in grado di utilizzare per produrre energia in modo molto efficiente. Alcuni processi nella respirazione cellulare si verificano al di fuori dei mitocondri e altri si verificano quando le molecole vengono trasportate attraverso la membrana dei mitocondri. Il ciclo dell’acido citrico si verifica nella matrice dei mitocondri, che contiene i molti enzimi diversi che catalizzano molte delle reazioni chimiche coinvolte nel ciclo e nel resto della respirazione cellulare.