La scoperta del ciclo di Krebs

Nel 1861 Louis Pasteur pubblicò la scoperta storica che, per ogni grammo di glucosio somministrato a una coltura di lievito, la crescita cellulare era maggiore in presenza di ossigeno che in sua assenza.

Era la prima dimostrazione del fatto che il metabolismo aerobico è più efficiente di quello anaerobico.

Da allora, molti scienziati si sono dedicati a seguire il destino degli zuccheri nelle cellule viventi. Con il senno di poi, l’impresa appare titanica: oggi sappiamo infatti che il ciclo di Krebs coinvolge ben 9 enzimi e 9 composti chimici.

Mettiamoci nei panni di un ricercatore all’inizio del Novecento: non conosciamo questi composti chimici e neppure gli enzimi; e tanto meno conosciamo l'ordine in cui essi intervengono. Inoltre, per complicare le cose, il ciclo di Krebs (si scoprirà) procede per l’appunto in modo ciclico: quindi ogni nostro tentativo di trovare un prodotto iniziale e uno finale sarà destinato a fallire.

All’inizio degli anni 1930 si erano già isolati molti composti ed enzimi, ma non c'era modo di metterli in ordine in una sequenza logica. L'idea che le reazioni fossero cicliche fu proposta nel 1937 da Hanz Adolf Krebs.

Krebs studiava il consumo di ossigeno in fettine di muscolo pettorale di piccione, un tessuto a elevatissima attività respiratoria (è il muscolo che sostiene il volo).

Il mistero incominciò a svelarsi quando ci si accorse che, aggiungendo a un omogeneizzato di tessuto muscolare piccolissime dosi di acidi a 4C, cioè a 4 atomi di carbonio (acido succinico, fumarico e malico) e a 6C (acido citrico), la velocità della reazione aumentava in modo significativo. Si comprese allora che questi composti non sono dei veri intermedi, ma vengono trasformati e continuamente rigenerati.

Krebs osservò poi che l’acido malonico avvelenava la respirazione bloccando il consumo di acido piruvico, perché inibiva l'enzima succinato deidrogenasi legandosi al posto del substrato corretto, l’acido succinico, che ha una molecola simile.

Inoltre le cellule così inibite accumulavano acido citrico e acido alfa-chetoglutarico oltre che acido succinico; ciò indicava che l’acido citrico e l’acido alfa-chetoglutarico sono entrambi "a monte" dell’acido succinico nella sequenza della reazione.

Ma anche aggiungendo l’acido fumarico, che è il prodotto della succinato deidrogenasi, si accumulava acido succinico. Quindi: o c’erano due vie che portavano allo stesso composto, l’acido succinico, oppure questo si trovava all’interno di una via ciclica, per cui si accumulava se il ciclo veniva interrotto bloccando un passaggio qualsiasi.

Già era noto che l'acido citrico (6C) precede l’acido alfa-chetoglutarico. L'origine dell'acido citrico rimaneva l'unico tassello mancante.

L'acido citrico era stato scoperto già nel 1784 nel succo di limone; ma soltanto nel 1937 Krebs scoprì che esso si formava rapidamente in un omogeneizzato di tessuto muscolare se venivano aggiunti acido ossalacetico (4C) e piruvico (3C) con perdita di CO₂.

Questa scoperta permise finalmente a Krebs di "chiudere il cerchio", identificando tutte le reazioni del ciclo che oggi porta il suo nome.