Цикл Кребса

Цикл Кребса — это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме.

Цикл превращения лимонной кислоты в живых клетках был открыт и изучен немецким биохимиком Хансом Кребсом, за эту работу он (совместно с Ф. Липманом) был удостоен Нобелевской премии (1953 год).

У эукариот все реакции цикла Кребса протекают внутри митохондрий, причём катализирующие их ферменты, кроме одного, находятся в свободном состоянии в митохондриальном матриксе. У прокариот реакции цикла протекают в цитоплазме. При работе цикла Кребса окисляются различные продукты обмена, в частности токсичные недоокисленные продукты распада алкоголя, поэтому стимуляцию цикла Кребса можно рассматривать как меру биохимической детоксикации.

Субстраты Продукты Фермент Тип реакции Комментарий 1 Оксалоацетат + Ацетил-CoA + H2O Цитрат + CoA-SH Цитратсинтаза Альдольная конденсация лимитирующая стадия, превращает C4 оксалоацетат в С6 2 Цитрат цис-аконитат + H2O аконитаза 3 цис-акониат + H2O изоцитрат гидратация изоцитратдегидрогеназа декарбоксилирующая Окисление 4 Изоцитрат + NAD+ Оксалосукцинат + NADH + H + 5 Оксалосукцинат α-кетоглутарат + CO2 декарбоксилирование необратимая стадия, образуется C5

Субстраты Продукты Фермент Тип реакции Комментарий 6 α-кетоглутарат + NAD+ + CoA-SH сукцинил-CoA + NADH + H+ + CO2 альфакетоглутаратдегидрогеназный комплекс (3 фермента) Окислительное декарбоксилирование образуется NADH (эквивалентно 2.5 АТФ), регенерация C4 цепи (освобождается CoA-SH) 7 сукцинил-CoA + GDP + Pi сукцинат + CoA-SH + GTP сукцинилкофермент А синтетаза субстратное фосфорилирование АДФ->ATP, образуется 1 ATP (или 1 GTF) 8 сукцинат + убихинон (Q) фумарат + убихинол (QH2) сукцинатдегидрогеназа Окисление используется FAD как простетическая группа (FAD->FADH2 на первой стадии реакции) в ферменте, образуется эквивалент 1.5 ATP

Общее уравнение одного оборота цикла Кребса: Ацетил-КоА → 2CO2 + КоА + 8e− Субстраты Продукты Фермент Тип реакции Комментарий 9 фумарат + H2O L-малат фумараза H2O-присоединение 10 L-малат + NAD+ оксалоацетат + NADH + H+ малатдегидрогеназа окисление образуется NADH (эквивалентно 2.5 ATP)

Цикл Кребса регулируется «по механизму отрицательной обратной связи», при наличии большого количества субстратов, цикл активно работает, а при избытке продуктов реакции тормозится. Регуляция осуществляется и при помощи гормонов. Такими гормонами являются: инсулин и адреналин. Глюкагон стимулирует синтез глюкозы и ингибирует реакции цикла Кребса. Как правило работа цикла Кребса не прерывается за счёт анаплеротических реакций, которые пополняют цикл субстратами: Пируват + СО2 + АТФ = Оксалацетат(субстрат Цикла Кребса) + АДФ + Фн.

Интегративная функция — цикл является связующим звеном между реакциями анаболизма и катаболизма. Катаболическая функция  — превращение различных веществ в субстраты цикла: Жирные кислоты, пируват,Лей,Фен — Ацетил-КоА. Арг, Гис, Глу — α-кетоглутарат. Фен, тир — фумарат. Анаболическая функция  — использование субстратов цикла на синтез органических веществ: Оксалацетат — глюкоза, Асп, Асн. Сукцинил-КоА — синтез гема. CО2 — реакции карбоксилирования.

Водорододонорная функция  — цикл Кребса поставляет на дыхательную цепь митохондрий протоны в виде трех НАДН.Н+ и одного ФАДН2. Энергетическая функция  — 3 НАДН.Н+ дает 7.5 моль АТФ, 1 ФАДН2 дает 1.5 моль АТФ на дыхательной цепи. Кроме того в цикле путем субстратного фосфорилировани синтезируется 1 ГТФ, а затем из него синтезируется АТФ посредствам трансфосфорилировани: ГТФ + АДФ = АТФ + ГДФ.

Для более легкого запоминания кислот, участвующих в цикле Кребса, существует мнемоническое правило: Целый Ананас И Кусочек Суфле Сегодня Фактически Мой Обед, что соответствует ряду — цитрат, (цис-)аконитат, изоцитрат, (альфа-)кетоглутарат, сукцинил-CoA, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат.

Существует также следующее мнемоническое стихотворение: Щуку ацетил лимонил, А нарцисса конь боялся, Он над ним изолимонно Альфа-кето-глютарался. Сукцинился коэнзимом, Янтарился фумарово, Яблочек припас на зиму, В щуку обратился снова. (щавелевоуксусная кислота, лимонная кислота, цис-аконитовая кислота, изолимонная кислота, α-кетоглутаровая кислота, сукцинил-CoA, янтарная кислота, фумаровая кислота, яблочная кислота, щавелевоуксусная кислота).