Citrátový cyklus

Citrátový cyklus (iné názvy: Krebsov cyklus, cyklus trikarboxylových kyselín, cyklus kyseliny citrónovej) je cyklická postupnosť reakcií odbúravania organických zlúčenín (sacharidov) na oxid uhličitý (CO2), pričom sa získavajú energeticky bohaté látky NADH, FADH2 a ATP. V procese oxidatívnej fosforylácie sa za spotreby kyslíka môže získavať ATP aj z NADH a FADH2, prípadne sa tieto látky môžu využiť pri biosyntéze rôznych iných organických látok.

Citrátový cyklus je konečnou fázou odbúravania intermediárnych produktov pri metabolizme cukrov, tukov a čiastočne bielkovín. Citrátový cyklus prebieha v mitochondriách.

Dejiny 
Názov citrátový cyklus je odvodený od kyseliny citrónovej (anglicky citrate). Pomenovanie Krebsov cyklus bolo vytvorené na počesť Hansa Adolfa Krebsa (19001981), ktorý v roku 1937 navrhol kľúčové reakcie cyklu, za čo získal v roku 1953 Nobelovu cenu za medicínu a fyziológiu. Názov cyklus trikarboxylových kyselín sa v slovenčine používa len zriedka, skôr sa vyskytuje v niektorých iných jazykoch (napr. v angličtine tricarboxylic acid cycle, TCA cycle). Bol odvodený od toho, že kyselina citrónová, izocitrónová atď. obsahujú tri karboxylové skupiny (-COOH).

Význam citrátového cyklu 
Produkcia energeticky bohatých zlúčenín ATP, NADH a FADH2 v citrátovom cykle sa využíva pri biosyntéze mnohých organických látok. Citrátový cyklus však nemusí prebehnúť celý, ale jeho ktorýkoľvek medziprodukt môže byť východiskovou látkou (uhlíkovou kostrou, substrátom) pre syntézu mnohých organických zlúčenín, z ktorých azda najdôležitejšia je tvorba aminokyselín.

Cyklus kyseliny citrónovej 
Produktom glykolýzy je pyruvát (kyselina pyrohroznová). V molekule pyruvátu je však uskladnené značné množstvo energie (spalné teplo mólu glukózy je približne 1700 kJ). Túto energiu však môže bunka uvoľniť len oxidáciou kyslíkom, čo sa udeje práve v procese Krebsovho cyklu. Pyruvát preto prechádza z cytoplazmy do mitochondrií, kde sa každá molekula pyruvátu prevedie na CO2 a dvojuhlíkovú acetylovú skupinu, z ktorej po spojení s koenzýmom A (CoA) vznikne acetylkoenzým A (acetyl-CoA).

Acetylová skupina v acetyl-CoA je s koenzýmom A spojená väzbou s vysokým obsahom energie. Acetyl-CoA vstupuje do zložitého chemického reťazca nazývaného cyklus kyseliny citrónovej. V týchto reakciách sa acetylová skupina oxiduje na CO2 za súčasnej tvorby veľkého množstva prenášačov elektrónov NADH. Nakoniec elektróny s vysokým obsahom energie prechádzajú z NADH reťazcom prenosu elektrónov vo vnútornej mitochondriovej membráne. Tu sa energia, ktorá sa pri tomto procese uvoľňuje, používa na tvorbu ATP (za spotreby molekulárneho kyslíka). Práve v týchto posledných krokoch sa uvoľňuje veľké množstvo energie, a tým sa aj vytvára väčšina ATP. Tvorba ATP prebiehajúca v mitochondriách sa označuje ako oxidatívna fosforylácia. Úplným rozložením jednej molekuly glukózy bunka získa 36 molekúl ATP (nie 38 molekúl ATP, ako sa doteraz uvádzalo v odbornej literatúre) a časť energie sa uvoľní vo forme tepla.

Alternatívne cykly a metabolické dráhy 
Niektoré organizmy využívajú dráhy podobné citrátovému cyklu, ktoré sa od neho však mierne líšia. Acetobacter suboxydans napríklad evidentne vôbec nemá TCA cyklus, takže na syntézu aminokyselín využíva iné spôsoby. Podľa všetkého používa oxalomalátlyázu, ktorá spája glyoxylát s oxalacetátom za vzniku 3-oxalomalátu, ktorý využíva ako prekurzor pre syntézu glutamátu a ostatných aminokyselín.

Dráhy bez 2-oxoglutarátdehydrogenázy 
V mnohých organizomch chýba 2-oxoglutarátdehydrogenáza, takže 2-oxoglutarát sa nemôže priamo premeniť na sukcinyl-CoA a odtiaľ na sukcinát. Existujú však minimálne tri spôsoby, ktorými organizmy tento nedostatok obchádzajú.

Glyoxylátový cyklus 

Obodbou citrátového cyklus je glyoxylátový cyklus. S citrátovým cyklom zdieľa niekoľko enzýmov, ale namiesto dekarboxylácie sa v ňom 2-oxoglutarát štiepi na sukcinát a glyoxylát. Glyoxylát sa potom spája s acetyl-CoA, čím z neho vzniká malát a cyklus môže pokračovať znova. Tento cyklus využávajú baktérie, huby, niektoré prvoky a rastliny, predovšetkým na syntézu sacharidov. Organizmy s glyoxylátovým cyklom majú i Krebsov cyklus a sú schopné využiť oba v rôznych prípadoch.

2-Oxoglutarátdekarboxyláza 
Mitochondrie Euglena gracilis alebo napr. niektoré druhy Mycobacterium majú 2-oxoglutarátdekarboxylázu, ktorá tvorí sukcinylsemialdehyd, a sukcinylsemialdehyddehydrogenázu, ktorá ho potom oxiduje za vzniku sukcinátu. Sinice majú takisto 2-oxoglutarátdekarboxylázu, odlišnú od iných organizmov, a sukcinylsemialdehyddehydrogenázu, ktoré takisto umožňuje podobný proces.

GABA skrat 

Alternatívnym spôsobom je premena 2-oxoglutarátu na glutamát a následne na gama-aminobutyrát, ktorý sa potom premieňa na sukcinylsemialdehyd. Táto dráha využíva glutamátdehydrogenázu, glutamátdekarboxylázu a GABA aminotransferázu.

Referencie

Iné projekty 

 
Metabolické dráhy

Látková premena