Кребсов циклус

Кребсови циклус (познат и како циклус на лимонската киселина или циклус на трикарбоксилни киселини, наречен по Ханс Адолф Кребс) — збир на ензимски катализирани хемиски реакции со централна важност во сите клетки кои го користат кислородот како дел од клеточното дишење. Кај аеробните организми, Кребсовиот циклус е дел од метаболички пат кој се состои од хемиска претворба на јаглехидратите, липидите и белковините во јаглерод диоксид и вода, при што се добива корисна енергија. Тој е третиот од четирите метаболички патишта кои се вклучени во јаглехидратниот катаболизам и производството на АТР, а другите се гликолиза и пируватна оксидација кои се одвиваат пред него и респираторната низа која следи по него.

Кребсовиот циклус исто така дава претходници за многу соединенија, како одредени аминокиселини, а некои од неговите реакции се важни и во клетките во кои се врши ферментација.

 Преглед 
Два јаглеродни атоми се оксидираат до CO2 и енергијата од овие реакции се складира во ГТФ, НАДВ и ФАДВ2. НАДВ и ФАДВ2 се коензими кои ја складираат енергијата и се користат во оксидациската фосфорилација.

Кребсовиот циклус ја овозможува целосната оксидација на C2 единици (Ацетил-КоА) добиени од липидите и јаглехидратите до јаглерод диоксид и вода, употребувајќи ја ослободената енергија како редуктивна моќ во форма на НАДВ и ФАДВ2. Исто така, овој циклус дава метаболички меѓупроизводи за биосинтетска намена.

Ензимите и меѓупроизводите од Кребсовиот циклус се наоѓаат во митохондриската матрица, каде редуктивната моќ на НАДВ и ФАДВ2 може директно да се искористи (во форма на електрони) за електрон-транспортниот ланец од процесот на оксидативна фосфорилација кој се одвива во внатрешната мембрана на оваа органела. Протокот на електрони е спарен со протокот на протоните, кој е привремено зачуван како електрохемиски градиент (протонска движечка сила, proton motif force или PMF) кој подоцна го користи АТФ синтазата за да произведе хемиска енергија.

Супстратот за циклусот е активирана C2 единица - ацетат во форма на Ацетил-Коензим А. Тој се добива од гликолизата со помош на декарбоксилирачката активност на пируват дехидрогеназата. Овој митохондриски ензим е изграден од три главни белковински комплекси кои образуваат честица поголема од рибозом.

Вкупната реакција во која учествува пируват дехидрогеназата е:

{|cellpadding="2" style="border:2px solid #ccccff"
|пируват + КоА + NAD+ → Ацетил-КоА + CO2 + НАДВ + H+ 
|}

Енергијата која е содржана во соединенијата се екстрахира од страна на цикличен сет од реакции кој дава редуцирачки еквиваленти и една молекула на ГТФ преку целосна оксидација на две молекули на јаглерод диоксид. C2 единицата која е во форма на активирана ацетилна молекула, Ацетил-КоА, реагира во првиот чекор со C4 единицата оксалацетат, при што се добива C6 единица — цитрат. Цитратот потоа се оксидира и декарбоксилира преку C5 меѓупроизвод — алфа-кето-глутарат — до оксалацетат (C4). Почнувајќи од оксалацетат, во целосниот циклус се додаваат две јаглеродни единици од ацетатот (CH3COOH) и се добиваат две јаглеродни единици, како 2 Co2, 3 НАДВ, 1 ГТФ и 1 ФАДВ2 во форма на хемиска енергија и 1 оксалацетат. Циклусот е неповратен, што значи дека CO2 не може да се користи за образување на ацетат.

СупстратиПродуктиЕнзимВид на реакцијатаЗабелешка1Оксалоацетат +Ацетил-КоА +H2OЦитрат +CoA-SHЦитрат синтазаАлдолна кондензацијачекор кој го ограничува интензитетот на одвивање на циклусот, го претвора 4С оксалоацетатот во 6С молекула2Цитратcis-аконитат +H2OАконитаза Дехидратацијаповратна изомеризација3cis-аконитат +H2OИзоцитратХидратација4Изоцитрат +NAD+Оксалосукцинат +НАДВ + H +Изоцитрат дехидрогеназаОксидацијадава НАДВ (еквивалент на 2.5 АТФ)5Оксалосукцинатα-кетоглутарат +CO2Декарбоксилацијанеповратен чекор,  дава 5С молекула6α-кетоглутарат +NAD+ +CoA-SHСукцинил-КоА + НАДВ + H+ + CO2α-кетоглутарат дехидрогеназаОксидативнадекарбоксилацијадава НАДВ (еквивалент на 2.5 АТФ),  го регенерира 4С ланецот (не се смета КоА)7Сукцинил-КоА + GDP + PiСукцинат  +CoA-SH +ГТФСукцинил-КоА синтетазаФосфорилација на ниво на супстратили ADP→АТФ наместо GDP→ГТФ,дава 1 АТФ или еквивалент8Сукцинат + убихинон (Q)Фумарат + убихинол (QH2)Сукцинат дехидрогеназаОксидацијакористи FAD како простетична група (FAD→ФАДВ2 во првиот чекор од реакцијата) во ензимот,Berg et al. (2002), page 501дава еквивалент од 1.5 АТФ9Фумарат + H2OL-МалатФумаразаH2O адиција(хидратација)10L-малат + NAD+Оксалоацетат + НАДВ + H+Малат дехидрогеназаОксидацијадава НАДВ (еквивалент на 2.5 АТФ)

 Биосинтетска функција и метаболичка контрола 
Како и гликолизата и гликонеогенезата, Кребсовиот циклус е регулиран од енергетските потреби на клетката, и тоа главно од оксидативната фосфорилација која го обновува клеточниот АТФ. Така, АТФ и НАДВ даваат негативна контрола на повратната спрега на цитрат синтазата (првиот чекор од циклусот, каде се внесува Ацетил-КоА) и изоцитрат дехидрогеназата, првиот чекор во кој се создава редуктивна моќ. Овие две алостерични регулации целосно го прекинуваат циклусот кога синтезата на АТФ не е повеќе потребна, при што почнува да се акумулира НАДВ. Бидејќи и Кребсовиот циклус и оксидативната фосфорилација се одвиваат во митохондриската матрица, постои брз механизам на повратна спрега контролиран со дифузија за клучните ензими во двете патишта. Исто така, оваа алостерична контрола го прекинува циклусот при анаеробни услови при кои НАДВ и ФАДВ2 не можат повеќе да се оксидираат од составните делови на ланецот за транспорт на електрони (комплексите I и II).

Втор регулаторен механизам е контролата на повратна спрега на цитратот врз гликолизата и синтезата на масните киселини. Високите концентрации на цитрат укажуваат на високи нивоа на Ацетил-КоА, со што се забавува гликолизата, додека забрзувањето на синтезата на масни киселини ги намалува нивоата на Ацетил-КоА. Вишокот на оксалоацетат кој не е потребен во Кребсовиот циклус (на пример, во анаеробни услови) ќе се пренасочи кон гликонеогенезата. Апсолутната концентрација на оксалоацетат е главната точка во метаболичката координација меѓу енергијата која и е достапна на клетката и биосинтетските побарувачки по пат на поврзување на метаболизмот на јаглехидратите, липидите и аминокиселините.

 Кребсов циклус кај E. coli и растенијата 

Кребсовиот циклус се среќава кај сите организми. Меѓутоа, постојат некои метаболички разлики кои настануваат при различни услови. Кај E. coli, овој циклус преоѓа во разгранет, нецикличен пат при анаеробни услови. Циклусот е прекинат кај алфа-кетоглутаратниот дехидрогеназен чекор и оди по повратен пат до Сукцинил-КоА, почнувајќи од оксалоацетат преку малат/аспартат, фумарат и сукцинат. Разгранетата модификација на Кребсовиот циклус ги дава биосинтетските претходници сукцинил-КоА и алфа-кетоглутарат. Оксалоацетатот се користи во оваа реакција и мора да се обнови со реакција на две ацетатни единици произведени со целосната оксидација на пируватот. Ова е можно со глиоксилатниот циклус кај бактериите (и растенијата, во органелите наречени глиоксизоми), При овој циклус, изоцитратот се дели со изоцитрат лијаза на сукцинат и глиоксилат. Последниот може да се поврзе со Ацетил-КоА и да даде малат и КоА во реакција катализирана од малат синтаза. Ацетил-КоА се образува од АТФ и ацетат преку пренос на фосфорилна група , при што се добива ацетил фосфат и ADP. Активираниот ацетат-P може да се пренесе до КоА, со што ќе се добие Ацетил-КоА и неоргански фосфат.

 Наводи 


Категорија:Биохемија
Категорија:Клеточно дишење
Категорија:Метаболички патишта
Категорија:Вежбовна физиологија