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.
1 Преглед
Два јаглеродни атоми се оксидираат до CO<sub>2</sub> и енергијата од овие реакции се складира во ГТФ, НАДВ и ФАДВ<sub>2</sub>. НАДВ и ФАДВ<sub>2</sub> се коензими кои ја складираат енергијата и се користат во оксидациската фосфорилација.
Кребсовиот циклус ја овозможува целосната оксидација на C<sub>2</sub> 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 ФАДВ<sub>2</sub>. 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 ФАДВ<sub>2</sub> 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 C<sub>2</sub> 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:
:
пируват + КоА + NAD<sup>+</sup> → Ацетил-КоА + CO<sub>2</sub> + НАДВ + H<sup>+</sup>
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. C<sub>2</sub> единицата која е во форма на активирана ацетилна молекула, Ацетил-КоА, реагира во првиот чекор со C<sub>4</sub> единицата оксалацетат, при што се добива C<sub>6</sub> единица — цитрат. Цитратот потоа се оксидира и декарбоксилира преку C<sub>5</sub> меѓупроизвод — алфа-кето-глутарат — до оксалацетат (C<sub>4</sub>). Почнувајќи од оксалацетат, во целосниот циклус се додаваат две јаглеродни единици од ацетатот (CH<sub>3</sub>COOH) и се добиваат две јаглеродни единици, како 2 Co<sub>2</sub>, 3 НАДВ, 1 ГТФ и 1 ФАДВ<sub>2</sub> во форма на хемиска енергија и 1 оксалацетат. Циклусот е неповратен, што значи дека CO<sub>2</sub> не може да се користи за образување на ацетат.
, Супстрати, Продукти, Ензим, Вид на реакцијата, Забелешка
1, Оксалоацетат +Ацетил-КоА +H<sub>2</sub>O, Цитрат +CoA-SH, Цитрат синтаза, Алдолна кондензација, чекор кој го ограничува интензитетот на одвивање на циклусот, го претвора 4С оксалоацетатот во 6С молекула
2, Цитрат, ''cis''-аконитат +H<sub>2</sub>O, Аконитаза, Дехидратација, повратна изомеризација
3, ''cis''-аконитат +H<sub>2</sub>O, Изоцитрат, Хидратација
4, Изоцитрат +NAD<sup>+</sup>, Оксалосукцинат +НАДВ + H <sup>+</sup>, Изоцитрат дехидрогеназа, Оксидација, дава НАДВ (еквивалент на 2.5 АТФ)
5, Оксалосукцинат, α-кетоглутарат +CO<sub>2</sub>, Декарбоксилација, неповратен чекор, дава 5С молекула
6, α-кетоглутарат +NAD<sup>+</sup> +CoA-SH, Сукцинил-КоА + НАДВ + H<sup>+</sup> + CO<sub>2</sub>, α-кетоглутарат дехидрогеназа, Оксидативнадекарбоксилација, дава НАДВ (еквивалент на 2.5 АТФ), го регенерира 4С ланецот (не се смета КоА)
7, Сукцинил-КоА + GDP + P<sub>i</sub>, Сукцинат +CoA-SH +ГТФ, Сукцинил-КоА синтетаза, Фосфорилација на ниво на супстрат, или ADP→АТФ наместо GDP→ГТФ,дава 1 АТФ или еквивалент
8, Сукцинат + убихинон (Q), Фумарат + убихинол (QH<sub>2</sub>), Сукцинат дехидрогеназа, Оксидација, користи FAD како простетична група (FAD→ФАДВ<sub>2</sub> во првиот чекор од реакцијата) во ензимот,<ref ''et al.'' (2002), page 501дава еквивалент од 1.5 АТФ
9, Фумарат + H<sub>2</sub>O, ''L''-Малат, Фумараза, H<sub>2</sub>O адиција(''хидратација'')
10, ''L''-малат + NAD<sup>+</sup>, Оксалоацетат + НАДВ + H<sup>+</sup>, Малат дехидрогеназа, Оксидација, дава НАДВ (еквивалент на 2.5 АТФ)
2 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 ФАДВ<sub>2</sub> 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.
3 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.
4 Наводи