17-10-2023
Ци́кл трикарбо́новых кисло́т (цикл Кре́бса, цитра́тный цикл) — центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит превращение двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков, до CO2. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии — АТФ.
Цикл Кребса — это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.
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, исключение составляет сукцинатдегидрогеназа, которая локализуется на внутренней митохондриальной мембране, встраиваясь в липидный бислой. 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.
Содержание |
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 | Дегидратация | обратимая изомеризация |
3 | цис-аконитат + H2O |
изоцитрат | гидратация | ||
4 | Изоцитрат + NAD+ |
Оксалосукцинат + NADH + H + |
изоцитратдегидрогеназа декарбоксилирующая | Окисление | образуется NADH (эквивалент 2.5 ATP) |
5 | Оксалосукцинат | α-кетоглутарат + CO2 |
декарбоксилирование | необратимая стадия, образуется C5 |
|
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,[1] 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,[2] образуется эквивалент 1.5 ATP |
9 | фумарат + H2O |
L-малат | фумараза | H2O-присоединение (гидратация) |
|
10 | L-малат + NAD+ |
оксалоацетат + NADH + H+ |
малатдегидрогеназа | окисление | образуется NADH (эквивалентно 2.5 ATP) |
Общее уравнение одного оборота цикла Кребса:
Цикл Кребса регулируется «по механизму отрицательной обратной связи», при наличии большого количества субстратов (ацетил-КоА, оксалоацетат), цикл активно работает, а при избытке продуктов реакции (NADH, ATP) тормозится. Регуляция осуществляется и при помощи гормонов, основным источником ацетил-КоА является глюкоза, поэтому гормоны, способствующие аэробному распаду глюкозы, способствуют работе цикла Кребса. 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 = Оксалоацетат(субстрат Цикла Кребса) + АДФ + Фн.
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 (его автором является ассистент кафедры биохимии КГМУ Е. В. Паршкова[3]):
(щавелевоуксусная кислота, лимонная кислота, цис-аконитовая кислота, изолимонная кислота, α-кетоглутаровая кислота, сукцинил-KoA, янтарная кислота, фумаровая кислота, яблочная кислота, щавелевоуксусная кислота).
Другой вариант стихотворения
Это заготовка статьи по биохимии. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
Это заготовка статьи по физиологии. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
Цикл трикарбоновых кислот.