Цикл трикарбоновых кислот

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Цикл трикарбоновых кислот

Ци́кл трикарбо́новых кисло́т (цикл Кре́бса, цитра́тный цикл, цикл лимонной кислоты) — 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.

Стадии цикла Кребса[править | править исходный текст]

Субстраты Продукты Фермент Тип реакции Комментарий
1 Оксалоацетат +
Ацетил-CoA +
H2O
Цитрат +
HS-CoA
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:

Ацетил-КоА + ФАД + 3НАД+ + 2Н2О + Фн + ГДФ → 2CO2 + HS-КоА + 3(НАДН + Н+) + ФАДН2 + ГТФ

Регуляция цикла[править | править исходный текст]

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 (принцип Гульдберга—Вааге). 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.

Функции[править | править исходный текст]

  1. Интегративная функция — цикл является связующим звеном между реакциями анаболизма и катаболизма.
  2. Катаболическая функция  — превращение различных веществ в субстраты цикла:
    • Жирные кислоты, пируват,Лей,Фен — Ацетил-КоА.
    • Арг, Гис, Глу — α-кетоглутарат.
    • Фен, тир — фумарат.
  3. Анаболическая функция  — использование субстратов цикла на синтез органических веществ:
    • Оксалацетат — глюкоза, Асп, Асн.
    • Сукцинил-КоА — синтез гема.
    • СО2 — реакции карбоксилирования.
  4. Водорододонорная функция  — цикл Кребса поставляет на дыхательную цепь митохондрий протоны в виде трех НАДН.Н+ и одного ФАДН2.
  5. 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 фосфорилирования синтезируется 1 ГТФ, а затем из него синтезируется АТФ посредством трансфосфорилирования: ГТФ + АДФ = АТФ + ГДФ.

Мнемонические правила[править | править исходный текст]

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]):

Щуку ацетил лимонил,
Но нарцисса конь боялся,
Он над ним изолимонно
Альфа-кетоглутарался.
Сукцинился коэнзимом,
Янтарился фумарово,
Яблочек припас на зиму,
Обернулся щукой снова.

(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

ЩУКа съела ацетат,
получается цитрат
через цис-аконитат
будет он изоцитрат
водороды отдав НАД,
он теряет СО2
этому безмерно рад
альфа-кетоглутарат
окисление грядет :
НАД похитит водород
В1 и липоат
с коэнзимом А спешат,
отбирают СО2,
а энергия едва
в сукциниле появилась
сразу ГТФ родилась
и остался сукцинат.
вот добрался он до ФАДа,
водороды тому надо
водороды потеряв,
стал он просто фумарат.
фумарат воды напился,
и в малат он превратился
тут к малату НАД пришел,
водороды приобрел
ЩУКа снова объявилась
и тихонько затаилась
Караулить ацетат...

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Berg JM Biochemistry - 5th Edition. — WH Freeman and Company, 2002. — P. 476. — ISBN 0-7167-4684-0
  2. Berg et al (2002), page 501
  3. К. А. Ефетов, Е. В. Паршкова. Цикл Кребса и мнемоническое правило для запоминания последовательности его реакций (рус.) // Таврический медико-биологический вестник. — 2012. — Т. 15. — № 1 (57). — С. 338-340. — ISSN 2070-8092.

См. также[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]